การตรวจสอบเชิงตัวเลขของการออกแบบการซับแบบแบ่งส่วน RC, SFRC และแบบไฮบริด
เพื่อศึกษาประสิทธิภาพของโครงสร้างการบุคอนกรีตในระดับอุโมงค์และเปรียบเทียบกับการออกแบบการบุคอนกรีตเสริมเหล็กทั่วไป โครงสร้างของการบุคอนกรีตเสริมเหล็กที่แตกต่างกันได้รับการวิเคราะห์แยกกันโดยใช้แบบจำลอง 2 มิติโดยละเอียด รวมถึงชั้นยาแนวและส่วนของการบุอุโมงค์แต่ละส่วน การตอบสนอง. เพื่อจุดประสงค์นี้ จึงมีการกำหนดโครงการอุโมงค์อ้างอิง (ความลึกครอบคลุม 20 ม. ฐานทราย ค่าสัมประสิทธิ์แรงดันดินด้านข้าง 0.5) ซึ่งการรับน้ำหนักบนชั้นบุถูกกำหนดโดยกระบวนการ- การจำลองอุโมงค์เชิง (ดูรายละเอียดในส่วน 6.4.1) (ที่สภาวะคงตัว) การวิเคราะห์มุ่งเน้นไปที่ความทนทาน วัดปริมาณจากการเปิดรอยแตกร้าวสูงสุดที่เกินความกว้างที่อนุญาต 0.2 มม. ส่วนบุคอนกรีตเสริมเหล็กที่มีการเสริมแรงน้อยที่สุด (เหล็กเส้นเพิ่มอีก 10-10 C ในพื้นที่ที่มีความเครียดสูง) ส่วนบุคอนกรีตเสริมใยเหล็กที่มีเส้นใยปลายตะขอที่มีความแข็งแรงทั่วไป 60 กก./ม.3 60 มม. และการเสริมแรงแบบไฮบริดถูกวิเคราะห์ในส่วนของการบุ (แผ่นคอนกรีตไฟเบอร์เหล็ก 125 มม. และฝาครอบด้านบนคอนกรีตไฟเบอร์เหล็กยาว 200 มม.) มวลเหล็กรวมของส่วนซับใน SFRC และ RC นั้นใกล้เคียงกัน (ประมาณ 260 กก./ส่วน) ในขณะที่ส่วนซับในแบบไฮบริดใช้เหล็กน้อยกว่า 65% (92 กก./ส่วน) การจำลองดำเนินการโดยใช้คอนกรีตเกรด C40/50- ที่มีความต้านทานแรงดึงออกแบบที่ 2.5 นิวตัน/มม2 สำหรับการออกแบบที่มี SFRC จะถือว่าเส้นใยมีทิศทางแบบไอโซโทรปิก การเปรียบเทียบแนวคิดด้านความปลอดภัยที่แตกต่างกันในเส้นใยและส่วนที่แข็งทื่อแบบทั่วไป และการวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์แบบไม่เชิงเส้นสามารถพบได้ในเอกสารวิจัย
ภายใต้ภาระทั่วไปรอยแตกขนาดใหญ่จะไม่เกิดขึ้นในวัสดุบุผิวแบบปล้องคอนกรีตธรรมดา อย่างไรก็ตาม มีโหมดความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้นได้สองโหมด: ในส่วน vault จะมีการสังเกตแรงปกติขั้นต่ำ (1375 kN/m) และโมเมนต์การดัดงอสูงสุด (329 kNm/m) ซึ่งอาจนำไปสู่รอยแตกร้าวจากการดัดงอ ความเค้นดึงสูงสุดเกิดขึ้นใกล้ 78 องศาที่ข้อต่อตามยาว เนื่องจากมีแรงปกติ 1943 กิโลนิวตัน/เมตร และโมเมนต์การดัดงอ 217 กิโลนิวตันเมตร/เมตร ซึ่งอาจส่งผลให้มุมที่แบ่งส่วนแตกหักได้ จากการสังเกตเหล่านี้ มีการสร้างกรณีโหลดสองกรณีเพื่อวัตถุประสงค์ในการออกแบบ สำหรับการออกแบบส่วนโค้งที่อาจมีการโค้งงอ โหลดจะถูกปรับเปลี่ยนเพื่อให้โมเมนต์การโค้งงอที่เกิดขึ้นเพิ่มขึ้น 1.5 เท่า และแรงปกติลดลง 0.5 เท่า สำหรับการออกแบบรอบๆ ข้อต่อตามยาวซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดการบดอัด ให้เพิ่มแรงปกติและโมเมนต์การดัดงอ 1.5 เท่า เพื่อเพิ่มการถ่ายเทความเครียดและรักษาการหมุนของข้อต่อ
กรณีโหลด: การดัด
การตอบสนองของการออกแบบซับทั้งหมดหรือรูปแบบการเสริมแรงต่อสภาวะการรับแรงดัดงอ แสดงเฉพาะการตอบสนองแรงดัดงอของส่วนโค้งเท่านั้น เนื่องจากเป็นบริเวณที่สังเกตเห็นรอยแตกร้าวที่ใหญ่ที่สุด นอกจากนี้จะแสดงเฉพาะความกว้างของรอยแตกเท่านั้น ระบบซับในไม่ได้รับความเสียหายและยังคงทำหน้าที่เป็นโครงสร้างรับน้ำหนักต่อไป ดังนั้น ปัจจัยเดียวที่จำกัดการเลือกกรณีเหล่านี้คือความกว้างของรอยแตกที่คาดการณ์ไว้ ซึ่งต้องไม่เกินข้อกำหนดเฉพาะของโครงการสำหรับสถานะขีดจำกัดความทนทาน (ประมาณ 0.2 มม.)
ตามที่คาดไว้ วงแหวนบุคอนกรีตธรรมดา (PC) แสดงรอยแตกร้าวจากการดัดงอที่ใหญ่ที่สุด โดยรอยแตกหลักเกิดขึ้นที่ขอบด้านในของด้านบนของการบุอุโมงค์ ซึ่งเป็นที่คาดการณ์โมเมนต์การดัดงอสูงสุด เป็นที่น่าสังเกตว่ารูปแบบพีซีแสดงพฤติกรรมหลายรอยแตก (เนื่องจากแรงอัดปกติ) แทนที่จะเป็นรอยแตกทั่วโลกเพียงจุดเดียวที่นำไปสู่ความล้มเหลวของเซ็กเมนต์ ส่วนคอนกรีตเสริมเหล็กมีการตอบสนองที่คล้ายคลึงกันกับส่วนคอนกรีตเสริมเหล็ก โดยความแตกต่างหลักคือรูปแบบรอยแตกร้าวจะสม่ำเสมอมากกว่า แทนที่จะคาดการณ์ขนาดรอยแตกร้าวที่มากหรือน้อยสอดคล้องกับโมเมนต์การดัดงอที่ใช้ ณ จุดใดจุดหนึ่ง เช่นเดียวกับในส่วนของ PC ขนาดรอยแตกที่สังเกตได้ในส่วน R จะคล้ายกันไม่มากก็น้อย ซึ่งบ่งชี้ว่าแท่งเหล็กจะเคลื่อนที่ไปตามการตอบสนองของรอยแตกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ข้อจำกัดของความยาวของแท่ง ความกว้างของรอยแตกร้าวสูงสุดที่คาดการณ์ไว้ในส่วนคอนกรีตเสริมเหล็กคือ 0.158 มม. ซึ่งอยู่ภายในช่วงที่ยอมรับได้น้อยกว่า 0.2 มม. ที่ระบุในขีดจำกัดความสามารถในการซ่อมบำรุง น่ายินดีที่ส่วน SFRC มีประสิทธิภาพสูงสุดในการลดความกว้างของรอยแตกร้าว ตัวเลือกการเสริมแรงทั้งสองแบบส่งผลให้รอยแตกร้าวต่ำกว่าขีดจำกัดการบริการอย่างมาก ดังนั้นจึงเป็นการออกแบบการเสริมแรงที่มีประสิทธิภาพ ภายใต้รูปแบบการเสริมแรงแบบไฮบริด ประสิทธิภาพการโค้งงอแบบเต็มส่วนของ SFRC จะดีกว่าเล็กน้อย (0.112 มม. เทียบกับ 0.142 มม.) ซึ่งสอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของความกว้างของรอยแตกประมาณ 25% ในขณะที่การลด SFRC ทั้งหมดคือ 75%
กรณีโหลด: การหลุดร่อนที่ข้อต่อตามยาว
การตอบสนองของการออกแบบการบุทั้งหมดหรือโครงร่างการเสริมแรง ภายใต้ภาระการหลุดร่อน แสดงในรูปที่ 5.28 รอยแตกร้าวที่ใหญ่ที่สุดเกิดขึ้นที่ข้อต่อตามยาว 78 องศาจากด้านบนของอุโมงค์ วัดตามเข็มนาฬิกาจากด้านบนของวงแหวน โดยรวมแล้ว แนวโน้มที่คาดการณ์ไว้สำหรับความกว้างของรอยแตกร้าวสูงสุดจะคล้ายคลึงกับแนวโน้มของการดัดงอ อย่างไรก็ตาม ในกรณีของการหลุดร่อน SFRC ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพมากกว่าในการลดความกว้างของรอยแตกร้าว
สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าความต้านทานการแตกร้าวของเหล็กขั้นต่ำในการออกแบบคอนกรีตเสริมเหล็กนั้นไม่เพียงพอที่จะยับยั้งการเกิดรอยแตกร้าวที่เกินกว่าค่าความคลาดเคลื่อนได้ สิ่งนี้บ่งชี้ว่า SFRC มีความเหมาะสมมากกว่า RC ในการต้านทานการแตกร้าวจากการหลุดร่อน ประสิทธิภาพของแผนการเสริมแรงแบบไฮบริดสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยใช้ความยาวของฝาครอบคอนกรีตเสริมเหล็กที่สูงขึ้น ซึ่งมีประสิทธิภาพดีกว่าการออกแบบคอนกรีตเสริมเหล็กทั่วไปและต่ำกว่าขีดจำกัดการบริการปกติ รอยแตกร้าวเกิดขึ้นนอกชั้นเส้นใยเหล็ก และฝาครอบชั้นเส้นใยเหล็กสามารถจำกัดการพัฒนาของรอยแตกเพิ่มเติมได้เท่านั้น ในการประมาณค่าความยาวแคป SFRC ที่เหมาะสมที่สุด คุณสามารถใช้อัลกอริธึมการหาค่าเหมาะที่สุดได้
