คอนกรีตวิบัติยังไงใต้ Base Plate

ภาพแสดงการถ่ายแรงของเสาไปยังตอม่อ

พฤติกรรมการวิบัติของคอนกรีต ที่จะเกิดขึ้นใน base plate อย่างที่ทราบว่าคอนกรีตมีกำลังรับแรง (f’c) ที่น้อยกว่าเหล็ก (Fy) มาก ตัว base plate จึงมีส่วนช่วยสำคัญที่ช่วยกระจายแรงให้ลงสู่ตอม่อ ทำให้ตอม่อสามารถรับแรงที่มาจากเสาได้มากขึ้น โดยใช้การเพิ่มพื้นที่รองรับแรงให้มากขึ้น ทำให้เกิดความเครียด (stress = F/A) ที่กระทำต่อคอนกรีตตอม่อลดน้อยลง

แต่ในกรณีที่ base plate รับแรงดึง กับ รับแรงเฉือน จะแตกต่างออกไป โดยแรงดังกล่าวจะไม่ได้รับโดยตัว base plate แต่จะถูกกระจายไปยังตัว สลักสมอ (anchor rod) หรือสลักรับแรงเฉือน (shear lug) แทน ทำให้รูปแบบการวิบัติจะแตกต่างออกไป

ในกรณีที่รับแรงดึง เมื่อแรงดึงจะถูกถ่ายไปยังตัวสลักสมอ พื้นที่รับแรงกดของส่วนหัว (head) หรือ nut ของสลักสมอที่อยู่บริเวณปลายล่างของสลักสมอจะพยายามดันคอนกรีตขึ้น (bearing of the anchor head) ทำให้คอนกรีตบริเวณนั้นเกิดการบดอัดเฉพาะจุด (Local crushing) เมื่อคอนกรีตบริเวณนั้นแตก จะทำให้ Stiffness ของจุดต่อลดลงอย่างมาก และถือเป็นจุดเริ่มต้นของการวิบัติแบบรูดหลุด หรือที่เราเรียกว่า Pullout นั้นเอง โดยใน ACI จะระบุสมการสำหรับการคำนวณ headed and hooked anchors ด้วยวิธี cast-in ไว้เท่านั้น  ไม่สามารถ นำสมการนั้นไปใช้กับสมอแบบติดตั้งทีหลัง (Post-installed) เช่น สลักสมอแบบเบ่งขยาย (Expansion) แบบสกรู (Screw) หรือแบบเขี้ยว (Undercut) ได้ เนื่องจากสลักสมอเหล่านี้มีกลไกการยึดเกาะที่ต่างกัน โดยหากต้องการทราบค่า pullout strength ของสลักสมอเหล่านี้จะต้องทำการทดสอบจริงตามมาตรฐาน
ภาพแสดงการวิบัติแบบ Pullout

นอกจากนี้แรงดึงยังสามารถส่งผลให้เกิดการวิบัติที่เรียกว่า Concrete Breakout รูปแบบจะเป็นไปตามทฤษฎี Concrete Capacity Design (CCD) ซึ่งมองว่าแรงดึงจะทำให้คอนกรีตแตกออกจากตัวสลักสมอเป็นรูปทรงพีระมิดทำมุมประมาณ 35 องศาหรือ 1:1.5 โดยกำลังจะขึ้นอยู่กับระยะฝังของสลักสมอเป็นหลัก และอาจจะมีผลกระทบเนื่องจาก การใช้สลักสมอหลายตัว (Multiple anchors) ระยะห่างระหว่างสลักสมอ (Spacing) และระยะห่างจากขอบคอนกรีต (Edge distance) ซึ่งเป็นกรณีที่สลักสมออยู่ชิดขอบคอนกรีต โดยจะทำให้ระยะแผ่รูปทรงพีระมิดอาจจะแผ่ได้ไม่เต็มที่เนื่องจากพื้นที่บางส่วนถูกหักออกไปเนื่องจากขอบ กำลังรับแรงก็จะลดลง(ดูรูป) ในส่วนระยะฝังของสลักสมอที่ยาวจะทำให้กำลังรับสลักสมอเพิ่มขึ้น แต่ไม่เสมอไปเพราะถ้าเป็นสลักสมอแบบหล่อในที่ (cast in) ที่มีระยะฝังที่ยาวมากๆ (เกิน 635 mm) คอนกรีตอาจจะวิบัติจากการถูกกดจนแตกที่หัวสลักสมอ (Pullout) ก่อนที่จะวิบัติในรูปแบบ Concrete Breakout

ภาพแสดงระยะแผ่ของ Concrete Breakout
ภาพแสดงกำลังจะขึ้นอยู่กับระยะฝังของสลักสมอ
ภาพแสดงสลักสมอแบบหล่อในที่ (cast in) ที่มีระยะฝังที่ยาวมากๆ (เกิน 635 mm)

อีกการวิบัติหนึ่งเป็นการระเบิดออกด้านข้างของคอนกรีตหรือเรียกว่า Side-Face Blowout สาเหตุเกิดจากหัวของสลักสมอ (Headed Anchors) ซึ่งถูกฝังลึกแต่มี ระยะห่างจากขอบคอนกรีต (Edge Distance) น้อยมาก ทำให้ความเค้นที่กระจายออกรอบสลักสมอไปดันให้คอนกรีตบริเวณด้านข้าง (ด้านที่ใกล้ขอบที่สุด) ระเบิดออกแทนที่จะทำให้คอนกรีตด้านบน หลุดออกมาเป็นรูปพีระมิดจากผิวหน้าแบบ concrete breakout โดยสมการที่ใช้ใน ACI318-19 จะใช้เฉพาะกรณีหล่อในที่ (Cast-in) ในส่วนของ Post-installed (เช่น Expansion Anchor) มักจะทำให้คอนกรีตปริแตก (Splitting) ตั้งแต่ตอนที่ช่างขันสลักสมอ หรือทำให้สลักสมอขยายตัว มาตรฐานจึงไปเน้นที่การทดสอบมากกว่า

สำหรับสลักสมอกลุ่ม การพิจารณาว่าจะเกิด side-face blowout ไหม จะพิจารณาระยะห่างจากขอบคอนกรีต (Edge Distance) ว่าสลักสมอตัวไหนมีระยะห่างน้อยว่า 0.4 เท่าของระยะฝังสลักสมอไหม ถ้าน้อยกว่าจะที่เสี่ยงจะระเบิดออกข้าง หากสลักสมอตัวไหนอยู่ห่างจากขอบเกิน 0.4 เท่าของระยะฝังสลักสมอ มาตรฐานถือว่าสลักสมอตัวนั้นมีคอนกรีตล้อมรอบเพียงพอที่จะไม่เกิดการระเบิดออกข้าง และจะพิจารณาเฉพาะตัวที่รับแรงดึง เช่น กลุ่มสลักสมอที่รับโมเมนต์ดัด (Moment) จนทำให้สลักสมอบางตัวรับแรงดึงและบางตัวไม่รับแรงดึง การพิจารณา จะเช็ค Side-face blowout เฉพาะตัวที่ "รับแรงดึง" เท่านั้น เพราะแรงดึงจะพยายามกระชากสลักสมอให้ดันคอนกรีตแตกออกทางด้านข้าง
ในกรณีที่รับแรงเฉือน โดยใช้สลักสมอ จะมีการวิบัติที่เกี่ยวข้องกับคอนกรีต 2 แบบ คือ Concrete Breakout ซึ่งจะใช้ทฤษฎีเดียวกับกรณีรับแรงดึงคือ CCD (Concrete Capacity Design)  กำหนดให้มุมการหลุดออก (Breakout angle) มีค่าประมาณ 35 องศา โดยกำลังจะขึ้นอยู่กับระยะห่างจากขอบคอนกรีต (Edge distance) และอาจมีผลกระทบจาก การใช้สลักสมอหลายตัว (Multiple anchors), ระยะห่างระหว่างสลักสมอ (Spacing) และความหนาของชิ้นส่วนคอนกรีต (Thickness) โดยหากสลักยึดอยู่ห่างจากขอบมากเพียงพอ Concrete Breakout จะไม่ใช่รูปแบบการวิบัติที่เป็นรูปแบบที่ควบคุมพฤติกรรมของจุดต่อรับแรงเฉือน แต่รูปแบบที่มักจะเป็นรูปแบบที่ควบคุมพฤติกรรมจะเป็นกำลังเฉือนของสลักสมอเองหรือไม่ก็เป็นรูปแบบการงัดคอนกรีตออก Concrete Pryout ที่เป็นลักษณะการวิบัติที่เป็นตัวควบคุมแทน
ภาพแสดงระยะแผ่ของ Concrete Breakout กรณีรับแรงเฉือน

Concrete Pryout คือพฤติกรรมที่แรงเฉือนถูกถ่ายผ่านไปยังสลักสมอ ทำให้สลักสมอเกิดการงัดกับคอนกรีตด้านหลัง (ทิศทางตรงข้ามกับแรงเฉือน) ทำให้คอนกรีตด้านหลังนั้นระเบิดออกเป็นรูปกรวย (พีระมิด) โดยกำลังจะขึ้นกับ Concrete Breakout in Tension เป็นหลัก เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการวิบัติข้างต้น อาจเปลี่ยนการถ่ายแรงเฉือนผ่านสลักสมอ เป็นการถ่ายผ่าน shear lug แทน โดยจะเป็นการถ่ายแบบ bearing ระหว่าง shear lug กับปูนเกร้าท์ คือโดยจะเชื่อม shear lug เข้ากับ base plate และออกแบบให้ shear lug สามารถรับแรงเฉือนทั้งหมดได้ ทำให้การวิบัติของคอนกรีตที่จะเกิดขึ้นจะเป็น bearing strength (shear lug กับ ปูนเกร้าท์) และ concrete breakout strength in shear ส่วนการวิบัติของเหล็ก shear lug ก็จะพิจารณาในส่วนของ กำลังของรอยเชื่อมระหว่าง base plate กับ shear lug และ กำลังรับ bending ของ shear lug  และอีกหนึ่งวิธีคือ การรับแรงเฉือนโดยการใช้แรงเสียดทานจาก base plate และคอนกรีต โดยความต้านทานแรงเฉือนจะเกิดจากแรงอัดจากเสาที่ถ่ายลงมายัง base plate ซึ่งทำให้เกิดเป็นแรงเสียดทานระหว่างคอนกรีตและ base plate นั้นเอง โดยวิธีการเหล่านี้จะไม่ต้องใช้ความระมัดระวังในการวิเคราะห์และประเมินมากเหมือนกันการใช้สลักสมอรับแรงเฉือน

ภาพแสดงการวิบัติของ Concrete Pryout

About the Author

Leave a Reply

You need to login to access this content.