Bài báo giới thiệu phương pháp đánh giá nhanh, đánh giá gần đúng độ tin cậy của kết cấu xây dựng dựa theo những hư hỏng và khuyết tật trong các kết cấu đó, cũng như đánh giá tình trạng kỹ thuật của nhà hoặc công trình. Dự báo xác suất sự cố của công trình xây dựng.
KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY VÀ DỰ BÁO XÁC SUẤT SỰ CỐ CỦA NHÀ VÀ CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG PGS.TS NGUYỄN XN CHÍNH, ThS NGUYỄN HỒNG ANH Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Bài báo giới thiệu phương pháp đánh - Tình trạng kỹ thuật đặc trưng sử dụng giá nhanh, đánh giá gần độ tin cậy kết cấu kết cấu xây dựng nhà công trình xây dựng dựa theo hư hỏng khuyết tật thời điểm định kết cấu đó, đánh giá tình trạng kỹ thuật nhà cơng trình Dự báo xác suất cố cơng trình xây dựng Abstract: The article introduces quick assessment method, approximate assessment of reliability of consruction structures based on damages and defects of these structures, as well as Đánh giá độ tin cậy kết cấu xây dựng theo hư hỏng chúng Hư hỏng kết cấu xây dựng phân thành nhóm phụ thuộc vào nguyên nhân gây hư hỏng: a) lực tác động, b) tác động môi trường Hư hỏng tác động môi trường không evaluation of the technical condition of the buildings/ làm giảm khả chịu lực kết cấu mà structures Prediction of the probability of failures of làm giảm độ bền lâu buildings Mở đầu Trong công tác thiết kế, thi công khai thác sử dụng có nhiều giải pháp kỹ thuật giải Tùy thuộc vào mức độ hư hỏng độ tin cậy có, tình trạng kỹ thuật kết cấu chia thành loại: bình thường, đạt yêu cầu, chưa đạt yêu cầu, không đạt yêu cầu, nguy hiểm pháp công nghệ để hạn chế hư hỏng cố Ảnh hưởng hư hỏng đến độ tin cậy kết cơng trình, song thực tế hư hỏng cố công cấu đánh giá qua giảm hệ số độ tin cậy trình xây dựng xẩy Thơng thường cơng tổng hợp [1]: trình bị hư hỏng nặng xẩy cố m c f n thực khảo sát, đánh giá tình trạng kỹ thuật xác định nguyên nhân, cách ứng xử thụ động hậu khó lường Phương pháp đánh giá đó: m - hệ số độ tin cậy vật liệu; xác suất cố công trình sở để đơn vị c - hệ số điều kiện làm việc; chuyên môn quan quản lý f - hệ số độ tin cậy tải trọng; đưa định phù hợp n - hệ số độ tin cậy theo công nhanh độ tin cậy kết cấu xây dựng dự báo Một số thuật ngữ định nghĩa Một số thuật ngữ định nghĩa sau sử dụng báo đề cập [1 - 4] Độ tin cậy tương đối kết cấu sử dụng tính theo cơng thức : y - Độ tin cậy kết cấu xây dựng khả bảo đảm chất lượng kết cấu khả chịu lực cần thiết, độ bền lâu, độ biến dạng, thời kết cấu xây dựng tính theo tỉ lệ phần trăm so với giá trị thiết kế; Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 0 (2) Hư hỏng kết cấu xác định sau: 1 y gian theo tiêu chuẩn quy định; - Mức độ hư hỏng khả chịu lực (1) đó: (3) - hệ số độ tin cậy thực tế kết cấu có xét đến hư hỏng có Giá trị y cho bảng KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Bảng Phân loại tình trạng kỹ thuật kết cấu xây dựng Phân loại tình trạng kỹ thuật (Bình thường, hay gọi: Tiêu chuẩn) (Đạt yêu cầu, hay gọi đủ khả làm việc) (Chưa đạt yêu cầu, hay gọi: Làm việc hạn chế) (Khơng đạt u cầu, hay gọi: Không đủ khả làm việc) Nguy hiểm Mơ tả tình trạng kỹ thuật bảng [1] Trong trường hợp đánh giá độ tin 0,95 0,05 0,85 0,15 0,75 0,25 0,65 0,35 Khi khơng có sở để chọn giá trị trọng số lấy giá trị - Dầm: α = 4; kết cấu - Dàn: α = 7; Đánh giá tổng hợp mức độ hư hỏng nhà cơng trình theo công thức: 11 2 i i 1 i 1, , i - giá trị lớn i sau: - Sàn mái: α = 2; cậy kết cấu tiến hành theo hư hỏng lớn - Cột: α = 8; - Tường chịu lực móng: α = 3; (4) hư hỏng loại kết cấu riêng lẻ; trọng số loại kết cấu riêng lẻ Khi đánh giá giá trị hư hỏng cần xét tới giá trị hư hỏng lớn cố nhà cơng trình thường hư hỏng lớn gây kết cấu riêng lẻ Các trọng số kết cấu thiết lập sở đánh giá chuyên gia có xét đến hậu kinh tế – xã hội loại kết cấu riêng lẻ bị phá hủy tính chất phá hủy (phá hủy với dấu hiệu báo trước có giai đoạn biến dạng dẻo phá hủy giòn 0,00 Tình trạng làm việc không đạt yêu cầu Tồn hư hỏng chứng tỏ không đáp ứng sử dụng kết cấu Yêu cầu sửa chữa lớn với gia cường kết cấu Khi kết cấu chưa gia cường cần hạn chế tải trọng tác động Kết cấu sau sửa chữa gia cường đưa vào sử dụng Tình trạng nguy hiểm Tồn hư hỏng dẫn đến sập đổ kết cấu Yêu cầu giảm tải khẩn cấp có biện pháp chống đỡ kịp thời, rào chắn vùng nguy hiểm Sửa chữa chủ yếu tiến hành thay kết cấu nguy hiểm hư hỏng chúng lập thành tức thời) 1,00 Tình trạng làm việc đạt yêu cầu, khả chịu lực kết cấu đảm bảo, yêu cầu tiêu chuẩn trạng thái giới hạn thứ hai độ bền lâu bị vi phạm đảm bảo điều kiện sử dụng bình thường Cần có biện pháp chống ăn mòn sửa chữa hư hỏng nhỏ Chưa đáp ứng hoàn toàn yêu cầu sử dụng Khả làm việc có hạn chế Tồn hư hỏng làm giảm khả chịu lực Để tiếp tục sử dụng bình thường cần tiến hành sửa chữa kết cấu bị hư hỏng bê tông cốt thép, gạch đá gỗ dựa sở 1 , i - Mức độ hư hỏng ε Khơng có hư hỏng nhìn thấy, tình trạng kỹ thuật bình thường Đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn tài liệu thiết kế hành Không cần tiến hành sửa chữa Đánh giá tình trạng kỹ thuật kết cấu thép, đó: Độ tin cậy tương đối y - Các dạng kết cấu khác: α = Độ tin cậy tương đối nhà công trình xác định theo cơng thức: y = 1- ε (5) Khi tiến hành khảo sát nhanh đánh giá tổng hợp tình trạng kỹ thuật nhà cơng trình vào hư hỏng đặc trưng lập thành bảng Giá trị hư hỏng kết cấu xây dựng sau t năm sử dụng xác định theo công thức: et đó: (6) ln y - hao mòn thường xuyên xác định t theo số liệu khảo sát vào thay đổi khả chịu lực vào thời điểm khảo sát Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG y - độ tin cậy tương đối, xác định theo phân nhóm tình trạng kỹ thuật kết cấu phụ thuộc vào hư hỏng cho bảng 1; - Sử dụng vật liệu không bảo đảm chất lượng; - Áp dụng công nghệ xây lắp khác thường chưa thử nghiệm; t - thời gian sử dụng đến thời điểm khảo sát, tính năm - Cơng tác kiểm tra chất lượng yếu kém, phối hợp thiết kế thi công không đạt yêu cầu; Thời hạn sử dụng kết cấu (tính năm) đến cần tiến hành sửa chữa lớn xác định theo công thức: t 0,16 (7) Khai thác sử dụng khơng do: - Tăng tải trọng lên cơng trình so với thiết kế; xẩy cố tính theo cơng thức: gian, phương tiện, tác nghiệp phận không tốt Thời hạn sử dụng kết cấu đến tình trạng 0,22 độ thấp; - Điều kiện thi công không đảm bảo: thiếu thời đó: - hao mòn thường xun t0 - Cán công nhân thi công xây dựng trình - Khai thác sử dụng cơng trình khơng quy (8) Dự báo xác suất cố nhà cơng trình xây dựng Sự cố nhà cơng trình xây dựng xuất chủ yếu sai sót nghiêm trọng q trình tính tốn, thiết kế, thi công xây dựng khai thác sử dụng Trong trường hợp, việc dự báo không thuận lợi cần xem xét đến chất lượng thiết kế, thi công khai thác sử dụng nhằm khắc phục hư hỏng phát Thiết kế không đủ độ tin cậy nguyên nhân: - Lựa chọn sơ đồ tính tốn khơng phù hợp với sơ đồ làm việc thực tế kết cấu khơng có khơng đủ tiêu chuẩn thiết kế, khơng rõ ràng sơ đồ tính tốn điều kiện làm việc thực tế khai thác sử dụng cơng trình; - Chưa tính đủ tải trọng tác động lên cơng trình; - Chưa đủ thơng tin tính chất biến động vật liệu, kết cấu móng phạm vi tác động yếu tố; - Sử dụng dạng kết cấu chưa thử định; - Sử dụng cơng trình sai cơng năng; - Cơng trình khơng bảo trì kiểm tra chất lượng theo định kỳ; - Khi nhà cơng trình có hư hỏng khai thác sử dụng; - Kết cấu bị giảm độ bền theo thời gian tích tụ hư hỏng như: bị ăn mòn, vật liệu bị phong hóa, thay đổi điều kiện nước ngầm, vật liệu bị mỏi,… Xác định xác suất cố thực dựa sở phân tích điều kiện ảnh hưởng đến độ tin cậy cơng trình, sử dụng phương pháp đánh giá chuyên gia không loại trừ việc sử dụng kết tính tốn theo số liệu có số liệu khảo sát thực trạng Mỗi điều kiện đánh giá theo thang điểm có khả xẩy ra: - Khơng chấp nhận; - Không đạt; - Đạt; - Khá; - Tốt Độ tin cậy quy ước nhà hay cơng trình xác định theo cơng thức: nghiệm; - Chưa tính đến tác động hư hỏng ngẫu nhiên xẩy ra; - Có sai sót kỹ sư thiết kế thiếu kinh nghiệm, phức tạp tính tốn cấu tạo, khơng đủ thời gian thiết kế Chất lượng thi công công trình khơng bảo đảm ngun nhân: Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 Pi (9) đó: Pi - tỷ trọng đánh giá độ tin cậy, tính tích tỷ trọng điều kiện với điểm đánh giá, bảng Giá trị độ tin cậy quy ước cơng trình so sánh với thang đánh giá độ tin cậy cho bảng [1] KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Bảng Đánh giá độ tin cậy nhà cơng trình Điều kiện độ tin cậy theo tiêu chí N 10 11 12 13 14 Tỷ trọng đáp ứng tiêu chí Tỷ trọng độ tin cậy Điểm đánh giá Chất lượng thiết kế Mô hình tính tốn tải trọng tác động 0,05 phù hợp thực tế Kết cấu vật liệu sử dụng 0,05 nhiều cơng trình Xét đến yêu cầu tiêu chuẩn 0,05 Người thiết kế chuyên nghiệp 0,10 Có đủ thời gian phương tiện thiết kế 0,05 Chất lượng xây dựng Vật liệu kết cấu phù hợp với thiết kế 0,10 Đã có cơng nghệ xây dựng 0,05 Kiểm sốt chất lượng xây dựng 0,10 Đội ngũ cán chuyên nghiệp 0,10 Đủ thời gian phương tiện thi công 0,05 Tuân thủ tiêu chuẩn thiết kế 0,10 Chất lượng sử dụng Không sử dụng tải trọng thiết kế 0,05 Kiểm sốt vận hành cơng trình thiết 0,05 bị tốt Tuân thủ nguyên tắc khai thác 0,10 ∑ = 1,00 Cơ sở phương án ∑=P Chú thích Độ tin cậy quy ước nhà hay cơng trình xác định theo cơng thức: P Chú thích Đánh giá theo thang điểm điều kiện độ tin cậy sau: điểm 1: không chấp nhận; điểm 2: không đạt; điểm 3: đạt; điểm 4: khá; điểm 5: tốt Bảng Thang đánh giá độ tin cậy xác suất cố nhà cơng trình theo đánh giá chuyên gia Độ tin cậy quy ước Xác suất cố năm 0,8 0,6 0,4 10 -4 10 -4 10 -3 10 Ví dụ tính tốn * Ví dụ 1: u cầu xác định tình trạng kỹ thuật cầu cạn bê tông cốt thép đỡ đường ống công nghệ -6 Thang đánh giá độ tin cậy (bằng từ ngữ) Khá Đạt Không đạt Không chấp nhận Xác định tình trạng kỹ thuật tồn cầu cạn có tính đến tầm quan trọng kết cấu thành phần Trọng số chọn dựa vào hậu kết cấu bị phá hủy Ví dụ cầu cạn độ 12m Cầu cạn sử dụng kết cấu bê tông cốt thép điển bước dầm ngang m (có dầm ngang hình: nhịp 12 m, bước trụ 12 m, dầm ngang có nhịp) trường hợp kết cấu nhịp bị phá bước m hủy dẫn đến sập đổ tất dầm ngang, Theo kết khảo sát sơ đoạn đặc trưng cầu cạn kết cấu chịu lực có giá trị mức độ hư hỏng sau: - Giá trị hư hỏng lớn dầm ngang ε1= 0,25; - Giá trị hư hỏng lớn kết cấu nhịp ε 2= 0,15; - Giá trị hư hỏng lớn trụ ε3= 0,15 sập đổ trụ dẫn đến sập đổ nhịp với dầm ngang Với phân tích nêu cần chọn trọng số α1= cho dầm ngang, α2= cho kết cấu nhịp, α3= cho trụ Theo cơng thức (4) tìm giá trị hư hỏng cơng trình: Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Ɛ = α1ε1 + α2ε2 + α3ε3 / (α1 + α2 + α3) = 0,25 +3 0,15 + 0,16 / (1 + + 6) = 0,16 Theo bảng tình trạng kỹ thuật cầu cạn xếp vào loại - Trách nhiệm kiểm tra chất lượng thi công không thực hiện; Kết luận: Để bảo đảm độ tin cậy sử dụng Cầu cạn cần tiến hành sửa chữa - Các cán thi công không chuyên nghiệp, lãnh đạo thi cơng khơng có trình độ đại học kỹ thuật; - Trong q trình thi cơng bê tơng thành silo * Ví dụ 2: cốp pha trượt có lúc dừng lâu, Yêu cầu đánh giá độ tin cậy xác suất cố cốt thép đặt không theo khuôn dưỡng silo bê tông cốt thép chứa xi măng có chiều cao 26,7 m, đường kính 9,5 m, thành silo dày Khi vận hành sử dụng, silo bị vượt tải áp lực khí nén không kiểm tra xả vật liệu 18 cm, bê tông mác 200 Xi măng xả máy nén khí Cơng tác nghiệm thu silo đưa vào sử dụng không quy định, không chất tải silo để tạo Trên sở tư liệu mà chuyên gia thu từ nhà máy cho thấy: lún đều; vi phạm quy định vận hành, silo có vết nứt đưa vào sử dụng - Chất lượng vật liệu thi công silo không kiểm tra thường xuyên; Dựa vào kinh nghiệm khảo sát, kinh nghiệm khai thác sử dụng cố cơng trình - Đơn vị thi cơng khơng có kinh nghiệm sử dụng tương tự, bảng trình bày cách đánh giá độ tin cậy quy ước phương pháp chuyên gia cốp pha trượt thi công silo; Bảng Đánh giá độ tin cậy silo phương pháp chuyên gia N0 Điều kiện tin cậy Sự phù hợp mơ hình tính tải trọng tác động 10 11 Tỷ trọng điều kiện 0,05 Điểm đánh giá Tỷ trọng tin cậy Cơ sở để định chọn phương án Tiêu chuẩn chưa nghiên cứu đầy đủ hệ số áp lực xả vật liệu Có kinh nghiệm thi cơng cơng trình tương tự Thiết kế mẫu 0,15 Có tham khảo giải pháp kết cấu tương tự Có xét đến yêu cầu tiêu chuẩn 0,05 0,2 0,05 0,2 Tính chuyên nghiệp người thiết kế Thiết kế có đủ thời gian điều kiện 0,01 0,4 0,05 0,2 Thiết kế mẫu Sự phù hợp vật liệu kết cấu 0,1 0,1 Có tham khảo phương pháp thi cơng Kiểm tra chất lượng thi cơng 0.05 0,1 0,1 0,2 Tính chuyên nghiệp cán Việc bảo đảm thời gian điều kiện thi công Sự không tuân thủ tiêu chuẩn 0,1 Thi công bê tông bị dừng không yêu cầu kỹ thuật Cốt thép đặt không kỹ thuật thiết kế Đơn vị thi cơng chưa có kinh nghiệm thi công silô Công tác kiểm tra chất lượng không kiểm tra thường xuyên Cán thực thi công không chuyên nghiệp Thi công thực thời gian hạn chế Đã không tiến hành thử tải trước đưa vào sử dụng Chất lượng thi công 1 0,05 0,1 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 0,1 0,15 0,1 KẾT CẤU - CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG 12 13 14 Khơng có vượt tải so với thiết kế Kiểm tra tình trạng cơng trình thiết bị Tn thủ quy định sử dụng 0,05 Chất lượng khai thác sử dụng Khơng kiểm tra áp lực khí xả vật liệu Như 0,1 0,05 0,05 0,1 0,1 Khai thác sử dụng cơng trình có hư hỏng nguy hiểm ∑=1 P=2,15 Chú thích: - khơng chấp nhận, - không đạt yêu cầu, - đạt yêu cầu, - khá, - tốt Độ tin cậy quy ước silo là: β = P/5 = 2,15/5 = 0,43 TÀI LIỆU THAM KHẢO Theo bảng 3, β = 0,43 xác suất cố năm Q = 10 , công trình khơng bảo đảm оценке надежности по внешним признакам Стройиздат 2001 СП 13 – 102 – 2003, Правила обследования Kết luận несущих Trên sở số liệu khảo sát tình trạng kỹ thuật cơng trình xây dựng tính tốn đánh giá mức độ hư hỏng, độ tin cậy thực tế dự báo xác suất cố cơng trình Việc đánh giá thực cách tiệm cận khác phụ thuộc vào số liệu khảo sát thu được, hồ sơ kỹ thuật cơng trình kinh nghiệm chuyên gia Trong trường hợp sử dụng bảng có sẵn cần lưu ý đến sơ đồ kết cấu nhà cơng trình việc lựa chọn trọng số cấu kiện, kết cấu сооружений по строительных конструкций зданий и сооружений -3 độ tin cậy Phải dừng khai thác sử dụng silo Рекомендации строительных консрукций зданий и ГОСТ 31937 – 2011, Здания и сооружения Правила обследования и мониторинга технического состояния ГОСТ 27751 – 2014, Надежность строительных консрукций и оснований Ngày nhận bài: 12/8/2019 Ngày nhận lần cuối: 19/8/2019 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Assessment reliability and precision forecast home failure and construction works Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 ... nhân thi cơng xây dựng trình - Khai thác sử dụng cơng trình khơng quy (8) Dự báo xác suất cố nhà cơng trình xây dựng Sự cố nhà cơng trình xây dựng xuất chủ yếu sai sót nghiêm trọng q trình tính... độ tin cậy quy ước cơng trình so sánh với thang đánh giá độ tin cậy cho bảng [1] KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Bảng Đánh giá độ tin cậy nhà cơng trình Điều kiện độ tin cậy theo tiêu chí N 10 11... tình trạng kỹ thuật cơng trình xây dựng tính tốn đánh giá mức độ hư hỏng, độ tin cậy thực tế dự báo xác suất cố công trình Việc đánh giá thực cách tiệm cận khác phụ thuộc vào số liệu khảo sát thu