การศึกษาถึงผลของการเสริมกำลังด้วยวัสดุโพลิเมอร์เสริมเส้นใย ต่อการตอบสนองทางพลศาสตร์และความล้าของสะพานคอมโพสิต โดยวิธีการไฟไนท์อิลิเมนท์

วิทยานิพนธ์ฉบับนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของการเสริมกำลังด้วยวัสดุโพลิเมอร์เสริมเส้นใย (Carbon Fiber Reinforced Polymer CFRP) ต่อการตอบสนองทางพลศาสตร์และความล้าของสะพานคอมโพสิต โดยใช้ไฟไนท์อิลิเมนท์โปรแกรม ABAQUS ทั้งนี้สะพานคอมโพสิตที่นำมาพิจารณาในการศึกษานี้เป็นสะพานต้นแบบที่ถูกออกแบบขึ้นเพื่อรองรับน้ำหนักบรรทุกขนาด HS-20 ตามมาตรฐาน ASSHTO ซึ่งในการศึกษาจะเริ่มจากการศึกษาพฤติกรรมการตอบสนองทางพลศาสตร์ของสะพานคอมโพสิตทั้งชนิดที่ไม่ได้เสริมกำลังด้วย CFRP และชนิดที่เสริมกำลังด้วย CFRP หลักจากนั้นนำค่าหน่วยแรง (Stress) ที่เกิดขึ้นไปทำการวิเคราะห์หาช่วงของหน่วยแรง (Stress range) ที่เกิดขึ้นโดยใช้วิธีการนับช่วงหน่วยแรงแบบฝนตก (Rainflow counting method) ซึ่งช่วงของค่าหน่วยแรงที่ได้จะสามารถนำไปใช้คำนวณหาค่าการตอบสนองของความล้า (Fatigue cycle) ที่โครงสร้างสามารถรับได้ต่อไป ขั้นตอนต่อไปทำการศึกษาพฤติกรรมของสะพานคอมโพสิตชนิดที่มีความเสียหายเริ่มต้น โดยความเสียหายเริ่มต้นของสะพานที่จะศึกษาได้แก่ การที่สะพานมีรอยร้าวชนิดความลึกเท่ากันตลอดความกว้างคาน (Through thickness crack) 2 ขนาด คือ ความลึก 3 และ 6 มิลลิเมตร ที่ปีกล่างบริเวณกึ่งกลางของคานรูปตัวไอ (I-shape) ของสะพานคอมโพสิตทั้งชนิดที่ไม่ได้เสริมกำลังด้วย CFRP และชนิดที่เสริมกำลังด้วย CFRP ซึ่งกระบวนการศึกษาก็จะทำเช่นเดียวกับสะพานคอมโพสิตที่ไม่มีความเสียหายเริ่มต้นทุกประการ นอกจากนี้ตัวแปรที่อาจมีผลต่อพฤติกรรมของสะพานเช่น ลักษณะการวิ่งรอกของรถ จำนวนคานเหล็กรูปตัวไอ และรูปแบบการเสริมกำลังก็ได้ศึกษาในงานวิจัยนี้ ผลการศึกษาพบว่าค่าการตอบสนองทางพลศาสตร์สูงสุดจะเกิดขึ้นในกรณีที่รถแล่น 2 ช่องจราจร (ทั้งทางเดียวกันและสวนกัน) และถ้าทำการเสริมกำลังให้แก่สะพานคอมโพสิตด้วย CFRP แล้วจะพบว่าค่าหน่วยแรงและการแอ่นตัวของสะพานจะลดลง ทำให้ค่าอายุความล้ามีค่าเพิ่มขึ้นด้วย แต่ถ้าหากสะพานมีรอยร้าวเริ่มต้นบริเวณคานรูปตัวไอ แล้วพบว่าอายุความล้าจะลดลงอย่างมาก ซึ่งถ้าทำการเสริมกำลังด้วย CFRP แล้วพบว่าสามารถเพิ่มความแข็งแรงให้แก่โครงสร้างสะพายคอมโพสิตได้แต่ยังไม่เต็มประสิทธิภาพ ดังนั้นในกรณีที่มีรอยร้าว เริ่มต้นเกิดขึ้นที่คานเหล็ก ก่อนที่จะทำการปรับปรุงกำลังของสะพาน ต้องทำการเชื่อมติดรอยร้าวให้เรียบร้อยก่อน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการเสริมกำลังด้วย CFRP ให้ใช้งานได้อย่างเต็มกำลัง