การทดสอบคานประกอบพลาสติกเสริมเส้นใยแบบพัลทรูด หน้าตัดรูปรางน้ำคู่ภายใต้แรงดัด

Abstract

บทความนี้นำเสนอผลทดสอบคานประกอบพลาสติกเสริมเส้นใยแบบพัลทรูดหน้าตัดรูปรางน้ำคู่ที่มีจุดรองรับอย่างง่ายภายใต้แรงดัด โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจสอบพฤติกรรมทางโครงสร้างและลักษณะการวิบัติของคาน และทำการเปรียบเทียบผลการทดสอบที่ได้กับสมการออกแบบโครงสร้างเหล็กด้วยวิธี LRFD  ตัวอย่างคานที่ใช้ทำจากวัสดุพลาสติกเสริมเส้นใยแก้วแบบพัลทรูดชั่น (PFRP) หน้าตัดรูปรางน้ำคู่ซึ่งมีหน้าตัด 3 ขนาด ได้แก่ 2C76×22×6 mm, 2C102×29×6 mm และ 2C152×43×10 mm จำนวนตัวอย่างคานทั้งหมด 96 ตัวอย่าง โดยมีอัตราส่วนความยาวต่อความลึกของคาน (L/d) ตั้งแต่ 6.6 ถึง 52.6  ตัวอย่างทดสอบมีจุดเชื่อมต่อ (connectors) ระหว่างหน้าตัดรูปรางน้ำ 3, 5 และ 9 จุด  จากการทดสอบพบว่า ตัวอย่างทดสอบมีพฤติกรรมแบบยืดหยุ่นเชิงเส้นตรง (linear elastic) จนถึงประมาณ 80-95% ของแรงที่จุดวิบัติ  จากนั้นพฤติกรรมของคานจะเปลี่ยนเป็นแบบไร้เชิงเส้น (nonlinear) เล็กน้อยจนกระทั่งถึงจุดวิบัติ  ลักษณะการวิบัติถูกแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม ได้แก่ การวิบัติด้วยกำลังของวัสดุและการโก่งเดาะทางด้านข้างแบบองค์รวม โดยลักษณะการวิบัติขึ้นกับอัตราส่วน L/d และจำนวนจุดเชื่อมต่อ ซึ่งแนวโน้มของแรงโก่งเดาะแปรผันตรงกับจำนวนจุดเชื่อมต่อ และแปรผกผันกับความยาวของตัวอย่างคาน  นอกจากนี้ สมการการโก่งตัวของ Euler-Bernoulli สามารถทำนายการแอ่นตัวของคานในช่วง linear elastic ได้ใกล้เคียงและถูกต้องเพียงพอ เมื่อทำการเปรียบเทียบโมเมนต์โก่งเดาะระหว่างผลการทดสอบกับสมการออกแบบของ LRFD พบว่ามีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากคานที่ใช้ทดสอบเกิด composite action ที่ไม่สมบูรณ์และคุณสมบัติของวัสดุที่แตกต่างกันระหว่างเหล็กกับ PFRP ดังนั้นเมื่อคำนึงถึงความแตกต่างดังกล่าวสมการออกแบบโครงสร้างเหล็กด้วยวิธี LRFD ต้องคูณด้วยตัวคูณลดกำลัง (strength reduction factor)  จากการเปรียบเทียบผลการศึกษาพบว่าควรใช้ strength reduction factor เท่ากับ 0.4