การเกิดหน่วยแรงบริเวณอุปกรณ์ถ่ายแรงในคานคอนกรีตเสริมเหล็กจำลองที่เสริมกำลังหรือซ่อมแซมด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์โดยวิธี Active

Introduction to Stresses in Load-Transferring Areas of Reinforced Concrete Beams Model Strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) Strips by an Active Method

 

สุดชาย เทียนกิ่งแก้ว ปฎิพัทธ์ แจ่มมั่งคั่ง*

ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร

140 ถนนเชื่อมสัมพันธ์ เขตหนองจอก กรุงเทพฯ 10530 โทรศัพท์: 02-988-3666 ต่อ 2342

E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. and This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Manuscript received September 30, 2010

Revised November 16, 2010

 

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาการเกิดหน่วยแรงบริเวณอุปกรณ์ถ่ายแรง ในคานคอนกรีตเสริมเหล็กจำลองซึ่งได้รับการเสริมกำลังด้วยวิธี Active โดยการทำให้เกิดหน่วยแรงอัดในคอนกรีตด้วยการดึงส่วนปลายที่เป็นสมอของแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) โดยการใช้แม่แรงไฮดรอลิคส์ จนได้ระยะการยืดตัวตามที่ได้คำนวณไว้ และทำการยึดรั้งส่วนปลายของแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์เข้ากับอุปกรณ์ถ่ายแรงรูปทรงกระบอกที่ถูกฝังไว้ในคอนกรีต ณ ตำแหน่งที่ต้องการให้เกิดการถ่ายแรงจากแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ไปยังคอนกรีต โดยการศึกษานี้ได้ใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์เพื่อทำการวิเคราะห์และทำนายพฤติกรรมการเกิดหน่วยแรงบริเวณที่เกิดการถ่ายแรงและรอยแตกร้าวของคอนกรีต โดยใช้อุปกรณ์ถ่ายแรงซึ่งมีอัตราส่วนของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางต่อความสูงต่างๆ สำหรับคอนกรีตที่มีค่ากำลังอัดประลัยต่างๆกัน

การสร้างแบบจำลองได้อาศัยโปรแกรมไฟไนต์เอลิเมนต์สำเร็จรูป ANSYS โดยทำการจำลองคานคอนกรีตเสริมเหล็ก, อุปกรณ์ถ่ายแรงและแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ ด้วยเอลิเมนต์สามมิติ (Solid Element) และพิจารณาคุณสมบัติของคอนกรีตแบบไม่เชิงเส้น (Nonlinear) ซึ่งผลจากการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง และอัตราส่วนของความสูงต่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของอุปกรณ์ถ่ายแรง รวมถึงกำลังอัดประลัยของคอนกรีต ล้วนมีผลต่อขนาดของหน่วยแรงดึง (Tensile Stresses) และหน่วยแรงอัด (Compressive Stresses) ที่เกิดขึ้นบริเวณอุปกรณ์ถ่ายแรงซึ่งสามารถประเมินได้โดยการใช้สมการความสัมพันธ์อย่างง่ายที่มีค่าอัตราส่วนความสูงต่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง และค่าขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของอุปกรณ์ถ่ายแรง รวมถึงค่ากำลังอัดประลัยของคอนกรีตเป็นตัวแปรอิสระ (Independent Variables) และค่าขนาดของหน่วยแรงดึงและแรงอัดที่เกิดขึ้นบริเวณอุปกรณ์ถ่ายแรงเป็นตัวแปรตาม (Dependent Variables)

 

คำสำคัญ : ไฟไนต์เอลิเมนต์ ANSYS คาร์บอนไฟเบอร์

 

 

ABSTRACT

This research studies the introduction of stresses in load-transferring areas of reinforced concrete beams strengthened with an active method, which induces compressive stresses in the concrete by tensioning a CFRP strip at its ends using a hydraulic jack until a predicted elongation of the CFRP strip is reached and ends of the strip are secured. In this study, a finite element method was used to analyze and predict the introduction of stresses and cracking of concrete in the load-transferring areas by using load-transfer devices with different height-to-diameter ratios for the concrete material of different compressive strengths.

The finite element program “ANSYS” was adopted to create models of reinforced concrete beams, the load-transfer devices and CFRP strip using three-dimensional solid elements, considering non-linear properties of the concrete material. Results of the analyses show that diameters, height-to-diameter ratios of the load-transfer devices, and compressive strengths of the concrete materials have influences on values of the tensile and compressive stresses of the concrete induced in the load-transferring areas, which may be predicted using simple equations having the height-to-diameter ratios and diameters of the load-transfer devices as well as compressive strengths of the concrete materials as independent variables, and values of the tensile or compressive stresses of the concrete in the load-transferring areas as dependent variables.

 

Keywords: Finite Element, ANSYS, Carbon Fiber-Reinforced Polymers

 

 

mutengineer@gmail.com

Mahanakorn University of Technology

140 Moo 1, Cheum-Sampan Road, Nongchok, Bangkok, Thailand 10530

Tel: +(662)988-3655  Fax: +(662)988-4027

designed by sutit.ongart@gmail.com