การประเมินสภาพการใช้งานและความแข็งแรงทางโครงสร้างของสะพานคอนกรีตเสริมเหล็กโดยการทดสอบภาคสนาม

Abstract

โครงการวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาและเปรียบเทียบระดับความแข็งแรงของโครงสร้างสะพานคอนกรีตเสริมเหล็กที่ได้จากการทดสอบแบบสถิตย์และแบบพลวัติ เพื่อนำเสนอวิธีการทดสอบที่เหมาะสมสำหรับการประเมินความแข็งแรงของโครงสร้างสะพาน ซึ่งให้ค่าบ่งชี้ความสามารถในการรับน้ำหนักบรรทุกใกล้เคียงกับกรณีการทดสอบแบบสถิตย์ โดยใช้รถบรรทุกสิบล้อที่ทราบน้ำหนักเพลาและระยะห่างของเพลาที่แน่นอน และศึกษาปัจจัยที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ ความเร็วของรถบรรทุกและตำแหน่งการสัญจรในช่องจราจรที่แตกต่างกัน โดยได้ติดตั้งอุปกรณ์ตรวจวัดบริเวณผิวด้านใต้ของสะพาน ได้แก่ อุกรณ์ตรวจวัดความเครียด, อุปกรณ์ตรวจวัดความเร่งจากการสั่นไหว และอุปกรณ์วัดค่าการเปลี่ยนตำแหน่ง เพื่อนำไปวิเคราะห์หาหน่วยแรงที่เกิดขึ้นแลคำนวณค่าบ่งชี้ความสามารถในการรับน้ำหนักบรรทุกตามมาตรฐานของ AASHTO อย่างไรก็ตามเนื่องจากในการทดสอบตามมาตรฐานของ AASHTO ระบุให้ทำการทดสอบด้วยรถบรรทุกมาตรฐานประเภท HS20-44 ซึ่งไม่มีใช้ในประเทศไทย การศึกษาจึงได้ทำการทดลองโครงสร้างสะพานในคอมพิวเตอร์โดยปรับเทียบแบบจำลองด้วยข้อมูลการทดสอบด้วยรถบรรทุกสิบล้อทั่วไปในประเทศ และทำการวิเคราะห์ค่าบ่งชี้การรับน้ำหนักบรรทุกจากแบบจำลองคอมพิวเตอร์ด้วยการเคลื่อนที่น้ำหนักบรรทุกประเภท HS20-44 บนแบบจำลองสะพานที่ปรับเทียบโดยพบว่าการปรับเทียบแบบจำลองจากค่าการแอ่นตัวของสะพานมีความถูกต้องและเชื่อถือได้มากกว่าการใช้อุปกรณ์ตรวจวัดความเครียด และค่าความถี่ธรรมชาติของแบบจำลองมีค่าความคลาดเคลื่อนอยู่ในช่วง 10% จากผลการศึกษาพบว่าการทดสอบแบบพลวัติด้วยรถบรรทุกที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วไม่เกิน 20 กิโลเมตรต่อชั่วโมง จะได้ค่าบ่งชี้ความสามารถในการรับน้ำหนักบรรทุกซึ่งมีค่าความคลาดเคลื่อนอยู่ในช่วง 5% เท่านั้น และพบว่าการทดสอบด้วยการสัญจรช้ามากจะได้ค่าบ่งชี้ความสามารถในการรับน้ำหนักบรรทุกใกล้เคียงกับการทดสอบแบบสถิตย์ ซึ่งสามารถลดเวลาในการทดสอบได้อีกทั้งการสัญจรรถบรรทุกในช่องจราจรที่แตกต่างกันไม่มีผลกระทบต่อระดับความแข็งแรงที่ประเมินได้ This research project studies and compares the strength levels of reinforced concrete bridge structures from static and dynamic tests. This is to present an appropriate testing scheme for strength evaluation of bridge structures. Load rating factor of an appropriate scenario of the dynamic test is similar to a value obtained from the static test. A ten-wheel truck knowing its actual axle weight and axle spacing is utilized. Effects of the related parameters such as moving truck speed and direction of the travel path in the traffic lane are studied. Measurement sensors including strain gauges, accelerometer and displacement transducers are mounted at the bottom surface of the bridge deck. The member stresses and load rating factor of the bridge are analyzed and calculated according to AASHTO standard. However, testing procedure provided by the AASHTO standard requires a standard truck of HS20-44 type which is not available in Thailand. The computer simulation of bridge structure is therefore conducted. The bridge model is calibrated with respect to the test data carried out by ordinary ten-wheel truck in Thailand. Thus, the load rating factor can be calculated through the computer model by traveling a group of HS20-44 loading on the calibrated bridge model. It is found that using deflecting from displacement transducer in the calibration has more accuracy and reliability than using strain gauges. In addition, the obtained bridge natural frequency exhibits within 10% error. From the results of the study, it is observed that conducting the dynamic load test with moving truck speed less than 20 km/hr provides the load rating factor with the error within 5% only. Moreover, it is also indicated that testing at very slow truck speed can perform load rating factor that is very close to the static load testing. By this means, the test duration can be reduced. Besides, testing by traveling the truck at the different traffic lanes does not influence on the evaluated strength levels.