Tài liệu Bài thu hoạch : lý thuyết độ tin cậy và tuổi thọ công trình

Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình PhÇn i: giíi thiÖu vµ ph©n c«ng nhiÖm vô a. Giíi thiÖu : Lý thuyÕt §é tin cËy (§TC) ®îc x©y dùng vµ ph¸t triÓn dùa trªn c¬ së c¸c m«n lý thuyÕt x¸c suÊt (LTXS), thèng kª to¸n häc (TKTH) vµ lý thuyÕt c¸c qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn (QTNN) tõ n¨m 1930. Lý thuyÕt §TC xuÊt ph¸t tõ nhu cÇu vÒ sù ®¸nh gi¸ kiÓm tra chÊt lîng c¸c s¶n phÈm c¬ khÝ, thiÕt bÞ m¸y, hµng ho¸ ®Æc biÖt lµ nh÷ng mÆt hµng chÊt l îng cao s¶n xuÊt hµng lo¹t, c¸c c«ng tr×nh lín ®îc xem lµ vÜnh cöu. Tuy nhiªn trong thùc tÕ cã kh¸ nhiÒu c«ng tr×nh XD bÞ ph¸ ho¹i tríc thêi gian dù tÝnh, vÝ dô: Nhµ m¸y ®iÖn nguyªn tö Tren«bn; cÇu Rµo (H¶i Phßng); r¹p h¸t NguyÔn Tr·i (Hµ §«ng)…vµ nhiÒu c«ng tr×nh nhá bÞ sù cè. MÆt kh¸c c¸c c«ng tr×nh x©y dùng ngµy cµng cã qui m« lín, phøc t¹p vÒ mÆt kÕt cÊu, sö dông c¸c lo¹i vËt liÖu míi, ®a d¹ng vÒ t¸c ®éng do ®ã ®ßi hái c¸c chuyªn gia ph¶i nghiªn cøu ®é tin cËy, dù b¸o tuæi thä kÕt cÊu c«ng tr×nh vµ m« h×nh ho¸ hÖ thèng kÕt cÊu c«ng tr×nh theo lý thuyÕt §TC. Cã thÓ chia qu¸ tr×nh nghiªn cøu thµnh 2 giai ®o¹n: 1. Nghiªn cøu c¬ b¶n: bao gåm viÖc nghiªn cøu c¸c yÕu tè cã b¶n chÊt ngÉu nhiªn t¸c ®éng lªn KCCT nh: ®éng ®Êt, giã, b·o, sãng...dÉn ®Õn bµi to¸n §LH ngÉu nhiªn (tÝnh chÊt ngÉu nhiªn t¸c ®éng ®Çu vµo). Nghiªn cøu c¸c yÕu tè ngÉu nhiªn b¶n th©n KCCT nh vËt liÖu, cÊp phèi, kÝch thíc h×nh häc, s¬ ®å biÕn d¹ng…dÉn ®Õn viÖc nghiªn cøu c¸c to¸n tö ngÉu nhiªn m« t¶ b¶n chÊt KCCT. Nghiªn cøu xö lý kÕt qu¶ c¸c bµi to¸n trªn (c¸c ph¶n øng KCCT) ®Ó ®¸nh gi¸ sù lµm viÖc an toµn, møc ®é rñi ro vµ dù b¸o tuæi thä kÕt cÊu c«ng tr×nh. 2. Nghiªn cøu øng dông: VËn dông lý thuyÕt chung vµo c¸c líp bµi to¸n kh¸c nhau cña KCCT x©y dùng ®Æc thï vÒ hÖ kÕt cÊu vµ t¸c ®éng cña nguyªn nh©n bªn ngoµi. Trªn c¬ së c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu øng dông h×nh thµnh viÖc x©y dùng qui ph¹m chuyªn nghµnh. §Æc ®iÓm cña giai ®o¹n nµy lµ viÖc xö lý mét khèi lîng rÊt lín th«ng tin tríc vµ sau thêi ®iÓm xem xÐt ®¸nh gi¸. Nghiªn cøu øng dông lý thuyÕt §TC ®Æc biÖt cã ý nghÜa ®èi víi nh÷ng lÜnh vùc mµ c¸c cÊu kiÖn cña c«ng tr×nh x©y dùng ®îc chuÈn ho¸ vµ s¶n xuÊt hµng lo¹t theo qui m« c«ng nghiÖp, thêi gian khai th¸c c«ng tr×nh kh«ng ph¶i lµ vÜnh cöu. VÝ dô c¸c panel cét ®iÖn bª t«ng, èng cèng, cét ®iÖn b»ng thÐp, khung nhµ c«ng nghiÖp tiÒn chÕ… Bµi thu ho¹ch m«n häc §é tin cËy vµ tuæi thä c«ng tr×nh lµ mét vÝ dô vÒ tÝnh to¸n ®é tin cËy vµ dù b¸o tuæi thä cña mét bé phËn kÕt cÊu c«ng tr×nh cô thÓ. Yªu cÇu cña bµi tËp bao gåm : 1. Sö dông kÕt cÊu theo ®Ò bµi thiÕt kÕ, lùa chän biÕn ngÉu nhiªn (§é bÒn ngÉu nhiªn vµ 3 tham sè kÝch thíc h×nh häc t¶i träng ngoµi…). 2. Gi¶ thiÕt c¸c biÕn ngÉu nhiªn cã ph©n bè chuÈn víi trung b×nh lµ c¸c gi¸ trÞ thiÕt kÕ ®· cã. Gi¶ ®Þnh ®é lÖch chuÈn cña c¸c biÕn ngÉu nhiªn nãi trªn theo tØ lÖ % gi¸ trÞ trung b×nh. GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt Trang1 Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình 3. TÝnh ®é tin cËy cña phÇn tö kÕt cÊu. 4. §¸nh gi¸ ®é tin cËy cña kÕt cÊu. 5. X©y dùng bµi to¸n x¸c ®Þnh tuæi thä mái cña kÕt cÊu khi hÖ chÞu t¶i träng ®éng tËp trung P(t) = Psinrt. 6. Gi¶ ®Þnh quy luËt ¨n mßn tiÕt diÖn A(t) = A0e-t , x¸c ®Þnh tuæi thä theo ®iÒu kiÖn ®¶o b¶o ®é tin cËy vÒ bÒn (Gi¶ thiÕt c¸c sè liÖu cÇn thiÕt cho tÝnh to¸n cã thÓ sö dông trong c¸c tµi liÖu nghiªn cøu trong vµ ngoµi níc) theo hai ph¬ng ¸n. 7. KÕt luËn chung. I. lùa chän kÕt cÊu ®Ó tÝnh to¸n - S¬ ®å kÕt cÊu ®îc lùa chän theo TCVN vµ ®· ®îc thiÕt kÕ. - §Ó ®¬n gi¶n vµ kh«ng mÊt tÝnh tæng qu¸t, s¬ ®å kÕt cÊu ®îc lùa chän lµ mét dµn ph¼ng tÜnh ®Þnh cã kÝch thíc vµ c¸c th«ng sè ®Çu vµo nh h×nh vÏ: + S¬ ®å kÕt cÊu: dµn thÐp tÜnh ®Þnh + Lùa chän tiÕt diÖn vµ t¶i träng ngoµi nh sau: GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt Trang2 Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình Trong ®ã : P = P0sinrt, P0 = 7500 (kG) l=1.3m; h=3.0m TiÕt diÖn c¸c thanh dµn dïng loai thÐp èng ®êng kÝnh trong d(m), ®êng kÝnh ngoµi D(m), chiÒu dµi t(m). Sö dông thÐp CT3 cã : Rk = Rn = R = 2100 kG / cm 2 , E = 2,1.106 kG / cm 2 . TiÕt diÖn c¸c thanh ®îc chän theo ®iÒu kiÖn bÒn + C¸c biÕn ngÉu nhiªn : 1. §é bÒn vËt liÖu : R 2. T¶i träng ngoµi : P 3. KÝch thíc : a 4. ChiÒu cao dµn : h 5. DiÖn tÝch tiÕt diÖn : A II. gi¶ ®Þnh ®é lÖch chuÈn cña c¸c biÕn ngÉu nhiªn + §é lÖch chuÈn cña c¸c ®¹i lîng ngÉu nhiªn : __  R  4,5% R ,  P  16% P ,  A  5,5% A ,  f  4,5% f . III. TÝnh ®é tin cËy cña phÇn tö kÕt cÊu GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt Trang3 Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình 3. TÝnh ®é tin cËy cña phÇn tö kÕt cÊu. 3.1. Néi lùc trong thanh: Néi lùc trong c¸c thanh ®îc x¸c ®Þnh b»ng phÇm mÒm Sap 2000. KÕt qu¶ tÝnh to¸n ®îc thÓ hiÖn trong h×nh vÏ vµ trong b¶ng sau: KÕt qu¶ tÝnh to¸n ®îc thÓ hiÖn ë b¶ng sau: Li(m) Nội lực trong hệ do tảiThanh trọng P=1 gây ra 1 2 GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt 3.2696 3.2696 i -2.52 -2.52 (kG) hệ do P (kG)NộiNlực i=iP trong 7500 -18900.00 7500 -18900.00 tải trọng P gây ra Trang4 Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 3.2696 3.2696 3.0000 3.2696 3.2696 3.2696 3.0000 3.2696 3.2696 3.0000 3.2696 3.0000 1.3000 1.3000 1.3000 1.3000 1.3000 1.3000 -2.52 -2.52 9.23 -2.52 -2.52 -2.52 6.92 -2.52 -2.52 4.62 -2.52 2.31 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 -18900.00 -18900.00 69225.00 -18900.00 -18900.00 -18900.00 51900.00 -18900.00 -18900.00 34650.00 -18900.00 17325.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 NhËn xÐt vÒ hÖ kÕt cÊu: Qua kÕt qu¶ tÝnh to¸n néi lùc víi s¬ ®å trªn cho thÊy: néi lùc cña c¸c thanh n»m ngang (thanh 15, 16, 17, 18, 19, 20) ®Òu cã néi lùc b»ng 0 lµ hoµn toµn phï hîp víi kÕt cÊu hÖ dµn ®· chän. C¸c thanh nµy cã t¸c dông lµm gi¶m chiÒu dµi tù do cña kÕt cÊu chÞu kÐo nÐn vµ gi÷ cho æn ®Þnh khi chÞu lùc (BBH). V× c¸c thanh nµy cã néi lùc b»ng 0, ta cã thÓ lùa chän diÖn tÝch tiÕt diÖn c¸c thanh nµy nhá h¬n c¸c thanh chÞu lùc chÝnh. Tuy nhiªn ®Ó ®¬n gi¶n tÝnh to¸n ta chän tÊt c¶ c¸c thanh cña hÖ dµn trªn cã diÖn tÝch tiÕt diÖn b»ng nhau. 3.2. X¸c ®Þnh kÝch thíc tiÕt diÖn theo ®iÒu kiÖn bÒn: DiÖn tÝch tiÕt diÖn thanh chÞu ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Ayc  N R Trong ®ã: Ayc lµ diÖn tÝch tiÕt diÖn yªu cÇu. N lµ lùc däc tÝnh to¸n cña thanh.  lµ hÖ sè ®iÒu kiÖn lµm viÖc:  =1 ®èi víi thanh kÐo cña c¸c dµn thêng  =0.8 ®èi víi thanh bông chÞu nÐn.  =0.9 ®èi víi thanh c¸nh chÞu nÐn R lµ cêng ®é tÝnh to¸n cña thÐp. KÕt qu¶ c¸c tÝnh to¸n ®îc thÓ hiÖn trong b¶ng sau: Thanh 1 Ni (kG) R (kG/cm2) -18900.00 2100 GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt  0.9 Ayc (cm2) -10.00 Achän (cm2) 40 Trang5 Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 -18900.00 -18900.00 -18900.00 69225.00 -18900.00 -18900.00 -18900.00 51900.00 -18900.00 -18900.00 34650.00 -18900.00 17325.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 0.9 0.9 0.9 1 0.9 0.9 0.9 1 0.9 0.9 1 0.9 1 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 -10.00 -10.00 -10.00 32.96 -10.00 -10.00 -10.00 24.71 -10.00 -10.00 16.50 -10.00 8.25 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 3.3. §¸nh gi¸ §TC cña tõng phÇn tö: Thùc hiÖn ®¸nh gi¸ §TC (theo chØ sè ®é tin cËy ) cña tõng phÇn tö trong hÖ vÒ bÒn khi xem xÐt c¸c kÝch thíc h×nh häc, m« ®uyn ®µn håi E lµ nh÷ng ®¹i lîng ngÉu nhiªn ph©n phèi chuÈn víi c¸c ®é lÖch tõ 4% - 7%; §é lÖch chuÈn cña t¶i träng P tõ 15%20%; øng suÊt cho phÐp [] lµ 4,5%. C«ng thøc x¸c ®Þnh chØ sè ®é tin cËy :  RS ^ 2 ^ 2 X R X S Trong ®ã: R lµ kú väng vÒ kh¶ n¨ng néi t¹i cña kÕt cÊu: XÐt vÒ ®iÒu kiÖn bÒn: Rk = Rn = 2100 (kG/cm2) S lµ kú väng vÒ t¸c dông bªn ngoµi cña kÕt cÊu: R: lµ øng suÊt nguy hiÓm nhÊt trong cÊu kiÖn cÇn xÐt XR lµ ®é lÖch chuÈn cña kh¶ n¨ng néi t¹i cña kÕt cÊu: ^ X R  4.5% Rk , n  0.045 x 2100  94.5( kG / cm 2 ) XS lµ ®é lÖch chuÈn cña t¸c dông bªn ngoµi cña kÕt cÊu (phô thuéc vµ c¸c biÕn ngÉu nhiªn) - X¸c ®Þnh øng suÊt nguy hiÓm trong c¸c cÊu kiÖn: GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt Trang6 Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình Ni  i P Ni  P i Ai Ai i  Víi i lµ h»ng sè ®· biÕt. KÕt qu¶ tÝnh to¸n thÓ hiÖn b¶ng sau: Thanh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 i -2.52 -2.52 -2.52 -2.52 9.23 -2.52 -2.52 -2.52 6.92 -2.52 -2.52 4.62 -2.52 2.31 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 P (kG) 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 Ni (kG) Achän (cm2) -18900.00 40 -18900.00 40 -18900.00 40 -18900.00 40 69225.00 40 -18900.00 40 -18900.00 40 -18900.00 40 51900.00 40 -18900.00 40 -18900.00 40 34650.00 40 -18900.00 40 17325.00 40 0.00 40 0.00 40 0.00 40 0.00 40 0.00 40 0.00 40 (kG/cm2) 472.500 472.500 472.500 472.500 1730.625 472.500 472.500 472.500 1297.500 472.500 472.500 866.250 472.500 433.125 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 - X¸c ®Þnh ®é lÖch chuÈn cña øng suÊt do t¶i träng t¸c dông: ^ X i  f  Pi fA  f  Ai ^ X X fP ^ X  ^ 2 fP ^ 2 X ^ X Pi ^ X Ai fA i 16% P Ai    2i  i Pi 5.5% A Ai  KÕt qu¶ tÝnh to¸n ®îc thÓ hiÖn trong b¶ng sau: Thanh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 i -2.52 -2.52 -2.52 -2.52 9.23 -2.52 -2.52 -2.52 6.92 -2.52 -2.52 P (kG) 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt Ai (cm2) XfP(kG/cm2) 40 -75.60 40 -75.60 40 -75.60 40 -75.60 40 276.90 40 -75.60 40 -75.60 40 -75.60 40 207.60 40 -75.60 40 -75.60 XfA(kG/cm2) 25.99 25.99 25.99 25.99 -95.18 25.99 25.99 25.99 -71.36 25.99 25.99 Xi(kG/cm2) 79.94 79.94 79.94 79.94 292.80 79.94 79.94 79.94 219.52 79.94 79.94 Trang7 Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình 12 13 14 15 16 17 18 19 20 4.62 -2.52 2.31 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 7500.00 40 40 40 40 40 40 40 40 40 138.60 -75.60 69.30 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 -47.64 25.99 -23.82 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 146.56 79.94 73.28 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 - X¸c ®Þnh x¸c suÊt lµm viÖc an toµn (§TC) cña c¸c phÇn tö theo ®iÒu kiÖn bÒn: Tõ ®é tin cËy  tÝnh ®îc P =  () b»ng c¸ch tra b¶ng cã s½n hoÆc dïng hµm “NORMSDIST” trong Excell ®Ó tÝnh to¸n. KÕt qu¶ tÝnh to¸n thÓ hiÖn trong b¶ng sau: Thanh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 R (kG/cm2) S (kG/cm2) 2100 472.50 2100 472.50 2100 472.50 2100 472.50 2100 1730.63 2100 472.50 2100 472.50 2100 472.50 2100 1297.50 2100 472.50 2100 472.50 2100 866.25 2100 472.50 2100 433.13 2100 0.00 2100 0.00 2100 0.00 2100 0.00 2100 0.00 2100 0.00 M (kG/cm2) 1627.50 1627.50 1627.50 1627.50 369.38 1627.50 1627.50 1627.50 802.50 1627.50 1627.50 1233.75 1627.50 1666.88 2100.00 2100.00 2100.00 2100.00 2100.00 2100.00 XR (kG/cm2) 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 94.5 XS (kG/cm2) 79.94 79.94 79.94 79.94 292.80 79.94 79.94 79.94 219.52 79.94 79.94 146.56 79.94 73.28 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 XM (kG/cm2) 123.78 123.78 123.78 123.78 307.68 123.78 123.78 123.78 239.00 123.78 123.78 174.39 123.78 119.58 94.50 94.50 94.50 94.50 94.50 94.50  13.15 13.15 13.15 13.15 1.20 13.15 13.15 13.15 3.36 13.15 13.15 7.07 13.15 13.94 22.22 22.22 22.22 22.22 22.22 22.22 IV.TÝnh ®é tin cËy cña hÖ kÕt cÊu - HÖ kÕt cÊu lµ dµn ghÐp tÜnh ®Þnh, do ®ã chØ cÇn mét thanh bÊt kú cña dµn bÞ ph¸ huû th× hÖ sÏ biÕn h×nh (ph¸ huû). - Do ®ã s¬ ®å ®é tin cËy cña hÖ lµ s¬ ®å “nèi tiÕp ” nh h×nh vÏ: - §é tin cËy cña c¶ hÖ dµn: GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt Sơ đồ độ tin cậy của hệ kết cấu Trang8 P=() 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 0.8850 1.0000 1.0000 1.0000 0.9996 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình 20  PhÖ = Pi  0.8847  88.47% 1 V. TÝnh ®é tin cËy vÒ ®é vâng (chuyÓn vÞ cho phÐp). 5.1. X¸c ®Þnh chuyÓn vÞ lín nhÊt cña dµn: - ChuyÓn vÞ lín nhÊt cña dµn lµ ®iÓm ®Ønh cña dµn, ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc tÝnh to¸n chuyÓn vÞ theo c¬ häc kÕt cÊu:  N0 .N f d   Pi ki EAi i 1 - Thùc hiÖn nh©n biÓu ®å Vªrexagin 2 biÓu ®å N 0Pi vµ Nki ta x¸c ®iÞnh ®îc chuyÓn vÞ cña ®iÓm ®Ønh dµn. 20  20 fd   i 1 - Thay sè vµo ta ®îc: fd = 2.17(cm) N Pi0 . N ki  81Ph / EA EAi 5.2. X¸c ®Þnh ®é lÖch chuÈn cña chuyÓn vÞ: - Tõ c«ng thøc tÝnh chuyÓn vÞ ®iÓm ®Ønh cña dµn cho thÊy f d =f(P, h, E, A). ^ X fd ^ 2 X  ^ 2 fP - X¸c ®Þnh c¸c ®é lÖch thµnh phÇn: fP  f  Pi fh  f  hi fA  f  Ai fE  f  Ei ^ X ^ X ^ X ^ X ^ X fd ^ 2  X fh  X fE  X fA Pi  81h 16% P  0.3471(cm) EA hi  81P 5%h  0.1085(cm) EA ^ X ^ X ^ 2 Ai  81Ph 5.5% A  0.0030(cm) EAi2 Ei  81Ph 4.5% E  0.0976(cm) Ai E 2 ^ X ^ X  0.34712  0.10852  0.00302  0.09762 =0.3766(cm). 5.3. X¸c ®Þnh x¸c suÊt lµm viÖc an toµn (§TC) cña hÖ dµn: - X¸c ®Þnh chØ sè ®é tin cËy  vÒ chuyÓn vÞ cho phÐp cña ®iÓm ®Ønh dµn: Gi¶ thiÕt chuÓn vÞ cho phÐp lín nhÊt t¹i ®iÓm ®Ønh dµn: R=  f d  = h/100 = 300/100 = 3(cm). S = 2.17(cm): Lµ chuyÓn vÞ t¹i ®iÓm ®Ønh cña dµn. - §é lÖch chuÈn cña chuyÓn vÞ cho phÐp: GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt ^ X R =  f d  *4.5% = 3*0.045=0.135(cm). Trang9 Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình - §é lÖch chiÈn cña chuyÓn vÞ t¹i ®iÓm ®Ønh cña dµn: - ChØ sè ®é tin cËy: RS  ^ 2 ^ 2 R S X X  ^ X S  ^ X fd =0.3766(cm). 3  2.17 0.1352  0.3766 2 = 2.075 - Tõ ®é tin cËy  tÝnh ®îc P =  () b»ng c¸ch tra b¶ng cã s½n hoÆc dïng hµm “NORMSDIST” trong Excell ®Ó tÝnh to¸n. P = () = 0.981= 98.1% VI. §¸nh gi¸ theo kho¶ng: 20 - §é tin cËy bÐ nhÊt: Ps (min)   Psi = 0.8847*0.9810 = 0.8679 = 86.79% i 1 - §é tin cËy lín nhÊt: Ps (max)  max( Psi ) = 0.9810 = 98.10% - X¸c suÊt an toµn cña hÖ: 86.79% < Ps < 98.10% - NhËn xÐt vÒ hai c¸ch tÝnh §TC cña hÖ theo s¬ ®å ®iÖn vµ theo ph¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ theo kho¶ng: + X¸c suÊt an toµn vÒ bÒn cña hÖ bÐ h¬n x¸c suÊt an toµn vÒ chuyÓn vÞ hay ®é tin cËy vÒ chuyÓn vÞ cña hÖ cao h¬n ®é tin cËy vÒ bÒn cña hÖ. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ kh¶ n¨ng ph¸ ho¹i vÒ ®é bÒn lín h¬n sím h¬n vÒ ®é cøng. + Ph¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ §TC cña hÖ theo kho¶ng cho thÊy, x¸c suÊt an toµn cña hÖ n»m trong mét kho¶ng (86.79% - 98.10%). §¸nh gi¸ §TC cña hÖ theo s¬ ®å ®iÖn cho ta mét gi¸ trÞ cô thÓ h¬n (88.47%) vµ gi¸ trÞ nµy n»m trong kho¶ng tin cËy trªn lµ phï hîp. VII. x¸c ®Þnh tuæi thä mái cña kÕt cÊu: - X©y dùng bµi to¸n x¸c ®Þnh tuæi thä mái cña kÕt cÊu khi hÖ chÞu t¶i träng ®éng tËp trung P(t) = Pi.sinrt. - BiÕt P(t) = Pi.sinrt, r = 2 vßng/phót. - Víi tÇn suÊt : p1= 60% ; p2 = 30% ; p3 =10% (P1 < P2< P3) - TÝnh tuæi thä cña kÕt cÊu theo ®iÒu kiÖn bÒn, biÕt P(t) = P i.sinrtvíi tÇn sè: - P1 = 7.5(T) chiÕm 60% - P2 = 9(T) chiÕm 30% - P3 = 9.75(T) chiÕm 10% 7.1. X¸c ®Þnh néi lùc, øng suÊt trong hÖ kÕt cÊu: Dïng SAP2000 x¸c ®Þnh néi lùc t¬ng øng víi c¸c gi¸ trÞ t¶i träng t¸c ®éng lªn hÖ. LËp b¶ng tÝnh øng suÊt lín nhÊt cña tõng vÞ trÝ tÝnh to¸n theo c¸c tr¹ng th¸i chÞu lùc cña hÖ. Gi¸ trÞ cña øng suÊt cho t¹i b¶ng: GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt Trang10 Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình B¶ng tÝnh øng suÊt c¸c thanh chÞu kÐo nÐn: Thanh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 i -2.52 -2.52 -2.52 -2.52 9.23 -2.52 -2.52 -2.52 6.92 -2.52 -2.52 4.62 -2.52 2.31 0.00 0.00 0.00 P (kG) P P P P P P P P P P P P P P P P P GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt Ni=iP (kG) -2.52xP -2.52xP -2.52xP -2.52xP 9.23xP -2.52xP -2.52xP -2.52xP 6.92xP -2.52xP -2.52xP 4.62xP -2.52xP 2.31xP 0xP 0xP 0xP Achän (cm2) 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 =Ni/Ai 0.063xP 0.063xP 0.063xP 0.063xP 0.231xP 0.063xP 0.063xP 0.063xP 0.173xP 0.063xP 0.063xP 0.116xP 0.063xP 0.058xP 0xP 0xP 0xP Trang11 Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình 18 19 20 0.00 0.00 0.00 P P P 0xP 0xP 0xP 40.00 40.00 40.00 0xP 0xP 0xP 7.2. Tuæi thä hÖ kÕt cÊu theo quan ®iÓm tæn th¬ng tÝch luü: - Tuæi thä cña mét hÖ kÕt cÊu lµ thêi gian cña hÖ kÕt cÊu ®ã lµm viÖc trong tr¹ng th¸i an toµn. XÐt theo tr¹ng th¸i bÒn th× tuæi thä cña hÖ kÕt cÊu lµ thêi gian lµm viÖc cña kÕt cÊu ®Õn khi xuÊt hiÖn ph¸ ho¹i bÒn phÇn tö lµm kÕt cÊu bÞ biÕn h×nh. - C¸c phÇn tö trong hÖ ph¸ ho¹i bÒn theo nguyªn t¾c lÇn lît tõ phÇn tö cã øng suÊt lín nhÊt ®Õn c¸c phÇn tö cã øng suÊt nhá h¬n.Nh vËy khi xÐt tuæi thä cña hÖ kÕt cÊu (vÒ bÒn) chÝnh lµ xÐt lÇn lît tuæi thä cña c¸c phÇn tö cã øng suÊt lín nhÊt trong kÕt cÊu ®Õn khi chóng bÞ ph¸ ho¹i lµm hÖ bÞ biÕn h×nh. - Tõ kÕt qña tÝnh øng suÊt cho thÊy phÇn tö sè 5 cã øng suÊt lín nhÊt. B¶ng tÝnh øng suÊt theo c¸c tr¹ng th¸i t¶i träng Pi lµ: Pi (KG) I (kG/cm2) P1 7.5*103 1730.625 P2 9*103 2076.750 P3 9.75*103 2249.813 - XÐt hÖ kÕt cÊu míi khi phÇn tö sè 5 bÞ ph¸ ho¹i lµm hÖ biÕn h×nh (ph¸ ho¹i). - Nh vËy tuæi thä hÖ kÕt cÊu ®· cho chÝnh lµ tuæi thä cña phÇn tö sè 5 - Tuæi thä cña phÇn tö sè 5 tÝnh theo quan ®iÓm tæn th¬ng tÝch luü, cã c«ng thøc:  T  1 p  N i T i i Trong ®ã: : Lµ tuæi thä trung b×nh cña hÖ kÕt cÊu. pi : TÇn xuÊt tr¹ng th¸i Pi, qi xuÊt hiÖn trong toµn bé tuæi thä cña phÇn tö. Ti : Trung b×nh chu k× t¸c ®éng ë tr¹ng th¸i Pi. Ti  GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt 1 1  (ph)  0.5*60  30 (s) ri 2 Trang12 Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình  (MPa) 400 300 200 100 4 0 10 5 10 6 7 10 8 10 10 n §êng cong mái cña vËt liÖu thÐp Ni: Lµ sè chu tr×nh øng suÊt g©y ph¸ huû mái (phô thuéc vµo øng suÊt g©y mái i tra ®å thÞ phô thuéc lo¹i vËt liÖu)  i (kG/cm2) Ni 1730.625   T1  2076.750 10.8*109 2249.813 10.5*107 1 1  p p p p  N i T N 1 T  N 2 T  N 3 T i i 1 1 2 2 3 3 Tuæi thä kÕt cÊu tÝnh theo tæn th¬ng tÝch luü lµ :  T  1 0.6 0.3 0.1   5  *30 10.8*10 *30 10.5*103 *30  3.061*106 (s) 3.061*106 T   0.097 (n¨m) 60*60*24*365 VIII. X¸c ®Þnh tuæi thä ¨n mßn kÕt cÊu GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt Trang13 Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình Khi tiÕt diÖn c¸c thanh bÞ ¨n mßn, ta dÔ dµng nhËn thÊy dµn sÏ trë thµnh c¬ cÊu dÉn ®Õn sËp ®æ khi 1 trong 20 thanh dµn bÞ ph¸ huû. Tøc lµ khi cã 1 thanh cña dµn bÞ ¨n mßn tiÕt diÖn ®Õn møc tiÕt diÖn kh«ng cßn ®ñ kh¶ n¨ng chÞu lùc. V× vËy tuæi thä cña kÕt cÊu khi bÞ ¨n mßn chÝnh lµ kho¶ng thêi gian ng¾n nhÊt ®Ó cho 1 thanh cña dµn bÞ ¨n mßn ®Õn khi tiÕt diÖn kh«ng cßn ®ñ kh¶ n¨ng chÞu lùc. DiÖn tÝch tiÕt diÖn yªu cÇu Ayc vµ diÖn tÝch tiÕt diÖn thùc chän cña thanh A chän ®îc thÓ hiÖn trong b¶ng sau: Thanh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt Ayc (cm2) 10.00 10.00 10.00 10.00 32.96 10.00 10.00 10.00 24.71 10.00 10.00 16.50 10.00 8.25 0.00 0.00 Achän (cm2) 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 Ti (n¨m) 138.629 138.629 138.629 138.629 19.345 138.629 138.629 138.629 48.150 138.629 138.629 88.552 138.629 157.867 "kh«ng xÐt" "kh«ng xÐt" Trang14 Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình 17 18 19 20 0.00 0.00 0.00 0.00 Tõ ph¬ng tr×nh A  Ao e  t ta suy ra t  40 40 40 40 "kh«ng xÐt" "kh«ng xÐt" "kh«ng xÐt" "kh«ng xÐt" 1 Ao ln  A Tõ ®ã ta x¸c ®Þnh ®îc tuæi thä cña tõng thanh, vÝ dô víi thanh sè 1 ta cã : t1  1 Ao 1 40 ln  ln  138.63 (n¨m)  A 0.01 10 TiÕn hµnh t¬ng tù ta cã tuæi thä cña c¸c thanh cßn l¹i nh ë b¶ng trªn. Tõ kÕt qu¶ ë b¶ng trªn ta nhËn thÊy : Thêi gian nhanh nhÊt ®Ó 1 thanh bÊt kú trong dµn bÞ ¨n mßn ®Õn møc kh«ng ®ñ kh¶ n¨ng chÞu lùc lµ t5 = 19.35 (n¨m). VËy tuæi thä cña kÕt cÊu khi bÞ ¨n mßn lµ T = 19.35 (n¨m). IX. KÕt luËn chung Ngµy nay, tÝnh to¸n ®é tin cËy vµ ®¸nh gi¸ tuæi thä c¸c c«ng tr×nh x©y dùng lµ mét trong nh÷ng viÖc rÊt quan träng; ®Æc biÖt lµ ®¸nh gi¸ ®é tin cËy vµ tuæi thä cßn l¹i cña c¸c c«ng tr×nh x©y dùng. ViÖc tÝnh to¸n ®é tin cËy vµ tuæi thä c¸c c«ng tr×nh gióp ta dù ®o¸n ®îc vÒ kh¶ n¨ng lµm viÖc an toµn vµ tuæi thä cña c«ng tr×nh, tõ ®ã cã thÓ ®a ra ®îc c¸c quyÕt ®Þnh cÇn thiÕt vµ ®óng lóc ®Ó b¶o dìng, t¨ng tuæi thä c«ng tr×nh hoÆc ph¸ bá c«ng tr×nh tr¸nh sôp ®æ g©y hËu qu¶ nghiªm träng. TÝnh to¸n ®é tin cËy vµ tuæi thä c«ng tr×nh chñ yÕu dùa vµo c¸c sè liÖu thu thËp vµ sö lý dùa trªn c¬ së lý thuyÕt x¸c suÊt thèng kª. Qua bµi to¸n nµy cho ta thÊy ®îc r»ng chÊt lîng c¸c c«ng tr×nh x©y dùng tõ khi thiÕt kÕ, triÓn khai x©y dùng, vËt liÖu ®a vµo sö dông trong x©y dùng vµ qu¸ tr×nh khai th¸c sö dông sÏ quyÕt ®Þnh ®é tin cËy vµ tuæi thä cña c«ng tr×nh. ChÊt l îng thiÕt kÕ vµ thi c«ng x©y dùng cµng cao, sai sè trong chÊt lîng vËt liÖu vµ thi c«ng cµng nhá th× ®é tin cËy cña c«ng tr×nh cµng cao vµ tuæi thä cµng dµi. Ngoµi ra qu¸ tr×nh khai th¸c sö dông còng ®ãng vai trß rÊt quan träng trong viÖc kÐo dµi tuæi thä cña c«ng tr×nh. ViÖc sö dông c«ng tr×nh ®óng ®å ¸n thiÕt kÕ, t¶i träng kh«ng thay ®æi lín trong thêi gian sö dông, c¸c thµnh phÇn t¶i träng bÊt lîi Ýt xuÊt hiÖn (x¸c suÊt xuÊt hiÖn cña c¸c t¶i träng bÊt lîi lµ nhá) ®ång thêi thêng xuyªn duy tu b¶o dìng c«ng tr×nh, gi¶m thiÓu tèi ®a sù ¨n mßn do t¸c ®éng cña m«i trêng tíi hÖ kÕt cÊu… còng lµ mét nh©n tè quan träng trong viÖc kÐo dµi tuæi thä cña c«ng tr×nh. ***** GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt Trang15 Bài thu hoạch: Độ tin cậy & tuổi thọ công trình GVHD: GS.TS Lê Xuân Huỳnh Học viên: Phạm Anh Kiệt Trang16