การเสริมกำลังให้โครงสร้างเหล็ก ( Strengthening of Structural Steel )

ทั้งหมดที่ได้เป็นเพียงข้อมูล เพื่อให้นายแพทย์หรือวิศวกรที่มีความรู้ ได้ทำการวิเคราะห์ถึงเหตุปัจจัยที่สงผลต่อความเสียหาย หรือแนวทางในการซ่อมแซมเสริมกำลังให้กับโครงสร้าง

ตัวอย่างทางโครงสร้างเช่น

การแอ่นตัวที่มากเกินไป (excessive deflection) ของคาน วิศวกรต้องทราบก่อนว่า อะไรเป็นเหตุต่อการแอ่นตัว ตามหลัก beam theory: d2y/dx2 = M/EI ซึ่งสะท้อนค่าการเสียรูป ดังนั้นการลดทอนการเสียรูปจาก M ที่กระทำหนึ่งๆ ก็จำเป็นต้องไปเพิ่มค่า moment of inertia = I โดยหากเราติดแผ่นเหล็กที่ web ก็ไม่ช่วยเพิ่ม I ได้มากเท่ากับไปเพิ่มความลึกให้กับคาน

การบิดตัวของคาน (torsional deformation)

คานที่ค้ำยันทางข้างไม่เพียงพอ อาจก่อให้เกิดการเสียเสถียรภาพทางข้าง ที่เรียกว่า Lateral torsional buckling โดยเฉพาะอย่างยิ่งคานลึกๆ ที่ค้ำยันทางข้างไม่มากนัก แต่อย่างไรก็ดีหากลักษณะทางกายภาพของโครงสร้างทั้งระบบไม่อำนวยให้สามารถไป lateral brace คานได้ ก็จำเป็นต้องหาแนวทางอื่นในการเพิ่ม torsional rigidity เช่น การประกับ side plate เพื่อเพิ่ม weak axis moment of inertia ทำให้คานมีลักษณะเป็นเสมือนท่อ ซึ่งทำให้ St. Venant torsioanl rigidity (เพิ่มค่า J = torsional constant) ให้สูงขึ้น

หากคานลึกมากๆ การติด side plate อาจทำได้ยาก ผู้ออกแบบอาจพิจารณา ประกับเหล็กฉาก เข้ากับ top/bottom flange เพื่อให้ “บางส่วน” ของหน้าตัดมีศักยภาพในการต้านทานการบิด ซึ่งวิศวกรต้องทำการคำนวณค่า property ของหน้าตัดที่เสริมกำลังเพื่อมาตรวจสอบหากำลังรับแรงภายหลังจากการเสริมกำลัง เทียบกับ bending moment ที่กระทำอีกครั้งหนึ่ง

การสั่นของพื้นที่มากเกินไป (excessive vibration)

วิศวกรต้องเข้าใจพื้นฐานของการสั่นก่อนว่าเป็นผลมาจาก stiffness และ mass ของโครงสร้าง (ดูรายละเอียดใน post ที่เกี่ยวกับ seismic design for steel structure) หรือ ความถี่ในการสั่นจะสูง (สั่นถี่ หลายรอบใน 1 วินาที) หาก stiffness หรือความสามารถในการต้านทานการเสียรูปสูง และมวลน้อยๆ

วิศวกรยังต้องเข้าใจเพิ่มเติมอีกว่า ความรู้สึกของมนุษย์ที่มีผลต่อคลื่น ไม่ว่าจะเป็น คลื่นเสียง หรือ แสง ไปจนกระทั่งความรู้สึกต่อการสั่น มันไม่ได้บ่งชี้ว่า ยิ่ง ความถี่สูงยิ่งเสียงดัง ยิ่งจ้า ยิ่งรู้สึกรุนแรง ยิ่งความถี่่ำยิ่งเสียงเบา แสงน้อยๆ หรือแทบไม่รู้สึก แต่มนุษย์เราจะสัมผัสกับคลื่น แล้ว “รู้สึก” ได้มากในช่วงของคลื่นความถี่หนึ่งๆ แสงความถี่สูงมาก (ultraviolet) เสียงความถี่สูงมากๆ (ultrasound) เราก็ไม่เห็นไม่ได้ยิน เช่นเดียวกับกรณีที่ความถี่ต่ำมากๆ

ใน AISC design guide 11: Vibrations of Steel-Framed Structural Systems Due to Human Activity ได้มีการรระบุถึงความถี่ของการสั่นของโครงสร้างที่มนุษย์สัมผัสได้มาก และลักษณะของการใช้งานที่หลากหลาย เช่น ห้องนอน จะมี maximum limit ของความรุนแรง ซึ่งกำหนดด้วยค่า “ความเร่ง (acceleration)” ในการสั่น “ณ ช่วง ความถี่หนึ่งๆ) ที่ต่ำกว่า maximum limit ของ สะพานลอยคนข้าม เป็นต้น

หรือกล่าวโดยสรุป ปัจจัยที่ส่งผลต่อ “ความรู้สึกรุนแรง” ประกอบไปด้วย (1) ขนาดของแรงกระทำ แรงคนเดิน ฯลฯ ที่สะท้อนด้วยค่า “ความเร่ง หรือ acceleration” และ (2) ความถี่ของการสั่น โดยในแง่การเสริมกำลัง วิศวกรต้องพิจารณาออกแบบให้ ความถี่ในการสั่นของโครงสร้างจากการเดินของมนุษย์ ที่เรียกว่า footfall vibration ไม่เกินกว่าเกณฑ์ที่กำหนด ตามลักษณะการใช้งาน หากความถี่ต่ำเกินไป ก็ต้องเพิ่มความถี่ของโครงสร้างด้วยการเพิ่ม stiffness และการเพิ่ม stiffness ที่มีประสิทธิภาพ คือการเพิ่ม moment of inertia ให้สูงขึ้น ด้วยการติดเหล็กแผ่นหรือเหล็กรูปตัวที เสริมกำลังที่ปีกล่างให้กับคาน เป็นต้น

สงสัยก็สอบถามมาได้นะครับ

.