การวิเคราะห์ผลตอบสนองแผ่นดินไหวของอาคารคอนกรีตเสริมเหล็กโดยวิธีผลักด้านข้างแบบเป็นวัฏจักร

Abstract

เป็นที่ยอมรับกันว่าการวิเคราะห์เชิงพลศาสตร์สามารถทำนายผลตอบสนองของโครงสร้างภายใต้แผ่นดินไหวได้ใกล้เคียงกับความเป็นจริงเมื่อมีการจำลองโครงสร้างให้สอดคล้องกับสภาพความเป็นจริง ส่วนหนึ่งเป็นเพราะได้มีการพิจารณาการสลายพลังงานในองค์อาคารภายใต้การสั่นไหวสลับไปมา ซึ่งเป็นปัจจัยที่ทำให้เกิดความเสียหายแก่โครงสร้าง แต่ในการออกแบบอาคารการวิเคราะห์แบบผลักด้านข้างโดยให้แรงในทิศทางเดียวเป็นที่นิยมแต่ยังขาดความสามารถในการพิจารณาการสลายพลังงานในโครงสร้าง งานวิจัยนี้ได้เสนอการวิเคราะห์ผลักด้านข้างแบบเป็นวัฏจักร ซึ่งเป็นการวิเคราะห์ที่พิจารณาผลของการเคลื่อนที่กระทำสลับกลับไปมา ซึ่งมีการสลายพลังงานภายในองค์อาคารโดยมีวิธีการในการวิเคราะห์ที่ไม่ซับซ้อนมากนัก ในการศึกษาได้ทำการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของการวิเคราะห์ผลักด้านข้างแบบเป็นวัฎจักร กับ การวิเคราะห์เชิงพลศาสตร์ และการวิเคราะห์ผลักด้านข้างโดยให้แรงในทิศทางเดียว อาคารตัวอย่างที่ใช้ในการศึกษาเป็นอาคารพักอาศัย สูง 5 ชั้น ซึ่งเป็นโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก ในการวิเคราะห์ได้พิจารณาเป็นโครงข้อแข็ง 2 มิติ และใช้แบบจำลองไฟเบอร์ (Fiber model) ในการจำลองพฤติกรรมไม่เชิงเส้นขององค์อาคารเนื่องจากสามารถอธิบายความเสียหายที่เกิดขึ้นในระดับวัสดุขององค์อาคาร และ พิจารณาผลของแรงตามแนวแกนที่แปรเปลี่ยนโดยไม่มีความซับซ้อนในการคำนวณนัก ในการศึกษาได้ทำการเปรียบเทียบกับผลจากการวิเคราะห์ที่เสนอกับผลจากการวิเคราะห์เชิงกลศาสตร์ โดยใช้คลื่นแผ่นดินไหวที่วัดได้ที่ฐานอาคารใบหยก 1 กรุงเทพมหานคร ปี ค.ศ.1995, คลื่นแผ่นดินไหว El Centro ที่วัดได้ที่สถานี lmperial Valley Irrigation District ปี ค.ศ.1940 และ คลื่นแผ่นดินไหวที่วัดได้ที่กรุงแม็กซิโก ปี ค.ศ.1985 ในการวิเคราะห์ได้พิจารณาความเสียหายจากค่าความเหนียวเชิงความโค้ง (curvature ductility) ที่เกิดขึ้นในองค์อาคาร จารการวิเคราะห์พบว่าความเสียหายที่เกิดขึ้นในอาคารจะเป็นแบบเสาอ่อน-คานแข็ง โดยพบความเสียหายในเสามากกว่าคาน เสาชั้นบนเกิดความเสียหายมากกว่าเสาชั้นล่าง เนื่องจากการลดขนาดหน้าตัดเสาและการเสริมเหล็กให้น้อยลงเมื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของการวิเคราะห์ผลักด้านข้างแบบเป็นวัฏจักร กับ การวิเคราะห์เชิงพลศาสตร์ และ การวิเคราะห์ผลักด้านข้างโดยให้แรงทิศทางเดียว พบว่า การวิเคราะห์ผลักด้านข้างแบบเป็นวัฏจักรสามารถทำนายผลตอบสนองของอาคารได้ใกล้เคียงกับการวิเคราะห์เชิงพลศาสตร์ โดยมีค่าเปอร์เซ็นต์ความแตกต่างของการเปลี่ยนตำแหน่งที่ชั้นต่างๆ, อัตราส่วนการเปลี่ยนตำแหน่งระหว่างชั้น และ แรงภายใน ประมาณ 5% - 26% ส่วนการวิเคราะห์ผลักด้านข้างโดยให้แรงในทิศทางเดียวจะมีค่าเปอร์เซ็นต์ความแตกต่างของการเปลี่ยนตำแหน่งที่ชั้นต่างๆ, อัตราส่วนการเปลี่ยนตำแหน่งระหว่างชั้น และ แรงภายใน เมื่อเปรียบเทียบกับการวิเคราะห์เชิงพลศาสตร์ประมาณ 3% - 30% โดยทั้งการวิเคราะห์ผลักด้านข้างแบบเป็นวัฏจักร และการวิเคราะห์ผลักด้านข้างโดยให้แรงในทิศทางเดียวจะสามารถทำนายรูปแบบความเสียหายของอาคารได้ใกล้เคียงกับการวิเคราะห์เชิงพลศาสตร์ แต่อย่างไรก็ตามจะมีความแตกต่างกันบ้างในเรื่องของลำดับการเกิดการคราก เนื่องจากมีการกระจายของแรงในอาคารที่แตกต่างกัน สำหรับการเปรียบเทียบพฤติกรรมขององค์อาคารพบว่าการวิเคราะห์ผลักด้านข้างแบบเป็นวัฏจักรให้ผลการตอบสนองที่แตกต่างการวิเคราะห์ผลักด้านข้างโดยให้แรงในทิศทางเดียว โดยสามารถแสดงให้เห็นถึงพฤติกรรมขององค์อาคารซึ่งปรากฏการตกลงของกำลังเมื่อเกิดการเคลื่อนที่สลับไปมา และมีเส้นโค้งโอบคลุม (envelope curve) ในเสาซึ่งใกล้เคียงกับผลจากการวิเคราะห์เชิงพลศาสตร์