การซ่อมแซมและเสริมกำลังให้กับโครงสร้างเหล็ก Repair and Strengthening of Steel Structures

มนุษย์ กับ โครงสร้าง ล้วนตกอยู่ภายใต้หลักธรรมชาติที่ว่าสิ่งทั้งหลายไม่เที่ยง มีการเสื่อมไปเป็นธรรมดา การเสื่อมของโครงสร้างตามกาลเวลาโดยเฉพาะอย่างยิ่งโครงสร้างเหล็กนั้น มีปัจจัยสำคัญคือ ความชื้นและแรงภายนอกที่กระทำ อันส่งผลต่อการกัดกร่อน (corrosion) ซึ่งปรากฏผลให้เห็นในรูปของสนิม และความล้า (fatigue) ซึ่งส่งผลให้เห็นเป็นการแตกร้าว ทั้งนี้รูปแบบความเสียหายทั้ง corrosion และ fatigue นั้น มักจะไม่เกิดกับอาคารโครงสร้างเหล็ก ด้วยเหตุที่อาคารมักไม่ได้มีแรงกระทำแบบกลับทิศไปมามากนัก และที่สำคัญมักไม่ต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมภายนอกทั้งความชื้นและไอเกลือ ต่างจาก สะพานโครงสร้างเหล็ก ซึ่งมักปรากฏความเสียหายตามกาลเวลาได้ง่ายกว่ามาก และต้องการมาตรการในการตรวจสอบและบำรุงรักษาที่สูงเป็นพิเศษ เพราะหากเกิดความเสียหายแม้แต่เพียงเล็กน้อย ก็อาจส่งผลต่อชีวิตและทรัพย์สินของประชาชนเป็นจำนวนมากได้

ดังที่ได้กล่าวไว้ในโพสต์ก่อน การตรวจสอบโครงสร้างก็มีลักษณะและรูปแบบที่คล้ายคลึงกับการตรวจวัดค่าต่างๆ ของมนุษย์ เมื่อต้องเข้าโรงพยาบาล ไม่ว่าจะเป็นการตรวจวัดชีพจร ความดันโลหิต ดูดวงตา ดูการอักเสบของคอ โดยแพทย์ผู้เชี่ยวชาญ (คล้าย visual inspection โดยวิศวกรที่มีความชำนาญการ) การตรวจเลือด ตรวจชิ้นเนื้อ (material testing) การ x-ray (การทำ RT) การวัดด้วย ultrasound (การทำ UT รอยเชื่อม) ผลการตรวจวัด ตรวจสอบทั้งหมด จะถูกนำมาประมวลผลโดยผู้เชี่ยวชาญ ที่จะนำไปสู่วิธีการแก้ไขที่ถูกต้องและตรงจุด ซึ่งคำว่า “เชี่ยวชาญ” นี้เป็นคำที่มีความหมายมาก

เรามีความคิดเห็นอย่างไร หาก

มอบหมายภาระงานตรวจสอบวินิจฉัยสภาพโครงสร้างใหม่ๆ ให้กับวิศวกรหรือช่างเทคนิค

มอบหมายภาระงานตรวจสอบวินิจฉัยคนที่แข็งแรง ให้กับพยาบาลหรือนักเรียนแพทย์

มอบหมายภาระงานตรวจสอบวินิจฉัยสภาพโครงสร้างที่เก่าหรือชำรุดเสียหาย ให้กับวิศวกรหรือช่างเทคนิค

มอบหมายภาระงานตรวจสอบวินิจฉัยคนสูงวัยหรือคนป่วยที่มีอาการรุนแรง ให้กับพยาบาลหรือนักเรียนแพทย์

คำตอบของคำถามข้างต้นน่าจะพอให้แนวคิดการตัดสินใจได้พอควร จนถึงกับได้มีการกำหนดเป็นหลักเกณฑ์ไว้ใน กฎกระทรวงมหาดไทย กําหนดสาขาวิชาชีพวิศวกรรมและวิชาชีพวิศวกรรมควบคุม พ.ศ. 2565 ว่า “งานให้คำปรึกษา หมายถึง การให้ข้อแนะนำ การตรวจวินิจฉัย หรือการตรวจรับรองงาน” และอ้างถึง ข้อบังคับสภาวิศวกร ว่าด้วยหลักเกณฑ์และคุณสมบัติของผู้ประกอบวิชาชีพวิศวกรรมควบคุมแต่ละระดับ สาขาวิศวกรรมโยธา มิได้กำหนดว่างานให้คำปรึกษา เป็นงานที่ภาคี หรือกระทั่งสามัญวิศวกรโยธาสามารถที่จะดำเนินการได้ ซึ่งแสดงนัยยะว่า สภาวิศวกร ได้ให้ความสำคัญกับงาน “ตรวจวินิจฉัย” ว่าเป็นงานที่ต้องให้ผู้เชี่ยวชาญจริงๆ (วุฒิวิศวกร) เข้ามาเป็นผู้ดำเนินการเท่านั้น

สำหรับการซ่อมแซม โดยพื้นฐานแล้วเป็นการฟื้นฟูให้สภาพกลับคืนมาสู่จุดเดิมก่อนการซ่อม (ในขณะที่การเสริมกำลัง หมายถึงการทำให้มีสภาพที่สูงกว่าก่อนการเสริมกำลัง) เช่น หากเกิดสนิมก็ต้องตรวจสอบระดับความรุนแรง และวินิจฉัยก่อนว่าส่งผลต่อสภาพโดยรวมมากน้อยเพียงใด จึงจะสามารถกำหนดวิธีการซ่อมแซมที่เหมาะสมได้ ไม่ว่าจะเป็นการขัดสนิมออกด้วยเครื่องมือกลหรือด้วยสารเคมี หรือหากเสียหายมากก็อาจพิจารณาติดแผ่นเหล็กเสริมเข้าไปเพื่อชดเชยหน้าตัดที่สูญเสียจากการเกิดสนิม

นอกจากสนิมที่เกิดขึ้นได้กับเหล็กที่ต้องเผชิญกับ น้ำฝน ไอเกลือ เป็นระยะเวลาที่ยาวนานแล้ว โครงสร้างเหล็กที่รับแรงกลับไปกลับมา (cyclic load) แม้ว่าระดับของแรงดังกล่าวจะไม่สูงมาก ก็อาจส่งผลต่อการเกิดรอยแตกร้าวจากความล้า (fatigue crack) ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบสะพานโครงสร้างเหล็ก หรือโครงสร้างเหล็กที่ต้องรองรับแรงลมแรงแผ่นดินไหว (กลุ่ม PEB ซึ่งเป็น moment resisting frame หรือ braced frame หรือโครงสร้างเหล็กที่รองรับเครื่องจักรที่มีการสั่นต่อเนื่อง) การแตกร้าวจากความล้านี้ ถ้าไม่รีบดำเนินการจะส่งผลต่อการขยายตัวของรอยแตกร้าว (จินตนาการถุงพลาสติกที่เราฉีกจนขาด การขาดต่อเนื่องจะเกิดขึ้นง่ายมาก) โดยแนวทางที่เหมาะสมในการ “ระงับ” รอยแตกร้าวดังกล่าว คือ การเจาะรูเพื่อหยุดยังรอยร้าว หรือ stop hole ที่ปลายรอยเชื่อมซึ่งมี stress concentration สูงมากๆ (จินตนาการเรานำปลายปากกาไปทะลวงเพื่อทำให้ส่วนปลายรอยฉีกเกิดความกลมมน) ให้มี stress ที่ลดลงจากการขยายพื้นที่รับแรงให้มากขึ้น จากนั้นจึงอาจ “พิจารณาเสริมเหล็กแผ่น” ประกับเข้าไป หรือทำการ “เชื่อมรอยแตก” เสมือนเป็นการ “เย็บ” ให้กลับสู่สภาพเดิม

สำหรับเรื่อง fatigue crack วิศวกรต้องทราบถึง ลักษณะทางกายภาพของการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก โดย detail แต่ละรูปแบบจะส่งผลต่อความเสี่ยงในการเกิด fatigue crack ที่แตกต่างกัน อ้างอิงมาตรฐาน American Institute of Steel Construction ลักษณะ detail จะสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่ม (category) ได้ 5 กลุ่ม ไล่ตั้งแต่ Category E ซึ่งเป็นรูปแบบที่มีความเสี่ยงต่อการเกิด fatigue สูงสุด รับ cyclic load ได้ในระดับแรงที่ไม่สูงมาก หรือ ถ้าระดับของแรงสูงก็จะสามารถรับจำนวนรอบได้ไม่มากนัก เช่น การเชื่อมเป็นช่วง ๆ เว้นระยะ (intermittent weld) ณ ตำแหน่ง web เข้ากับ flange บริเวณ tension zone หรือการเชื่อมที่ปลายแผ่นเสริมกำลังที่ติดเข้ากับ flange บริเวณ tension zone เป็นต้น ไปจนกระทั่ง Category A ซึ่งสะท้อน material ดั้งเดิม ไม่มีการเชื่อม ที่อาจเกิดการแตกร้าวได้เช่นกันหากต้องรับแรงที่เกิดการสลับทิศไปมา

บางโครงสร้างหรือส่วนของโครงสร้าง อาจต้องการการเสริมกำลัง เช่น คานเหล็กต้องรับแรงเพิ่มขึ้น จากการเปลี่ยนลักษณะการใช้งาน อาจพิจารณาเสริมกำลังด้วยการเชื่อมเหล็กแผ่น หรือติดตั้งแผ่น CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) หรืออาจใช้การดึงลวดอัดแรงภายนอก (external prestressing) เพื่อใส่ reverse moment ให้ลดผลกระทบต่อ moment ที่เกิดจากแรงภายนอก โดยอาจต้องพิจารณาลักษณะทางกายภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งข้อจำกัด headroom หรือความสูงใต้ท้องคาน เข้ามาประกอบด้วย

ทั้งหมดนี้เป็นเพียงตัวอย่างส่วนหนึ่ง ที่วิศวกรผู้มีความเชี่ยวชาญ (ตามกฎหมาย คือ วุฒิวิศวกร) ต้องใช้วิจารณญาณในการวินิจฉัยหาสาเหตุที่เป็นไปได้ของการเกิดความเสียหาย และหาแนวทางซ่อมแซมเสริมกำลังที่เหมาะควรแก่เหตุต่อไป

.

#WeLoveSteelConstruction