งานทดสอบกำลังของอุปกรณ์ฝังยึด

อุปกรณ์ฝังยึด (Anchorage) ทำหน้าที่เป็นจุดต่อรับแรงของโครงสร้างอาคารหลายประเภท เช่น โครงสร้างเหล็ก โครงสร้างคอนกรีตสำเร็จรูป โครงสร้างต่อเติม เป็นต้น ซึ่งการออกแบบโดยใช้อุปกรณ์ฝังยึด จะช่วยลดระยะเวลาในการทำงานได้มาก เนื่องจากสามารถก่อสร้างชิ้นส่วนโครงสร้างได้หลายส่วนพร้อมกัน และนำมาประกอบด้วยกัน โดยใช้อุปกรณ์ฝังยึดที่ออกแบบให้สามารถต้านทานแรงได้อย่างปลอดภัย

อุปกรณ์ฝังยึดสามารถแบ่งออกได้ตามลักษณะการติดตั้ง ได้แก่ อุปกรณ์ฝังยึดชนิดติดตั้งก่อน (Pre-installed anchor) ซึ่งจะติดตั้งสลักเกลียว (Bolt) หรือหมุดยึด (Headed stud) ไว้ก่อนการเทคอนกรีต และอุปกรณ์ฝังยึดชนิดติดตั้งหลัง (Post-installed anchor) ซึ่งใช้การเจาะคอนกรีตและฝังอุปกรณ์ฝังยึดภายหลังคอนกรีตแข็งตัวไประยะหนึ่ง

โดยอุปกรณ์ฝังชนิดติดตั้งหลังนี้ จะแบ่งเป็นสองประเภทตามลักษณะการยึดเหนี่ยว ได้แก่ อุปกรณ์ฝังยึดเชิงกล (Mechanical anchor) หรือที่เรียกกันว่า พุกเหล็ก, พุกระเบิด เป็นต้น ซึ่งพุกลักษณะนี้จะใช้การขยายตัวของพุก ทำให้เกิดแรงเสียดทานเพื่อยึดเหนี่ยวกับคอนกรีต และอุปกรณ์ฝังยึดเชิงเคมี (Adhesive anchor, Chemical anchor) โดยจะมีการใช้น้ำยาเคมีทำหน้าที่สร้างแรงยึดเหนี่ยวกับคอนกรีตขึ้นมา

anchor category — ภาพตัดของอุปกรณ์ฝังยึดชนิดต่างๆ

ในปัจจุบันได้มีการพัฒนามาตรฐานการออกแบบอุปกรณ์ฝังยึดเหล่านี้อย่างจริงจังมากขึ้น เนื่องจากเป็นบริเวณที่รับภาระน้ำหนักมาก และในกรณีเกิดการวิบัติจะส่งผลกระทบรุนแรงต่อโครงสร้างรวมได้มาก แม้ว่าจะมีการออกแบบถูกต้องตามหลักวิศวกรรมแล้ว แต่สภาวะแวดล้อมในการทำงานจริง เช่น สภาพคอนกรีต, วิธีการติดตั้ง, ความชื้น เป็นต้น อาจจะส่งผลกระทบต่อการต้านทานแรงของอุปกรณ์ฝังยึดได้

งานทดสอบกำลังของอุปกรณ์ฝังยึด จึงมีส่วนช่วยให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ฝังยึดทดสอบเมื่อติดตั้งจริงแล้ว สามารถต้านทานแรงได้ตามที่มีการออกแบบไว้อย่างปลอดภัย โดยในเชิงวิศวกรรมโครงสร้าง อุปกรณ์ฝังยึดจะต้องรับภาระแรงดึง ทั้งจากแรงดึงโดยตรง และแรงคู่ควบจากโมเมนต์ และแรงเฉือน การทดสอบกำลังของอุปกรณ์ฝังยึด จึงแบ่งเป็น 2 การทดสอบ คือ

ทดสอบกำลังรับแรงดึงของอุปกรณ์ฝังยึด (Anchor Pull out test)
ทดสอบกำลังรับแรงเฉือนของอุปกรณ์ฝังยึด (Anchor shear test)

Anchor bolt tensile test — ทดสอบกำลังรับแรงดึงของอุปกรณ์ฝังยึดแบบติดตั้งก่อน

ทดสอบ shear test พุกเหล็ก บน เสาคอนกรีตหล่อในที่ — ทดสอบกำลังรับแรงเฉือนของอุปกรณ์ฝังยึดแบบติดตั้งหลัง

โดยทั้งสองวิธีการทดสอบ จะมีการใช้กระบอกไฮดรอลิคออกแรงกระทำต่ออุปกรณ์ฝังยึดทดสอบผ่านชุดทดสอบ และวัดระยะการยืดตัวของอุปกรณ์ฝังยึดด้วยมาตรวัดระยะดิจิตอล (Digital Transducer) เพื่อนำมาแปรผลเป็นกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงกระทำและการยืดตัวของตัวอย่างทดสอบ (Load vs Elongation relationship) ซึ่งจะทำให้ทราบพฤติกรรมของตัวอย่างทดสอบ ตั้งแต่สภาวะอิลาสติก จนกระทั่งวิบัติ

อย่างไรก็ตาม ในการทดสอบ ยังสามารถออกแบบวิธีการให้ทดสอบถึงกำลังที่ออกแบบ ซึ่งคาดว่าจะไม่เกิดความเสียหายต่อโครงสร้างได้เช่นกัน โดยการกำหนดแรงพิสูจน์ (Proof load) เพื่อใช้เป็นเกณฑ์การพิจารณาได้เช่นกัน

ระบบการทดสอบกำลังของอุปกรณ์ฝังยึดของบริษัทเรโซลูชั่น เอนยิเนียริ่ง จำกัด ได้ออกแบบการทดสอบตามมาตรฐาน ACI โดยคำนึงถึงรูปแบบการพังต่างๆ (Failure mode) ทั้งเนื่องมาจากการรับแรงดึงของตัวฝังยึด ได้แก่ การวิบัติของเหล็ก (Steel failure) การแตกหลุดของคอนกรีต (Concrete Breakout) การดึงหลุด (Pullout) การวิบัติจากแรงยึดหน่วงของผิวสัมผัสระหว่างคอนกรีตและตัวฝังยึด (Bond failure) และการแตกออกด้านข้างของคอนกรีต (Side-face blowout)

Failure mode of anchorage from tension — รูปแบบการวิบัติเนื่องจากแรงดึง

Failure mode of anchorage from shear — รูปแบบการวิบัติเนื่องจากแรงเฉือน

รวมไปถึงรูปแบบการพังเนื่องจากการรับแรงเฉือน ได้แก่ การวิบัติของเหล็ก (Steel Failure) การแตกหลุดของคอนกรีต (Concrete Breakout) การแตกแบบงัดหลุดของคอนกรีต (Concrete pryout) ซึ่งการออกแบบอุปกรณ์ทดสอบมีผลต่อรูปแบบการพังได้โดยอาจทำให้ไม่ปรากฏรูปแบบการพัง เนื่องจากตำแหน่งติดตั้งอุปกรณ์ เป็นต้น นอกจากนี้ยังมีการใช้ระบบการวัดแบบดิจิตอลที่ทำให้การบันทึกผลข้อมูลมีความละเอียด แม่นยำมากขึ้น