24 พ.ค. 2020 เวลา 12:39 • การศึกษา
Rigid Pile Cap
เห็นเค้าคุยกันเรื่อง Rigidity of Pile Cap ผมเลยเอาเรื่องนี้มาให้อ่านใหม่ ดูกรณีของ Rigid Floor Diaphragm
Types of Floor Diaphragm
อธิบายให้ฟังแบบง่ายๆ อาจจะไม่ถูกต้องก็ได้ โปรดใช้วิจารณญานในการเสพเอาเองนะครับ
จริงๆ มันก็เรื่องเดียวกันกับ Floor Diaphragm แค่เปลี่ยน Floor Diaphragm ให้เป็น Pile Cap เปลี่ยนเสาเข็มให้เป็นเสาหรือกำแพงรับแรงเฉือน เปลี่ยนแรงด้านข้างให้เป็นแรงแนวดิ่งลงฐานราก
แต่เป็นกรณีพิเศษคือกรณีที่เสาหรือกำแพงรับแรงเฉือนมีขนาดเท่ากันทั้งแปลนด้วย ซึ่งจะทำให้ระบบรับแรงด้านข้างของทั้งตึกรับแรงเท่ากันและขยับด้านข้างเท่ากันหมดโดยไม่เอียง
เข็มในฐานรากจะรับแรงเท่ากันได้ (Equal Pile Load) ตามที่เราเรียนกันมา หรือ สมมติฐานว่าฐานรากแข็งมาก (Rigid Pile Cap) คือ "Pile Cap ต้องทรุดเท่ากันทุกจุด" ซึ่งจะเป็นไปได้เมื่อ
1) Pile Cap แข็งมาก (เหมือน Rigid Floor Diaphragms ในอาคารกรณีรับแรงด้านข้าง) คือรับแรงแล้วต้องไม่ดัด มันถึงต้องหนา เพราะถ้าบางมันจะดัด มันถึงทรุดไม่เท่ากัน
2) เข็มต้องมี Axial Stiffness เท่ากัน (เหมือนกรณีที่มีเสาหรือกำแพงรับแรงเฉือนที่ขนาดเท่ากันหมดในแปลน) เนื่องจากถ้า Cap ไม่ดัดแล้ว มันจะลงมาแบบแนวนอนไม่เอียงได้ ฐานมันต้องยุบเท่ากันด้วย เมื่อเกิด Deformation เท่ากันแรงในเข็มจึงเท่ากันตามกฏของ Linear Elastic
จะเท่ากันได้เข็มต้องมี Axial Stiffness เท่ากัน ถ้าไม่เท่ามันก็จะเอียง ทำให้เข็มบางต้นรับแรงมากกว่า
ทั้งสองข้อนี้มันต้องสัมพันธ์กันถึงจะเรียกว่า "Rigid Pile Cap" ซึ่งจะทำให้เกิด "Equal Settlement of Pile Cap"
โดยอาจจะเกิดได้เมื่อ Pile Cap บางก็ได้ ถ้าเข็มเล็กมาก หรือมี Axial Stiffness น้อยกว่า Bending Stiffness ของ Cap มาก หรือ เข็มยุบก่อน Pile Cap จะดัด
แต่ถ้า Pile Cap หนา เข็มก็ขนาดใหญ่ แต่วางห่างมาก แบบนี้ Bending Stiffness ของ Cap อาจจะต่ำกว่า Axial Stiffness ของเข็ม งัันมันจะดัดก่อนเข็มทรุด แรงจึงกระจายไม่เท่ากัน
Bending Stiffness of Pile Cap > Axial Stiffness of Pile (ผลของทั้งเข็มและดิน ไม่ใช่เข็มอย่างเดียว)
ดังนั้นมันต้องมี สัดส่วนที่ "พอดี" ระหว่าง Bending Stiffness ของ Pile Cap และ Axial Stiffness ของเข็ม ซึ่งเท่าไรถึงพอดี น่าจะหาอ่านตามวารสารวิชาการได้ ผมก็ไม่มีตัวเลข
เค้าถึงแนะนำให้หนาอย่างน้อยมีระยะ 45 องศาจากขอบเสาครอบหัวเสาเข็มทุกต้นด้วย นอกจากช่วยไม่ให้เกิด Punching Shear ในฐานแล้วยังช่วยไม่ให้มันเกิดการดัดบน Pile Cap ที่จะทำให้เกิดการถ่ายแรงไม่เท่ากันด้วย
การใช้เข็มที่ขนาดไม่เท่ากัน มันจึงเหมือนมี Shearwall ที่รับแรงด้านข้างคนละขนาดในแปลน ถึงมี Floor ที่ Rigid มาก ซึ่งกรณีนี้คือ Pile Cap ที่หนามาก ก็ไม่มีประโยชน์ เพราะมันแบ่งแรงตาม Rigidity ของจุดรองรับ Shearwall ที่ใหญ่กว่าจะรับแรงมากกว่า ในทำนองเดียวกันเข็มที่ใหญ่กว่าก็จะรับแรงมากกว่าเหมือนกัน
การใช้เข็มขนาดไม่เท่ากัน (หรือขนาดเท่ากันแต่ตอกลึกไม่เท่ากัน) ในฐานเดียวจึงไม่มีทางที่จะทำให้สมมติฐานของ Rigid Foundation เป็นจริง ยกเว้นตอกลึกไม่เท่ากัน หรือปรับให้ Axial Stiffness ของเข็มแต่ละขนาดเท่ากัน
การที่เราต้องการจำลองสภาพ Rigid Pile Cap ด้วยการจำลองโมเดลฐานรากด้วยการโมเดล Pile Cap ให้แข็งเป็นอนันต์ (Rigid Support) แล้วไปใส่ Pinned หรือ Roller ที่ตำแหน่งเข็มแบบนั้นไม่ใช่การจำลองที่ถูกต้อง นั่นคือการจำลอง Flexible Pile Cap
เหมือน Simply Supported Beam ถ้าแรงกดไม่ตรงกลาง แรงปฏิกิริยาที่สองฝั่งจะไม่เท่ากัน แสดงว่าเป็นได้คือ ฐานมีความแข็งแรงไม่เท่ากันหรือฐานทรุดไม่เท่ากัน
ถ้าฐานคือเข็มมีขนาดเท่ากัน ฝั่งที่รับแรงมากกว่า มันจึงต้องทรุดมากกว่าเพื่อให้เกิดแรงเท่ากรณีของ Simply Supported Beam ดังนั้นการจำลองแบบนี้จึงไม่ใช่ Rigid Pile Cap Modelling
การจะจำลอง Rigid Pile Cap Modelling มันถึงต้องจำลอง Axial Stiffness of Pile เข้าไปด้วยเท่านั้น ใส่เป็น Pinned หรือ Roller ไม่ได้
ความหมายในทางฐานรากกับทางโครงสร้างมันใช้คำว่า Rigid เหมือนกัน จึงอาจจะทำให้คนสับสนได้ โดยสรุปคือ
Rigid Pile Cap Modelling ≠ Rigid Support Modelling
Rigid Pile Cap Modelling = Flexible Support Modelling
Flexible Pile Cap Modelling = Rigid Support Modelling
Flexible Pile Cap Modelling ≠ Flexible Support Modelling
ปล.
ไว้จะหาเวลาวาดรูปให้ดู น่าจะทำให้เข้าใจมากขึ้น
โฆษณา