THÔNG TIN TÀI LIỆU
THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO TS Mai Văn Cơng Cong.M.V@wru.edu.vn Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển Ngẫu nhiên (Bất định) Tất định ??? Kỹ sư KT Biển Học sinh lớp A + B = ? (3) A=1; B=2 A + B = α 3+β Tất định: khơng có bất định Kể đến tính bất định biến A,B - Các trình vật lý khoa học tài nguyên nước trình ngẫu nhiên Ví dụ q trình ngẫu nhiên (bất định) ??? - Số ố sinh 49B viên ê có ó mặt ê lớp ngày mai - Số bão năm 2011 - Vị trí đổ bão Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển Tương quan chiều cao cân nặng ? 110 1000 quan sát Cân nặng (kg) 100 90 80 70 60 50 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 Chiều cao (m) 2.1 2.2 Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển 23 22 21 Ghi Vị trí tâm bÃo obs đo Đờng quỹ đạo bÃo trung bình 20 19 18 17 16 Tõ 1951 ®Õn 1960 Tõ 1981 ®Õn 1990 Tõ 1961 ®Õn 1970 Tõ 1971 ®Õn 1980 Tõ 1991 ®Õn 2000 Tõ 2001 ®Õn Đường bão Biển Đông (1961-2006) 15 14 13 12 11 10 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển Ö Như phải kể đến yếu tố bất định/ngẫu nhiên thiết kế Làm mô tả yếu tố ngẫu nhiên ? Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển Đánh giá điểm trình (ngẫu nhiên ?) QT = F(Bài tập lớn, Kiểm tra nhanh, Chuyên cần) - Thời điểm: ể Ngẫu ẫ nhiên Trị trung bình =5 Trị nhỏ = Trị lớn =10 Khoảng biến thiên = ± Độ lệch chuẩn ~ 5/k (k=1,2,3) Điểm HP = Thi*0.7+ QT*0.3 Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển Kết cấu giảng môn học • Chương Giới thiệu tổng quan • Chương Phân tích rủi ro • Chương Chươ Độ tin ti cậy ậ ủ ột thành h phần hầ hệ thống thố • Chương Cơ sở tốn học phương pháp ngẫu nhiên • Chương Độ tin cậy hệ thống Ỉ 01 tập lớn mơn học • Chương Cơ chế xảy cố với hệ thống CT PCL & BVB • Chương Phân bố biến ngẫu nhiên • Chương Ứng dụng đánh giá an toàn hệ thống CTBVB • Chương Chương trình VAP, bestfit Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển Chương I Tổng quan mơn học • 1.1 Giới thiệu hiệ chung h • 1.2 Tồn thiết kế truyền thống – Sự cần thiết thiết kế cơng trình theo lý thuyết độ tin cậy • 1.3 TK cơng trình theo lý thuyết độ tin cậy Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển 1.1 Giới thiệu chung Đê Kè Cơ trrong Mái Đỉnh đê Mái Mái kè Cơ Chân kè Bãi trước Thân đê Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển Đối với đê biển: Chức chính: chống lũ MNTK lũ ứng với tần xuất thiết kế Ptk < Zđỉnh đê S R Zđỉnh đê = MNTK + R (độ cao lưu không) MNTK, R = Hàm kinh nghiệm {tải trọng(Ptk), đ.kiện làm việc} Ptk = ? có ó thể chấp hấ nhận hậ đượ ề mặt ặt ki kinh h tế, tế xã ã hội, hội hí h trị tị Ptk tiêu chuẩn an tồn phịng lũ Chính thiết kế tất định (PP truyền thống) ! Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển 1.1 Giới thiệu chung – Thiết kế tất định (truyền thống) Các nguyên tắc thiết kế (cũ) • Phương pháp truyền thống: • Xác định tải trọng thiết kế (1 giá trị) • Xác định độ bền thiết kế =>Hình thành mặt cắt thiết kế - Kiểm tra an toàn phương án thiết kế, hệ số an toàn đặc trưng > 1.0 Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển 1.1 Giới thiệu chung – Thiết kế tất định (truyền thống) Dựa chế phá hoại chủ yếu • Trạng thái tới hạn (Ultimate Limit State State ULS ULS)) • Trạng thái giới hạn khả làm việc hữu ích (Serviceability Limit State - SLS SLS)) Sức chịu tải = Tải trọng*SF R = S*SF SF >1.0 hệ số an toàn theo cấp cơng trình Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển 1.1 Giới thiệu chung – Thiết kế tất định (truyền thống) Tải trọng thiết kế ? = F(Ptk, phân bố dài hạn) Tải trọng thiết kế dùng chung cho phận khác công trình Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển 1.1 Giới thiệu chung – Thiết kế tất định (truyền thống) Chiề cao sóng Chiều ó Hs,0 25 Chu kỳ lặp lại (năm) Ptk = 0.04 04 = 1/25 năm Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển 1.1 Giới thiệu chung – Thiết kế tất định (truyền thống) Đặc điểm thiết kế tất định: Æ Thông thường dựa 01 chế gây phá hỏng cơng trình Ỉ Thiết kế thơng qua Tiêu chuẩn TK (cơng thức thực nghiệm) Ỉ Kể đến yếu tố bất định thông qua hệ số an tồn Ỉ Giả thiết hệ số an tồn đảm bảo an tồn cho cơng trình tất chế phá hỏng khác Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển 1.2 Tồn thiết kế tất định SỰ CỐ NGẬP LỤT MỰC NƯỚC LŨ > MNTK BỞI CÁC CƠ CHẾ KHÁC Lý thuyết thiết kế đỉnh đê MỰC NƯỚC LŨ < MNTK • PMNTK • PMNTK Psự cố • xảy nhiều thực tế Ư Khơng nên đồng PMNTK với Psự cố hệ thống Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển 1.2 Tồn thiết kế tất định - Ch−a xÐt ®Õn tÝnh tỉng thể hệ thống, không kể đến nh hởng quy mô hệ thống (ảnh hởng chiu di ) - Không so sánh đợc độ bền mặt cắt khác - Không đa đợc xác suất gây thiệt hại v mức độ thiệt hại - Không kể đến tính ngẫu nhiên biến liên quan i Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển Sự cố vỡ đê xảy Nước tràn qua đỉnh đê ??? T.K tất định: nước lũ không tràn qua đê với tần xuất 1/10 năm Trên thực tế có nhiều chế khác gián tiếp gây vỡ đê Các chế đóng góp đáng kể vào khả vỡ đê Ví dụ d 1: xói ói bãi Ỉ ất chân hâ Ỉ đổ kè Ỉ xói ói mái đê Ỉ vỡ ỡ đê Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển Ví dụ 2: Sóng leo, sóng tràn Ỉ xói mái đỉnh đê Ỉ vỡ đê Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển 1.2 Tồn thiết kế tất định Khả xảy hư hỏng thực tế cơng trình ??? khi: • Tác động thường xuyên tải trọng nhỏ giá trị thiết kế • Tính khơng đồng tải trọng, vật liệu, điều kiện làm việc vị trí khác cơng trình • Tính bất định/độ khơng tin cậy tài liệu đầu vào thiết kế • Tính xác cơng thức tính tốn thiết kế Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Biển 10 Rủi ro theo quan điểm xã hội – FN curve 10 lognormal fit VN flooding NL total risk NL VROM rule VN data 1971-2007 -2 10 -4 1-Fr (p per year 10 -6 10 -8 10 -10 10 -12 10 10 Ứng dụng vào Vietnam thống kê tai nạn • Total population: 85 million • Road traffic accident statistics: Pf=1.45x10-4 • Averaged death rate: r=6.19x10-3 per year MFVN = 550 =>Acceptable level: E( N di ) + k * ( N di ) < i * 550 10 10 10 10 Number of fatalities 10 10 10 Ứng dụng vào Vietnam Xác định giá trị rủi ro chấp nhận k TR Ci 1710.7 3.1 0.30 2880.4 5.2 0.07 4050.1 7.4 0.03 Factor 10 to 100 is found comparing to the Dutch case Safety level of 1/1000 to 1/100 per year may be set 10 Economic optimal level of risk Optimal level of safety • The problem of the acceptable level of risk can also be formulated as an economic decision problem • The expenditure I for a safer system is equated with the gain made by the decreasing present value of the risk (Figure) • indicated by Pfopt corresponds to the point of minimal cost • min(Q) = min(I(Pf) + PV(Pf S)) • where : • Q = total cost • PV = present value operator • S = total damage in case of failure Rủi ro theo quan điểm kinh tế Mô đơn giản: đê nâng cấp cao đủ? Min cost Cost • I: đầu tư để hệ thống an tồn (hoặc vốn đàu tư ban đầu) • Tổng chí phí= I+ thiệt hại tiềm tàng cố xảy (rủi ro) • Tìm điểm cực tiểu Ctot = Io+Isafer + Cmaintenance + PV[Pf*E(D)] Q : to ta l c o s t i=T O p t p o in t I PV [ P f * E ( D)] = P f * E ( D)* i=0 1 + r i P V (Pf * S ) -ln (Pf ) o p t - ln (Pf ) 11 Mơ hình Pf e Economical optimal dike height h A B 10 x 10 E ( Ctot ) I0 I1 ( h h0 ) Pf ( D Nd ) PV Total costs Giải pháp há Pf ,opt I1 B ( D Nd ) PV E ( N saved _ lifes ) ( Pf , Pf ,opt ) N CSX Optimum Construction costs Damage costs I ( Pf , Pf ,opt ) N PV 4.5 5.5 6.5 H [m] Ví dụ: Đê biển Nam ĐỊnh Kết phân tích rủi ro kinh tế Climate & Meteorology Sea boundary Max Tidal range: 4.0 m Wave height: 2.0-4.0 m Coastal defences: 2000 km sea dikes 12 Dike height [m] Tropical climate: - seasons - to typhoons annually Required dike height Existing dikes 10 -3 10 -2 10 -1 10 (a) Design Frequency [1/year] 10 Cons of the Typhoon Damrey: -25 km of sea dikes broken - inundation of large area 18, 2013 loss: $US 500 Mil - TotalAprildirect costs [$US Million] 800 Investment 600 Risk Invest nothing Total costs 400 Optimal point 200 -3 10 April 18, 2013 -2 10 -1 10 (b) Design Frequency [1/year] 10 12 Risk-based optimal protection level Economic risk analysis Thiết kế theo độ tin cậy 1200 Investment Risk k=1 Total k=1 Risk k=2 Total k=2 Risk k=3 Total k=3 cos sts [$US Million] 1000 800 600 400 5.5 200 -3 10 8.1 5.5 -2 -1 10 10 (b) Design Frequency [1/year] 8.6 0 10 Actual dikes: April 18, 2013 April 18, 2013 Kết phân tích rủi ro Quản lý rui ro: Giảm thiểu rủi ro ? • Đưa mức rủi ro/an toàn theo quan điểm: cá nhân, cộng đồng; theo quan điểm kinh tế • Làm cho toán thiết kế (ghi tiêu chuẩn thiết kế, VD 1/10 1/20, 1/100 …1/10000) 4/18/2013 51 Rủi ro = {Xác suất xay kiện} x {Hậu kiện tạo ra} Nhóm giải pháp 1: Relief centered approach (Giảm thiểu thiệt hại): cứu hộ, cứu nạn, di tán, chấp nhận thiệt hại sở hạ tầng, kinh tế =>Kế hoạch ứng phó cứu nạn; Khu tránh trú, trú quy hoạch khơng gian hợp lý vv Nhóm giải pháp 2: Prevention centered approach (Phòng, tránh ) Giảm thiểu xác suất cố: vd xây dựng hệ thống phòng chống lũ đủ độ tin cậy, siêu bền ect April 18, 2013 52 13 Các vấn đề cần quan tâm Giảm thiểu rủi ro ? Các nhà Quản lý: Nhóm GP 1; Các nhà Kỹ thuật: Nhóm GP 2; sea dike high ground Waves low lying city sea dune river dike shoals sluice estuarine dike - An toàn tại? (Q1) - An toàn mức độ đủ (Rủi ro chấp nhận)? (Q2) - Giải pháp thiết kế tin cậy với điều kiện an toàn yêu cầu? (Q3) April 18, 2013 53 April 18, 2013 54 Mô tả hệ thống Q1- đánh giá an toàn- Hàm tin cậy Z Z = Độ bền R – Tải trọng S + Model Error Sự cố xảy Z
Ngày đăng: 21/03/2021, 18:31
Xem thêm: