2.1.1 Giới thiệu chung [10]
Hiện nay trờn thế giới, lý thuyết ngẫu nhiờn đang được dựng tương đối phổ biến trong những nghiờn cứu, tớnh toỏn phõn tớch an toàn hệ thống như hệ thống phũng lũ, hệ thống cụng trỡnh xõy dựng. Trong lĩnh vực cụng trỡnh xõy dựng, nhiều nước tiờn tiến trờn thế giới như cỏc nước ở chõu Âu, Mỹ, Nga, Trung Quốc vv… đó đưa ra những tiờu chuẩn an toàn cụng trỡnh theo xỏc suất an toàn cho phộp hoặc độ tin cậy an toàn của cụng trỡnh.
Hiện nay tại Việt Nam đang sử dụng hỗn hợp cỏc phương phỏp: phương phỏp ứng suất cho phộp, phương phỏp hệ số an toàn và phương phỏp trạng thỏi giới hạn cựng với mụ hỡnh thiết kế truyền thống để tớnh toỏn cụng trỡnh. Theo mụ hỡnh thiết kế này tải trọng và độ bền tớnh toỏn được mặc định trong suốt quỏ trỡnh làm việc của cụng trỡnh. Nhưng thực tế cỏc hàm tải trọng và độ bền chịu tỏc động của rất nhiều yếu tố khỏc nhau và biến đổi theo quy luật ngẫu nhiờn. Vỡ vậy quan niệm về quan hệ giữa tải trọng và sức chịu tải của cụng trỡnh trong quỏ trỡnh làm việc của mụ hỡnh thiết kế truyền thống ngày càng trở nờn lạc hậu. Xu hướng tiến bộ hiện nay là thiết kế cụng trỡnh theo lý thuyết ngẫu nhiờn và phõn tớch độ tin cậy. Như ở Chương I tỏc giả đó trỡnh bày mức độ tiếp cận với phương phỏp thiết kế hiện đại này hiện được chia ra ở cỏc cấp độ khỏc nhau:
- Tiếp cận mức độ xỏc suất cấp độ 0, thiết kế truyền thống, sử dụng phương phỏp hệ số an toàn.
- Tiếp cận mức độ xỏc suất cấp độ I, thiết kế bỏn xỏc suất, sử dụng phương phỏp nhiều hệ số an toàn (phương phỏp trạng thỏi giới hạn).
- Tiếp cận xỏc suất cấp độ II và cấp độ III, phương phỏp tiếp cận ngẫu nhiờn. Mức độ III, trong đú cỏc hàm phõn bố của cỏc biến được giữ nguyờn quy luật phõn bố và cỏc tớnh toỏn khụng sử dụng cỏc phương phỏp gần đỳng. Cấp độ II,
trong đú sử dụng cỏc phương phỏp gần đỳng để biến đổi luật phõn bố của cỏc tải trọng và sức chịu tải về cỏc hàm phõn bố chuẩn, cỏc tớnh toỏn sử dụng cỏc phương phỏp xỏc suất gần đỳng.
Luận văn đi sõu vào nghiờn cứu tớnh toỏn ổn định cống lộ thiờn làm cơ sở thiết lập bài toỏn phõn tớch độ tin cậy an toàn cho cống, tiếp cận với lý thuyết ngẫu nhiờn ở cấp độ II.
Cỏc nguyờn nhõn xảy ra sự cố cống lộ thiờn cú thể liệt kờ : Thấm, trượt, lật, ứng suất nền, đẩy nổi. Từ trước đến nay khi tớnh toỏn ổn định cống theo phương phỏp tớnh truyền thống chưa phản ỏnh được hết những bất lợi mà cụng trỡnh gõy ra. Việc tớnh toỏn thiết kế kết cấu cụng trỡnh dựa trờn cỏc Tiờu chuẩn quy phạm, trong đú coi cỏc yếu tố bất định là “tiền định” kốm theo cỏc hệ số an toàn. Cỏch tớnh toỏn này được gọi là phương phỏp tớnh theo “mụ hỡnh tiền định”, khụng phản ỏnh được bản chất ngẫu nhiờn của cỏc tỏc động , do đú khụng thể đỏnh giỏ đỳng đắn chất lượng của kết cấu cụng trỡnh thực tế . Theo ý tưởng của phương phỏp l uận nờu trờn , người ta hoàn toàn cú thể đưa ra một phương phỏp tiếp cận mới trong thiết kế cụng trỡnh với ý tưởng “Cần xem xột về mức độ cú thể xõy dựng tiờu chuẩn an toàn cụng trỡnh căn cứ vào phõn tớch rủi ro của tất cả cỏ c yếu tố liờn quan” . Đõy chớnh là lý do cơ bản cho sự phỏt triển "Thiết kế cụng trỡnh theo lý thuyết ngẫu nhiờn và phõn tớch độ tin cậy ".
Lý thuyết cơ bản của cỏc phương phỏp xỏc suất thống kờ
Việc mở rộng cơ bản của thiết kế tất định được giới thiệu bằng cỏc phương phỏp xỏc suất thống kờ là cỏc hàm mật độ hai chiều hay cỏc hàm mật độ xỏc suất nối kết của sức bền và tải trọng fRR,SR(R,S) được đưa vào trong tớnh toỏn hơn là dựng cỏc giỏ trị thiết kế đặc trưng. Cỏc dạng hàm số này cú bề mặt súng nhiều hay ớt trờn miền khụng gian hai chiều, bất kỳ một điểm nào trờn đú sẽ mụ tả bằng khoảng cỏch S và R dọc theo cỏc trục tọa độ. Cỏc hàm mật độ xỏc suất riờng từng phần fRRR và fRSR được xõy dựng từ phần chia của R và S của khối lượng xỏc định bởi fRR,SR. Việc tớnh toỏn xỏc suất phỏ hỏng của một thành phần được dựa trờn hàm độ tin cậy của từng cơ chế phỏ hỏng. Hàm độ tin cậy Z được thiết lập căn cứ vào trạng thỏi giới hạn
tương ứng với cơ chế phỏ hỏng đang xem xột, và là hàm của nhiều biến và tham số ngẫu nhiờn. Theo đú, Z = R-S < 0 được coi là cú xảy ra hư hỏng và hư hỏng khụng xảy ra nếu Z nhận cỏc giỏ trị cũn lại (xem hỡnh 2.1). Do đú xỏc xuất phỏ hỏng được xỏc định là P{Z<0}.
X 2
X 1
Z < 0
Z > 0
Z = 0 Biên giữa vùng an toàn và vùng không an toàn
Vùng không an toàn
Vùng an toàn (R)
(S)
Hỡnh 2-1: Định nghĩa biờn hư hỏng Z = 0
Muốn tớnh được độ tin cậy của cụng trỡnh, người thiết kế phải cú đủ số liệu phõn phối ngẫu nhiờn của tải trọng và độ bền từ đú kết hợp với cỏc yếu tố ảnh hưởng bờn ngoài tiến hành phõn phối xỏc suất và đỏnh giỏ độ tin cậy cụng trỡnh.
- ảnh hưởng của môi trường
f(N)
- ảnh hưởng hình dạng của công trình - Quan hệ giữa các bộ phận f(S) Số liệu thống kê tải trọng Tính ứng suất Phân phối xác suất ứng suất Số liệu thống kê độ bền Tính độ bền Phân phối xác suất độ bền Tính độ tin cậy