Abstract:
พื้นสะพานเหล็กออร์โธโทรปิก (Orthotropic Deck) ได้รับความนิยมมาใช้อย่างแพร่หลายในสะพานที่มีช่วงยาว เนื่องจากมีกำลังรับแรงสูงและน้ำหนักเบา โดยพื้นออร์โธโทรปิกมักประสบกับปัญหารอยแตกร้าวความล้าตามรอยเชื่อม เนื่องจากแรงกระทำซ้ำซ้อนของยานพาหนะบนผิวสะพาน งานวิจัยนี้จึงได้ศึกษาพฤติกรรมความล้าบริเวณจุดต่อสันกับพื้นของพื้นออร์โธโทรปิกด้วยการวิเคราะห์แบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ โดยจุดต่อสันกับพื้นที่ตำแหน่งทั่วไปและที่ตำแหน่งรอยต่อสันชนิดต่อชนด้วยสลักเกลียว ได้รับการคาดการณ์ชนิดรอยแตกร้าวความล้าจากการวิเคราะห์ความเค้นรอยบาก ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่า ชนิดรอยแตกร้าวความล้าของจุดต่อสันกับพื้นบริเวณตำแหน่งทั่วไปอยู่ภายใต้การควบคุมของตำแหน่งโหลดล้อตามขวางและอัตราการเชื่อมทะลุของรอยเชื่อม ซึ่งส่วนใหญ่รอยแตกร้าววิกฤติของจุดต่อสันกับพื้นที่ตำแหน่งทั่วไปมีจุดกำเนิดจากรากและฐานรอยเชื่อมพื้น ในขณะที่จุดต่อสันกับพื้นบริเวณรอยต่อสันมีรอยแตกร้าววิกฤติส่วนใหญ่กำเนิดจากฐานรอยเชื่อมสันเป็นหลัก สำหรับการประเมินอายุความล้าของจุดต่อสันกับพื้น อายุความล้าตามหลักการความเค้นรอยบากและหลักการความเค้นปกติได้รับการเปรียบเทียบกัน นอกจากนี้ งานวิจัยนี้ยังได้ทำการทดสอบตัวอย่างพื้นออร์โธโทรปิกภายใต้การซ่อมแซมเสริมกำลังรอยแตกร้าวความล้าที่จุดต่อสันกับพื้นด้วยวิธีการเจาะรูที่ปลายรอยแตกร้าว การเสริมกำลังด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์และการเสริมกำลังด้วยแผ่นเหล็ก ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าการเสริมกำลังจุดต่อด้วยแผ่นเหล็กมีประสิทธิภาพสูงสุดในการหยุดการเติบโตรอยแตกร้าว และการเสริมกำลังจุดต่อด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ควรทำร่วมกับการเจาะรูบริเวณปลายรอยแตกร้าว จึงจะมีประสิทธิภาพในการหยุดรอยแตกร้าว โดยตำแหน่งรูเจาะควรอยู่เยื้องจากแนวรอยเชื่อม เพื่อลดผลของความเข้มข้นความเค้นบริเวณรอยเชื่อมที่มีต่อการเติบโตของรอยแตกร้าวออกจากขอบของรูเจาะ
Orthothopic steel bridge deck is widely used in long span bridges because of its high strength and light weight. Orthothopic deck often has fatigue cracks at weld connections due to fatigue damage caused by repetitive vehicle loads. This research aimed to study the fatigue behavior of rib-to-deck (RD) connections in orthotropic deck using finite element analyses. Fatigue crack type and fatigue life at tyical RD connection and RD connection at rib splice were evaluated using the notch stress approach. The analytical results showed that fatigue crack type of typical RD connection was controlled by transverse wheel load position and weld penetration ratio. The most critical crack types at typical RD connection were toe-deck and root-deck cracks. Meanwhile, the RD connection at rib splice was susceptible to originate at toe- rib. Fatigue lives of the RD connections provided by the notch stress and nominal stress approaches were evaluated and compared. Furthermore, a fatigue test was conducted on small- scale orthotropic decks with different repair and strengthening schemes, namely stop-hole, carbon fiber reinforced polymer (CFRP), and steel plate bonding methods. The experimental results indicated that the efficiency of steel platebonding method on fatigue life extension was significantly greater than that of stop-hole method. The CFRP strengthening method should be used in a combination with stop-hole method. In addition, the eccentric stop hole should be applied to reduce the effect of stress concentration along the weld line on fatigue crack initiation from the edge of stop hole.