ให้ความรู้เรื่องท่อเหล็ก

เสาเข็มจะใช้ในฐานรากของสะพานที่ทอดข้ามแม่น้ำ Wabash ใกล้กับวิทยาเขต Purdue ทางฝั่งตะวันออกของ Sagamore Parkway ใน West Lafayette รัฐอินเดียนา เรียกว่าเสาเข็มท่อปลายเปิดขนาดใหญ่ (LOEPPs) ความยาวของท่อเหล็กประมาณ 100 ฟุตและเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 ฟุตจะประกอบกันเป็นตอม่อตรงกลางของสะพาน Rodrigo Salgado, Charles Pankow ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาจาก Purdue's Lyles School of Purdue กล่าวว่าข้อดีอย่างหนึ่งของเสาเข็มท่อคือสามารถตอกลงไปในดินลุ่มน้ำของแม่น้ำได้ง่ายกว่าเสาเข็มปลายปิดแบบดั้งเดิม ซึ่งจะใช้สำหรับเสาเข็มปลายท่อ วิศวกรรมโยธา. เขาเป็นผู้นำการวิจัยร่วมกับศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธา Monica Prezzi ซึ่งทำงานร่วมกับนักศึกษาระดับปริญญาเอก Eshan Ganju และ Fei Han โครงการนี้เกี่ยวข้องกับวิศวกรของ INDOT ผ่านโครงการวิจัยการขนส่งร่วมที่ Purdue "วิศวกรของ INDOT มีประวัติอันยาวนานในการทำงานร่วมกับ Purdue เพื่อร่วมกันพัฒนาและประเมินแนวทางวิศวกรรมที่เป็นนวัตกรรมใหม่" Darcy Bullock ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและผู้อำนวยการโครงการวิจัยการขนส่งร่วมกล่าว "การทดลองภาคสนามประเภทนี้เป็นขั้นตอนสำคัญในการนำนวัตกรรมทางวิศวกรรมไปใช้" นักวิจัยได้สร้างเสาเข็มทดสอบแบบผนังสองชั้นที่ออกแบบมาเป็นพิเศษซึ่งมีท่อด้านในและด้านนอก โดยท่อหนึ่งสอดเข้าไปในอีกท่อหนึ่ง ท่อเหล็ก เนื่องจากทั้งสองส่วนเชื่อมต่อกันที่ด้านบนเท่านั้น จึงสามารถเปลี่ยนรูปได้อย่างอิสระ การออกแบบที่ทำให้สามารถวัดแรงที่กระทำโดยดินบนพื้นผิวภายในและภายนอกได้อย่างแม่นยำและแยกจากกัน ดูวิดีโอ YouTube ได้ที่https://youtu.be/IlWj13whIMQ มีการใช้เสาเข็มปลายเปิดขนาดใหญ่ในการใช้งานนอกชายฝั่ง เช่น กังหันลมและแท่นขุดเจาะน้ำมัน และ INDOT กำลังสำรวจวิธีใช้งานเสาเข็มเหล่านี้บ่อยขึ้นสำหรับโครงสร้างบนบก เนื่องจากเสาเข็มมีขนาดใหญ่กว่าเสาเข็มทั่วไป จึงจำเป็นต้องใช้เสาเข็มน้อยกว่า ซึ่งอาจนำมาซึ่งต้นทุนการก่อสร้างสะพานที่ถูกกว่า "หากความจุสูงเพียงพอ พวกเขาสามารถนำเสนอวิธีที่ประหยัดมากในการสร้างสะพาน" Prezzi กล่าว อย่างไรก็ตาม ไม่ค่อยมีใครรู้ว่าเสาเข็มมีพฤติกรรมอย่างไรเมื่อถูกตอกลึกลงไปในดิน กระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นและความเค้นในดินและเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของเสาเข็ม อาจทำให้ดินอุดแน่นก่อตัวขึ้นที่ด้านล่างของเสาเข็ม ซึ่งจะเปลี่ยนพฤติกรรมของมัน เซ็นเซอร์สองประเภทที่วางเพิ่มขึ้นทีละฟุตตามความยาวของเสาเข็มจะให้ข้อมูลเพื่อระบุได้อย่างแม่นยำว่าเกิดความเครียดมากน้อยเพียงใดในท่อภายในและภายนอกของเสาเข็มสองชั้น ข้อมูลจะถูกพิจารณาในการออกแบบขั้นสุดท้ายของฐานรากสำหรับสะพาน เมื่อท่อปลายเปิดถูกดันลงไปในดิน ดินทำให้เกิดความต้านทานที่แตกต่างกันที่ผนังด้านนอกและด้านในของท่อ Salgado กล่าวว่า "เสาเข็มปลายเปิดเหล่านี้ได้รับแรงต้านจากปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนของเสาเข็มกับดินที่อุดไว้ "เราจะเรียนรู้ว่าดินเข้าไปในเสาเข็มมากน้อยเพียงใด และคุณพัฒนาความต้านทานได้มากเพียงใดเมื่อปลั๊กหนาแน่นขึ้น นอกจากนี้ เราจะเรียนรู้ว่าปลั๊กส่งผลต่อการตอบสนองของเสาเข็มอย่างไรในระหว่างการขับขี่ ภายใต้โหลดแบบไดนามิก และระหว่างการโหลดแบบคงที่ผ่านการทดสอบการรับน้ำหนักว่า จะดำเนินการ" เซ็นเซอร์ถูกติดตั้งไว้บนผนังทั้งด้านในและด้านนอกของเสาเข็มทดสอบ ช่วยให้นักวิจัยสามารถวัดปริมาณของน้ำหนักบรรทุกที่ถูกถ่ายโอนไปยังดินในขณะที่ตอกเสาเข็มลงดินและหลังจากนั้นในระหว่างการทดสอบการรับน้ำหนักแบบคงที่ ในขณะเดียวกัน นักวิจัยจะศึกษากองทดสอบที่สองที่มีปลายปิด เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบได้โดยตรง ไม่เหมือนเสาเข็มปลายเปิด เสาเข็มปลายปิดมีฐานรองเท้าปลายแหลม Salgado กล่าวว่า "สิ่งที่ผิดปกติและอาจไม่เหมือนใครคือเราจะติดตั้งเสาเข็มปลายปิดและปลายเปิดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ที่ไซต์เดียวกัน ดังนั้นเราจะสามารถเปรียบเทียบได้โดยตรง" Salgado กล่าว เซ็นเซอร์มากกว่า 200 ตัวที่ใช้วัดเสาเข็มจะเชื่อมโยงกับระบบเก็บข้อมูลด้วยสายไฟฟ้ายาว 24,000 ฟุต "หากน้ำหนักบรรทุกไม่เท่ากันในแต่ละสถานที่ นั่นเป็นเพราะว่าน้ำหนักบรรทุกบางส่วนตามความยาวนี้ถูกถ่ายโอนไปยังดิน ซึ่งเป็นสิ่งที่คุณต้องการให้เกิดขึ้น" Prezzi กล่าว "การวัดค่าความเค้นที่ส่วนตัดขวางต่างๆ จะทำให้คุณทราบได้ว่าน้ำหนักบรรทุกจะลดลงตามเสาเข็มอย่างไรขณะที่ขนถ่ายลงดิน" การเคลื่อนที่ของปลั๊กเข้าไปในท่อจะถูกวัดโดยใช้เกจที่ทำงานด้วยรอก "นี่คือนวัตกรรมล้ำสมัยที่เกิดขึ้นได้จากการลงทุนอย่างต่อเนื่องใน JTRP และการทำงานเป็นทีมของเจ้าหน้าที่ INDOT และนักวิจัยระดับโลก" ทิโมธี เจ. เวลส์ วิศวกรและผู้จัดการฝ่ายวิจัยระบบขนส่งของ INDOT กล่าว โครงการนี้เป็นโอกาสพิเศษสำหรับนักศึกษาปริญญาเอก Salgado กล่าวว่า "เป็นเรื่องยากมากที่นักศึกษาระดับปริญญาเอกจะมีโอกาสทำงานวิจัยขนาดใหญ่ที่มีคุณภาพสูงเช่นนี้ในสาขานี้"