Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)

Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)

Mã s : 62.58.02.08

TÓM T T LU N ÁN TI N S

Hà N i ậ N m 2017

Công trình đ c hoàn thành t i Tr ng i h c Xây d ng

Ng i h ng d n khoa h c 1: PGS.TS Lê Ng c Th ch

Ng i h ng d n khoa h c 2: GS.TS Nguy n V n Phó

Ph n bi n 1 :

Ph n bi n 2 :

Ph n bi n 3 :

Lu n án s đ c b o v tr c H i đ ng ch m lu n án c p Tr ng h p t i Tr ng i h c Xây D ng Vào h i…….gi ……ngày……tháng……n m 2016 Có th tìm hi u lu n án t i th vi n Qu c Gia và Th vi n Tr ng i h c Xây d ng Công trình đ c hoàn thành t i Tr ng i h c Xây d ng Ng i h ng d n khoa h c 1: PGS.TS Lê Ng c Th ch Ng i h ng d n khoa h c 2: GS.TS Nguy n V n Phó Ph n bi n 1 : GS.TS Nguy n Qu c B o

Ph n bi n 2 : GS.TSKH Nguy n ng Bích

Ph n bi n 3 : PGS.TS Tr n c Nhi m

Lu n án s đ c b o v tr c H i đ ng ch m lu n án c p Tr ng

h p t i Tr ng i h c Xây D ng

Vào h i…….gi ……ngày……tháng……n m 2017

Có th tìm hi u lu n án t i th vi n Qu c Gia và Th vi n Tr ng

i h c Xây d ng

DANH M C CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG B C A TÁC GI

1. Nguy n Tr ng Hà “ nh y c a đ tin c y và ng d ng vào ch n

ph ng án thi t k h p lý”, T p chí T p chí Khoa h c Công ngh

Xây d ng (IBST), S 1/2009, pp 8-16

2. Lê Ng c Th ch, Nguy n Tr ng Hà “L a ch n gi i pháp thi t k

h p lý cho khung thép nhà ti n ch b ng ph ng pháp phân tích

đ nh y c a đ tin c y” T p chí K t c u và Công ngh Xây d ng,

s 2/2011 pp 4-9

3. Nguy n Tr ng Hà “ ng d ng lý thuy t đ nh y c a đ tin c y

vào bài toán thi t k t i u dàn thỨp không gian theo tiêu chí kinh

t và đ tin c y cho tr c” Tuy n t p công trình khoa h c: H i

5. Nguy n Tr ng Hà, “Ph ng án thi t k h p lý k t c u dàn h p lý

theo đ tin c y cho tr c ràng bu c tiêu chí kinh t ” T p chí

Khoa h c Công ngh Xây d ng (IBST) - S 4/2014 10-14

6. Lê Ng c Th ch, Nguy n Tr ng Hà “Thi t k khung thỨp theo đ

tin c y cho tr c có k đ n chi phí h p lý”, H i ngh Khoa h c

toàn qu c C h c V t r n bi n d ng l n th XII, i h c Duy Tân,

TP à N ng, 7/8/2015

7 ng Xuân Hùng, Nguy n Tr ng Hà, “Phân tích đ nh y t ng

th c a các tham s k t c u lên giá tr l c t i h n theo đi u ki n

n đ nh c a Cupôn s n ch u t i tr ng gió”, H i ngh Khoa h c

toàn qu c C h c V t r n bi n d ng l n th XII, i h c Duy Tân,

TP à N ng, 7/8/2015

8 ng Xuân Hùng, Nguy n Tr ng Hà, “Phân tích khung ph ng

v i tham s đ u vào là đ i l ng kho ng b ng mô ph ng Monte Carlo”, T p chí Khoa h c Công ngh Xây d ng (IBST), S

1/2016

9 ng Xuân Hùng, Nguy n Tr ng Hà, “ ánh giá đ tin c y k t

c u khung ph ng theo đi u ki n n đ nh lo i hai b ng ph ng

pháp ph n t h u h n ng u nhiên”, T p chí Khoa h c Công ngh

Xây d ng, Tr ng i h c Xây d ng, s 28/3-2016

M U

Lý thuy t đ tin c y đã đ c áp d ng r ng rãi trong thi t k k t

c u công trình xây d ng, giao thông, th y l i, công trình bi n….và

hi n nay đã có m t s tiêu chu n thi t k theo đ tin c y nh ISO 2394:2012, JB 50153-92, BS 5760-0:2014…[52], [83], [100] Thi t k

t n d ng kh n ng làm vi c c a v t li u c ng d n đ n nguy c r i ro

t ng lên do các y u t ng u nhiên có th x y đ n v i công trình Lu n

án vì v y h ng đ n nghiên c u đánh giá đ nh y, đ tin c y c a thi t

k k t c u công trình và áp d ng phân tích bài toán kinh t k thu t

Tính th i s và Ủ ngh a c a lu n án

Hi n nay Vi t Nam ch a có m t tiêu chu n c th quy đ nh vi c thi t k k t c u theo đ tin c y Trong khi đó nhu c u v đánh giá đ tin c y c a k t c u l i đang là v n đ mang tính th i s Bài toán đánh giá đ nh y, đ tin c y c a k t c u ngay t khâu thi t k c g ng k

đ n các y u t ng u nhiên có th x y đ n vì v y có ý ngh a th c t

M c tiêu c a lu n án

M c tiêu c a lu n án là nghiên c u, áp d ng các thu t toán phân tích đ nh y, phân tích đ tin c y vào bài toán thi t k k t c u công trình T đó lu n án đ a ra các phân tích kinh t - k thu t nh m l a

thép - Tiêu chu n thi t k

 Phân tích bài toán kinh t - k thu t th hi n quan h gi a đ tin

 Ph ng pháp phân tích, t ng h p Thu th p các tài li u trong n c

và qu c t đ đánh giá t ng quan v các v n đ liên quan, t đó đ t

ra nhi m v nghiên c u c a lu n án

 Ph ng pháp gi i tích S d ng ph ng pháp l c đ phân tích n i

l c và chuy n v khung ngang

 Ph ng pháp s và mô ph ng s ánh giá đ nh y, đ tin c y c a

k t c u khung ngang nhà công nghi p

Nh ng đóng góp c a lu n án

 Xây d ng thu t toán và ch ng trình phân tích đ nh y t ng th (Global Sensitivity) đ c đ c tr ng b i ch s đ nh y Sobol’

 Xây d ng thu t toán và ch ng trình phân tích đ tin c y b ng

ph ng pháp mô ph ng Monte Carlo

 Xây d ng ch ng trình SFD (Steel Frame Design) thi t k t t đ nh khung ngang nhà công nghi p theo TCVN 5575:2012 T ch ng trình SFD lu n án xây d ng mô hình ng u nhiên c a bài toán thi t

k khung ngang nhà công nghi p

 Phân tích đ nh y t ng th c a các tham s thi t k đ u vào lên các tham s đ u ra trong bài toán thi t k khung ngang nhà công nghi p cho m t thi t k t t đ nh c th

 Phân tích đ tin c y c a k t c u khung ngang nhà công nghi p T

đó phân tích bài toán kinh t - k thu t đ l a ch n thi t k h p lý

C u trúc c a lu n án

C u trúc c a Lu n án g m: Ph n m đ u; K t lu n và 4 ch ng

Ch ng 1 T ng quan v các ph ng pháp nghiên c u

Ch ng 2 Phân tích đ nh y và đ tin c y

Ch ng 3 Xây d ng mô hình ng u nhiên bài toán thi t k khung

ngang nhà công nghi p

Ch ng 4 nh y và tin c y c a bài toán thi t k khung ngang nhà công nghi p – Bài toán kinh t k thu t

Các công trình khoa h c đã công b

Bao g m 09 công trình đã công b : 05 công trình đ ng t p chí chuyên ngành, 04 công trình đ ng các h i ngh khoa h c toàn qu c

Ch ng 1 T NG QUAN V V N NGHIÊN C U 1.1 Các ph ng pháp đ tin c y

Xác su t không an toàn c a k t c u đ c xác đ nh theo bi u th c (1.1) nh sau [103]

Phân tích đ tin c y đ c phân lo i theo ba m c đ [28], [103]

1 M c đ 1 M c đ này th c ch t ch a ph i là phân tích đ tin c y

i u ki n an toàn c a k t c u đ c xét đ n thông qua m t s các h s

an toàn… M c đ 1 ch a ph i tính tích phân (1.1)

2 M c đ 2 S d ng m t s gi thi t đ n gi n hóa đ tính “g n

đúng” tích phân (1.1) b ng ph ng pháp gi i tích, bán gi i tích

Ph ng pháp ch s đ tin c y Cornell Cđ c đ xu t n m 1969 trong [71] và đ c áp d ng trong [59], [110], [141], [154], [156] K t

qu ch th c s chính xác khi hàm công tuy n tính và các bi n ng u nhiên có phân ph i chu n

Ph ng pháp ch s đ tin c y Hasofer - Lind HLđ c đ xu t

n m 1974 và đ c áp d ng trong [97], [98] trên nguyên t c chu n hóa các bi n đ u vào tr c khi tính ch s đ tin c y Khi hàm công n ng

có d ng phi tuy n thì s đ c g n đúng b ng khai tri n Taylor b c

nh t (FORM - First Order Reliability Methods) ho c b c hai (SORM - Second Order Reliability Methods) [103]

3 M c đ 3 Là m c đ xác đ nh g n đúng nh t tích phân (1.1) khi

mô ph ng b n ch t ng u nhiên c a các bi n g n đúng nh t mà không

c n gi thi t các bi n có phân ph i chu n, s d ng ph ng Monte Carlo [103]

nh y đ a ph ng (Local Sensitivity): Phân tích đ nh y đ a

ph ng là tính giá tr đ o hàm riêng c a hàm m c tiêu đ i v i t ng

bi n Ph ng pháp đ n gi n nh t là ph ng pháp OAT (One At a

Time) đ c áp d ng đ c áp d ng trong [51], [62], [123] và [143] Sau đó Morris đ xu t ph ng pháp Morris trong [124] và đ c áp

d ng trong [143], [101]…

nh y t ng th (Global Sensitivity): nh y t ng th bao g m

đ nh y riêng l c a t ng bi n và đ nhay t ng tác c a bi n đó v i các bi n khác Ch s đ nh y Sobol’ đ c đ xu t và áp d ng r ng rãi [81], [105], [140], [146], [147] …

1.3 Áp d ng phân tích đ nh y, đ tin c y k t c u

Ph ng pháp ch s đ tin c y Cornell và Hasofer-Lind đ c áp

d ng trong phân tích đ tin c y c a k t c u, s d ng ph ng pháp FORM, SORM trong [53], [63], [111], [112], [135], [156]

Ph ng pháp Monte Carlo đang d n tr thành ph ng pháp ph

bi n trong tính toán đ tin c y k t c u công trình c a nhi u l nh v c: phân tích phi tuy n k t c u [138], k t c u ch u t i đ ng đ t [121], k t

c u thép v i nút khung n a c ng [92]

Vi t Nam, ph n nhi u các nghiên c u s d ng ch s đ tin c y

và các ph ng pháp xác đ nh ch s đ tin c y FORM, SORM [1], [2], [10], [11], [12], [18], [23], Ph ng pháp Monte Carlo trong th i gian g n đây c ng đ c m t s tác gi trong n c quan tâm nghiên

c u [15], [20], [33]

Song song v i bài toán đ tin c y thì bài toán đ nh y c ng đ c

m t s tác gi quan tâm Tuy nhiên, các tác gi trong n c ch y u s

d ng ph ng pháp phân tích đ nh y đ a ph ng [14], [21], [24], [29], [31], [32]…

1.4 Ph ân tích đ nh y, đ tin c y trong k t c u thép

V i đ c đi m c b n là đ b n cao và k t c u m nh Vì v y, phân tích đ nh y, đ tin c y đ i v i k t c u thép đã có r t nhi u tác gi quan tâm nghiên c u [73], [70], [82], [92], [94], [136], [153]

trong thi t k , tính toán k t c u nói riêng

tin c y, đ nh y c a các thi t k theo các tiêu chu n c ng đ c

m t s tác gi quan tâm nghiên c u Các nghiên c u này tuy t ng đ i hoàn ch nh v quy trình thi t k nh ng vi c áp d ng các ph ng pháp phân tích đ nh y và đ tin c y v n còn đ n gi n và có nhi u h n ch

V i nh ng v n đ còn t n t i nêu trên, trong lu n án này tác gi

h ng đ n vi c nghiên c u áp d ng các ph ng pháp phân tích đ

nh y, đ tin c y trong bài toán thi t k k t c u theo tiêu chu n thi t

k C th là bài toán phân tích đ nh y và đ tin c y c a k t c u khung ngang nhà công nghi p m t t ng có c u tr c, c g ng k đ n các y u t ng u nhiên có th x y ra trong các giai đo n thi t k , ch

t o l p d ng và khai thác s d ng T đó lu n án ti n hành phân tích bài toán kinh t k thu t g n l a ch n thi t k v i tr ng l ng k t c u

và đ tin c y t ng ng

 

* i

U f S

c l ng đ tin c y trên c s lu t s l n N u mi n an toàn đ c

đ nh ngh a b i đi u ki n f X 0 Xác su t không an toàn c a h s

N P i



Hình 2.9 S đ thu t toán ph ng pháp mô ph ng Monte Carlo

Theo lý thuy t xác su t thông kê, n u chúng ta có N các th hi n

c a véc t ng u nhiên X, chúng ta s tính đ c m t m u g m N các

giá tr c a hàm If  X0 Khi đó k v ng c a If X0 có th tính x p x trung bình c ng c a m u

1

1 N i

Theo Lemaire trong [113] tác gi đã ch ra r ng, c l ng (2.65)

là h i t và kho ng tin c y 95% c a giá tr Pf đ c tính nh sau:

ki m ch ng áp d ng và các phân tích nh n xét, tác gi đi đ n quy t

đ nh l a ch n ph ng pháp phân tích đ nh y t ng th thông qua ch

s đ nh y Sobol’ đ áp d ng trong ph n sau c a lu n án

Ti p đó tác gi gi đã nghiên c u các ph ng pháp phân tích đ tin c y và xây d ng ch ng trình tính Qua các ví d minh h a, tác gi rút ra các phân tích đánh giá v các ph ng pháp đã nghiên c u T

đó tác gi quy t đ nh l a ch n ph ng pháp mô ph ng Monte Carlo

đ áp d ng trong ph n sau c a lu n án

Nh ng k t qu đ t đ c trong Ch ng 2 là c s đ phân tích đ

nh y, đ tin c y c a các tham s đ u vào có th x y ra trong quá trình thi t k , ch t o l p d ng và khai thác s d ng c a k t c u khung ngang m t t ng m t nh p có c u tr c đ c xây d ng trong Ch ng 3

K t qu nghiên c u c a ch ng này đã đ c công b trong các công trình khoa h c 7 và 9

Ch ng 3 XÂY D NG MÔ HÌNH NG U NHIÊN C A BÀI TOÁN THI T K KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHI P

Ch ng này tác gi xây d ng mô hình ng u nhiên c a bài toán thi t k k t c u khung ngang nhà công nghi p m t t ng, m t nh p có

c u tr c trên c s k t h p mô hình thi t k t t đ nh và các ph ng pháp phân tích đ nh y và đ tin c y đã nghiên c u trong Ch ng 2

3.1 Bài toán thi t k t t đ nh c a khung ngang

Quy trình thi t k t t đ nh khung ngang nhà công nghi p đ c trình bày chi ti t trong các tài li u [37], [46], [50], [155] Bài toán thi t

k t t đ nh k t c u khung ngang g m các b c nh sau:

 Nh p các tham s đ u vào

 Tính toán các tr ng h p t i tr ng tác d ng lên khung

 Phân tích n i l c khung và ghi nh n giá tr n i l c t i 6 ti t di n (4

Hình 3.11 S đ kh i c a ch ng trình tính SFD

3.2 Mô hình ng u nhiên c a bài toán thi t k khung ngang

Mô hình ng u nhiên c a bài toán thi t k khung ngang nhà công nghi p đ c xây d ng d a trên mô hình bài toán thi t k t t đ nh SFD khi ng u nhiên hóa các tham s đ u vào đ c th hi n trên Hình 3.12

Hình 3.12 Mô hình ng u nhiên c a bài toán thi t k khung

3.3 Xây d ng ch ng trình phân tích đ tin c y

Ch ng trình phân tích đ tin c y c a khung ngang là s k t h p

gi a ch ng trình “tính toán ti t di n” (SFD) và ch ng trình phân tích đ tin c y b ng mô ph ng Monte Carlo (RAP) c th hi n trên Hình 3.13

Các y u t ng u nhiên có th x y đ n trong các giai đo n t khi hình thành d án cho đ n khi khai thác s d ng công trình minh

h a cho các phân tích đ nh tính đó, trong m c này lu n án đánh giá s

nh h ng c a y u t ng u nhiên đ n đ an toàn c a khung ngang nhà công nghi p trong t ng giai đo n: Giai đo n thi t k ; giai đo n ch t o

l p d ng; giai đo n khai thác s d ng T k t qu kh o sát cho th y

nh h ng c a các yêu t ng u nhiên trong t ng giai đo n là khác nhau

N P i



Hình 3.13 S đ thu t toán phân tích đ tin c y c a thi t k khung

ngang b ng mô ph ng Monte Carlo

3.4 Xây d ng ch ng trình phân tích đ nh y

Ch ng trình phân tích đ nh y t ng th k t c u khung ngang

đ c xây d ng trên c s thu t toán ch ng trình phân tích đ nh y

t ng th thông qua ch s đ nh y Sobol’ (GSAP) và mô hình ng u

nhiên c a bài toán thi t k khung ngang đ c th hi n trên Hình 3.14



i i

U f S

ki m ch ng k t qu tính toán

Tác gi ti p đó phân tích các y u t ng u nhiên có th x y đ n v i công trình t khi hình thành d án đ n khi khai thác s d ng Rút ra

k t lu n v s c n thi t ph i đánh giá đ tin c y c a công trình, tác gi sau đó xây d ng mô hình ng u nhiên c a bài toán thi t k t t đ nh khung ngang Thu t toán đánh giá đ tin c y và đ nh y trong bài toán thi t k đ c tác gi xây d ng trên c s k t h p mô hình ng u nhiên

c a bài toán thi t k v i các ph ng pháp phân tích đ tin c y và đ

nh y đã nghiên c u trong [123]

Minh h a cho các phân tích đ nh tính v s nh h ng c a các y u

t ng u nhiên đ n s an toàn c a công trình, lu n án phân tích đ tin

c y c a k t c u khung ngang khi có các y u t ng u nhiên x y ra trong t ng giai đo n: thi t k , ch t o l p d ng, khai thác s d ng K t

qu thu đ c cho th y s nh h ng c a các y u t ng u nhiên này là không th b qua Tuy nhiên m c đ nh h ng c a các nhóm tham

s l i không gi ng nhau i u này cho phép tác gi đi đ n quy t đ nh phân tích nh h ng t ng th c a các tham s và đánh giá đ tin c y

c a thi t k k t c u khung ngang m t cách đ y đ , chi ti t trong

ch ng 4