อายุการออกแบบของโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กคำนวณได้อย่างไร?

ข้อกำหนดสำหรับโครงการโครงสร้างขนาดใหญ่มักเรียกร้องให้โครงสร้างมีอายุการออกแบบที่เฉพาะเจาะจง นี่อาจเป็น 50 ปี 100 ปีเป็นต้น

การรองรับอายุการใช้งานของเหล็กสามารถทำได้ง่ายเพียงแค่เพิ่มความหนาเพิ่มเติมเพื่อรองรับการกัดกร่อนที่คาดหวังในช่วงเวลานี้ การคำนวณนี้ยังคำนึงถึงความผันแปรใด ๆ ที่ขึ้นอยู่กับการเคลือบหรือชนิดของเหล็ก

ประวัติศาสตร์ได้แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างคอนกรีตไม่มีโครงสร้างที่แข็งแรงสามารถมีอายุหลายร้อยปี ชาวโรมันมีตัวอย่างบางส่วนของนี้เช่นแพนธีออน

ปัญหาของคอนกรีตเสริมเหล็กคือในที่สุดคอนกรีตเสริมเหล็กจะสึกกร่อนขยายขนาดและทำให้คอนกรีตแตก อาจมีปัญหากับการรวมที่ใช้

นักออกแบบสามารถคำนวณและรับประกันสัญญาของโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กได้อย่างไรและโดยสัญญา

ชีวิตการออกแบบอาจเป็นหนึ่งในสองสิ่งที่แตกต่างกันและพวกมันไม่สามารถใช้แทนกันได้

การอ้างอิงถึง '100 ปีการออกแบบชีวิต' อาจหมายถึงว่ามันถูกออกแบบมาสำหรับกรณีการโหลด '1 ใน 100 ปี' (โหลดลมหรือกระแสคลื่นหรืออะไรก็ตาม) นี่เป็นเพียงวิธีการหาปริมาณขนาดของการโหลดเท่านั้น จริงๆแล้วมันไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับความทนทานของโครงสร้าง แต่เป็นเรื่องเกี่ยวกับความแข็งแกร่งของโครงสร้าง

คำถามที่ถามเกี่ยวกับเรื่องอื่น - ความทนทานและโดยเฉพาะความทนทานของคอนกรีตเสริมเหล็ก โดยปกติแล้วจะมีการวัดปริมาณโดยอ้างอิงถึงประสบการณ์ที่ผ่านมาในสภาพแวดล้อมเฉพาะที่บอกให้คุณทราบว่ากลไกการเสื่อมสภาพที่สำคัญนั้นมีแนวโน้มเป็นอย่างไรจากนั้นอ้างอิงถึงวิธีการแก้ปัญหามาตรฐานหรือการคำนวณอายุการใช้งานสำหรับกลไกนั้น การคำนวณตามปกติจะเป็นระดับสังเกตุ

สำหรับโครงสร้าง 'มาตรฐาน' ที่มีเงื่อนไขการรับแสง 'ปกติ' ลักษณะคอนกรีต 'ปกติ' และข้อกำหนดการออกแบบชีวิต 'ปกติ' จะมีโซลูชั่นมาตรฐานในรหัสการออกแบบที่เกี่ยวข้องซึ่งอาจกำหนดปริมาณของฝาครอบที่จะ ตอบสนองชีวิตการออกแบบ สิ่งที่ถือว่าเป็น 'ปกติ' จะขึ้นอยู่กับเขตอำนาจของรหัสการออกแบบ - การผสมผสานของซีเมนต์ที่แตกต่างกันมีอยู่ในส่วนต่าง ๆ ของโลกและสิ่งที่ 'ปกติ' สำหรับรหัสการออกแบบระดับชาติในประเทศที่อบอุ่นพอสมควร ปกติ 'ในเขตร้อนหรือเขตขั้วโลก

ตัวอย่างเช่นในโครงสร้างในโซนสแปลชในคาบสมุทรอาหรับการโจมตีด้วยน้ำแข็งจะไม่เป็นปัญหา แต่การโจมตีด้วยเกลือทางกายภาพ (หรือสภาพดินฟ้าอากาศ) จะเป็นเช่นนั้น การโจมตีแบบฟรอสต์เป็นที่ที่น้ำแช่แข็งในรูขุมขนและรอยแตกขยายและแตกคอนกรีต การผุกร่อนของเกลือคือที่ที่น้ำเค็มตกต่ำและระเหยไปในอัตราที่ผลึกเกลือเจริญเติบโตภายในรูขุมขนและทำให้คอนกรีตแตก

หากนักออกแบบหลงทางนอกกฎการออกแบบในพื้นที่ของพวกเขาให้พิจารณาว่า 'ปกติ' หรือหากสภาพแวดล้อมมีความก้าวร้าวโดยเฉพาะอย่างยิ่งหรือความต้องการความทนทานเป็นเรื่องปกติที่ไม่ปกติการคำนวณที่เฉพาะเจาะจงจะต้องใช้

ความล้มเหลวที่พบบ่อยที่สุดของคอนกรีตเสริมเหล็กคือการเสริมแรงด้วยโลหะเริ่มกัดกร่อน เหล็กในคอนกรีตไม่เป็นสนิมเนื่องจากคอนกรีตมีค่า pH สูงมากและเหล็กในสภาพแวดล้อมที่มีค่า pH สูงจะ 'ผ่าน' และไม่เป็นสนิม อย่างไรก็ตามก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อย่างช้าๆเมื่อเวลาผ่านไปจากชั้นบรรยากาศจะแพร่กระจายไปในคอนกรีตและทำให้เป็นกลาง ถ้าคุณรู้ลักษณะของคอนกรีตคุณสามารถทำนายได้ว่าเกิดขึ้นเร็วแค่ไหน (โดยอ้างอิงจากประสบการณ์เชิงประจักษ์)

ตามปกติแล้วสิ่งที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อน (อย่างน้อยในสภาพแวดล้อมทางทะเลหรืออื่น ๆ ที่มีรสเค็ม - เช่นเกลือถนน) อย่างไรก็ตามเป็นการโจมตีของคลอไรด์ซึ่งคลอไรด์ไอออนแพร่กระจายจากพื้นผิว เมื่อความเข้มข้นของคลอไรด์ไอออนที่ผิวของแท่งถึงค่าวิกฤตการกัดกร่อนจะเกิดขึ้นในไม่ช้า คุณสามารถคำนวณได้ถ้าคุณพิจารณาความเข้มข้นของคลอไรด์ที่ผิว (จากข้อมูลเชิงประจักษ์) และรู้ลักษณะของคอนกรีต (ทั้งข้อมูลเชิงประจักษ์หรือโดยการทดสอบว่าคลอไรด์ไอออนแพร่กระจายอย่างรวดเร็ว แต่ระวังว่าเป็นคอนกรีต ยุคลักษณะของมันเปลี่ยนไปและคุณต้องยอมให้สิ่งนั้น) และรู้ถึงขีด จำกัด วิกฤต (จากข้อมูลเชิงประจักษ์)

มีโปรแกรมฟรีที่ใช้งานง่ายที่จะทำการคำนวณนี้สำหรับคุณที่เรียกว่าLife-365และมาจากคณะกรรมการสถาบันคอนกรีตอเมริกัน การคำนวณการกระจายคลอไรด์สำหรับคุณวาดกราฟและสิ่งต่าง ๆ และถ้าคุณอยู่ในสหรัฐอเมริกามันก็มีข้อมูลเชิงประจักษ์ที่คุณต้องการในตัวดังนั้นคุณไม่จำเป็นต้องค้นหาสภาพท้องถิ่น (ฉันใช้โปรแกรม แต่ไม่ได้เชื่อมโยงกับโปรแกรมอื่น) คู่มือการใช้โปรแกรมมีการอภิปรายรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์เบื้องหลัง แต่สิ่งที่ดีที่สุดคือคุณสามารถเล่นกับมันและดูว่าการเปลี่ยนแปลงบางอย่างมีผลต่อชีวิตอย่างไร

หากคุณเผาแคลเซียมและมีชีวิตไม่เพียงพอคุณสามารถเสริมกำลังให้ลึกขึ้น (ดังนั้นคลอไรด์จะต้องใช้เวลาในการแพร่กระจายนานกว่า) หรือคุณจะทำให้คอนกรีตมีความต้านทานต่อคลอไรด์ที่แพร่ผ่านมากขึ้นหรือ คุณใช้แท่งที่ต้องการค่าคลอไรด์ที่สูงกว่า (สเตนเลสพูด) หรือผิวหน้าของแท่งหรือคอนกรีตหรือคุณใส่ในระบบไฟฟ้าเคมีหรือไฟฟ้าหรือสารยับยั้งการกัดกร่อนหรืออย่างอื่น สิ่งนี้จำนวนมากกลับมาเป็นข้อมูลเชิงประจักษ์ - พวกมันได้ทำการทดสอบแล้วและมีข้อมูลการทดสอบที่แสดงว่ามันจะป้องกันการกัดกร่อนเป็นเวลา n ปีหากคุณใส่ x จำนวนใดก็ตาม

ฉันไม่สามารถตอบคำถามนี้ในแง่ของโครงสร้างอาคาร อย่างไรก็ตามฉันสามารถทำถนนคอนกรีตเสริมเหล็กซึ่งอาจเป็นที่สนใจของคุณ

สอดคล้องกับคำตอบอื่น ๆ การออกแบบการออกแบบผิวทางสำหรับการทดลองได้ถูกออกแบบขึ้นซึ่งจะถูกประเมินจากการออกแบบชีวิต โหลดที่ออกไปบนทางเท้าจะแสดงในรูปของการทำซ้ำเพลามาตรฐานตลอดอายุการออกแบบ ตัวอย่างเช่นทางเท้าอาจได้รับการออกแบบให้ทนทานต่อการซ้ำเพลามาตรฐาน1x10 ⁵ตลอดอายุการออกแบบ 40 ปี สิ่งนี้เรียกว่าการออกแบบซ้ำ

มีการเลือกทางเท้าทดลองจากนั้นทำการวิเคราะห์ความล้าซึ่งกำหนดการทำซ้ำที่อนุญาตของทางเท้า การออกแบบซ้ำจะถูกหารด้วยการทำซ้ำที่อนุญาตและหากค่านี้กำหนดเป็น Cumulative Damage Factor (CDF) คือ <1.0 จากนั้นทางเดินของคุณจะอยู่รอดได้ตลอดชีวิตการออกแบบ

ดังนั้น CDF = n / N โดยที่ n = การออกแบบซ้ำ, N = การทำซ้ำที่อนุญาต โปรดทราบว่าคุณสามารถทำการคำนวณย้อนหลังเพื่อกำหนดอายุการออกแบบถ้าคุณรู้เงื่อนไขอื่น ๆ