วิทยานิพนธ์ (วศ.ม.)--จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2550

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาพฤติกรรมของเสาเหล็กที่รับน้ำหนักตามแนวแกนภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง สำหรับเป็นข้อมูลพื้นฐานในการพัฒนาแนวทางการออกแบบเสาเหล็กที่ไม่มีวัสดุป้องกันไฟ ในการศึกษานี้กำหนดค่าอุณหภูมิขีดจำกัดของโครงสร้างเหล็กตามแนวทางของมาตรฐาน EN 1993-1-2 โดยทำการทดสอบชิ้นตัวอย่างเสาเหล็กหน้าตัด H100x100x6X8 มม. ความยาว 1.4 ม. ที่รับน้ำหนักตามแนวแกน ภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่เพิ่มสูงขึ้นตามความสัมพันธ์อุณหภูมิ–เวลามาตรฐาน BS 476 ค่าอุณหภูมิขีดจำกัดที่ได้ถูกนำมาใช้กำหนดความสัมพันธ์อุณหภูมิ–เวลาในการศึกษาพฤติกรรมของเสาเหล็กที่รับน้ำหนักตามแนวแกนในการเกิดเพลิงไหม้ธรรมชาติ การจำลองการเกิดเพลิงไหม้ธรรมชาติอาศัยเส้นโค้งออกแบบเพลิงไหม้บาร์เนตต์ (Barnett Fire Design, BFD) โดยกำหนดค่าอุณหภูมิสูงสุดเป็นร้อยละของค่าอุณหภูมิขีดจำกัด ผลที่ได้จากการทดสอบถูกนำมาเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ที่ได้จากการวิเคราะห์แบบจำลองเสาเหล็กที่รับแรงตามแนวแกนภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น โดยอาศัยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ จากการเปรียบเทียบพบว่าค่าแรงปฏิกิริยาที่ฐานรองรับ อุณหภูมิขีดจำกัดและการโก่งของเสาเหล็กที่ได้จากการวิเคราะห์ใกล้เคียงกับการทดสอบ ในการศึกษาพฤติกรรมของเสาเหล็กภายใต้การเปลี่ยนแปลงค่าอัตราส่วนน้ำหนักบรรทุก และลักษณะความร้อนที่เสาเหล็กได้รับ ได้ทำการวิเคราะห์แบบจำลองเพิ่มเติมให้ครอบคลุมค่าอัตราส่วนน้ำหนักบรรทุก 5 ค่า ได้แก่ 0.15, 0.2, 0.3, 0.4 และ 0.5 สภาวะอุณหภูมิที่เพิ่มสูงขึ้นตามมาตรฐาน BS 476 (เพื่อกำหนดค่าอุณหภูมิขีดจำกัด) และตามเส้นโค้งออกแบบเพลิงไหม้บาร์เนตต์ ซึ่งกำหนดค่าอัตราส่วนอุณหภูมิสูงสุดขณะเกิดเพลิงไหม้ต่ออุณหภูมิขีดจำกัด 7 ค่า ได้แก่ 0.50, 0.60, 0.70, 0.80, 0.90, 0.95 และ 1.00 ตามลำดับ จากผลการวิเคราะห์พบว่าเสาเหล็กภายใต้ค่าอัตราส่วนน้ำหนักบรรทุกที่เพิ่มขึ้นแสดงค่าอุณหภูมิขีดจำกัดและระยะเวลาการวิบัติลดลง ในขณะที่แรงปฏิกิริยาระหว่างการให้ความร้อนมีค่าสูงขึ้น เมื่อกำหนดค่าอุณหภูมิสูงสุดเท่ากัน เสาเหล็กภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นตามเส้นโค้งออกแบบเพลิงไหม้บาร์เนตต์ แสดงค่าแรงปฏิกิริยาที่สูงกว่ามาตรฐาน BS 476 เนื่องจากช่วงเวลาลุกลามที่ยาวกว่าและการขยายตัวของเสาเหล็กที่มากกว่า นอกจากนี้ยังสังเกตได้ว่าค่ากำลังรับแรงอัดของเสาเหล็กที่ได้จากการวิเคราะห์แบบจำลองภายใต้อุณหภูมิคงที่ 500 °C มีค่าใกล้เคียงกับค่าที่คำนวนตามมาตรฐาน EN1993-1-2 เมื่อค่าอัตราส่วนความชะลูดสูงกว่า 50 และค่ากำลังรับแรงอัดของเสาเหล็กที่ได้จากการวิเคราะห์แบบจำลอง มีค่าใกล้เคียงกับค่าจากผลการทดสอบของ Kuo-Chen และคณะ (2005) เมื่อค่าอัตราส่วนความชะลูดสูงกว่า 52 ในการทดลองออกแบบ กำหนดให้เสาเหล็กขนาดหน้าตัด H100x100x6x8 มม. ความยาว 1.4 ม. ภายใต้น้ำหนักบรรทุกในแนวแกน 7 ตัน มีอัตราการทนไฟ 60 นาที ภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่เพิ่มสูงขึ้นตามเส้นโค้งออกแบบเพลิงไหม้บาร์เนตต์ซึ่งกำหนดค่าอุณหภูมิสูงสุดที่ 60% ของค่าอุณหภูมิขีดจำกัด จากการทดสอบเสาเหล็กภายใต้สภาวะดังกล่าว พบว่า เสาเหล็กเกิดการวิบัติที่ 56 นาที