ลักษณะและองค์ประกอบ ของโครงสร้างรองรับทางวิ่งยกระดับ

รูปแบบโครงสร้างส่วนบน

ในการคัดเลือกรูปแบบโครงสร้างส่วนบนโดยทั่วไป ปัจจัยที่ใช้ในการพิจารณาได้แก่ราคาค่าก่อสร้าง ความสวยงาม วิธีการก่อสร้าง สิ่งก่อสร้างข้างเคียง วัสดุที่จะนำมาใช้ก่อสร้างความสามารถของผู้รับเหมาท้องถิ่น และระยะเวลาที่ใช้ในการก่อสร้าง จึงได้เลือกใช้โครงสร้างรองรับทางรถไฟเป็นคานคอนกรีตช่วงเดียวรูปกล่องชนิดหล่อสำเร็จจากโรงงาน(Pre-cast segmental box girders) วางต่อกันบนโครงสร้างส่วนล่าง โดยใช้ลวดอัดแรงกำลังสูงอัดแรงแบบภายนอกตลอดความยาวคานเพื่อให้มีกำลังเพียงพอในการรับน้ำหนักบรรทุก

โครงสร้างสะพานแบบ Viaduct Segment นั้น มีลักษณะเป็นชิ้นส่วนคอนกรีตสำเร็จรูปชนิดกลวงนามาเรียงต่อกัน แล้วยึดเข้าหากันด้วย Tendons โดยมีชิ้นส่วน Pier Segment ซึ่งวางอยู่บนหัวเสาทั้งสองฝั่ง เป็นตัวรับแรงที่ถ่ายมาจาก Tendons และในแต่ละ Segment นั้น จะมี Shear Keys ทำหน้าที่รับแรงเฉือน (Shear Force) ที่เกิดขึ้นในแนวดิ่งอีกด้วย

ภาพที่ 1 องค์ประกอบของสะพาน

ที่มา : www.mckeller.co.th 2

ทั้งนี้ประเภทของ Segment ที่ประกอบกันอยู่ในสะพานนั้น สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ชนิด ดังนี้ 2.2.1.1 Pier Segment

เป็นชิ้นส่วนที่วางอยู่บนหัวเสา ทำหน้าที่รับแรงที่ถ่ายมาจาก Tendons ผ่าน Anchorages ที่ติดตั้งอยู่ด้านBulkhead ดังภาพที่ 1 ทั้งนี้จานวนของ Tendons หรือ Anchorages นั้น ขึ้นอยู่กับ Span Type ที่ผู้ออกแบบได้ออกแบบไว้ เช่น Span Type D21 มี Anchorages จานวน 12 ชุด เป็นต้น

ภาพที่ 2 ชิ้นส่วนชนิด Pier Segment

ที่มา : www.mckeller.co.th 3

โดยทั่วไป Pier Segment จะมีรู Future Tendons ที่ไม่ติดหัว Anchorages จำนวน 2 ตำแหน่ง ใช้ในกรณีที่ต้องมีการเปลี่ยน Tendon ที่ได้รับความเสียหาย โดยในกรรมวิธีก่อนที่จะทำการถอด Tendon ที่ได้รับความเสียหายออก จะต้องมีการดึง Future Tendons คู่นี้ก่อน แล้วจึงทำการเปลี่ยน Tendon ที่ได้รับความเสียหาย และหลังจากเสร็จสิ้นการเปลี่ยนแล้ว จึงถอด Future Tendons คู่นี้ออก ให้โครงสร้างกลับไปสู่การรับแรงตามปกติ

2.2.1.2 Deviator Segment

เป็นชิ้นส่วนที่พื้นด้านในมี Deviator Block ซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนแนวของ Tendons ที่ร้อยมาจาก Pier Segments เพื่อทำให้เกิด Lift-Up Force ทั้งนี้จำนวนของ Deviator Segment ขึ้นอยู่กับ Span Type ที่ออกแบบไว้เช่นกัน

ภาพที่ 3 ชิ้นส่วนชนิด Deviator Segment

ที่มา : www.mckeller.co.th 3

2.2.1.3 Typical Segment หรือ Standard Segment

เป็นชิ้นส่วนที่อยู่ระหว่าง Pier Segment และ Deviator Segment ซึ่งเป็นชิ้นส่วนที่มีจำนวนในสัดส่วนที่มากที่สุด ในช่วงของสะพาน และเป็นชิ้นส่วนที่ใช้คอนกรีตและเหล็กเสริมในปริมาณน้อยที่สุด

ภาพที่ 4 ชิ้นส่วนชนิด Typical Segment

ที่มา : www.mckeller.co.th 3

รูปแบบโครงสร้างส่วนล่าง

รูปแบบโครงสร้างส่วนล่างโดยทั่วไป (ความยาวช่วงเสาไม่เกิน 35.0 เมตร) จะถูกกำหนดตามจำนวนรางรถไฟ กล่าวคือ สำหรับรถไฟรางเดี่ยว โครงสร้างส่วนล่างจะเป็นชนิดเสาเดี่ยว(Single Column) ซึ่งศูนย์กลางของเสาจะอยู่ตำแหน่งเดียวกับศูนย์กลางของรางรถไฟ โดยมีขนาดหน้าตัดเสาเป็น 2.00 x 2.55 เมตร และ 2.50 x 2.75 เมตร ที่ระดับความสูงเสาซึ่งวัดจากระดับหลังฐานรากจนถึงระดับหัวเสาไม่เกิน 19.0 เมตร และไม่เกิน 26.0 เมตร ตามลำดับที่ปลายเสาด้านบนจะมีขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อให้สอดคล้องกับตำแหน่งที่รองรับของคานกล่องสำหรับรถไฟรางคู่และชนิดสามราง จะใช้โครงสร้างส่วนล่างแบบโครงหักฉาก (PortalFrame) โดยจัดให้ศูนย์กลางของที่รองรับแต่ละตัวอยู่ในแนวศูนย์กลางของเสาตอม่อแต่ละข้างระยะห่างระหว่างศูนย์กลางเสาตอม่อเป็น 3.75 และ 7.75 เมตร สำหรับรถไฟรางคู่และสามราง ตามลำดับ ขนาดหน้าตัดเสาโดยทั่วไปเป็น 1.50 x 2.55 เมตร ที่ระดับความสูงเสาซึ่งวัดจากระดับหลังฐานรากจนถึงระดับหัวเสาไม่เกิน 17.5 เมตร ที่ด้านบนของเสาตอม่อจะมีคานขวาง (Cross Beam) ยึดระหว่างปลายเสาแต่ละด้านเข้าด้วยกัน เสาตอม่อที่มีความสูงเกินกว่า 11.5 เมตรโดยประมาณจะมีคานยึด (Tie Beam) ระหว่างกลางช่วงเสาทั้งสองข้าง

ในกรณีนี้จะรักษาระยะจากหลังคานขวางที่ปลายเสาถึงกึ่งกลางของคานยึดกลางเสาให้มีค่าคงที่เป็น 8.0 เมตรทุกระดับความสูงเสา เพื่อให้เกิดความสวยงามที่ปลายเสาด้านบนจะมีการหล่อแท่นคอนกรีตต้านการเลื่อนหล่น (End Shear Block) เพื่อใช้ต้านการเคลี่อนที่ของคานกล่องออกจากตำแหน่งที่รองรับจนหลุดจากปลายเสา ในกรณีที่เกิดการสั่นไหวในแนวขวางขนาดมากๆ เช่น กรณีที่เกิดแผ่นดินไหว อันอาจจะเป็นอันตรายต่อชีวิตมนุษย์และสิ่งก่อสร้างที่อยู่ใกล้เคียง

ภาพที่ 5 รูปแบบโครงสร้างส่วนล่างแบบเสาเดี่ยว

แผ่นยางรองคาน (Bearing Pad)

แผ่นยางรองคาน (Bearing Pad) คือ วัสดุที่ใช้รองรับน้ำหนักของโครงสร้างส่วนบนของสะพานรวมน้ำหนักจรจากการใช้งาน สามารถช่วยลดความเสียหายที่เกิดจากแรงกระทำต่างๆ ต่อโครงสร้างสะพานได้ ในอดีตมีการนำวัสดุหลายๆประเภทมาใช้เป็น Bearing เช่น Asphalt Paper โลหะ และยางธรรมชาติ ซึ่งวัสดุบางประเภทใช้ได้ดี บางประเภทใช้ได้ไม่ดีเท่าที่ควร ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาวัสดุที่ทำจากยางธรรมชาติ (Natural Rubber Isoprene) และยางสังเคราะห์ (Neoprene) รวมเรียกว่า Elastomeric Bearing ซึ่งจำแนกชนิดได้ดังนื้

2.2.3.1 Plain Rubber Bearings คือ Bearings ที่ไม่เสริมแผ่นเหล็ก นำมาใช้รองหัวคานพื้นสะพาน ช่วงไม่เกิน 20 เมตร มีลักษณะเป็นแผ่นยางล้วนซึ่งต้องเป็นไปตามที่กำหนดไว้ในแบบหรือตามที่ผู้รับจ้างได้ออกแบบตามมาตรฐาน BS หรือมาตรฐาน AASHTO ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดจนกระทั่งได้รับความเห็นชอบจากสำนักงานสำรวจและออกแบบและจะต้องทดสอบคุณสมบัติทางฟิสิกส์และเคมีให้เป็นไปตามข้อกำหนด

ยางรองคอสะพานชนิดไม่เสริมเหล็กของ JRE ลักษณะเป็นแผ่นยางผิวเรียบไม่มีการเสริมแผ่นเหล็กภายในเนื้อยาง จะมีความหนาของยางตั้งแต่ 10 – 25 มิลลิเมตร เหมาะสำหรับงานที๋ผิวหน้าไม่เรียบ เช่น คานสะพานและตอหม้อสะพานมีทั้งชนิดที่ผลิตจากยางธรรมชาติ (Natural Rubber) และยางสังเคราะห์ (Neoprene Rubber) โดยมีความแข็งที่สามารถกำหนดได้ตั้งแต่ 50 + 5 ถึง 60 + 5

2.2.3.2 Laminated Bearings คือ Bearings ที่เสริมแผ่นเหล็กสลับกับแผ่นยางหลายชั้นตามการคำนวณของผู้ออกแบบ ซึ่ง Bearing ชนิดนี้สามารถรับน้ำหนักที่กระทำและรับแรง Shear Movements และ Rotation ได้สูงกว่า Monoplate Bearings ใช้กับโครงสร้างขนาดใหญ่ มีลักษณะเป็นแผ่นยางเสริมด้วยแผ่นเหล็กเป็นชั้นๆแผ่นเหล็กที่ใช้ต้องทำมาจากแผ่นเหล็กม้วน (Rolled Mild Steel) ตามมาตรฐาน BS 4360 GRADE 43A หรือมาตรฐาน ASTM A36 และ A 570 หรือมาตรฐาน JIS G 3101 GRADE SS-4

ยางรองคอสะพานชนิดเสริมเหล็กของ JRE เป็นแผ่นยางที่มีการเสริมแผ่นเหล็กไว้ภายในเนื้อยางเป็นชั้น ๆ ตั้งแต่ 2 ชั้นขึ้นไป โดยแผ่นเหล็กในแต่ละชั้นจะถูกวางไว้ห่างกันตามมาตรฐานการออกแบบแผ่นยางชนิดเสริมเหล็ก ทั้ง BS Standard และ AASHTO Standard โดยแผ่นเหล็กที่เสริมจะมีความหนาประมาณ 3.2 ม.ม. ซึ่งแผ่นเหล็กดังกล่าวจะผลิตตามมาตราฐานASTM A 570 Grade 36 ซึ่งมีทั้งชนิดที่ผลิตด้วยยางธรรมชาติ (Natural Rubber) และยางสังเคราะห์ (Neoprene Rubber) ที่ความแข็ง (Hardness) ประมาณ 60 + 5 IRHD

ภาพที่ 6 Plain Rubber Bearings

ภาพที่ 7 Laminated Bearings

ภาพที่ 7 Load & Horizontal movement ใน Plain Rubber Bearings และ Laminated bearing

2.2.3.3 คุณสมบัติพิเศษของ Elastometric Bearing

Elastomeric Bearing Pads ทำมาจากการผสมยางธรรมชาติ หรือยางสังเคราะห์กับสินแร่หลายชนิด ได้มีการนำมาใช้กับโครงสร้างเหล็กและคอนกรีต ตั้งแต่ปี ค.ศ.1950 ถ้าหากใช้วัสดุที่มีคุณภาพที่ดีและส่วนผสมที่ถูกต้องแล้ว จะมีคุณสมบัติที่ให้ประโยชน์ ดังนี้

ก. Elastomeric Bearing Pads ชนิดไม่เสริมแผ่นเหล็ก (Plain Bearings) สามารถรับ Compressive Stress ในช่วง 500 – 1,000 PSI (35-70 ksc) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับรูปร่างและส่วนผสมของ Bearing

ข. Elastomeric Bearing Pads ชนิดเสริมแผ่นเหล็ก ใช้งานในที่ป้องกันไม่ให้เกิด Excessive Bulging โดยมีแผ่นเหล็กเสริมและในขอบเขตของ Extemal Restraining Devices แล้ว Elastomeric Material สามารถรับ Compressive Stress ได้สูงถึง 3,000 psi (210 kN)

Pot Bearing

งานก่อสร้างสะพานขนาดใหญ่ที่มีความยาวช่วงสะพานมากและเป็นช่วงคานต่อเนื่อง(Continuous Span) โครงสร้างสะพานส่วนบน (Super Structure) โดยทั่วไปออกแบบเป็นคานรูปกล่อง (Box Girder) มี Bridge Bearing ประเภท Pot Bearing ทำหน้าที่กระจายน้ำหนักจากโครงสร้างสะพานส่วนบนลงสู่เสาตอม่อสะพาน (Pier , Structure) เนื่องจาก Bearing ชนิดนี้รับน้ำหนักรวมทั้งการเคลื่อนที่ของโครงสร้างส่วนบน (Super Structure) โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเคลื่อนตัวที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้มากกว่า Laminated Bearing ทั่วไป ส่วนประกอบของ Pot Bearing เช่น Upper Plate, Stainless Steel, Piston, PTFE, Elastomer or Rubber และ Bolt ดังภาพที่ 4

ภาพที่ 8 ส่วนประกอบของ Pot Bearing

ที่มา : http://domikon.gr/upload/lib/photos/efedrana/12_0.jpg

ประเภทของ Pot Bearing แบ่งตามลักษณะความสามารถในการเคลื่อนที่(Movement) ดังนี้

2.2.4.1 Fixed Bearing ใช้รับน้ำหนักทางดิ่ง (Vertical load) ไม่สามารถเคลื่อนที่ในทางราบทุกทิศทาง

ภาพที่ 9 Fixed Pot Bearing แบบไม่ติด PTFE

ที่มา : http://cosmecinc.com/sites/default/files/product_img/pot-bearing/eng/eg-pb-pg3-1.jpg

ภาพที่ 10 Fixed Pot Bearing แบบติด PTFE

ที่มา : http://cosmecinc.com/sites/default/files/product_img/pot-bearing/eng/eg-pb-pg3-2.jpg

2.2.4.2 Guided Bearing ใช้รับน้ำหนักทางดิ่ง และแรงทางราบ สามารถเคลื่อนที่ทางราบได้ แนวแกนเดียว (Uni-directional Bearing ; ) โดยมีส่วนประกอบสำคัญ คือ Guide bar บังคับทิศทางการเคลื่อนที่โดยมีการออกแบบดังนี้

ก.) CENTER-GUIDED EXPANSION SPHERICAL BEARING :จะใช้เมื่อต้องการลดขนาด Profile จะใช้ได้ดีเมื่อแรงในแนวนอนค่อนข้างน้อย (น้อยกว่า 20 % ของแรงในแนวตั้ง)