Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh

Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh Độ tin cậy và tuổi thọ công trình dành cho học viên cao học g s TS lê xuân huỳnh

Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học Lí THUYT TIN CY (LTTC) V D BO TUI TH KT CU CễNG TRèNH XY DNG (KCCT XD) Chng trỡnh cao hc chuyờn ngnh xõy dng dõn dng cụng nghip v xõy dng cu ng Khi lng: n v hc trỡnh (45tit) Biờn son v trỡnh by: Lờ Xuõn Hunh HXD Bi 1: M u Đ1 S lc quỏ trỡnh phỏt trin lý thuyt tớnh toỏn KCCTXD Cn c vo cỏc giai on thay i qui phm cựng vi s i v phỏt trin ca cụng ngh XD, k thut tớnh toỏn cú th chia cỏc thi k sau: T 1945 tr v trc: phỏt trin lý thuyt tớnh toỏn theo ng sut cho phộp [] = R/k ú: R Cng phỏ hu ca vt liu, xỏc nh bng thc nghim k H s ln hn n v, cũn gi l h s an ton T 1946-1955: S dng phng phỏp ti trng phỏ hu Vn dựng h s an ton cú k n hin tng bin dng ca vt liu quỏ trỡnh tng ti 3.T 1956-1970: Phỏt trin v tớnh toỏn theo trng thỏi gii hn k P n (m R , m R ) i i 1 2 (1.1) Thi k u ch yu s dng h s (ti trng, kt cu, iu kin lm vic) T 1962-1970: song song vi lý thuyt tớnh toỏn theo trng thỏi gii hn, phng phỏp bỏn xỏc sut vi nhúm h s ó c a vo tớnh toỏn Trong nhúm h s cú nhúm k n tớnh cht trng yu ca cụng trỡnh ( ngoi phm vi k thut v kinh t thụng thng) Cỏc nhúm h s ny núi chung c gi l h s tin cy Giai on ny bt u hỡnh thnh lý thuyt TC v d bỏo tui th tớnh toỏn cụng trỡnh T 1966-1975: Hỡnh thnh v phỏt trin lý thuyt tin cy T 1976-1990: Bc u ỏp dng LTTC tớnh toỏn KCCT v nghiờn cu a vo ỏp qui phm T 1991-nay: ó tin hnh a vo mt s qui phm cho KCCT chu ti ng ch yu mang tớnh cht ngu nhiờn rừ rt v thi gian khai thỏc khụng quỏ di, nhm gim chi phớ ln cho nhng cụng trỡnh cht lng t tin Vit Nam: 1986-1990 cú cỏc hi tho v XDCT chu tỏc ng ca giú bóo, ng t 1990-1995: Hỡnh thnh nhúm nghiờn cu qui phm ti trng ng ca giú theo quan im ngu nhiờn Cc ng kim VN c nh nc giao nhim v ch trỡ lm qui phm cho KC dn khoan ngoi bin 1994: Vin khoa hc cụng ngh xõy dng ch trỡ ti biờn son tiờu chun thit k nh v cụng trỡnh vựng cú ng t GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học 2003: Vin khoa hc cụng ngh xõy dng ch trỡ biờn dch ti liu hng dn tớnh toỏn thit k cụng trỡnh xõy dng theo tiờu chun tin cy 2005: Vin khoa hc cụng ngh xõy dng hon thnh vic biờn dch ti liu ISO-2394Nguyờn tc chung v tin cy ca kt cu xõy dng 2006: Ban hnh tiờu chun TCXDVN 373:2006 Giỏm nh kt cu nh 2007: Hỡnh thnh nhúm nghiờn cu ng dng lý thuyt m ỏnh giỏ kt cu Đ2 Túm tt quỏ trỡnh phỏt trin lý thuyt TC tớnh toỏn KCCT Lý thuyt TC c xõy dng v phỏt trin trờn c s cỏc mụn lý thuyt xỏc sut (LTXS), thng kờ toỏn hc (TKTH) v lý thuyt cỏc quỏ trỡnh ngu nhiờn (QTNN) t nm 1930 Lý thuyt TC xut phỏt t nhu cu v s ỏnh giỏ, kim tra cht lng sn phm c khớ, thit b mỏy, hng hoỏ, c bit l nhng mt hng cht lng cao sn xut hng lot nh hng in t, c khớ chớnh xỏcTuy vy cỏc CTXD tin cy cha c quan tõm ỳng mc vỡ sn phm khụng cú tớnh cht hng lot; cỏc cụng trỡnh ln c xem l vnh cu Tuy nhiờn thc t cú khỏ nhiu cụng trỡnh XD b phỏ hoi trc thi gian d tớnh, vớ d nh cụng trỡnh nh mỏy in nguyờn t Trecnụbin, cu Ro (HP), rp hỏt Nguyn Trói (H ụng), siờu th Sun, dn khoan bin Bc, 11 nh mỏy in ht nhõn ca Nht Bn phi úng ca (2004) kim tra rũ r hi nc; sp mỏi ch Maxcva (2/2006) tuyt ri dy, v nhiu cụng trỡnh nh b s c Nm 2007 s c sp hai nhp cu dn cu Cn Th; sp cu trờn sụng Mississippi, t s c ny ngi ta tin hnh kim tra v phỏt hin 12% tng s cu Liờn bang cú v kt cu Mt khỏc cỏc CTXD ngy cng cú qui mụ ln, phc v mt kt cu vt liu mi, a dng v tỏc ng ú ũi hi cỏc chuyờn gia phi nghiờn cu TC, d bỏo tui th KCCT v nghiờn cu vic mụ hỡnh hoỏ h thng KCCT theo LTTC Cú th chia quỏ trỡnh nghiờn cu thnh hai giai on: Nghiờn cu c bn: Bao gm vic nghiờn cu cỏc yu t tỏc ng cú bn cht ngu nhiờn lờn KCCT nh ng t, giú bóo, súngdn n bi toỏn LH ngu nhiờn (tớnh cht ngu nhiờn tỏc ng u vo) Nghiờn cu cỏc yu t ngu nhiờn bn thõn KCCT nh vt liu, cp phi, kớch thc hỡnh hc, s bin dng,dn n vic nghiờn cu cỏc toỏn t ngu nhiờn mụ t bn cht KCCT Nghiờn cu x lý cỏc kt qu cỏc bi toỏn trờn (cỏc phn ng ca KCCT) ỏnh giỏ s lm vic an ton, mc ri ro v d bỏo tui th ca KCCT Nghiờn cu ng dng: Vt dng lý thuyt chung vo cỏc lp bi toỏn khỏc ca KCCT xõy dng c thự v h KC v tỏc ng ca nguyờn nhõn bờn ngoi Trờn c s cỏc kt qu nghiờn cu ng dng, hỡnh thnh vic xõy dng qui phm chuyờn ngnh c im ca giai on ny l vic x lý mt lng rt ln thụng tin trc v sau thi im xem xột ỏnh giỏ GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học Nghiờn cu ng dng LTTC c bit cú ý ngha i vi nhng lnh vc m cỏc cu kin ca CTXD c chun hoỏ v sn xut hng lot theo qui mụ cụng nghip, thi gian khai thỏc CT khụng phi l vnh cu Vớ d cỏc panel, ct in bờ tụng, ng cng, ct in bng thộp, khung nh cụng nghip tin ch Trong nhng nm gn õy, xut hin cỏc cụng trỡnh nghiờn cu lý thuyt v ng dng lý thuyt m xõy dng Đ3 BI TON KINH T - TIN CY Nõng cao cht lng KCCT, m bo s lm vic an ton quỏ trỡnh khai thỏc ó c n nh cú liờn quan cht ch n vic nõng cao TC ca KCCT 1.Quỏ trỡnh xõy dng v hot ng khai thỏc ca KCCT c chia thnh giai on chớnh - Kho sỏt - Thit k - Thi cụng - Khai thỏc Cỏc yu t nh hng n cht lng (TC) v tui th - Tỏc ng ca mụi trng (khớ hu, t nn) - nh hng ca cụng ngh ch to v cht lng vt liu - nh hng ca iu kin, ch khai thỏc KCCT - nh hng ca c ch qun lý, s dng v ý thc ngi Nõng cao tin cy tin cy ca KCCT c xỏc nh bng xỏc sut tin cy P(t) cú giỏ tr [0,1], l hm n iu gim theo bin thi gian Mi KCCT, tu theo tớnh cht v mc quan trng ca nú, s c thit k vi mc bo m v TC P0 thuc giỏ tr núi trờn Nu gi T l thi gian khai thỏc ti a theo thit k (tui th qui c) ca KCCT, thỡ ng vi t = T1 ta cú tin cy P(T1) v iu kin m bo TC ca KCCT s l P(T1) P0 V nguyờn tc mt KCCT núi chung va i cú tin cy P (t=0)=1 Nhng ri theo thi gian, tỏc ng ca cỏc yu t mụi trng v iu kin khai thỏc, TC ca KCCT s gim Gi s ti thi im t = T 2, o c tớnh toỏn, kim tra thy TC P(T 2) nh hn mc yờu cu ca thit k, m bo TC cn phi u t nõng cp (vớ d khỏch sn, ng xỏ, cu cng,) Trong sut quỏ trỡnh khai thỏc KCCT bo m TC theo qui nh, thng phi tin hnh kim tra nh k v tu bo dng Cỏc chi phớ ny phi c tớnh n tng chi phớ u t khai thỏc n cui i (thanh lý) ca KCCT, vỡ vy tng chi phớ s l: GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học n C = C0 + Ci (1.2) i =1 Trong ú Co l chi phớ ban u, Ci l chi phớ bo dng ti thi im kim tra nh k t = ti T ú hỡnh thnh cp bi toỏn kinh t - TC i ngu sau õy: P max vi C C0 (1.3) vi P(T) P0 (1.4) (0T) v C (0T) Tt nhiờn õy, y cn phi cp n c v mt qun lý ch khụng ch thun tuý k thut Liờn quan n bi toỏn ti u cú xột n tin cy, theo tiờu chun ISO-2394 cụng thc (1) c a v dng sau: n CT = C0 + Cm + C fi Pfi (1.5) i =1 Trong ú: Cm l chi phớ bo dng sa cha nh k Pfi v Cfi l xỏc sut phỏ hoi th i v chi phớ phc hi tng ng vi xỏc sut phỏ hoi th i Đ3 CC BI TON V TIN CY CA CễNG TRèNH XY DNG NHểM 1: * Xõy dng khỏi nim, tiờu chun, phng phỏp xỏc nh tin cy ca kt cu cụng trỡnh * Gii bi toỏn ng lc thng kờ: Xỏc nh kh nng lm vic ca kt cu iu kin cho trc NHểM 2: * Xỏc nh tin cy tiờu chun * Xõy dng mụ hỡnh tin cy ti u NHểM 3: * Nõng cao tin cy ca kt cu cụng trỡnh * Bi toỏn ngc ca tin cy Đ4 C S PHN LOI CC YU T NGU NHIấN 1/ Theo bn cht vt lý q u - Tỏc ng ngu nhiờn: L - Giú , súng, ng t, Tỏc ng Phn ng nhit, súng chn n KC GS TS Lê Xuân Huỳnh Hỡnh 1.1 Trang Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học - Kt cu cú thụng s ngu nhiờn: sai lch hỡnh hc, s tớnh, liờn kt, nn, 2/ Theo bn cht toỏn hc - Yu t ngu nhiờn mụ t theo lý thuyt xỏc sut - Yu t ngu nhiờn mụ t theo lý thuyt quỏ trỡnh ngu nhiờn Đ5 CC BIN M TRONG PHN TCH KT CU Tỏc ng khụng rừ qui lut, s liu thiu S tớnh kt cu khụng rừ rng, cỏc sai sút k thut khụng cú lut phõn b ỏnh giỏ bng ngụn ng d hiu, d thy nht nhng phõn tớch nguyờn nhõn quỏ phc tp, nhiu tranh cói GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học Bi KHI QUT CHUNG V Lí THUYT TNH TON TC V TT Đ1 NHNG KHI NIM V TC V TT tin cy v tui th l hai khỏi nim liờn quan cht ch vi lm c s cho vic tớnh toỏn nh lng TC v TT ta cú nh ngha sau: nh ngha 1: H thng v cỏc phn ca nú l khỏi nim tng quỏt hoỏ mụ phng cỏc cụng trỡnh XDCB c th ngi thit k, xõy dng v khai thỏc nhm mc ớch xỏc nh phc v nhu cu i sng vt cht v tinh thn H thng gm nhiu phn t, b phn cu to theo qui tc nht nh v cú mi quan h tng tỏc nh ngha 2: Cht lng ca h thng l phm cht ca h thng c biu th qua cỏc ch tiờu nh lng, bo m cho h thng hot ng bỡnh thng nh mc ớch thit k ban u, sut thi gian khai thỏc h thng nh ngha 3: Cỏc tỏc ng lờn h thng l cỏc yu t gõy nh hng n cht lng h thng quỏ trỡnh to lp v khai thỏc Trong nhiu KCCT vic mụ phng cỏc tỏc ng mt cỏch ỳng l mt rt khú Do bn cht ngu nhiờn nờn ngi ta ch yu s dng mụ hỡnh thng kờ kt hp vi LTXS i vi cỏc tỏc ng khụng mang bn cht s hc ngi ta quan tõm n vic mụ phng da trờn lý thuyt m nh ngha 4: S lm vic an ton v s c An ton l trng thỏi lm vic bỡnh thng n nh ca h thng, m bo cỏc ch tiờu cht lng qui nh di tỏc ng ca cỏc nguyờn nhõn bờn v bờn ngoi h thng S c l trng thỏi hot ng khụng bỡnh thng cỏc mc khỏc t nh n ln, t cc b dn tng th nh ngha 5: tin cy ca KCCT (h thng k thut) l khỏi nim c nh lng hoỏ (o theo xỏc sut) phn ỏnh kh nng lm vic an ton ca h thng da trờn kt qu x lý cỏc phn ng ca h thng di tỏc ng ca nguyờn nhõn mang bn cht NN gõy Biu din ỏnh giỏ TC theo mụ hỡnh lý thuyt iu khin: Tỏc ng NN HTKT phn ng NN X lý GS TS Lê Xuân Huỳnh ỏnh giỏ TC ca HTKT Trang Hỡnh 2.1 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học nh ngha 6: T chi l khỏi nim bự i vi TC t chi = - TC Dựlán quibhoạch cấpkhai nhà nh ngha 7: Tui th ton thi gian thỏc an ton ca h thng, bo m n ớc TC ó qui nh Tui th T (trong ú P(T)=P 0) l i lng NN c xỏc nh bi cỏc c trng ca nú Dự án ngành Q/Đ xây dựng Đ2 NHIM V CA Lí THUYT TIN CY Khảo sát thiết kếcú nhim v mụ phng cỏc qui lut tng quỏt LTTC ca h thng l mt ngnh mi KCCT v cỏc tỏc ng NN lờn h thng nh cỏc d liu xut phỏt; tớnh toỏn phn ng ca h thng v x lý cỏc tỏc ng NN lờn h thng nh cỏc d liu xut phỏt; tớnh toỏn phn ng Yêung cầu ca h thng v x lý cỏc phn úchất ktlợng lunHT v s an ton v thi gian kộo di s an ton ú (tui th) Xut phỏt t nhim v ta cú cỏc bi toỏn c th sau: Thiết kế n TC v TT cho cỏc dng khỏc Mụ phng y cỏc yu t nh hng kỹ thuật ca h thng Nghiờn cu cỏc c trng nh lng v TC v TT ca cỏc dng khỏc ca h thng nhm mc ớch phõn cp, lp tiờu chun k h thng Dự báo ĐTC - TTthit theo thiết kế Xỏc nh phn ng v x lý phn ng cho phộp d bỏo TC v TT Nghiờn cu mụ hỡnh thng chun oỏn h thng Xâykờ dựng - nghiệm Nghiờn cu cỏc bin phỏp nõng cao thuTC v TT ca h thng Ti u hoỏ cỏc h thng theo tiờu chun TC Đánh giá ĐTC thi công X lý thụng tin tỏc ng ngoi v bờn h thng theo lý thuyt m Cỏc mụ hỡnh v phng phỏp ỏnh giỏ TC m Khánh thành khai thác Chẩn đoán kỹ thuật Đ3 S IU KHIN CHU TRèNH THIT K - XD - KHAI THC Khắc Đánh giá CHUN ON KT CU CễNG TRèNH THEO Hủy LTTC bỏ phục chất lợng ĐTC 1.Nâng S chu trỡnh khai thác cao TT lại GS TSĐTC Lê Xuân Huỳnh Trang Chẩn đoán kỹ thuật Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học Do chiến lợc vĩ mô Do công nghệ thay đổi Cải tiến đổi Số liệu Hồ sơ Hồ sơ Khai khảo sát thiết hoàn thác Hỡnh 2.2 kế công Cỏc khõu ch yu nh hng n TC v TT KCXD a S tng tỏc qun lý theo ISO v cỏc giai on ỏnh giỏ ĐTC thiết kế ĐTC thi công GS TS Lê Xuân Huỳnh ĐTC - TT ĐTC Khai thác ý thức ngời Môi tr ờng Trang Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học Hỡnh 2.3 b Cỏc thiu sút thng gp cỏc khõu lm gim TC v TT Khụng thu thp y cỏc s liu cn thit cho u vo (thiu thit b o, phng phỏp x lý thụ s) Sai sút t hp ti trng, chn s tớnh cho kt cu, phng phỏp gii cha chớnh xỏc Cht lng vt t khụng ỳng yờu cu, thit b khụng chun, sai thit k, bc th thp Thit b bo trỡ thng xuyờn, s dng sai mc ớch thit k Con ngi thiu ý thc, c ch qun lý khụng phự hp Tỏc ng ca mụi trng: n mũn, suy thoỏi vt liu, Mt s bin phỏp nõng cao cht lng v TC ca HT - Tng cng d phũng cỏc khõu yu, cỏc phn t nhy cm m bo TC cỏc phn t HT ng u - Kt hp thit k ban u + bo dng quỏ trỡnh khai thỏc theo ch - Thit k cú d phũng cỏc tn tht khai thỏc - Hng dn chi tit cỏc qui trỡnh khai thỏc - Tng cng kim tra cht lng thi cụng - Tuyờn truyn, giỏo dc, x lý v ý thc nõng cao cht lng v bi dng tay ngh cho ngi lao ng - S dng cỏc thnh tu KHKT mi cỏc giai on trỏnh sai sút - p dng qui trỡnh qun lý cht lng tt c cỏc khõu theo ISO Đ4 C S Lí THUYT NH LNG TC V TT GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học Nh ó trỡnh by trờn, cú mt KCCT thc lm i tng nghiờn cu, cn tri qua giai on chớnh: kho sỏt, thit k, ch to v khai thỏc Vỡ vy cht lng cụng trỡnh ph thuc vo cỏc khõu: kho sỏt, thit k, thm k, thi cụng, khai thỏc, bo dng, tu V mt lý thuyt cú th xem xột TC ca HTKCCT theo ba giai on: TC v mt thit k v TC v mt thi cụng v TC v mt khai thỏc s dng tin cy v mt thit k (gi tt l TC thit k) l xỏc sut an ton tớnh theo cỏc s liu thit k trờn h s Nu quỏ trỡnh thi cụng thc hin y , nghiờm tỳc h s thit k v cỏc qui nh, cú th xem gn ỳng TC thi cụng bng tin cy thit k (núi gn ỳng vỡ khụng th tớnh ht cỏc yu t nh hng n cht lng, c v mt lý thuyt) tin cy khai thỏc l TC c xỏc nh ti mt thi im no ú quỏ trỡnh s dng KCCT Nh ó bit TC l mt hm gim theo thi gian tỏc dng ca cỏc nguyờn nhõn bờn v bờn ngoi tỏc ng lờn cụng trỡnh Nu khụng tu bo dng, TC khai thỏc ti thi im t = ti : P(ti) < P(qui nh) Nh vy tin cy l xỏc sut an ton Trờn c s cỏc khỏi nim ó nờu cú th nh ngha TC cho mt phn t, mt h thng núi chung v cho mt cu kin, mt h KCCT núi riờng nh ngha TC Xột mt h thng k thut chu tỏc ng ca mụi trng m trng thỏi ca nú c biu din bi phng trỡnh: Lu = q (1) Gv = u (2) Trong ú: u = {ui} l vộc t trng thỏi ca h thng KT q = {qi} l vộc t tỏc ng ngoi qui v ti trng v = {vi} l vộc t cht lng ca h KT L: toỏn t vi phõn hoc i s, l phộp ỏnh x t vộc t tỏc ng sang vộc t trng thỏi G: Toỏn t bin i, l phộp ỏnh x t vộc t trng thỏi sang vộc t cht lng Cỏc vộc t u, q, v l cỏc quỏ trỡnh ngu nhiờn, cha cỏc bin khụng gian x v thi gian t Gi l khụng gian ch tiờu cht lng, cha cỏc phn t ch tiờu cht lng qui nh trc, biu din an ton ca h thng (cng phỏ hoi, tn s dao ng, gia tc dao ng, bin dng, vừng) v W l khụng gian cha h thng KT (khụng gian h thng chim ch phm vi cho phộp) tin cy ca h thng KT l xỏc sut: P(t) = Prob[v(x,)0; xW, t] (3) iu kin bo m tin cy (gi tt l iu kin tin cy) P(t) P0 t [0,T] (4) GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang 10 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học ^ f ^ 9P X fL = X L = i .5%.L = 0,00991Pi L 2bh ^ X fb = ^ X fh = f ^ P L 3P X b = i + i .5%.b = 0,010456 Pi b b 2h 2h f ^ P L 3Pi X h = i 5%.h = 0,020365 Pi h bh 2bh ^ X ,8 = ( 0,20912 P sin(rt )) i + ( 0,00991Pi ) + ( 0,010456 Pi ) + ( 0,020365Pi ) 2 ^ X ,8 = Pi 0,04373sin (rt ) + 0,000622 Ni Ni = = F ( P; D ) Fi Di2 + Phần tử 3, 4, 5, 6, 9, 10 chịu kéo nén: i = ^ ^ ^ X i = X fP + X fD i 4( N i )'P f ^ X fP = X P = Pi sin( rt ) Pi D22 ^ i ^ X fD = Ni f ^ X D = 5%.Pi Di Di D i ^ X = Pi 0,01878.sin (rt ) + 0,000188 ^ X = Pi 0,00597.sin ( rt ) + 0,00006 ^ X = Pi 0,00739.sin (rt ) + 0,000074 ^ X 6, = Pi 0,039536.sin ( rt ) + 0,000395 ^ X 10 = Pi 0,038964.sin (rt ) + 0,00039 - Xác định số độ tin cậy : = RS ^ ^ X R2 + X S2 - Trong : R = Rk,n = 2100 (kG/cm2) S : ứng suất nguy hiểm cấu kiện cần xét ^ - X R = 3%, Rk,n = 0,03.2100 = 63 (kG/cm2) ^ - X S độ lệch chuẩn ứng suất cấu kiện xét phụ GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang 130 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học thuộc vào biến ngẫu nhiên 1, = 2100 0,0627 Pi 632 + Pi (0,00393 sin (rt ) + 0,000052) = 2100 0,137 Pi 63 + Pi (0,01878 sin (rt ) + 0,000188) = 2100 0,0773Pi 632 + Pi (0,00597 sin (rt ) + 0,00006) = 2100 0,086 Pi 63 + Pi (0,00739 sin (rt ) + 0,000074) 2 2 6,9 = 2100 0,1988 Pi 632 + Pi (0,039536 sin ( rt ) + 0,000622) ,8 = 2100 0,2091Pi 63 + Pi (0,04373sin ( rt ) + 0,000622) 10 = 2100 0,1974 Pi 632 + Pi (0,038964 sin ( rt ) + 0,00039) 2 Từ số ĐTC phần tử, tra bảng xác định đợc ĐTC phần tử * Xác suất làm việc an toàn hệ - Nhận xét: Kết cấu hệ bị biến hình phần tử từ 1-5 phần tử 6-9 bị phá hoại Nh an toàn hệ kết cấu đợc thể sơ đồ hỗn hợp sau: - Gọi xác suất làm việc an toàn phần tử 1, 2, , lần lợt P1, P2, P9 xác suất làm việc an toàn hệ: P = (P1,2).(P1,3).(P1,4).(P1,5).(P2,3).(P2,4).(P2,5).(P3,4).(P3,5).(P4,5) P6 P7 P8 P9 P = (1 - Q1,2).(1 - Q1,3).( 1- Q1,4).(1- Q1,5).(1-Q2,3).(1-Q2,4).(1Q2,5) (1- Q3,4).(1- Q3,5).(1 - Q4,5) P6 P7 P8 P9 P = (1 - Q1.Q2).(1 - Q1.Q3).( 1- Q1.Q4).(1- Q1.Q5).(1-Q2.Q3).(1Q2.Q4).(1-Q2.Q5) (1- Q3.Q4).(1- Q3.Q5).(1 - Q4.Q5) P6 P7 P8 P9 P = [1 - (1-P1).(1- P2)] [1 - (1-P1).(1- P3)] [1 - (1-P1).(1- P4)] [1 - (1P1).(1- P5)] [1 - (1-P2).(1- P3)] [1 - (1-P2).(1- P4)] [1 - (1-P2).(1- P5)] GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang 131 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học [1 - (1-P3).(1- P4)] [1 - (1-P3).(1- P5)] [1 - (1-P4).(1- P5)] P6 P7 P8 P9 Thay giá trị ĐTC phần tử vào biểu thức trên, tính đợc ĐTC hệ Việc xác định tuổi thọ kết cấu tính theo hai cách sau : + Căn vào tuổi thọ phần tử, giả định qui luật suy giảm ĐTC củ phần tử thứ i (i = 1, 9) có dạng bậc P i = (1 - t Ti ) Với hệ bậc siêu tĩnh n, chọn (n+1) phần tử có ĐTC nhỏ phần tử lại toàn kết cấu, để lập biểu thức P(t) cho hệ : n+1 P (t ) = Pi (t ) i =1 Sử dụng công thức tính tuổi thọ Bolotin + Căn vào sơ đồ ĐTC, lựa chọn cụm phần tử có ĐTC quan niệm tuổi thọ kết cấu tuổi thọ cụm phần tử - Với ví dụ trình bày trên, hệ có bậc siêu tĩnh n = + Tính theo cách thứ cần chọn phần tử có P i + Tính theo cách thứ hai, theo sơ đồ dạng hỗn hợp ta có 10 cụm (mỗi cụm có phần tử) phần tử (6, 7, 8, 9) Tổng cộng có 14 cụm nối tiếp Tuổi thọ hệ lấy theo tuổi thọ cụm có P P(t) = Pimin(t) = (1 = (1 GS TS Lê Xuân Huỳnh t T t Ti ) )dt i Trang 132 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học tài liệu tham khảo Phạm Khắc Hùng Bài giảng lý thuyết ĐTC tuổi thọ KCCT cho Cao học ngành CT Biển, 1990 Nguyễn Văn Phó Bài giảng ĐTC tuổi thọ Công trình cho Cao học ngành XD, ĐHXD 2000 Phan Văn Khôi (2001) Cơ sở đánh giá độ tin cậy, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà nội Lê Xuân Huỳnh Một cách xác định ĐTC kết cấu dàn dầm siêu tĩnh Lê Xuân Huỳnh, Hoàng Bắc An - ảnh hởng số yếu tố ngẫu nhiên đến ĐTC kết cấu dàn - Tạp chí XD 6/2001 Le Xuan Huynh, Do Van Binh, Reliability-Safety Set of Structures, Vietnam Journal of Mechanics Vol 23 (4) , 2001 - Miền an toàn - Độ tin cậy kết cấu (Tạp chí học số 4/2001) Lê Xuân Huỳnh - Về hệ số vợt tải hệ số đồng vật liệu tính toán kết cấu theo mô hình thống kê Tuyển tập công trình, Hội nghị học VRBD 12/1999 Lê Xuân Huỳnh, Hoàng Văn Long - Quan hệ chi phí ĐTC Tạp chí XD 11/2002 Lê Xuân Huỳnh, Hoàng Văn Long - Tính toán xác suất phá hoại khung chịu tải trọng ngang - Tạp chí XD 3/2003 10 Lê Xuân Huỳnh - ứng dụng lý thuyết tập mờ đánh giá mức độ an toàn kết cấu - Tuyển tập báo cáo HNKH Toàn quốc lần Cơ học VRBD - 8/2006 11 Lê Xuân Huỳnh, Lê Công Duy - Đánh giá mức độ an toàn kết cấu khung trờng hợp độ mềm nút, cờng độ vật liệu tải trọng tập mờ tam giác - Báo cáo HNKH & CN lần thứ 15 Trờng Đại học Xây dựng, 11/2006 12 Lê Xuân Huỳnh, Lê Công Duy Phơng pháp Tỷ số giao hội GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang 133 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học trờng hợp cờng độ vật liệu tảI trọng tập mờ dạng phi tuyến Tuyển tập báo cáo HNKH toàn quốc 13 Lê Xuân Huỳnh Khả áp dụng lý thuyết mờ đánh giá chất lợng kết cấu công trình, Tạp chí KHCN Xây dựng số - 2007, ĐHXD 14 Đỗ Văn Bình Phân tích ổn định kết cấu thành mỏng theo phơng pháp dải hữu hạn Luận án Tiến sỹ, ĐHXD - 2004 15 Robert E.M (1999), Structural reliability analysis and prediction, 2nd Edition, John Wiley &Sons, New York 16 Bend Moller, Wolfgang Graf, Michael Beer Safety Assessment of Structures in View of Fuzzy Randomness, Dresden University of Technology, Germany Phụ lục Tóm tắt lý thuyết xác suất thống kê Đại lợng ngẫu nhiên Đại lợng ngẫu nhiên hay biến ngẫu nhiên đại lợng nhận giá trị khác phép thử đIều kiện Ký hiệu đại lợng ngẫu nhiên chữ X,Y , giá trị có hay gọi thể đợc ký hiệu tơng ứng chữ x,y ta xét đại lợng ngẫu nhiên liên tục, tức nhận giá trị khoảng trục số Hàm phân phối hàm mật độ Đặc trng đầy đủ đại lợng ngẫu nhiên X hàm phân phối xác suất F(x), xác suất để giá trị có X rơi khoảng giá trị x định F(x) = P( X x) Hàm mật độ xác suất X x đợc định nghĩa GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang 134 ( P.1) Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học f (x) = dF ( x) dx (P.2) Bù kiện X x kiện X > x Xác suất để giá trị X rơi vào khoảng lớn giá trị x định Q(x) = P ( X > x ) = - F(x) (P.3) Quan hệ hàm F(x), Q(x) f(x) đợc hình F(x) f(x) F(x) F(x) Q(x) x Q(x ) x x F(x) x Q(x ) Hình - Quan hệ F(x), Q(x) f(x) Đặc trng số đại lợng ngẫu nhiên Một đại lợng ngẫu nhiên X đợc đặc trng số đo chủ yếu sau đây: - Kỳ vọng toán học biến ngẫu nhiên X với hàm mật độ f( x ) đợc định nghĩa bởi: E[ X ] = xf(x)dx (P.4) - Phơng sai X đợc ký hiệu X2 hay D [X ] đợc định nghĩa X = D [X ] = E [ X E [ X ] ] = x f( x ) dx = ( E [X ] )2 (P.5) - Độ lệch chuẩn hay độ lệch quân phơng X đợc ký hiệu X X = D[ X ] đợc định nghĩa (P.6) - Biến sai X, với E [X ] X = X E[ X ] (P.7 ) - Mốt (mode) X giá trị xmode, cho GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang 135 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học df( x) dx =0 (P 8) x = xmod e Nh xmode giá trị ứng với đỉnh cực đại hàm mật độ f( x ) ~ ~ - Trung vị X giá trị x cho F ( x ) = 0.5 ~ Nh x chia diện tích dới đờng f( x ) làm hai phần - Mômen cấp k đIểm a biến ngẫu nhiên X số đợc xác định mk (a) = E [ (X - a) ] = ( x a) k f ( x)dx, k = 1, 2, k (P.10) Nếu a= 0, mk (0 ) đợc gọi mômen gốc Nếu a = E [X ], mk( E [ X] ) đợc gọi mômen trung tâm Mômen gốc cấp1 kỳ vọng; mômen trung tâm cấp phơng sai, xem (P.4) (P.5 ) Các hàm phân phối điển hình Phân phối chuẩn ( Gauss ) Đại lợng ngẫu nhiên liên tục X đợc gọi co phân phối chuẩn hàm mật độ đợc cho (x à)2 f( x ) = exp [], - < x < 2 ( P.11) Do đó, từ quan hệ ( P.2 ), hàm phân phối có dạng x (t ) exp [ ] dt 2 Trong đợc gọi tham số phân phối ; t - biến mù F(x)= (P.12 ) Từ biểu thức định nghĩa ( P.4 ), ( P.5 ), ( P.6 ), tr ờng hợp ta có: - Kỳ vọng E [ X ] = ( P.13 ) - Phơng sai D [X ] = ( P.14 ) - Độ lệch chuẩn D[ X ] = ( P.15 ) Ngoài mode trung vị đại lợng X có phân phối chuẩn trùng với kỳ vọng Hình biểu diễn dạng hàm mật độ đại lợng phân phối X có phân phối chuẩn Hàm có tính đối xứng f(x) (x) =f(x) F(x)=0,6827 điểm uốn ~ GS TS Lê Xuân Huỳnh x x mod e x -2 -1 x Trang 136 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học Hình - Hàm mật độ phân phối chuẩn hàm mật độ phân phối chuẩn chuẩn hóa Quy tắc Xác suất để biễn phân phối chuẩn có giá trị nằm khoảng ( x1, x2) x2 P ( x1 < X < x2 ) = F ( x ) - F ( x ) = f (t )dt x1 (P.16 ) Từ ta tính đợc xác suất để biến X có giá trị nằm khoảng xung quanh kỳ vọng 68,27% khoảng 95,45% khoảng 99,73% Phân phối chuẩn hoá Nếu biến ngẫu nhiên X có phân phối chuẩn với tham số = = X đợc gọi phân phối chuẩn hoá, hình 2b Nếu X có phân phối chuẩn với tham số = X đợc gọi phân phối chuẩn trung bình không Giá trị hàm mật độ (x) hàm phân phối chuẩn hoá (x) thờng đợc cho bảng tính sẵn, chửng hạn [40] Có thể xác định đợc hàm mật độ hàm phân phối chuẩn qua cá giá trị tơng ứng phân phối chuẩn hoá theo quan hệ sau: (z) F( x, , ) = (z) xà z= f( x, , ) = Với (P.17) (P.18) (P.19) Phân phối Weibull Biến ngẫu nhiên X đợc gọi phân phối Weibull hàm mật độ xác suất có dạng x x0 x f( x ) = epx [ - ( ) ] (P.20) đó, theo quan hệ (P.2), hàm phân phối có dạng GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang 137 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học F( x ) = - epx [- ( x x0 ) (P.21) Trong : tham số hình dạng tham số kích thớc x0 Tham số vị trí ( , >0 ; x0 ) Khi x0 = ta có phân phối Weibull hai tham số Khi 3, phân phối Weibull gần phân phối chuẩn , hình Khi = 1, phân phối Weibull trở thành phân phối mũ Khi = 2, phân phối Weibull trở thành phân phối Rayleight: f( x ) = x x2 epx ( ), a 2a f(x) x > 0, a > (P.22) = = 1,0 x0 = =2 (Rayleigh) x Hình - Mật độ phân phối Weibull Từ biểu thức định nghĩa, ta tính đợc đặc trng số luật phân phối Weibull này: Kỳ vọng E [X] = x0 + ( + 1) (P.23) Phơng sai D [X] = [ ( +1 ) - ( + )] (P.24) Trong hàm gama Một số luật phân phối khác nh phân phối đều, gama, mũ, loga chuẩn, trị cực đại trị cực tiểu đa đợc trình bày chi tiết [1] Đại lợng thống kê đặc trng Tất đối tợng loại, đợc xét tính chất X định đợc gọi tập hợp hay tập hợp toàn Tất nhiên thử ( quan sát, đo đạc) phần tử tập hợp nên tập GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang 138 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học gồm n phần tử chọn ngẫu nhiên từ tập chính, tức cho phần tử tập có khả chọn lọc nh Tâp mẫu đợc chọn nh đợc gọi tập mẫu tiêu biểu Đem thử tập mẫu tiêu biểu tính chất X, ta nhận đợc thể x1, x2, ,x n Nếu lại coi giá trị x i , i =1, ,n biến ngẫu nhiên X i, ta nhận đợc n biến ngẫu nhiên X 1, X2, ,Xn; chúng có hàm phân phối F ( x ) giống nh đại lợng X Một đại lợng ngẫu nhiên phụ thuộc vào véctơ ( X1,X2, ,Xn đợc gọi đại lợng thống kê Hàm mật độ thực nghiệm ( thống kê ) hàm phân phối thực nghiệm Xét tập mẫu có số lợng mẫu n Miền biến thiên dãy số liệu [ xmin, xmax) đợc chia thành k khoảng có bề rộng đợc Đếm số giá trị rơi vào khoảng j , j = k Số đợc goi tần suất khoảng tuyệt đối ký hiệu H j Tần suất khoảng tơng đối tỷ lệ số phần trăm hj = Hj 100 n (P.25) Hàm mật độ thực nghiệm đợc xác định tỷ số f j (x) = hj (P.26) d Nh vậy, biểu diễn hàm fj (x) đồ thị (fj (x), x )ta nhận đợc biểu đồ hình bậc thang Tổng tần suất khoảng tơng đối phép cộng dồn: l hj = h j =1 l = k j (P.27) Đó ớc lợng hàm phân phối thực nghiệm Trờng hợp số lợng mẫu nhỏ, nói chung không đủ xác định luật phân phối, ta ớc lợng hàm phân phối thực nghiệm tần suất tơng đối kiện đại lợng xét lấy giá trị nhỏ xi; F ( xi ) = i n (P.28) Trong I số thứ tự phần tử đợc xếp theo thứ tụ tng dàn tập mẫu; n số lợng mẫu Theo lý thuyết ớc lợng thông kê, ta xác định đợc đặc trng sau dãy số liệu: - Giá trị trung bình ớc lợng kỳ vọng E[X] à=x = n n xi (P.29) i =1 - Phơng sai thực nghiệm ớc lợng phơng sai D[X] bằng: GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang 139 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học = n.1 n (x i i x) (P.30) - Độ lệch chuẩn thực nghiệm ớc lợng độ lệch chuẩn - Trung vị thực nghiệm = (P.31) ^ ~ giá trị đứng dãy số đợc x xếp thứ tự theo độ lớn số lợng mẫu n số lẻ; n số chẵn ^ ~ x trung bình cộng hai giá trị đứng dãy số - Biến sai thực nghiệm ớc lợng biến sai = (P.32) - Mode thực nghiệm x mod e giá trị có tần suất lớn - Mô men cấp k thực nghiệm mk (a) = a n (x i =1 i a) k k = 1, 2, (P.33) Nói chung ớc lợng thống kê nói không chệch, vững vàng hiệu Xử lý thống kê Để nhận đợc đặc trng đầy đủ hàm phân phối đại lợng X ngời ta tờng tiến hành xử lý thống kê theo trình tự sau: - Thu thập, ghi chép số liệu ban đầu Sắp xếp thành dãy số liệu theo độ lớn - Kiểm tra chất lợng số liệu để loại sai số thô hiệu sai số hệ thông phơng pháp kiểm nghiệm giả thiết thống kê - Xây dựng hàm phân phối thực nghiệm nh trình bày mục Phỏng đoán luật phân phối xác - Kiểm tra phù hợp phân phối thực nghiệm phân phối xác cách dùng phép kiểm tra dùng giấy xác suất in sẵn - Ước lợng tham số phân phối Bây hàm phân phối đại lợng X hoàn toàn xác định Tuy nhiên, ớc lợng điểm tham số nh hết đợc mức độ sai lệch tham số so với giá trị xác Có thể xác định từ tập mẫu giới hạn tin cậy G G2 , (G1 < G2 ) nằm hai phía tham số , cho khoảng [G1, G2 ] phủ giá trị xác tham số với mức đảm bảo thống kê P, tức xác suất P (G1 G2 ) = GS TS Lê Xuân Huỳnh P (P.34) Trang 140 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học Xác định hàm phân phối giấy xác suất Để thuận tiện áp dụng thực tế kỹ thuật, ta xác định hàm phân phối đại lợng X giấy xác suất in sẵn Nhờ phép biến đổi liên tục h k, cho đIểm [x, F ( x, , ) ] hệ toạ độ thông thờng với hàm phân phối F ( x, , ) đờng cong trở thành điểm [h(x), k( F ( x, , ) ] hệ toạ độ với hàm phân phối đờng thẳng Chẳng hạn: - Trờng hợp phân phối chuẩn h(x) = x k [( F ( x, , )] = [ F ( x, , )] = x - Trờng hợp phân phối Weibull h(x) = x k [( F ( x, , )] = ln { - ln[ 1- ( x, , )]} = (P.35) x (P.36) Trình tự xác định hàm phân phối giấy xác suất tóm tắt nh sau: - Từ tập mẫu có, tính giá trị hàm phân phối thực nghiệm Fi ( x ) - Với cặp giá trị [xi, Fi ( x) ] xác định đợc điểm giấy xác suất chọn theo đoán luật phân phối đại lợng X GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang 141 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học Hình - Giấy xác suất cho phân phối chuẩn - Nếu điểm nhìn chung nằm đờng thẳng đại lợng X xét tuân theo luật phân phối ứng với loại giấy chọn Nếu điểm có xu hớng chệch khỏi đờng thẳng cần chọn loại giấy có luật phân phối khác để thử GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang 142 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học Hình 5- Giấy xác suất cho phân phối loga chuẩn - Xác định đờng thẳng hồi quy qua điểm theo phơng pháp khoảng cách bình phơng tối thiểu - Từ giá trị đặc biệt trục tung đờng thẳng hồi qui xác định đợc tham số phân phối Với phân phối chuẩn, tham số đợc đọc trực tiếp trục hoành, hình Với phân phối Weibull, tham số đợc xác định giá trị trục hoành, ứng với giao điểm đờng thẳng hồi quy với đờng F = 63,2%, tham số đợc xác định thang giao điểm thang với đờng thẳng song song với đờng thẳng hồi qui, đợc kẻ từ điểm cực, hình GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang 143 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học Hình - Giấy xác suất cho phân phối Weibull Chú ý rằng, thử vài loại giấy khác để tìm đợc luật phân phối phù hợp Ngoài ra, tính thẳng hàng điểm nên đánh giá khoảng tung độ từ 10% đến 90% Các chơng trình xử lý thống kê sẵn có cho phép tính toán tiện lợi máy tính điện tử GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang 144 ... liệu đa s tải trọng tác dụng lên công trình Liên quan đến mục tiêu nghiên GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang 17 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học cứu ứng dụng tính toán, phần trình. .. ngnh c im ca giai on ny l vic x lý mt lng rt ln thụng tin trc v sau thi im xem xột ỏnh giỏ GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học Nghiờn cu ng dng... biến ngẫu nhiên bản, dạng GS TS Lê Xuân Huỳnh Trang 19 Độ tin cậy tuổi thọ công trình Tài liệu dành cho cao học đơn giản phức tạp Các phơng pháp phân tích độ tin cậy đợc khai triển tơng ứng với