เห็นได้จากตัวอย่างการใช้งานโครงสร้างสะพานในประเทศต่างๆที่ส่วนใหญ่ใช้สายเคเบิล CFRP สำหรับสะพานพักสาย ในปัจจุบันไม่มีหลังคาสายเคเบิล CFRP หรือผนังภายนอกในและต่างประเทศ แต่เนื่องจากหลังคาเคเบิล CFRP และผนังภายนอกส่วนใหญ่เป็นโครงสร้างรับแรงในแนวตั้งฉากภายใต้แรงภายนอกสายเคเบิล CFRP จึงเป็นโครงสร้างที่เหมาะ
ในโครงสร้างสายเคเบิลที่เน้นมุมฉากความแข็งแกร่งของโครงสร้างส่วนใหญ่ประกอบด้วยความแข็งแกร่งทางเรขาคณิตและความแข็งแกร่งทางเรขาคณิตจะถูกควบคุมโดยข้ออ้างของสายเคเบิลแทนที่จะเป็นโมดูลัสยืดหยุ่นของสายเคเบิล ซึ่งหมายความว่าสำหรับโครงสร้างสายเคเบิลแบบนี้การเพิ่มความต้านทานแรงดึงของสายเคเบิลเพื่อเพิ่มความตึงก่อนเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นซึ่งสามารถปรับปรุงความแข็งแกร่งของโครงสร้างในขณะที่รักษาความแข็งแกร่งของโครงสร้างโดยไม่ต้องเปลี่ยนปริมาณสายเคเบิลที่ใช้ภายใต้ สถานการณ์ปริมาณสายเคเบิลที่ใช้จะลดลงปรากฏการณ์นี้ยังแสดงให้เห็นว่าในโครงสร้างสายเคเบิลภายใต้แรงมุมฉากแม้ว่าโมดูลัสยืดหยุ่นของสายเคเบิล CFRP มักจะมีขนาดเล็กกว่าสายเคเบิลเหล็กการใช้สายเคเบิล CFRP ที่มีความต้านทานแรงดึงมากกว่าสายเคเบิลเหล็กจะช่วยปรับปรุงโครงสร้างได้ดังนั้น การใช้สายเคเบิล CFRP บนหลังคาและผนังภายนอกเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญในอนาคต
1. ต้นแบบหลังคาเคเบิ้ล CFRP
เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ของการประยุกต์ใช้สายเคเบิล CFRP บนหลังคาและผนังภายนอกหลังคาเคเบิล CFRP ขนาดเล็กถูกสร้างขึ้นที่มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเบอร์ลินในปี 2013 (รูปที่ 1) โครงสร้างต้นแบบมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4m และประกอบด้วยสามหลัก โครงสร้างของหลังคาซี่ล้อจริงองค์ประกอบ: แหวนบีบอัดแหวนตึงและสายเรเดียล
รูปที่ 1 การออกแบบหลังคาและโครงสร้างเคเบิล CFRP โดยมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเบอร์ลิน
ชิ้นส่วนความตึงทั้งหมดเช่นแหวนตึงและสายเหล็กแปดเส้นทำจาก CFRP แหวนบีบอัดเสาและโหนดทำจากอลูมิเนียมเชือกเรเดียลเป็นสมาชิกความตึงเครียด CFRP รูปวงแหวนและวงแหวนปรับความตึงเป็นวงแหวนแปดเหลี่ยม CFRP แบบปิด ประกอบด้วยเส้นใยคาร์บอนขนานที่ฝังอยู่ในเมทริกซ์โพลีเมอร์และใช้เส้นใย SGL C30 ร่วมกับเมทริกซ์เรซินอีพ็อกซี่ หน้าตัดของสายเรเดียลและวงแหวนปรับความตึงคือ 30 มม. 1.2 มม. ซึ่งประกอบด้วยเส้นใยคาร์บอนประมาณ 20 ล้านเส้นใยซึ่งทนต่อแรงดึงได้เกือบ 80 กิโลนิวตัน องค์ประกอบโครงสร้าง CFRP ทั้งสองได้รับการผลิตที่มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเบอร์ลินโดยการเคลือบเส้นใยคาร์บอนไฟเบอร์แบบต่อเนื่องที่เคลือบด้วยอีพอกซีเรซินในรูปแบบหมุนและบ่มโดยใช้เทคโนโลยีสุญญากาศการเชื่อมต่อระหว่างสายเรเดียลและวงแหวนทั้งสองทำจากโหนดอลูมิเนียม เนื่องจากสายเคเบิล CFRP ทั้งหมดเป็นรูปวงแหวนและโหนดอลูมิเนียมก็มีพื้นผิวทรงกระบอกเช่นกัน (ดูรูปที่ 1c และ 2) เพื่อให้สายเคเบิล CFRP ตึงล่วงหน้าแต่ละโหนดของวงแหวนปรับความตึงจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนและเชื่อมต่อสลักเกลียวสี่ตัว ด้วยกัน. ด้วยการขันสลักเกลียวให้สั้นลงเพื่อลดระยะห่างระหว่างชิ้นส่วนทั้งสองระบบสายเคเบิล CFRP ของหลังคาเคเบิลชนิดซี่ล้อจะถูกปรับความตึงล่วงหน้าให้อยู่ในระดับที่เพียงพอต้นแบบนี้พิสูจน์ความเป็นไปได้ของหลังคาเคเบิล CFRP ตามประสบการณ์ในการสร้าง ต้นแบบนี้เป็นไปตามลักษณะของเชือก CFRP ที่รูปร่างเคเบิลใหม่และกลยุทธ์ยึดที่แตกต่างจากสายเหล็กควรได้รับการพัฒนา
รูปที่ 2 วงแหวนความตึงด้านในและด้านนอกของหลังคา CFRP ของมหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเบอร์ลิน
2. ระบบม้วนสายพานต่อเนื่อง CFRP
ระบบม้วนสายพานต่อเนื่อง CFRP เป็นการออกแบบใหม่ที่ใช้เชือก CFRP กับหลังคาและผนัง ตามชื่อที่แนะนำสายเคเบิลที่ใช้ในระบบประเภทนี้คือเทปต่อเนื่อง CFRP ซึ่งจะพันรอบโหนดกลางทั้งหมดยึดที่ปลายทั้งสองด้านเท่านั้นหรือสร้างวงปิดโดยไม่ต้องมีการยึดใด ๆ ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของระบบม้วนริบบิ้นต่อเนื่อง CFRP คือสามารถลดจำนวนจุดยึดให้เหลือน้อยที่สุดเพื่อใช้ประโยชน์จากข้อดีของสายเคเบิล CFRP ได้อย่างเต็มที่และหลีกเลี่ยงข้อเสียระบบม้วนเทปต่อเนื่อง CFRP มีหลายรูปแบบหนึ่งในนั้นแสดงในรูปที่ 3 ซึ่งเป็นระบบสายเคเบิลของหลังคาเมมเบรนเคเบิลของสระว่ายน้ำ
รูปที่ 3 สระว่ายน้ำพร้อมระบบม้วนเทป CFRP
รายละเอียดการใช้งานและโหนดของแถบความถี่ต่อเนื่อง CFRP แสดงในรูปที่ 4 ดังที่เห็นได้จากรูปการกำหนดค่าสายเคเบิลเพียงเส้นเดียวเช่นสายพานต่อเนื่อง CFRP ซึ่งทำให้โครงสร้างเชือกมีความเรียบง่ายและสวยงาม แต่เฉพาะในโหนดยึดสายพานต่อเนื่อง CFRP ที่ปลายทั้งสองข้าง (ดูรูปที่ 4c)
รูปที่ 4 รายละเอียดการใช้ระบบม้วนเทป CFRP
โครงหลังคาเคเบิ้ลซี่ก้านอีกอันที่มีระบบม้วนเทปต่อเนื่อง CFRP แสดงในรูปที่ 5 เป็นหลังคาเคเบิ้ลซี่ล้อ CFRP รายละเอียดการออกแบบโครงสร้างโดยละเอียดแสดงในรูปที่ 6
รูปที่ 5 ด้านบนของสายเคเบิล Spoke โดยใช้เทปพันเกลียวต่อเนื่อง CFRP
รูปที่ 6 โดยใช้เทปดึงซี่ลวดพัน CFRP Cable รายละเอียดโครงสร้างด้านบนอย่างต่อเนื่อง
จะเห็นได้จากรูปที่ 6 ว่ามีสายเคเบิลเพียงสองสายในโครงสร้าง ได้แก่ สายพานต่อเนื่อง CFRP เป็นสายซี่และวงแหวนด้านใน CFRP สายพานต่อเนื่อง CFRP สร้างวงปิดและพันรอบโหนดทั้งหมดโดยไม่มีจุดคงที่นอกจากข้อดีแล้วระบบม้วนเทปต่อเนื่อง CFRP ยังมีข้อเสียบางประการ ตัวอย่างเช่นความล้มเหลวของบางส่วนของสายพานต่อเนื่อง CFRP อาจนำไปสู่ความล้มเหลวของระบบทั้งหมดดังนั้นปัจจัยด้านความปลอดภัยของสายพานต่อเนื่อง CFRP อาจสูงกว่าสายเคเบิลธรรมดาโดยทั่วไประบบม้วนเทปต่อเนื่อง CFRP เป็นวิธีที่น่าสนใจและมีแนวโน้มในการใช้ CFRP ในหลังคาเคเบิลและผนังด้านนอก แต่การนำไปใช้งานนั้นต้องการการวิจัยเพิ่มเติม
(ที่มา: คาร์บอนไฟเบอร์และเทคโนโลยีวัสดุคอมโพสิต)
