Nghiên cứu tính toán xác suất hư hỏng của công trình cầu sau khi va chạm với tàu thuyền đòi hỏi tính toán khả năng (xác suất) tàu đi sai luồng vận tải khi lưu thông trên sông. Việc xác định xác suất này đã được đề cập trong các tiêu chuẩn thiết kế cầu. Bài báo đề xuất bổ sung thêm hai hệ số điều chỉnh (hệ số xét đến hệ thống phát hiện va chạm và cảnh báo bằng tín hiệu cũng như hệ số xét đến sự thay đổi lòng chủ của sông qua các năm). Việc tính toán xác suất tàu đi sai luồng vận tải khi lưu thông qua một công trình cầu giả định đã minh chứng được sự cần thiết của việc bổ sung hai hệ số này vào công thức tính toán. Hơn nữa, mô phỏng số Monte-Carlo cũng được thực hiện và kết quả được so sánh với các dữ liệu lịch sử để khẳng định tính đúng đắn của công thức đề xuất.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2020 14 (1V): 104–113 NGHIÊN CỨU XÁC SUẤT XUẤT HIỆN TÀU ĐI SAI LUỒNG KHI LƯU THƠNG QUA CẦU CĨ XÉT THÊM ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI LÒNG CHỦ VÀ HỆ THỐNG CẢNH BÁO Nguyễn Quốc Bảoa,∗ a Khoa Cầu Đường, Trường Đại học Xây dựng, số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bài Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 23/06/2019, Sửa xong 07/10/2019, Chấp nhận đăng 08/10/2019 Tóm tắt Nghiên cứu tính tốn xác suất hư hỏng cơng trình cầu sau va chạm với tàu thuyền địi hỏi tính tốn khả (xác suất) tàu sai luồng vận tải lưu thông sông Việc xác định xác suất đề cập tiêu chuẩn thiết kế cầu Bài báo đề xuất bổ sung thêm hai hệ số điều chỉnh (hệ số xét đến hệ thống phát va chạm cảnh báo tín hiệu hệ số xét đến thay đổi lịng chủ sơng qua năm) Việc tính tốn xác suất tàu sai luồng vận tải lưu thơng qua cơng trình cầu giả định minh chứng cần thiết việc bổ sung hai hệ số vào cơng thức tính tốn Hơn nữa, mô số Monte-Carlo thực kết so sánh với liệu lịch sử để khẳng định tính đắn cơng thức đề xuất Từ khoá: va tàu; cầu; xác suất; luồng vận tải; mô Monte-Carlo STUDY OF THE PROBABILITY OF VESSEL ABERRANCY WHEN THROUGHT BRIDGE WITH CONSIDERATION OF CHANGE OF RIVERBED AND COLLISION WARNING SYSTEM Abstract Studying the collapsed probability of bridge due to vessel collision requires calculus of the probability of vessel aberrancy, when vessels go wrong in the transport flow This probability is addressed in the bridge design standards This article proposes adding two adjustment factors (a coefficient referring to bridge collision warning system and a coefficient considering the change of riverbed) The calculation of the probability of vessel aberrancy, when vessels pass a hypothetical bridge, proved the necessity of adding these two coefficients to the calculation formula Moreover, Monte-Carlo simulations are also performed and the results are compared with historical data to confirm the correctness of the proposed formula Keywords: vessel collision; bridge; probability; transport flow; Monte-Carlo simulation https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(1V)-10 c 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) Giới thiệu Va chạm tàu thuyền cơng trình cầu coi cố nghiêm trọng giao thơng đường thủy hệ lụy thường thiệt hại lớn người tài sản (điển hình hư hỏng cục phận chịu lực dẫn đến hư hỏng tổng thể cuối sập cầu) Nghiên cứu [1] tập hợp phân tích vụ tai nạn tàu, sà lan (sau gọi chung tàu) cơng trình cầu năm 1960-1996 tổng hợp Hình Qua thấy vụ tai nạn cầu liên quan đến tàu có chiều hướng nghiêm trọng, thiệt hại tài sản có xu hướng gia tăng ∗ Tác giả Địa e-mail: baonq@nuce.edu.vn (Bảo, N Q.) 104 phận chịu lực dẫn đến hư hỏng tổng thể cuối sập cầu) Nghiên cứu [1] tập hợp phân tích vụ tai nạn tầu, sà lan (sau gọi chung tầu) cơng trình cầu năm 1960-1996 tổng hợp Hình Qua thấy vụ tai nạn cầu liên quan đến tầu có chiều hướng nghiêm thiệt tàiCơng sản có xuXây hướng Bảo, N.trọng, Q / Tạp chí hại Khoavềhọc nghệ dựnggia tăng 14 12 Số tai nạn 10 1960 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 Năm Hình tầu-cầu từ từnăm năm1960 1960đến đếnnăm năm1996 1996, Hình1.1.Tổng Tổnghợp hợp tai tai nạn tàu-cầu [1][1] Phân tích nguy xảy tai nạn học khứ có thểcơtổng nhóm nhân dẫn đến taicó nạn tầuhợp nhóm Phân tích nguy xảyhợp taicác nạn cũngnguyên chủ học yếu q khứ thể tổng cơng trìnhđến cầutai sau, [2][3][4]: nguyên nhân chủ yếu dẫn nạn tàu cơng trình cầu sau [2–4]: - Nguyên nhân xuất phát từ yếu tố người: nguyên nhân chủ yếu dẫn đến vụ tai nạn - Nguyên nhân xuất phát từ yếu tố người: nguyên nhân chủ đường thủy tàu cơng trình cầu, chiếm từ 60% đến 85% vụ tai nạn [5] Nguyên nhân yếu dẫn đến vụ tai nạn đường thủy tầu công trình cầu, chiếm thơng thường xuất phát từ tâm lý chủ quan lái tàu, từ lực yếu lái tàu chí từ khơng tuân thủ luật giao thông đường thủy, - Nguyên nhân xuất phát từ yếu tố thay đổi dịng chảy: tác động tượng xói-bồi tự nhiên, lịng chủ xuất thay đổi định khiến cho tập trung cao độ người lái, tàu có khả va chạm vào kết cấu cầu Ngoài ra, xuất xói cục vị trí mố trụ, xốy nước khiến cho việc kiểm sốt tàu khơng cịn dễ dàng ngun nhân khơng thể bỏ qua - Nguyên nhân xuất phát từ yếu tố thời tiết: nước sông dâng cao (do bão, lũ lụt, ) hay sương mù dầy đặc, việc điều khiển tàu trở nên khó khăn dẫn đến tai nạn - Nguyên nhân xuất phát từ cố kỹ thuật: nguyên nhân tàu bị chết máy đột ngột liên kết tàu kéo sà lan (dẫn đến sà lan trôi tự do), tàu có khả va chạm với cơng trình cầu Khi xảy va chạm kết cấu cơng trình cầu xuất hư hỏng từ cục (nứt, vỡ bêtông) hư hỏng tổng thể kéo theo phá hủy hệ thống kết cấu chịu lực cơng trình (mố, trụ dầm chủ) Do vậy, việc nghiên cứu va chạm tàu cơng trình cầu nhiều nhà khoa học nước đặc biệt quan tâm, [6–18] Tiêu chuẩn thiết kế cầu [3] [4] giới thiệu cơng thức tính tần suất sụp đổ trung bình năm phận cơng trình cầu sau va chạm với tàu mục 3.14.5 mục 13.5-phần Bài báo tập trung phân tích, nghiên cứu xác suất tàu sai luồng vận tải, xác suất quan trọng dùng để tính tốn xác suất phá hoại cầu sau va chạm với tàu Để ứng dụng việc nghiên cứu này, báo theo hướng phân tích cơng trình cầu liên tục giả định 105 Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2018 Bảo, N Q / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 992.4m Cầu cầu liên tục bê tơng cốt thép dự ứng lực thi Giới thiệu chung cơng trình cầu nghiên cứu cơng theo phương pháp đúc hẫng cân bằng, có sơ đồ nhịp (72 + 3x120 + Cầu giả thiết thiết kế với sơ đồ: (39,1+4×40+39,1)+(72+3×120+72)+(39,1+4×40+39,1) m 72)mchiều = 504m, xemđếnHình Cầu cóchính trụlà hai trụ T8 cốt thép T9 dự Tổng dài cầu tính mố 992,4 m Cầu cầu liênđó: tục bê tơng ứng thi cơng theo phương phápbố đúctrí hẫng cânCầu bằng,có cóhai sơ đồ nhịp thơng (72 + 3thuyền × 120 + 72) = 504N9 m, trụ lực khung, trụ cịn lại gối nhịp tạimnhịp xem Hình Cầu có trụ đó: hai trụ T8 T9 trụ khung, trụ cịn lại bố trí gối Cầu (T8-T9) N10 (T9-T10) Cầu dẫn sử dụng dầm Super-T đúc sẵn, bờ có hai nhịp thơng thuyền nhịp N9 (T8-T9) N10 (T9-T10) Cầu dẫn sử dụng dầm Super-T đúc sẵn, gồm nhịp gồmmỗi6 bờ nhịp 3@120000=360000 72000 T6 T7 T8 72000 T9 T10 T11 đồ đoạngiữa cầu: cầu đúc Hình 2.Hình Sơ 2.đồSơđoạn cầu:phần phần cầuhẫng đúc hẫng Xác suất xuất tầu sai luồng vận tải tính theo ASSHTO LRFD Xác 2012 suất xuất tàu sai luồng vận tải tính theo ASSHTO LRFD 2012 Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu [3, 4], phân tích [2], nguy tiềm ẩn dẫn Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu [3] [4], phân tích [2], đến khả va chạm tàu cơng trình cầu sai lầm xuất phát từ người lái tàu, điều kiện thời bất lợi, cố kỹẩn thuật thayđến đổi lòng va Xácchạm suất xuất hiệntầu tàuvà sai luồng, PA, cáctiết nguy cơsựtiềm có hay thểsựdẫn khảchủ, cơng trình tính tốn dựa cơng thức kinh nghiệm sau [3, 4]: cầu sai lầm xuất phát từ người lái tầu, điều kiện thời tiết bất lợi, (BR) ·chủ,… (RB ) · (RC Xác ) · (RXC ) · (Rxuất (1) D) cố kỹ thuật hay thay PA đổi=lòng suất tầu sai luồng, PA, cóBR thểđược tốn dựaantrên cơng nghiệm sau, [3][4]: hiểutính nguy tồn sở; Rthức số điều chỉnh cónhư xét đến vị trí xây dựng B hệkinh cầu; RC hệ số điều chỉnh có xét đến tác động song song dòng chảy so với hướng tàu; RCX )×của (RCdịng )×(chảy )×với (Rhướng = (động BR)vng ×(RBgóc RXCso D ) tàu; RD (1) hệ số điều chỉnh có xétPA đến tác hệ số điều chỉnh có xét đến mật độ tàu lưu thơng sơng xung quanh vị trí xây dựng cầu BR hiểu nguy an toàn sở; RB hệ số điều chỉnh 3.1 Nguyđến sở có xét vị an trítồn xâycơdựng cầu; RC hệ số điều chỉnh có xét đến tác động Nguy an toàn sở, BR, hiểu khả tàu sai luồng hiệu chỉnh thơng song song dịng chảy so với hướng tầu; RCX hệ số điều chỉnh có qua bốn hệ số điều chỉnh cịn lại Giá trị BR cho xác định từ số liệu thống kê [3, 4]: xét đến tác động vng góc dịng chảy so với hướng tầu; RD hệ BR = 0,6 · 10−4 tàu thủy số điều chỉnh có xét đếnmật độ của−4tầu lưu thơng sơng xung quanh (2) vị BR = 1,2 · 10 sà lan trí xây dựng cầu 3.2 Hệ số điều chỉnh RB 3.1.ĐốiNguy an toàn sở với cầu nằm vùng tuyến thẳng, tàu qua lại cách dễ dàng nên hệ số điều chỉnh có xét đến vị trí xây dựng cầu RB lúc lấy [3, 4] Khi cầu xây dựng Nguy an toàn sở, BR, hiểu khả tầu sai luồng vùng chuyển hướng, xem Hình 3, khả tàu chệch luồng vận tải lớn, xét riêng việc hiệu chỉnh thông bốnnhiều hệ số điều chỉnh lại Giáhệtrị BR chỉnh cho điều khiển tàu vùng cũngqua khó so với vùng tuyến thẳng, đó, số điều ◦ RB = + θ/45 (trong θ góc chuyển hướng) [3, 4] Trong vùng chuyển tiếp, khả tàu xác định từ số liệu thống kê, [3][4]: chệch hướng luồng vận tải nhỏ so với vùng chuyển hướng lớn so với vùng tuyến -4 thẳng, đó, hệ số điều chỉnh BR = lấy0.6×10 sau: RBđối = 1với + θ/90 4] tầu◦ [3, thủy { -4 BR = 1.2×10106 sà lan (2) Hình 3, khả tầu chệch luồng vận tải lớn, xét riêng việc Sông điều khiển tầu vùng khó nhiều so với vùng tuyến thẳng, đó, hệ số điều chỉnh RB = 1+ θ⁄45° (trong θ góc chuyển hướng), [3][4] Trong vùng chuyển tiếp, khả tầu chệch hướng luồng vận tải Vùng chuyển tiếp nhỏ so với vùng chuyển hướng lớn so với vùng tuyến Bảo, Q.θ/⁄Tạp Khoa học Công nghệVùng Xây tuyến dựng thẳng thẳng, đó, hệ số điều chỉnh lấy sau: RB N = 1+ 90°,chí [3][4] (a) Chuyển hướng gãy khúc 910 910 910 Sông Sông Vùng chuyển tiếp Vùng tuyến thẳng Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2018 Vùng chuyển tiếp Cơng trình cầukhúc (a)(a) Chuyển hướng gãygãy khúc Chuyển hướng báo xây dựng Vùng tuyến thẳng (b) Chuyển hướngHình cong qua sông (b) Chuyển hướng cong 4: Hình Hệ số điều chỉnh R , [3][4] B - Khi xét theo hướng từ hạ lưu thượng lưu: cầu xây dựng Hệ số điều chỉnh RB [3, 4] vùng tuyến thẳngHình (do khoảng cách từ vị trí xây dựng cầu đến điểm bắt 910 đầu đường cong 950m, lớn 910m), xem Hình Vậy, hệ số điều Công trình cầuchỉnh trongcóbài sơng Hình Khi xét theo hướng từ hạ xétbáo đếnđược vị tríxây xâydựng dựngqua cầu, [3][4]: Sông lưu thượng lưu: cầu xây dựng vùng trí xây dựng cầu RBtuyến = thẳng (do khoảng cách từ vị (3) đến điểm bắt đầu đường cong 950 m, lớn 910 m) (Hình 4) Vậy, hệ số điều chỉnh có xét đến vị - Tuy nhiên, xét theo hướng ngược lại: cầu nằm vùng chuyển trí xây dựng cầu 4]: tiếp Vùng[3, chuyển tiếp với góc chuyển hướng θR = = 45.10° (do khoảng cách từ vị trí xây (3) B Vùng tuyếndựng thẳng cầu đến điểm bắt đầu đường cong 50m, nhỏ 910m), xem (b) Chuyển cong Tuy nhiên, khiHình xéthướng theo hướng ngược cầucó nằm chuyển góctính chuyển hướng Vậy, hệ số điềulại: chỉnh xéttrong đến vịvùng trí xây dựngtiếp cầuvới ◦ θ = 45,10 (do khoảng cách từ vị trí xây dựng cầu đến điểm bắt đầu đường cong 50 m, nhỏ Hình Hệ số điều chỉnh RB , [3][4] sau, [3][4]: 910 m) (Hình 4) Vậy, hệ số điều chỉnh có xét đến vị trí xây dựng cầu tính sau [3, 4]: θ 45.10° (4) RB = 1+ = 1+ = 1.501 90° RB = + θ/90 90° = 1,501 (4) Như vậy, hệ số điều chỉnh RB lấy giá trị lớn hai giá trị Như vậy, hệ vừa số điều lấy giá trị lớn hai giá trị vừa tính được, RB = 1,501 tínhchỉnh được,RRB Bđược = 1.501 0° 50m 45.1 950m R1050m Vị trí cầu R550m 46 68 ° Hình Vị trí trícầu cầu Hình 4 Vị 3.3 Hệ số điều chỉnh RC RCX Hệ số RC RCX hai hệ số liên quan đến tác động 3.3 Hệ số điều chỉnh RCđiều Rchỉnh CX dòng chảy ảnh hưởng tới khả sai luồng vận tải, đó: RC hệ số Hệ số điều chỉnh RC RCX hai hệ số liên quan đến tác động dòng chảy ảnh hưởng tới khả có xétvận đếntải, tác động hướng songcủa so với hướng hướng song sai luồng đó: dịng R chảy hệ sốtheo có xét đếnsong tác động dịng chảyđitheo C 107 Bảo, N Q / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng song so với hướng tàu RCX hệ số có xét đến tác động dịng chảy theo hướng vng góc so với hướng tàu Các hệ số xác định sở: vận tốc dịng chảy tăng việc kiểm sốt tàu trở nên khó khăn tính sau, [3, 4]: RC = + VC 0,5144 · 10 (5) VCX 0,5144 (6) RCX = + VC VCX vận tốc dòng chảy theo hướng song song theo hướng vng góc so với hướng tàu; 0,5144 hệ số chuyển đổi đơn vị Khi qua cầu, tàu thường di chuyển đường thẳng gần song song với hướng dòng chảy Hơn nữa, việc xác định xác góc hợp hướng dịng chảy hướng di chuyển tàu khó khả thi Vì vậy, báo giả thiết góc 5◦ , vận tốc VC = 1,733 m/s VCX = 0,152 m/s Các hệ số điều chỉnh có xét đến tác động dịng chảy tính sau: RC = 1,337; RCX = 1,295 (7) 3.4 Hệ số điều chỉnh RD Hệ số điều chỉnh RD hệ số có xét khả gặp nhiều tàu đồng thời lưu thơng sơng xung quanh vị trí xây dựng cầu, xác định sau, [3, 4]: RD = 1,0 mật độ thấp (8) RD = 1,3 mật độ trung bình RD = 1,6 mật độ cao - Mật độ thấp áp dụng trường hợp gặp tàu qua, có tàu vùng lân cận vị trí cầu, - Mật độ trung bình áp dụng gặp tàu qua, có tàu vùng lân cận vị trí cầu, - Mật độ cao áp dụng thường xuyên bắt gặp tàu thuyền qua lại vùng lân cận vị trí cầu Đối với cơng trình cầu mật độ trung bình nên RD = 1,3 Như vậy, khả sai luồng vận tải, PA, tính theo phương trình (1) sau: Đối với tàu thủy: PA = 2,027 · 10−4 ; Đối với sà lan: PA = 4,054 · 10−4 Một số nhận xét xác định xác suất xuất tàu sai luồng Việc xác định khả tàu sai luồng vận tải theo [3, 4] nguyên nhân xảy ra, xuất phát từ: yếu tố người, yếu tố thời tiết yếu tố liên quan đến cố kỹ thuật tàu Như vậy, công thức (1) xây dựng dựa yếu tố kể Và đó, yếu tố xét đến chưa đầy đủ so với thực tế phương trình (1) thiếu mức độ xác cần thiết Có thể kể đến số yếu tố khác có ảnh hưởng trực tiếp đến khả tàu sai luồng vận tải sau [10]: Tầm nhìn: yếu tố có ảnh hưởng lớn đến khả sai luồng vận tải, khơng có hệ thống dẫn đường, hệ thống phát cảnh báo va chạm Khi tầm nhìn hạn chế khả tàu sai luồng lớn Đặc biệt, tầm nhìn xuống 200 m điều kiện sương mù dày đặc khả sai luồng lớn hàng trăm lần so với điều kiện thông thường [10] 108 Bảo, N Q / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Trời tối: yếu tố có ảnh hưởng đến khả sai luồng, giống yếu tố tầm nhìn Nghiên cứu [11] khả va chạm tăng lên đến bốn lần lưu thông ban đêm so với ban ngày Gió: vận tốc gió tăng từ 6-8 m/s lên 11-14 m/s khả va chạm tàu trụ cầu tăng lên đến ba lần [10] Sự thay đổi lòng chủ: Đối với số sông, lưu lượng nước chảy lớn lớn, lịng chủ vị trí xây dựng cầu biến đổi theo năm Điển hình Việt Nam kể đến sơng Hồng, sơng Đà, sông Gianh, sông Đà Rằng, sông Đồng Nai, sông Cổ Chiên, Thực tế điều tra khảo sát cho thấy, vị trí lịng chủ sơng thay đổi qua năm Khi đó, khả tàu thuyền sai luồng vận tải tăng lên thay đổi thói quen người lái tàu, thể qua hệ số điều chỉnh RLC Hệ số điều chỉnh RLC lấy chuẩn với trường hợp sơng khơng có có biến động lòng chủ theo năm Trong trường hợp lại, hệ số cần lấy lớn có thay đổi mạnh mẽ, cần tăng thêm giá trị hệ số Hệ số cần xác định dựa vào liệu lịch sử thực nghiệm Tuy nhiên, bước đầu nghiên cứu, hệ số đề xuất sau: RLC = 1,0 khơng có thay đổi lòng chủ RLC = 1,2 có thay đổi lịng chủ không nhiều (9) R = 1,4 có thay đổi lịng chủ nhiều LC RLC = 2,0 có thay đổi lòng chủ mạnh mẽ Hệ thống phát va chạm cảnh báo tín hiệu: giúp cho người lái tàu tăng mức độ tập trung, giảm thiểu tâm lý chủ quan, hạn chế không tuân thủ giao thơng đường thủy, từ giảm khả tàu sai luồng vận tải [10, 19] Khi ngun nhân va chạm tàu cơng trình cầu phần lớn xuất phát từ yếu tố người hệ thống cảnh báo tín hiệu góp phần đáng kể vào việc hạn chế tai nạn đường thủy, thể qua hệ số điều chỉnh RT H Hệ số điều chỉnh RT H lấy chuẩn với trường hợp khơng có hệ thống phát cảnh báo tín hiệu, trường hợp có hỗ trợ hệ thống này, hệ số RT H nhỏ 1, thể việc giảm khả tàu sai luồng vận tải [10, 20, 21] Việc xác định hệ số khơng đơn giản khó thu thập số liệu liên quan Sau tổng hợp liệu lịch sử [22], tàu trang bị hệ thống thông tin hiển thị biểu đồ điện tử (ECDIS) khả tàu sai luồng giảm tới xấp xỉ 40% Do vậy, bước đầu nghiên cứu, hệ số đề xuất sau: RT H = 1,0 khơng có hệ thống phát hiện, cảnh báo (10) RT H = 0,6 có hệ thống phát hiện, cảnh báo loa RT H = 0,3 có hệ thống phát hiện, cảnh báo loa, tín hiệu số cảnh báo tín hiệu số bao gồm phương pháp truyền tin đến tàu, xử lý thơng tin phát tín hiệu cảnh báo phạm vi tàu Do vậy, cơng thức (1) viết lại sau: PA = (BR) · (RB ) · (RC ) · (RXC ) · (RD ) · (RT H ) · (RLC ) (11) Khả tàu sai luồng vận tải lưu thông qua công trình cầu báo, xét đến trường hợp có khơng có thay đổi lịng chủ hệ thống phát cảnh báo va chạm, tính lại Bảng 109 Bảo, N Q / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Khả sai luồng tàu thủy (PA) PA × 104 Thay đổi lịng chủ Khơng có Có, khơng nhiều Có, nhiều Có, mạnh mẽ Hệ thống phát Khơng có va chạm Có, loa cảnh báo sớm Có, loa tín hiệu số 2,027 1,216 0,608 2,432 1,459 0,730 2,838 1,703 0,851 4,054 2,432 1,216 Bảng Khả sai luồng sà lan (PA) PA × 104 Thay đổi lịng chủ Khơng có Có, khơng nhiều Có, nhiều Có, mạnh mẽ Khơng có Hệ thống phát Có, loa va chạm cảnh báo sớm Có, loa tín hiệu số 4,054 2,432 1,216 4,865 2,919 1,459 5,676 3,405 1,703 8,108 4,865 2,432 Với giả thiết cơng trình cầu nêu chưa thiết lập hệ thống phát cảnh báo va chạm nên hệ số RT H lấy Mặt khác, cơng trình giả thiết xây dựng vượt sơng có lưu lượng nước bình qn hàng năm lớn lịng chủ có biến động theo năm Do vậy, kiến nghị lấy hệ số RLC = 1,4 Như vậy, xác suất tàu sai luồng vận tải qua cơng trình cầu nêu tính lại theo cơng thức (11) sau: Đối với tàu thủy: PA = 2,838 · 10−4 ; Đối với sà lan: PA = 5,676 · 10−4 Theo số liệu quan trắc thu thập từ nhiều cơng trình cầu giới [10], khả tàu sai luồng vận tải dao động khoảng từ (0,4 ÷ 6,3) · 10−4 Như vậy, xác suất tàu sai luồng vận tải cơng trình cầu nêu tính theo cơng thức (11) thiên an tồn, cận so với số liệu thống kê [10] Độ nhạy công thức Để xác định độ nhạy cơng thức tính xác suất sai luồng vận tải, mô số MonteCarlo thực với giả thiết BR, RB , RC , RCX , RD , RT H , RLC thông số ngẫu nhiên Cụ thể hơn: BR biến ngẫu nhiên tuân theo quy luật phân phối đoạn [0,6 ÷ 1,2] · 10−4 ; RB tính thơng qua góc chuyển hướng θ (được giả thiết biến ngẫu nhiên tuân theo quy luật phân phối đoạn [0◦ ÷45◦ ], thu thập cơng trình thực tế cho thấy góc khơng lớn 45◦ ; RC , RCX tính thơng qua vận tốc dịng chảy v góc hợp hướng dịng chảy hướng di chuyển tàu φ, v biến ngẫu nhiên tuân theo quy luật phân phối chuẩn (µv = 1,74) φ biến ngẫu nhiên tuân theo quy luật phân phối đoạn [0◦ ÷ 10◦ ]; RD biến ngẫu nhiên tuân theo quy luật phân phối đoạn [1 ÷ 1,6]; RT H biến ngẫu nhiên tuân theo quy luật phân phối đoạn [0,3 ÷ 1]; RLC biến ngẫu nhiên tuân theo quy luật phân phối đoạn [1 ÷ 2] Biến thiên xác suất sai luồng vận tải tàu thuyền theo số lần mô số Monte-Carlo thể Hình Theo đó, số lần mơ tổi thiểu để đạt độ xác cần thiết (xác 110 Bảo, N Q / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng suất PA hội tụ) khoảng 40000 lần Hình biểu diễn đồ thị hàm mật độ xác suất biến PA Khi gọi F hàm phân phối biến ngẫu nhiên PA, ta có: −1 F (3%) = 0,955 · 10−4 F −1 (5%) = 1,085 · 10−4 F −1 (95%) = 5,925 · 10−4 −1 (12) F (96,3%) = 6,3 · 10−4 −1 −4 F (97%) = 6,535 · 10 F −1 (55,3%) = 2,835 · 10−4 F −1 (93,8%) = 5,675 · 10−4 chí Khoa học Cơng nghệ Xây ứng dựng NUCE Giá trị xác suất tàu sai Tạp luồng, tính theo (11), tương xác2018 suất xuất xấp xỉ 55,3% cho Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng với NUCE 2018 tàu thủy 93,8% cho sà lan Như vậy, xét thêm hai yếu tố lịng chủ hệ thống cảnh báo xác suất hay nguy an tồn có tăng lên tiến đến cận lớn nguy an toàn dựa liệu lịch sử [10] PA PA 04E-04 04E-04 03E-04 03E-04 03E-04 03E-04 03E-04 03E-04 03E-04 03E-04 03E-04 03E-04 02E-04 02E-04 02E-04 02E-04 02E-04 02E-04 0 20000.0 20000.0 40000.0 60000.0 40000.0 60000.0 Số lần mô Số lần mô 80000.0 80000.0 100000.0 100000.0 Hình Biến thiên xác suất luồng theo số MonteHình Biến thiên sai sai luồng số lần lần mô mô phỏng MonteHình 5 Biến thiên củacủa xácxác suấtsuất sai luồng theotheo số lần mô Monte-Carlo Carlo Carlo pPA (PA) pPA (PA) 0.004 0.004 0.0035 0.0035 0.003 0.003 0.0025 0.0025 0.002 0.002 0.0015 0.0015 0.001 0.001 0.0005 0.0005 0 0,000E+00 02E-04 0,000E+00 02E-04 04E-04 04E-04 06E-04 08E-04 06E-04 PA08E-04 PA 10E-04 10E-04 12E-04 12E-04 14E-04 14E-04 Hình xác suất sai luồng Hình6 6.Đồ Đồ thị thị mật mật độ độ Hình Đồ thị mật độ xác xác suất suấtđi đisai sailuồng luồng Hình biểu diễn đồ thị hàm mật độ xác suất biến Hình biểu diễn đồ thị hàm mật độ xác suất biến PA PA Khi Khi gọi gọi F F là hàm phân phối biến ngẫu nhiên PA, ta có: hàm phân phối biến ngẫu nhiên PA, ta có: -4 -1(3%) = 0.955×10 -4 FF-1 (3%) = 0.955×10 -4 -1 FF-1(5%) -4 (5%) = = 1.085×10 1.085×10-4 111 F-1 -4 (55.3%) = F-1(55.3%) = 2.835×10 2.835×10-4 { (17) -1(95%) = 5.925×10 -4 FF-1 -4 {F-1 (17) (95%) = 5.925×10 -1(93.8%) = 5.675×10 -4 -4 -1 (93.8%) F = 5.675×10 -4 FF-1(96.3%) = 6.3×10 (96.3%) = 6.3×10 -4 -1 { (97%) = {FF-1(97%) = 6.535×10 6.535×10-4 Bảo, N Q / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Kết luận Để xác định độ tin cậy cơng trình cầu xét đến va chạm với tàu thuyền (được tính thơng qua tần suất sụp đổ trung bình năm) cần thiết phải tính tốn xác suất tàu sai luồng vận tải Các tiêu chuẩn thiết kế cầu, [3, 4], có đưa cơng thức tính xác suất kể Tuy nhiên, công thức tiêu chuẩn chưa kể đến xuất hệ thống phát cảnh báo va chạm thay đổi lòng chủ qua năm Bài báo đề xuất bổ sung thêm hai hệ số: hệ số điều chỉnh có xét đến xuất hệ thống phát hiện, cảnh báo tín hiệu hệ số điều chỉnh có xét đến thay đổi lịng chủ xung quanh vị trí xây dựng cầu Kết việc tính tốn xác xác suất tàu sai luồng vận tải tàu lưu thông gần cầu giả định cho thấy, xác suất tăng lên đáng kể so với trường hợp khơng xét đến thay đổi lịng chủ, từ 2,027 · 10−4 lên 2,838 · 10−4 tàu thủy từ 4,054 · 10−4 lên 5,676 · 10−4 sà lan Để xác định tính đắn công thức đề xuất, mô số Monte-Carlo thực với 100000 mô Xác suất tàu sai luồng vận tải hội tụ sau khoảng 40000 lần mô Giá trị xác suất tàu sai luồng trường hợp báo tính theo công thức đề xuất tương ứng với xác suất xuất xấp xỉ 55,3% cho tàu thủy 93,8% cho sà lan Kết cho thấy xét thêm hai yếu tố lịng chủ hệ thống cảnh báo xác suất hay nguy an tồn có tăng lên tiến đến cận lớn nguy an toàn dựa liệu lịch sử Tài liệu tham khảo [1] van Manen, S E., Frandsen, A G (2017) Ship collision with bridges, review of accidents Proceedings of the International Symposium on Advances in Ship Collision Analysis, Copenhagen, Denmark, 3–12 [2] Bảo, N Q (2018) Các yếu tố ngẫu nhiên phân tích tác động va tàu vào trụ cầu Thái Hà Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 12(4):14–22 [3] AASHTO (2012) LRFD bridge design specifications American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C [4] TCVN 11823:2017 Tiêu chuẩn thiết kế cầu Bộ Khoa học Công nghệ [5] Manuel, L., Kallivokas, L F., Williamson, E B., Bomba, M., Berlin, K B., Cryer, A., Henderson, W R (2006) A probabilistic analysis of the frequency of bridge collapses due to vessel impact University of Texas at Austin Center for Transportation Research (CTR) Austin, Texas [6] Gianni, B A (2010) Bridge security White paper, duostech [7] Svensson, H (2009) Protection of bridge piers against ship collision Steel Construction: Design and Research, 2(1):21–32 [8] Louis, A L B., Conway, T R (1996) A multiple discriminant analysis of vessel accidens Accident Analysis & Prevention, 28(4):501–510 [9] Gucma, L (2009) Methods of ship-bridge collision safety evaluation Reliability: Theory & Applications, 2(13) [10] Larsen, O D (1993) Ship collision with bridges: The interaction between vessel traffic and bridge structures International Association for Bridge and Structural Engineering [11] Fuji, Y., Yamanouchi, H., Mizuki, N (1974) Some factors affecting the frequency of accidents in marine traffic Journal of Navigation, 27(2):239–247 [12] Svensson, H (2009) Protection of bridge piers against ship collision Steel Construction: Design and Research, 2(1):21–32 [13] Tiến, L Q (2016) Nghiên cứu biện pháp bảo vệ trụ cầu trước va chạm với phương tiện thủy Tạp chí Giao thơng vận tải, 5:63–65 [14] Bảo, N Q (205) Đánh giá độ tin cậy cơng trình cầu - Hiệu ứng dây chuyền Tạp chí cầu đường Việt Nam, 3:13–19 112 Bảo, N Q / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [15] Pedersen, P T., Valsgaard, S., Olsen, D., Spangenberg, S (1993) Ship impacts: bow collisions International Journal of Impact Engineering, 13(2):163–187 [16] Henrik, G., Dan, O (1998) Ship collision analysis Rotterdam: Balkema [17] Yanmaz, A M (2002) Dynamic reliability in bridge pier scouring Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences, 26(4):367–376 [18] Zolan, P (2007) Bridge design for marine vessel collision Louisiana Transportation Engineering Conference, Baton Rouge, Louisiana [19] Bộ Giao thông vận tải (2015) http://mt.gov.vn/tthc/tin-tuc/38812/quan-ly-bao-hieu-duong-thuy-tu-xatheo-mo-hinh-nao.aspx Truy cập ngày 27/9/2018 [20] Baldauf, M., Hong, S.-B (2016) Improving and assessing the impact of e-navigation applications International Journal of e-Navigation and Maritime Economy, 4:1–12 [21] AASHTO (1991) Commentary for vessel collision design of highway bridges American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C [22] Knott, M P E., Winters, M P E (2016) Ship and barge collisions with bridge over navigable waterways PIANC-World Congress Panama City, Panama 113 ... số: hệ số đi? ??u chỉnh có xét đến xuất hệ thống phát hiện, cảnh báo tín hiệu hệ số đi? ??u chỉnh có xét đến thay đổi lịng chủ xung quanh vị trí xây dựng cầu Kết việc tính tốn xác xác suất tàu sai luồng. .. khả tàu sai luồng giảm tới xấp xỉ 40% Do vậy, bước đầu nghiên cứu, hệ số đề xuất sau: RT H = 1,0 khơng có hệ thống phát hiện, cảnh báo (10) RT H = 0,6 có hệ thống phát hiện, cảnh báo. .. khả tàu sai luồng vận tải sau [10]: Tầm nhìn: yếu tố có ảnh hưởng lớn đến khả sai luồng vận tải, khơng có hệ thống dẫn đường, hệ thống phát cảnh báo va chạm Khi tầm nhìn hạn chế khả tàu sai luồng