Thiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích độ tin cậy - Mai Văn Công
113 trang
2200
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Thiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích độ tin cậy - Mai Văn Công", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tài liệu đính kèm:
- thiet_ke_cong_trinh_theo_ly_thuyet_ngau_nhien_va_phan_tich_d.pdf
Nội dung text: Thiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích độ tin cậy - Mai Văn Công
- THI T K CÔNG TRÌNH THEO LÝ THUY T NG U NHIÊN VÀ PHÂN TÍCH ð TIN C Y Mai Văn Công Trư ng ð i h c Th y l i Delft 2004 Hà N i 2006
- TRƯ NG ð I H C TH Y L I B MÔN K THU T CÔNG TRÌNH BI N THI T K CÔNG TRÌNH THEO LÝ THUY T NG U NHIÊN VÀ PHÂN TÍCH ð TIN C Y Mai Văn Công Trư ng ð i h c Th y l i (in l n th nh t) Mã hi u giáo trình: HWRU/CE D02 04
- L I C M ƠN Giáo trình “ Thi t k công trình theo lý thuy t ng u nhiên và phân tích ñ tin c y” ñư c th c hi n trong khuôn kh d án h p tác HWRU CE, “Nâng cao năng l c ñào t o ngành k thu t b bi n trư ng ð i h c Th y L i” . D án ñư c th c hi n dư i s tài tr c a ð i S Quán Vương qu c Hà Lan t i Vi t Nam v i s tham gia c ng tác c a các ñ i tác phía Delft, Hà Lan bao g m: Trư ng ð i h c Công ngh Delft (TUDellft), Vi n Th y l c Delft (Delft Hydraulics), Vi n ñào t o Qu c t các v n ñ v nư c (UNESCO IHE Delft) và B Giao thông Công chính và Công trình công c ng Hà Lan (RIKZ). N i dung ph n lý thuy t c a giáo trình này là s ti p thu có ch n l c t hai ngu n tài li u tham kh o chính: (i) Probabilistic design , Bài gi ng cho sinh viên ñ i h c và cao h c trư ng ð i h c Công ngh Delft, Hà Lan do Gs. Han Vrijling và Dr. Pieter van Gelder biên so n năm 2000; (ii) CUR 190, Probabilistic design in Civil Engineering do RIKZ/CUR xu t b n năm 1997. Giáo trình này ñư c chu n b và th c hi n theo hai giai ño n: Giai ño n I, biên so n b n Ti ng Anh, t i Trư ng ð i h c Công ngh Delft (2004); Giai ño n 2, biên d ch b n Ti ng Vi t, t i Trư ng ð i h c Th y L i, Hà N i (2005). Trong quá trình th c hi n giai ño n I tác gi nh n ñư c s ng h , giúp ñ nhi t tình c a các t ch c, cá nhân phía ñ i tác Delft, Hà Lan. Tác gi xin chân thành c m ơn Ir. Wilfred Molenaar, Dr. Pieter van Gelder và Gs. Han Vrijling, khoa Xây d ng, TU Delft v s c ng tác và góp ý nhi t tình trong các v n ñ chuyên môn. Tác gi xin c m ơn Ir. Michel Tonneijck, c v n trư ng d án HWRU CE, cùng ban lãnh ñ o và nhân viên Phòng h p tác quan h Qu c t CICAT, TU Delft ñã t o ñi u ki n thu n l i trong th i gian th c hi n biên so n giáo trình b n Ti ng Anh t i Hà Lan. Trong quá trình th c hi n biên d ch b n Ti ng Vi t, tác gi xin ñ c bi t c m ơn PGS.TS. Vũ Minh Cát, Gs. Nguy n Văn M o v nh ng góp ý chuyên môn và các g i ý trong s d ng ngôn t chuyên ngành. Tác gi xin chân thành c m ơn ThS. Lê H i Trung, CN. Lê Th Kim Thoa v nh ng ñóng góp c th trong quá trình biên so n, hi u ch nh và hoàn thi n giáo trình này. Giáo trình này ñư c in l n th nh t làm tài li u h c t p và tham kh o chính th c cho sinh viên trư ng ð i h c Th y l i, ch c ch n không tránh kh i nh ng sai sót. Tác gi xin chân thành ñón nh n nh ng ý ki n góp ý c a ñ c gi và ñ ng nghi p ñ giáo trình ñ ơc hoàn thi n hơn trong các l n in sau . Mai Văn Công i
- M C L C CHƯƠNG 1 T NG QUAN V MÔN H C 4 1.1 Gi i thi u chung 4 1.2 Nh ng t n t i c a phương pháp thi t k truy n th ng S c n thi t ng d ng thi t k công trình theo lý thuy t ñ tin c y 5 1.3 K t c u bài gi ng 5 CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH R I RO 8 2.1 Gi i thi u chung 8 2.2 C p ñ r i ro ch p nh n ñư c trong công tác phòng ch ng lũ 10 2.3 Các bư c phân tích r i ro 11 2.4 Ch n l c nhanh cho phương án quy ho ch t ng bư c 11 2.4.1 Mô t quy trình/quá trình hay ñ i tư ng m t cách h th ng 11 2.4.2 Li t kê kh năng x y ra các s c ngoài ý mu n, các nh hư ng và h u qu 12 2.4.3 Xác su t r i ro thành ph n: 12 2.4.4 ðánh giá và xác ñ nh r i ro 13 2.4.5 Ra quy t ñ nh d a vào k t qu quá trình phân tích r i ro 13 2.4.6 R i ro ch p nh n ñư c trong th c t 14 2.5 Phân tích r i ro và sơ ñ s c c a h th ng công trình phòng ch ng lũ 15 2.6 Các c p ñ ti p c n trong ng d ng phương pháp 18 2.7 Phương pháp t t ñ nh 19 2.8 Phương pháp ng u nhiên 20 CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH ð TIN C Y C A THÀNH PH N H TH NG 23 3.1 T ng quan 23 3.2 Tr ng thái gi i h n công trình, ñ b n và t i tr ng 23 3.3 Các phương pháp tính toán 26 3.4 Khái ni m v ñ tin c y ph thu c th i gian 26 CHƯƠNG 4 C S TOÁN H C C A PHƯƠNG PHÁP NG U NHIÊN 28 4.1 Tính toán c p ñ III 28 4.1.1 Gi i pháp cơ b n 28 4.1.2 Xác ñ nh ñi m thi t k theo phương pháp c p ñ III 29 4.2 Tính toán c p ñ II 30 4.2.1 Gi i thi u v phương pháp tính toán c p ñ II 30 4.2.2 Các hàm tin c y phi tuy n 33 4.2.3 Các bi n cơ s không tuân theo lu t phân ph i chu n 38 4.2.4 Các bi n ng u nhiên cơ s ph thu c 41
- 4.3 Tính toán c p ñ I 41 4.3.1 Nguyên lý tính toán c p ñ I 41 4.3.2 Liên k t phương th c c p ñ I trong tính toán xác su t x y ra s c 42 4.3.3 Chu n hóa các giá tr α 44 4.3.4 T h p t i tr ng trong tính toán ñ b n theo c p ñ I 45 CHƯƠNG 5 PHÂN TÍCH TÍNH TIN C Y C A H TH NG 48 5.1 Gi i thi u v phương pháp phân tích ñ tin c y c a h th ng 48 5.2 Tính toán xác su t s c cho các h th ng ñơn gi n 49 5.2.1 Xác su t s c c a h th ng n i ti p 49 5.2.2 Xác su t s c c a h th ng song song 55 5.3 Phân tích h th ng 57 5.3.1 Gi i thi u phương pháp phân tích h th ng 57 5.3.2 Phương pháp FMEA (Phân tích các ki u s c và nh ng nh hư ng) 58 5.3.3 Phương pháp FMECA (Các ki u s c , phân tích nh hư ng và các tr ng thái gi i h n Failure modes, Effects and Criticality Analyses) 60 5.3.4 Cây s ki n 60 5.3.5 Cây s c 62 5.3.6 Sơ ñ nguyên nhân h u qu 66 5.4 Ch ñ nh xác su t x y ra s c và xem xét h th ng 67 5.4.1 Ch ñ nh xác su t x y ra s c 67 5.4.2 Xem xét h th ng 69 CHƯƠNG 6 – MÔ T CƠ CH X Y RA S C ð I V I H TH NG CÔNG TRÌNH PHÒNG CH NG LŨ VÀ H TH NG CÔNG TRÌNH B O V B BI N 70 6.1 Sóng tràn 70 6.1.1 Cơ ch sóng tràn 70 6.1.2 Hàm tin c y c a cơ ch sóng tràn. 70 6.2 Cơ ch ch y tràn 71 6.3 Cơ ch m t n ñ nh trư t mái m t n ñ nh t ng th 72 6.4 Cơ ch xói ng m/ñ y tr i 73 6.4.1 Cơ ch xói ng m 73 6.4.2 Hàm tin c y c a ñi u ki n (1) 74 6.4.3 Hàm tin c y c a ñi u ki n (2) 74 6.4.3.1 Tiêu chu n Blight 74 6.4.3.2 Mô hình Sellmeijer 74 6.5 M t n ñ nh c u ki n b o v mái 75 CHƯƠNG 7 – PHÂN PH I C A CÁC BI N NG U NHIÊN NH HƯ NG ð N XÁC SU T X Y RA S C 82 HWRU/CE Project TU Delft ii
- 7.1 S phân b theo không gian và th i gian 82 7.2 Các thông s c a biên ñ a k thu t 84 7.3 Các ñ c tính ng u nhiên c a công trình b o v b và công trình phòng ch ng lũ 85 7.3.1 Các bi n ng u nhiên cơ b n c a công trình b o v vùng b và công trình phòng ch ng lũ 85 7.3.2 Các bi n liên quan ñ n xác ñ nh kích thư c hình h c m t c t ñê 86 7.4 T ng k t chung 86 CHƯƠNG 8 NG D NG PPTKNN ðÁNH GIÁ AN TOÀN H TH NG CÔNG TRÌNH B O V B 87 8.1 Gi i thi u chung vùng d án 87 8.2 Các v n ñ t n t i 88 8.4 Tóm t t lý thuy t 91 8.5 ð t v n ñ Xây d ng bài toán m u 94 8.6 Xác ñ nh xác su t x y ra s c , ñánh giá an toàn ñê kè bi n Nam ð nh 95 8.6.1 Sóng tràn và ch y tràn ñ nh ñê 95 8.6.2 M t n ñ nh k t c u b o v mái 98 8.6.3 Hi n tư ng xói ng m n n ñê và ñ y tr i phía chân h lưu ñê (Piping) 100 8.6.4 M t n ñ nh trư t mái ñê 102 8.6.5 Xói trư c chân ñê và chân kè ( Sumer and Fredsoe,2001) 104 8.6.6 T ng h p xác su t phá h ng ñê bi n Nam ð nh 105 8.7 K t lu n 106 CHƯƠNG 9 – MÔ HÌNH TR GIÚP TRONG TÍNH TOÁN THI T K 108 9.1 BESTFIT Ư c lư ng h p lý t i ña hàm th ng kê cho các bi n ng u nhiên t s li u quan tr c ño ñ c (ư c lư ng sát nh t) 108 9.2 Mô hình VaP 109 HWRU/CE Project TU Delft iii
- CHƯƠNG 1 T NG QUAN V MÔN H C 1.1 Gi i thi u chung Trong vài th p k g n ñây, công tác thi t k ñê, kè, ñ p và các công trình phòng ch ng lũ khác ñã có nh ng phát tri n ñ t bi n. Trư c ñây, như thư ng l , ñê ñã ñư c thi t k ch y u d a theo kinh nghi m. Theo ñó, cao trình ñ nh ñê ñư c xác ñ nh căn c vào m c nư c lũ l n nh t c a các s ki n lũ l ch s có th ghi chép ñư c. T i nhi u nơi trên th gi i vi c thi t k ñê kè bi n cũng như ñê sông ñư c d a trên khái ni m “m c nư c ng v i t n su t thi t k ”. ð i v i ñê bi n m c nư c này xác ñ nh d a trên các s li u th ng kê và ñư c g i là M c nư c thi t k , xác ñ nh d a trên m t t n su t thi t k hay t n su t xu t hi n. T n su t xu t hi n c a m c nư c thi t k ñư c thành l p ñ dùng áp d ng r ng rãi như là m t tiêu chu n an toàn cho vùng ñư c b o v b i ñê, nó ñư c xây d ng căn c vào xác su t x y ra ng p l t. Tuy nhiên, ñi u này ch ñúng cho nh ng trư ng h p lý thuy t khi mà s c ñê x y ra do nguyên nhân lũ vư t quá m c nư c thi t k , nó không thích h p khi s c khác x y ra ng v i trư ng h p m c nư c lũ nh hơn m c nư c thi t k . T i Hà Lan, m t ñ t nư c ñi ñ u trong công tác phòng ch ng lũ và b o v b bi n, H i ñ ng khoa h c ð ng B ng (The Delta Commision)1 ch rõ r ng không nên ñ ng nh t xác su t xu t hi n m c nư c thi t k v i xác su t x y ra s c c a h th ng ñê. Theo quan ñi m ñó, ñê c a Hà Lan ñư c thi t k v i m t ñ dư an toàn khi m c nư c thi t k xu t hi n. H qu là m c nư c có th gây th m h a ch c ch n s ph i cao hơn m c nư c thi t k . H i ð ng ðê Sông cũng nh n ra r ng do có r t nhi u y u t liên quan nh hư ng và ph thu c vì v y xác su t x y ra ng p l t không ch xác ñ nh d a trên t n su t vư t quá m c nư c thi t k . Trong th c t , v i nh ng trư ng h p c th ñê ñã có th duy trì làm vi c t t và ñ ng v ng trư c m c nư c tương ñ i l n v i m t kho ng dư an toàn, tuy nhiên trong các trư ng h p khác v i m c nư c th p hơn, chưa ch c ñi u này ñã ñúng. Trong trư ng h p t t c các nguyên nhân x y ra hư h ng ñê có th li t kê và xác su t x y ra t ng hư h ng ñó có th ch c ch n ñư c xác ñ nh thì v nguyên t c có th xác ñ nh ñư c xác su t x y ra ng p l t. Do hi n t i các tính toán này chưa th th c hi n ng d ng d dàng trong thi t k , vì v y thi t k ñê hi n t i v n xác ñ nh t n su t thi t k (t n su t vư t quá c a các thông s t i tr ng chính) d a theo t n su t ch p nh n x y ra ng p l t. Căn c vào các v n ñ nêu trên, xác su t xu t hi n các thông s t i tr ng chính ñư c xây d ng trong tiêu chu n thi t k và ñư c ch n làm tiêu chu n ñánh giá an toàn phòng ch ng lũ l t. T i Vi t Nam, t n su t m c nư c thi t k vào kho ng 1/20 ñ n 1/100, t n su t thi t k lưu lư ng (ñ i v i ñê sông) kho ng t 1/50 ñ n 1/1000, giá tr này ph thu c m c ñ quan tr ng c a khu v c ñư c b o v . ði u này ñư c ghi nh n thành tiêu chu n và áp d ng r ng rãi, tuy nhiên phương pháp ti p c n này như m t công c tính toán ñư c áp d ng cho tình hu ng b ñ ng, " mong mu n ñi u gì ñó s t t hơn". Theo ý tư ng c a phương pháp lu n nêu trên, ngư i ta hoàn toàn có th ñưa ra m t phương pháp ti p c n m i trong thi t k công trình v i ý tư ng “ C n xem xét v m c ñ có th xây d ng tiêu chu n an toàn phòng ch ng lũ căn c vào phân tich r i ro c a t t c 1 Delta Commission H i ñ ng khoa h c Hà Lan v an toàn vùng ñ ng b ng
- các y u t liên quan” . ðây chính là lí do cơ b n cho s phát tri n "Thi t k công trình theo lý thuy t ng u nhiên và phân tích ñ tin c y". 1.2 Nh ng t n t i c a phương pháp thi t k truy n th ng S c n thi t ng d ng thi t k công trình theo lý thuy t ñ tin c y Phương pháp thi t k truy n th ng thông thư ng ñư c g i là phương pháp t t ñ nh (Deterministic Design). Theo phương pháp này các giá tr thi t k c a t i tr ng và các tham s ñ b n ñư c xem là xác ñ nh, tương ng v i trư ng h p và t h p thi t k [6]. Ví d trong thi t k công trình b o v b bi n, tương ng v i m i giá tr t n su t thi t k , m c nu c và chi u cao sóng ñư c xác ñ nh và ñư c coi là t i tr ng thi t k . D a vào tiêu chu n quy ñ nh thi t k , hình d ng và các kích thư c c a công trình ñư c xác ñ nh. Các tiêu chu n quy ñ nh này ñư c xây d ng d a trên các tr ng thái gi i h n c a các cơ ch phá h ng, trong ñó có k ñ n s dư an toàn thông qua h s an toàn. [Thi t k ng v i 1 t n su t nghĩa là ñã quan tâm t i y u t ng u nhiên r i, ch không h n là t t ñ nh. Tuy nhiên, phương pháp truy n th ng chưa xem xét h t xác su t phá h ng c a t ng thành ph n cũng như toàn h th ng mà thôi] Theo phuơng pháp thi t k t t ñ nh, công trình ñư c coi là an toàn khi kho ng cách gi a t i và s c ch u t i ñ l n ñ ñ m b o tho mãn t ng tr ng thái gi i h n c a t t c các thành ph n công trình. M t s h n ch c a phương pháp thi t k t t ñ nh theo [8] như sau: Trên th c t , chưa xác ñ nh ñư c xác su t phá h ng c a t ng thành ph n cũng như c a toàn h th ng. Chưa xét ñ n tính t ng th c a m t h th ng hoàn ch nh. Trong thi t k , chưa k ñ n nh hư ng quy mô h th ng (chi u dài tuy n ñê ) c a h th ng. ð i v i công trình phòng ch ng lũ và b o v b , thi t k hi n t i thư ng ch tính toán chi ti t t i m t m t c t tiêu bi u và áp d ng tương t cho toàn b chi u dài tuy n công trình (thi t k ñê sông, ñê kè bi n ). Tuy v y, v i cái nhìn tr c quan chúng ta có th nh n th y rõ r ng xác su t x y ra lũ s tăng khi chi u dài h th ng phòng ch ng lũ tăng. Không so sánh ñư c ñ b n c a các m t c t khác nhau v hình d ng và v trí. Không ñưa ra ñư c xác su t gây thi t h i và m c ñ thi t h i c a vùng ñư c b o v ( Xác su t x y ra s c công trình, xác su t x y ra ng p l t ) Phương pháp thi t k công trình theo lý thuy t ñ tin c y ñư c ñưa ra nh m th a mãn yêu c u c a th c ti n ñòi h i h n ch t i ña nh ng t n t i nêu trên. S khác nhau căn b n gi a thi t k truy n th ng và thi t k ng u nhiên là ch , phương pháp thi t k ng u nhiên d a trên xác su t ho c t n su t ch p nh n thi t h i c a vùng nh hư ng. K t qu ñư c ñưa ra là xác su t hư h ng c a t ng thành ph n công trình và toàn b h th ng. Vì v y có th nói thi t k ng u nhiên là phương pháp thi t k t ng h p cho toàn th h th ng. 1.3 K t c u bài gi ng Giáo trình này gi i thi u khái quát m t s khái ni m trong thi t k ng u nhiên và phân tích r i ro cũng như các ng d ng c a nó trong thi t k công trình th y l i. Tài li u ch y u d a trên HWRU/CE Project TU Delft 5
- k t qu nghiên c u c a H i ñ ng tư v n khoa h c Hà Lan trong phòng ch ng lũ (the Dutch Technical Advisory Committee on Water Defenses TAW) [1.1] và Trung tâm nghiên c u tiêu chu n k thu t xây d ng Hà Lan, nhóm nghiên c u ng d ng các phương pháp ng u nhiên trong thi t k (the Center for Civil Engineering Research Codes CUR Working Group “Probabilistic Methods”). Ngoài ra, các bài gi ng "Thi t k ng u nhiên trong k thu t xây d ng" do GS. Vrijling & Dr. Pieter van Gelder, trư ng ð i h c Công ngh Delft, Hà Lan ("Probabilistic Design in civil engineering") biên so n cũng là tài li u tham kh o chính trong quá trình xây d ng giáo trình này. Giáo trình có tên ñ y ñ là: "Thi t k công trình theo phương pháp ng u nhiên và phân tích ñ tin c y". Tên g i này ñã bao g m n i dung t ng quát c a môn h c. ð ti n trong các l n ñ c p sau, có th g i t t môn h c v i tiêu ñ ng n g n hơn: " Thi t k ng u nhiên" ho c "Thi t k b t ñ nh". Giáo trình bao g m 9 chương. Chương 1 gi i thi u t ng quan v phương pháp ti p c n, l ch s phát tri n và ng d ng c a môn h c này trong k thu t xây d ng nói chung và k thu t th y l i nói riêng. Chương 2 c a bài gi ng ñ c p ñ n các khái ni n cơ b n liên quan ñ n lý thuy t phân tích r i ro bao g m: ð nh nghĩa r i ro, các d ng r i ro. R i ro, thi t h i và các phương th c ñánh giá r i ro Tính toán thi t h i d a vào s c ngoài ý mu n Các m c ñ ch p nh n r i ro. Chương 3 cung c p ki n th c cơ b n trong phân tích tin c y c a m t thành ph n h th ng, m t quá trình ñơn l hay m t h th ng con ñơn gi n. Theo ñó, hàm tin c y c a m t thành ph n công trình ñư c xây d ng trư c h t d a trên các tr ng thái gi i h n công trình. Các phương pháp ti p c n gi i quy t hàm ñ tin c y ñư c trình bày t t ng quan ñ n chi ti t. Các d ng hàm tin c y khác nhau thư ng g p trong th c t ñư c nêu ra và minh h a b ng các ví d c th . Phương pháp và cách ti p c n trong phân tích tin c y ñư c chia theo ba c p ñ tính toán khác nhau, liên ti p: phương pháp c p ñ III, II và I. Chương 4 trình bày cơ s toán h c trong tính toán thi t k ng u nhiên và phân tích tin c y c a m t thành ph n và m t h th ng theo t ng c p ñ tính toán khác nhau. Chương 5 hư ng vào phân tích ñ tin c y c a h th ng hoàn ch nh bao g m nhi u thành ph n và các h th ng con và cách xác ñ nh m c ñ tin c y c a toàn h th ng. Trong chương này, vi c phân tích hàm tin c y c a các thành ph n và toàn h th ng ch ñ c p ñ n các bài toán n ñ nh, hàm tin c y không ch a y u t th i gian. Tuy nhiên trong nhi u trư ng h p hàm tin c y có th ph thu c theo th i gian, tùy thu c vào t ng h th ng. Chương này cũng gi i thi u các quy t c phân tích ñ i v i hai h th ng cơ b n: h th ng n i ti p và h th ng song song. Chương 6 mô t các cơ ch phá h ng cơ b n liên quan ñ n h th ng công trình phòng ch ng thiên tai và công trình b o v b . Cách xây d ng hàm tin c y cho các cơ ch x y ra s c cũng ñư c trình bày trong chương này. Trư ng h p c a Hà Lan, ñư c xem là ñi m kh i ñ u và tiên phong trong xây d ng quan ñi m thi t k này ng d ng trong lĩnh v c phòng ch ng thiên tai và b o v b , ñư c ñưa ra ñ phân tích. Có th xem xét nó như m t trư ng h p nghiên c u chung và có th tri n khai áp d ng ñư c cho các trư ng h p khác trong ñi u ki n Vi t Nam. Sau khi có các hàm ñ tin c y, công vi c quan tr ng ti p theo là tìm các hàm phân ph i xác xu t phù h p v i các bi n ng u nhiên liên quan. HWRU/CE Project TU Delft 6
- Chương 7 trình bày cách xác ñ nh các bi n ng u nhiên liên quan trong các hàm tin c y. ð c ñi m c a các bi n ng u nhiên (lo i phân ph i và thông s th ng kê) trong bài toán công trình bi n ph bi n ñư c nêu ra. M i bi n ng u nhiên riêng bi t s ñư c mô t và s d ng b ng m t hàm m t ñ phân ph i xác su t g n ñúng. Chương 8 gi i thi u tóm t t ng d ng phương pháp ng u nhiên trong ñánh giá an toàn h th ng công trình phòng ch ng lũ và b o v b bi n Vi t Nam. Trư ng h p nghiên c u c th áp d ng cho v n ñ th c t t i vùng b bi n Nam ð nh ñư c ñưa ra làm ví d phân tích. M t s công c h tr và mô hình tính toán l p s n ph c v trong ng d ng phương pháp trong th c t thi t k ñư c gi i thi u trong Chương 9. HWRU/CE Project TU Delft 7
- CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH R I RO 2.1 Gi i thi u chung Trư c khi ñ c p ñ n phân tích r i ro, c n xem xét khái ni m r i ro. Trong các cu c th o lu n, khái ni m r i ro r t mơ h . Theo t ñi n Oxford, r i ro là “kh năng x y ra k t qu x u, gây thi t h i ” ð nh nghĩa trên có ñ c p ñ n xác su t (kh năng x y ra) và h u qu . ð nh lư ng và so sánh các r i ro ch d a vào xác su t là không th c t , vì r i ro trong trư ng h p m t 100 nghìn ñ ng v i kh năng 50% không gi ng v i r i ro m t 1 tri u ñ ng v i kh năng 50%. Các nhà phân tích r i ro không th ng nh t v khái ni m r i ro. Thông thư ng, có 4 ñ nh nghĩa v r i ro ñư c ñưa ra phân tích: R i ro là xác su t x y ra m t s c ngoài ý mu n trong m t quy trình/quá trình hay c a m t ñ i tư ng. R i ro là h u qu c a m t s c ngoài ý mu n. R i ro là tích s c a xác su t x y ra s c và h u qu do s c . R i ro là hàm c a xác su t x y ra thi t h i và h u qu thi t h i. Nhìn chung, hai ñ nh nghĩa ñ u không phù h p l m. R i ro do các xác su t nh nhưng gây ra h u qu r t l n ho c xác su t l n nhưng có h u qu nh , vì v y ñ nh nghĩa th nh t không gi i thích th a ñáng, tương t ñ nh nghĩa th hai cũng v y. ð nh nghĩa th ba ñưa ra s so sánh t t hơn v r i ro. Th c t ta có th xác ñ nh giá tr h u qu ch p nh n ñư c c a m t quá trình. Trong nhi u trư ng h p giá tr này tương ng v i thi t h i x y ra trong th i gian dài. V i ñ nh nghĩa này, xác su t x y ra s c ngoài ý mu n và h u qu c a nó ñóng vai trò quan tr ng như nhau. Do xác su t x y ra s c là ñ i lư ng không th nguyên, nên theo ñ nh nghĩa này xác su t x y ra s c cũng ngang b ng v i h u qu c a nó. ð nh nghĩa tuy ñơn gi n nhưng h u qu c a m t s c ngoài ý mu n x y ra thư ng có th nguyên và khác nhau v tính ch t (thi t h i v v t ch t, thương vong, gây hoang mang ) nên r i ro không th di n t ch trong m t con s . ð nh nghĩa r i ro cu i cùng là t ng quát nh t trong b n ñ nh nghĩa nêu trên. Ba ñ nh nghĩa ñ u là nh ng trư ng h p ñ c bi t c a ñ nh nghĩa th tư. Qua ñó, ta có th xác ñ nh tr ng s ñ i v i h u qu c a s c ngoài ý mu n tuỳ theo tính ch t nghiêm tr ng c a nó. ði u này ñ c bi t quan tr ng ñ i v i trư ng h p xác su t x y ra s c nh nhưng h u qu l n, khi không xác ñ nh ñư c thi t h i lâu dài. Vi c ñánh giá r i ro ph i tính ñ n các r i ro không mong mu n. H u qu c a m t s c ngoài ý mu n có th là t t ñ nh ho c b t ñ nh. N u h u qu mang tính b t ñ nh thì có th ñ nh nghĩa r i ro b ng hàm m t ñ xác su t ñ xác ñ nh các ñ i lư ng quan tâm. ð nh nghĩa t ng quát nh t v r i ro là: tích s c a xác su t x y ra thi t h i v i lu th a b c n c a h u qu thi t h i: R i ro = xác su t thi t h i * (h u qu thi t h i) n. Lu th a mũ n ph thu c vào tình tr ng c a h th ng, thông thư ng v i n = 1 là trư ng h p phân tích r i ro t nhiên, trư ng h p này ta có th tính ñư c các giá tr d ki n, trong khi n > 1 ph n ánh trư ng h p r i ro không mong mu n. HWRU/CE Project TU Delft 8
- ®èi t−îng ph©n tÝch rñi ro Tiªu chuÈn M« t¶ hÖ thèng tham chiÕu LiÖt kª c¸c sù cè v th¶m häa X¸c ®inh x¸c suÊt cã thÓ x¶y ra x¶y ra sù cè KÕt hîp XS v thiÖt h¹i ®Þnh l−îng hËu qu¶ TÇn suÊt v møc ®é thiÖt h¹i Rñi ro ®¸nh gi¸ Tiªu chuÈn, tiªu chÝ ®iÒu chØnh Ra quyÕt ®Þnh CÊp ®é rñi ro chÊp nhËn Hình 2.1 Sơ ñ quá trình phân tích r i ro. Hình 1 mô t các thành ph n trong phân tích r i ro c a m t h th ng theo phương pháp ng u nhiên. ð u tiên là mô t các thành ph n trong h th ng công trình phòng ch ng lũ như các ño n ñê, c ng và các công trình thành ph n khác. Ti p theo là danh m c li t kê các ki u nguy cơ và s c hư h ng có th x y ra. ðây là m t bư c quan tr ng trong phân tích r i ro b i n u thi u m t ki u s c (m t cơ ch phá ho i) cũng có th gây nh hư ng nghiêm tr ng ñ n ñ an toàn trong thi t k . Bư c k ti p là ñ nh lư ng h u qu cho t t c s c có kh năng x y ra. Ví d 2.1 M t b ch a ng m ñư c dùng ñ ch a ch t th i ñ c h i. S c môi trư ng c a h th ng b ch a này là x y ra rò r , ch y tràn ch t th i ñ c vào môi trư ng ñ t. D a vào s lan r ng c a lư ng ch t th i ta có th xác ñ nh ñư c thi t h i môi trư ng. Trong trư ng h p này, m t s v n ñ c n xem xét ñó là các thi t h i quan tr ng làm nh hư ng ñ n c u trúc ñ t, m c nư c ng m và dòng ch y, s th m th u ñ t. Lư ng ch t th i ñ c rò r (X) là h u qu c a s c ngoài ý mu n “Rò r b ch a” và thi t h i v môi trư ng là m t hàm s g(X). Xem lư ng ch t th i ñ c b rò r là s c ngoài ý mu n, có giá tr trung bình và ñ l ch chu n σ. Xác su t c a s c ngoài ý mu n là P f. M t ñ xác su t thi t h i môi trư ng ñư c mô t như sau: ∞X = 0 f g(X ) (g(X )) = X − Pf ϕ X ≠ 0 σ N u r i ro ñư c bi u di n thông qua giá tr kỳ v ng E(P fg(X)), ta có: ∞ X − risk=P g(X )ϕ d X f ∫ ∞ σ Vi c gi i toán hàm tích phân trên có th tham kh o t i m c 2.4 HWRU/CE Project TU Delft 9
- Phân tích r i ro ñư c dùng cho nhi u m c ñích ch ng h n ki m tra ñ an toàn c a m t quy trình hay ñ i tư ng có phù h p v i tiêu chu n hay ñ t t i ưu v kinh t hay không. M c ñích chung c a phân tích r i ro là cung c p cơ s ñ ñưa ra quy t ñ nh cu i cùng d a trên cơ s k t qu phân tích r i ro. Các ví d cho m c ñích này ñư c áp d ng trong thi t k công trình, t i ưu hoá thi t k h th ng phòng ch ng lũ và các h th ng tương t , t i ưu hoá v quy ho ch, duy tu b o dư ng Căn c vào các m c tiêu mà k t qu phân tích c n ñ t ñ n chu n ñã thi t l p. Liên quan ñ n các v n ñ v an toàn thì chính sách an toàn qu c gia là quan tr ng nh t. Chính sách này là các tiêu chu n trong ngh ñ nh do chính ph ban hành. Trong trư ng h p c n thi t, quy trình và thông s k thu t c a ñ i tư ng ph i ñi u ch nh ñ tuân theo các chu n ñó. V i m c ñích t i ưu hoá kinh t thì r i ro g n v i giá thành c a ñ i tư ng cũng ñóng vai trò quan tr ng. Có th xem xét r i ro theo hư ng tài chính. Ch ng h n ngư i ta t p trung phân tích ñ làm gi m t i thi u r i ro và t ng giá thành khi tri n khai và b o dư ng ñ i tư ng. Trong nh ng trư ng h p như v y, không th xác ñ nh trư c giá tr gi i h n r i ro. Ví d 2.2 Khái ni m r i ro liên quan ñ n h th ng công trình ñ u m i h ch a và vùng h lưu. Ch c năng chính c a m t ñ p dâng là tr nư c. N u ñ p b v , nư c ch y tràn b t ng gây ra lũ l t d n ñ n h u qu n ng n v tài s n và sinh m ng vùng h du. Vì v y, c n tránh v ñ p vì nó là nguyên nhân gây ra thi t h i to l n v kinh t , xã h i và con ngư i. ð p tràn là gi i pháp h u hi u ñ gi i quy t v n ñ ñi u ti t lũ. Tuy nhiên, vi c ñ m b o an toàn cho ñ p dâng là m t v n ñ luôn ñư c quan tâm trong thi t k . N u lư ng nư c ch y vào h ch a quá l n t o ra m c nư c l n hơn m c cho phép thì tràn x lũ b t ñ u ho t ñ ng. K t qu là m c nư c và lưu t c dòng ch y h lưu tăng lên gây xói l n n sông, b sông ngay h lưu công trình. N u so v i h u qu do v ñ p thì thi t h i ki u này không l n và có th s a ch a v i chi phí th p hơn. Do m c ñ lũ l t khác nhau nên các c p ñ r i ro ch p nh n do v ñ p cũng như nh ng thi t h i c a công trình do m c nư c, dòng ch y dâng cao cũng hoàn toàn khác nhau. V ñ p ch ñư c ch p nh n v i xác su t r t nh (nh hơn m t l n m i năm), trong khi thi t h i do phá ho i n n/b sông l i ñư c ch p nh n v i t n su t cao hơn nhi u. Ví d hư h ng không nghiêm tr ng c a chân kè hàng năm có th ñư c s a ch a hoàn ch nh và k p th i (ñòi h i ph i chu n b k ho ch b o dư ng hoàn ch nh). Trong trư ng h p này, m c ñ thi t h i ch p nh n ñư c xác ñ nh b ng giá thành t i ưu gi a v n ñ u tư xây d ng ban ñ u và chi phí b o dư ng, kh c ph c h u qu . 2.2 C p ñ r i ro ch p nh n ñư c trong công tác phòng ch ng lũ M t trong nh ng v n ñ quan tr ng trong thi t k ñ p dâng là xác ñ nh t n su t x y ra s c c a công trình. Quy t ñ nh c n ph i ñư c ñưa ra trong giai ño n thi t k là v i kho ng t n su t x y ra lũ l t là bao nhiêu thì có th ch p nh n ñư c cho m t vùng c th . ðây không ph i là v n ñ thu c lĩnh v c k thu t thi t k công trình ñơn thu n, mà nó còn bao hàm c ph m trù kinh t và chính tr . Ta có th th y ñư c m i liên h gi a chi phí xây d ng h ch a và giá tr hàng hoá, c a c i vùng h lưu (các ñ p nư c l n hơn có chi phí xây d ng cao hơn, nhưng khi ñ p nư c ñư c xây d ng thì cơ s h t ng vùng h lưu ñư c ñ m b o hơn). Tuy nhiên, không th gi i quy t v n ñ ñơn thu n d a vào phân tích kinh t mà không tính ñ n các giá tr v xã h i, t nhiên, văn hoá, l ch s ngh thu t Các giá tr kinh t v môi trư ng quan h HWRU/CE Project TU Delft 10
- gi a con ngư i v i nhau hay giá tr c a m t khu b o t n t nhiên, m t ñ a danh l ch s hay b o tàng ngh thu t là không th tính ñư c. M c ñ an toàn c a các công trình kinh t văn hóa xã h i ph thu c vào m c ñ tin c y an toàn c a công trình và ngoài ra còn ph thu c vào v n ñ u tư hi u qu c a công trình. 2.3 Các bư c phân tích r i ro R i ro là hàm s xác su t c a s c và h u qu c a nó. Vì v y, phân tích r i ro bao g m phân tích xác su t và h u qu . Hơn n a, tùy thu c vào m c tiêu, nhi m v và ñ i tư ng phân tích ta có th xác ñ nh các tiêu chu n và tiêu chí mà r i ro ph i ñáp ng. Hình 2.1 trình bày sơ ñ khái quát v các thành ph n trong phân tích r i ro. Trong phân tích r i ro, các khái ni m sau c n ñư c phân bi t: 1 M t phân tích ñ nh tính bao g m phân tích các ch c năng và các thành ph n c a h th ng, li t kê các hi m ho , các d ng s c , h u qu và xác ñ nh các m i quan h n i t i. 2 M t phân tích ñ nh lư ng bao g m tính toán xác su t x y ra s c , ñ nh lư ng h u qu x y ra, tính toán r i ro và ñánh giá k t qu b ng cách th nghi m trên các h th ng chu n. 3 Ra quy t ñ nh và ki m ñ nh r i ro. Phân tích ñ nh lư ng không ph i luôn luôn có kh năng th c hi n ñư c hay có th ư c lư ng ñư c. Vì v y ch có th c hi n phân tích ñ nh tính m i có th ñánh giá r i ro m t cách t ng th và qua ñó nâng c p, c i ti n ñư c quy trình, h th ng ho c ñ i tư ng nghiên c u. Các bư c trong phân tích r i ro thư ng dùng các thành ph n ñưa ra trong hình 2.2. Mũi tên ch theo th t th c hi n. Th t c này ñưa ra nh m h tr th c hi n m t phân tích r i ro ñ i bi u và không mang tính ch t b t bu c. Có khi các thành ph n ñư c thêm vào các bư c phân tích b i vì chúng liên quan ñ n vi c ñưa ra quy t ñ nh. N u không có nh hư ng l n, chúng b b qua do không (chưa) h p lý v m t k thu t hay do giá thành quá l n. Tuy nhiên ch ñưa thêm vào khi chúng có nh ng nh hư ng thích h p . 2.4 K ho ch t ng bư c c a phân tích r i ro 2.4.1 Mô t quy trình/quá trình hay ñ i tư ng m t cách h th ng Phân tích r i ro s d ng n n t ng là lý thuy t h th ng. Ti n trình hay ñ i tư ng ñư c xem xét qua mô t thành ph n ñ u vào ñ u ra (xem hình 2.2). Thông thư ng h th ng ñư c chia 2thành các thành ph n và các h th ng con. M i thành ph n như v y ñư c khái quát hoá như m t thành ph n ñ u vào ñ u ra. Thông qua các m i tương quan n i t i, chúng hình thành nên h th ng t ng th . S chia nh các thành ph n và h th ng con d n ñ n c p ñ xác ñ nh xác su t x y ra s c HWRU/CE Project TU Delft 11
- Hình 2. 2 H th ng ñ u vào ñ u ra. 2.4.2 Li t kê kh năng x y ra các s c ngoài ý mu n, các nh hư ng và h u qu Giai ño n này nh m li t kê và ñưa ra t t c các s c ngoài ý mu n có th x y ra có th x y ra và h u qu c a chúng. M t h th ng hay m t b ph n ñư c coi là g p s c n u nó không còn th c hi n các ch c năng mong mu n. S c x y ra theo nhi u cách khác nhau. M i cách ñó ñư c g i là cơ ch d n ñ n s c . Ranh gi i gi a vùng s c và vùng an toàn ñư c g i g i là tr ng thái gi i h n. Trong th c t có 2 d ng biên gi i h n, m t d ng gây ra s c t m th i hay s c m t ph n và m t d ng gây ra s c lâu dài hay hoàn toàn. Trong các tài li u tham kh o, các d ng này ñư c hi u: Tr ng thái gi i h n v kh năng ph c v (S.L.S); là các tr ng thái gi i h n mà ch c năng ho t ñ ng có th ñư c th c hi n, ñư c g i là biên h u ích. Ví d cho tr ng thái này là tình tr ng c ng t m th i không th làm vi c do song quá cao . Tr ng thái gi i h n cu i cùng (U.L.S), là tr ng thái gi i h n t i ña. Thông qua s c và hư h ng thư ng xuyên c a m t ñ i tư ng d n ñ n s d ng ho t ñ ng. Ví d như ñ p ch n sóng t i c a vào c ng b v , h u qu s là xu t hi n các con sóng trong c ng có chi u cao l n hơn chi u cao cho phép, ñi u này d n ñ n vi c ng ng ho t ñ ng c a c ng. ði u quan tr ng nh t v i t t c các cơ ch này là chúng ph i ñư c ñ c p càng k càng t t trư c khi ti n hành phân tích ñ nh lư ng. Trong th c t , các hư h ng x y ra do không xác ñ nh ñư c ki u s c (không ñ c p ñ n) nhi u hơn so v i l i do phân tích m t ki u s c . Formatted: Vi c tìm ra các m i ñe do và các ki u s c là công vi c không ñơn gi n. Các phương pháp Space Before: 6 pt h tr là thu th p d li u v vùng b , vùng lân c n, nghiên c u tài li u, ph ng v n, kinh Formatted: Bullets and Numbering nghi m k t h p v i so sánh các h th ng, t ch c h p ñ l y ý ki n Các nguyên nhân chính gây ra s c ñ i v i các h th ng ph bi n thư ng ñư c bi t ñ n và có th tìm th y trong sách hư ng d n và s tay k thu t. 2.4.3 Xác su t r i ro thành ph n: Xác su t r i ro thành ph n bao g m: Xác su t x y ra s c ngoài ý mu n HWRU/CE Project TU Delft 12
- Xác su t s c ngoài ý mu n d n ñ n/ gây nên tác ñ ng nào ñó Xác su t mà tác ñ ng này gây nên h u qu ñáng k . Các thành ph n này có th minh ho b ng: Xác su t x y ra s c trư t mái ñê Xác su t nư c tràn vào vùng lân c n khi m c nư c dâng cao. Xác su t x y ra thi t h i và thương vong. Có th tính xác su t x y ra s c ngoài ý mu n theo 2 cách khác nhau: Cách th nh t là phương pháp quy n p (phương pháp d a trên kinh nghi m). Theo phương pháp này ngư i ta xác ñ nh xác su t c a m t s c ch c ch n x y ra b ng s li u (cơ s d li u). Thu n l i c a phương pháp này là không có ki u hư h ng quan tr ng nào b b qua khi phân tích m t quá trình hay m t h th ng. Tuy nhiên, b t l i c a nó là không ñưa ra ñánh giá chi ti t ñ i v i các ki u s c . K t qu là vi c ngăn ng a các s c kém hi u qu . N u dùng phương pháp quy n p ñ xác ñ nh xác su t x y ra s c thì m t ñi u quan tr ng là h th ng và các ñi u ki n biên không thay ñ i theo th i gian. Cách th hai theo phương pháp n i suy. Phương pháp này xem xét t t c các ki u s c có th x y ra. Thu n l i c a phương pháp này là nh n xét th u ñáo các ki u s c t ñó ñưa ra các bi n pháp ñ c thù nh m gi m thi u xác su t x y ra s c ngoài ý mu n. Vi c xác ñ nh xác su t cho các tác ñ ng có kh năng x y ra và xác su t x y ra h u qu mà các tác ñ ng ñó mang l i cũng tương t như cách xác ñ nh xác su t x y ra s c ngoài ý mu n. Nó có liên quan ñ n các xác su t ñi u ki n. T ng xác su t thành ph n c a r i ro là: P(E)P(E1 21 |E)P(G|E 12∩ E ) (3.1) Trong ñó: E1 là s c ngoài ý mu n (ch ng h n như s c v ñê) E2 là tác ñ ng c a nó (ch ng h n như ng p l t vùng lân c n) G là h u qu (ch ng h n như s ngư i ch t ñu i) Hàm xác su t P(E 1)P(E 2|E1) chính là xác su t x y ra s c P f. Xác su t P(G |E1∩E 2) có th ñư c xác ñ nh n u h u qu là tuân theo lu t phân ph i t t ñ nh ho c bi n r i r c ng u nhiên v i hàm m t ñ xác su t cho trư c (Xem 2.2). 2.4.4 Xác ñ nh và ñánh giá r i ro Sau bư c xác ñ nh h u qu và xác su t tương ng là bư c xác ñ nh và ñánh giá r i ro. Thông thư ng bư c th nghi m r i ro d a trên các tiêu chu n cho trư c. N u dùng phân tích r i ro ñ thi t k ti n trình hay ñ i tư ng thì các bư c ñư c l p l i nhi u l n ñ ñi u ch nh các chi ti t k thu t c a h th ng ñ hư ng t i m t thi t k t i ưu. Bư c t i ưu tài chính tính toán giá thành c a quy trình, h th ng hay ñ i tư ng cùng v i r i ro v i m i bư c l p. Thi t k t i ưu n u giá thành t i thi u. 2.4.5 Ra quy t ñ nh d a trên k t qu phân tích r i ro Phân tích r i ro thư ng h tr cho vi c ñưa ra quy t ñ nh. V lý thuy t, m t phân tích r i ro xem là hoàn ch nh sau khi ñánh giá và ñưa ra quy t ñ nh d a trên phân tích r i ro. HWRU/CE Project TU Delft 13
- Vi c ghi chép nh ng bi n th khác nhau, v i nh ng r i ro ñi kèm, chi phí và l i ích trong m t ma tr n hay cây quy t ñ nh ñư c coi như công c tr giúp cho vi c ra quy t ñ nh. Qua ñó, l a ch n t i ưu có th ñư c th c hi n t m t s các kh năng khác nhau . 2.4.6 R i ro ch p nh n ñư c trong th c t a. R i ro theo quan ñi m cá nhân Cách th nh t ñ thi t l p xác su t x y ra s c ch p nh n là coi nó tương ñương v i xác su t thương vong ñư c tính b ng bình quân ñ u ngư i. Các phân tích r i ro d a trên d li u th ng kê mang tính xã h i thư ng ñưa ra m t ch s trung bình r i ro ch p nh n ñư c v s ngư i ch t. Theo phương pháp phân tích d a trên lý trí và nh n th c, các cá nhân c a m t ho t ñ ng luôn ý th c v tính cân b ng gi a r i ro và l i nhu n ch p nh n ñư c. Ph thu c vào l i ích c a quá trình này mà ho t ñ ng tình nguy n có ñư c b o ñ m hay không. Vì v y mà t o ra s khác bi t gi a các ho t ñ ng tình nguy n ñư c ñ m b o và các ho t ñ ng không ñư c b o ñ m. Theo như cách th c này, m c ñ tình nguy n có liên quan ñ n xác su t x y ra tai n n ñư c d báo trư c. S li u th ng kê v nguyên nhân t vong th hi n qua xác su t x p x 10 4 ñ i v i các ho t ñ ng t do có ý th c m c trung bình. S li u này s d ng 1 ch s dành cho r i ro cá nhân ch p nh n ñư c. ð i v i các qu c gia không thu c phương Tây, l i t c cho 1 ho t ñ ng như v y có th khác bi t rõ so v i minh ho trên, ví d như ph thu c vào ñ a lý, văn hoá và các nguyên do v kinh t . R i ro cá nhân ch p nh n ñư c (P di ) dành cho m t ho t ñ ng c th ñư c tính b ng: Ndi Npi P fi P d/ Fi Pdi = = Npi Npi Trong ñó: Npi là s thành viên c a ho t ñ ng th i Ndi là s ngư i ch t trong ho t ñ ng th i Pfi là xác su t tai n n c a ho t ñ ng th i. Pd/Fi là xác su t t l ngư i ch t x y ra trong m t tai n n. b. R i ro theo quan ñi m xã h i (mang tính c ng ñ ng) Phương pháp ti p c n này nh m xác ñ nh r i ro ch p nh n ñư c c a m t d án c th v i quan ñi m là khó có kh năng x y ra. Câu h i dành cho kh năng ch p nh n c a t p th th c ch t là m t v n ñ v phương pháp th ñúng d n, t ñó có 2 hư ng x y ra: 1) Xác ñ nh d a vào kinh nghi m s lư ng thương vong ch p nh n ñư c thông qua ñánh giá tai ho do s c công trình. 2) Gi m thi u v n ñ v m t t i ưu hoá kinh t thông qua di n gi i t t c h u qu theo ñơn v thương vong/ thi t h i. Trong n i dung th nh t, công th c sau ñư c hình thành (TAW/CUR, 1990) dành cho xác su t x y ra s c t i ưu I Pfop = Brg( − ) Pdf/ NC PP+ C f HWRU/CE Project TU Delft 14
- Trong ñó: Formatted: I là chi phí ñ u tư cho m t ñơn v gia tăng v thông s ñ b n (chi u cao ñ nh, ñư ng kính Font: Italic viên ñá) Formatted: Font: Italic Cf là t ng chi phí liên quan ñ n s c (r i ro) Formatted: Font: Italic Pd/f là xác su t thương vong c a m t s c Formatted: Font: Italic NP là s ngư i dân mà sinh m ng c a h ph thu c vào công trình; Formatted: Font: Italic Cp là chi phí cho m i sinh m ng (ñi u này có th bàn cãi) B là tham s kinh nghi m d ng “mũ” c a phân ph i t i tr ng, k ñ n nh hư ng c a Formatted: Font: Italic vi c gia tăng ñ b n. r là lãi su t th c t . Formatted: Font: Italic g là t c ñ tăng trư ng kinh t Formatted: Font: Italic Trong n i dung th hai, ch tiêu (P fn ) bi n ñ i t xác su t gây ch t m t ngư i (s N d), do s hi n di n vô tình trong các nhà máy, tàu thu hay máy bay v i s l n xu t hi n N c c a cá th ñó, và h là thành viên trong t ng s N ngư i: Formatted: Font: Italic Pfn =Nd/NN c Formatted: Font: Italic N u xác ñ nh trư c m t c p ñ r i ro ch p nh n ñư c thì b t kỳ công trình ñư c xem xét nào Formatted: Font: Italic c a d án cũng có th gi i h n ñư c r i ro theo giá tr ñ nh trư c này. N u không có c p ñ r i ro nào ñư c xác ñ nh trư c thì ñánh giá r i do có th căn c vào các phân tích giá tr l i nhu n kinh t (BCN) v chi phí do thi t h i hay thi t h i v m ng s ng con ngư i; hay chi phí b o dư ng và s a ch a cũng tương t như nh ng chi phí này.Theo phương pháp này, giá tr v con ngư i có th ñư c xác ñ nh b ng t ng s n ph m qu c n i chia cho t ng dân s . Tuy nhiên v i ph m trù v ñ o ñ c và tinh th n thì vi c gán giá tr v t ch t cho sinh m ng con ngư i là m t ñi u nh c nh i và chưa d ñư c ch p nh n vì sinh m ng con ngư i là quan tr ng nh t và là vô giá. M t s giá tr phi v t th , không th ñánh giá chính xác ñươc, như giá tr thi t h i v môi trư ng xây d ng d án công trình ñư c di n gi i là chi phí “bóng” c a d án ñ ph n nào gi m nh nh hư ng c a các tác ñ ng ngư c. ð i v i trư ng h p m r ng, r i ro ch p nh n ñư c có th ñư c xem xét l i d a vào quan h gi a các kh năng giám sát, ñi u tra và s a ch a. Vì v y thi t k có th ñ c p ñ n nh ng kh năng này ñ d phòng các th t c ñi u tra và duy tu b o dư ng. Ngư c l i thi u các kh năng k trên ñòi h i ph i có ñư c ch p nh n r i ro t i thi u. 2.5 Phân tích r i ro và sơ ñ s c c a h th ng công trình phòng ch ng lũ Nghiên c u v ñ an toàn công trình t p trung vào các khái ni m s c và hư h ng công trình. Cho dù hai khái ni m này thư ng ñư c dùng như có chung m t ý nghĩa, tuy v y, cũng c n có s phân bi t rõ ràng v s khác bi t gi a chúng. M t k t c u hay m t thành ph n k t c u hư h ng n u nó không còn th c hi n ñư c ch c năng chính, cơ b n c a nó. Ch c năng c a m t công trình phòng ch ng lũ ñư c xác ñ nh là ngăn ch n lũ l t, nghĩa là b o v vùng có kh năng ng p l t không b nư c lũ tràn vào, không b x y ra các thi t h i v sinh m ng và/ho c thi t h i v tài s n. M t công trình hay m t thành ph n công trình hư h ng ñ v n u dư i tác d ng c a t i tr ng gây nên s xu t hi n bi n d ng v i giá tr l n nghiêm tr ng làm m t ñi hình d ng ban ñ u c a HWRU/CE Project TU Delft 15
- công trình. Nhìn chung s ñ v công trình thư ng tương ng v i xác su t x y ra hư h ng v i giá tr l n. ð v và hư h ng không ph i lúc nào cũng gây nên thi t h i mang tính th m h a. Ch ng h n, ñ p b m t n ñ nh do trư t x y ra t i th i ñi m m c nư c c a h ch a ñang duy trì m c th p, trong th i gian dài s không gây ra th m ho cho khu v c h lưu. Trư ng h p ngư c lai, khi m c nư c trong sông, h cao, có th x y ra sóng tràn, có th làm hư h ng công trình phòng ch ng lũ (hư h ng ñ nh, mái phía trong c a ñê, ñ p) nhưng k t c u c a nó v n có th ñư c gi nguyên. M t công trình phòng ch ng lũ ph i ñư c thi t k sao cho trong su t giai ño n xây d ng công trình và th i gian ph c v còn l i c a nó, xác su t x y ra s c hay ñ v ñ m b o th p. ð xác ñ nh ñư c t i ưu gi a quy mô công trình và m c ñ an toàn, c n thi t ph i th c hi n phân tích r i ro . Các thành ph n phân tích r i ro ñư c trình bày tóm t t trên Hình 2.3. Deleted: ¶ Formatted: Centered Li t kê các ki u th m h a Formatted: Centered Formatted: Centered Mô ph ng các cơ ch hư h ng Formatted: Centered Xác ñ nh XS x y ra s c Formatted: Centered ðánh giá thi t h i Formatted: Centered R i ro = XS * T hi t h i Hình 2. 3 Các thành ph n trong phân tích r i ro. Trong phân tích r i ro, có ba c m t khoá: nguy cơ x y ra s c cơ ch x y ra s c h u qu c a s c . M t phân tích r i ro thư ng ñư c b t ñ u b ng vi c li t kê các nguy cơ s c và cơ ch x y ra s c . M t cơ ch x y ra s c ñư c mô t là các ph n ng l i c a công trình ñ i v i t ng nguy cơ s c . Nguy cơ s c di n bi n theo cơ ch x y ra s c , theo m t xác su t xu t hi n riêng, gây ra hư h ng ho c phá h ng công trình ho c thành ph n công trình. Biên gi a các tr ng thái hư h ng và không hư h ng, hay gi a phá h ng và không phá h ng thư ng ñư c g i là tr ng thái gi i h n. Có hai khái ni m v tr ng thái gi i h n ñư c ñưa ra: Tr ng thái gi i h n cu i cùng (ULS) và Tr ng thái gi i h n ph c v (SLS). K t qu c a m t quá trình phân tích r i ro là xác ñ nh h u qu mà s c hư h ng/phá h ng gây ra. Trong trư ng h p x y ra s c c a m t h th ng phòng ch ng lũ, c n ph i ñánh giá các ñ c trưng liên quan ñ n ng p l t (ví d như ñ sâu ng p l t, t c ñ ng p l t) và ư c lư ng thi t h i v v t ch t và phi v t ch t. Theo ñ nh nghĩa, r i ro ñư c xác ñ nh b ng tích s gi a xác su t x y ra s c và thi t h i (= h u qu ) do s c gây nên. ð có m t thi t k t i ưu t ng th cho m t h th ng phòng ch ng lũ, c n ph i tìm ra s cân b ng gi a m c ñ r i ro và chi phí ñ u tư xây d ng h th ng. Khi ñánh giá ñ an toàn c a h th ng công trình phòng ch ng lũ, c n xem xét m t cách t ng th toàn h th ng ch ng lũ. H th ng thư ng bao g m nhi u thành ph n, m i thành ph n có th b hư h ng/s c theo nhi u nguy cơ và nhi u d ng cơ ch . S ñ v c a thành ph n A có th HWRU/CE Project TU Delft 16
- d n ñ n nguy cơ hư h ng thành ph n B. Hư h ng c a m t s thành ph n có th d n ñ n hư h ng c a toàn b h th ng. Liên k t gi a các thành ph n t o nên m t “h th ng n i ti p”. Trong các trư ng h p khác, các thành ph n trong m t h th ng có th h tr , b sung cho nhau làm tăng ñ b n c a h th ng, khi ñó chúng có th t o nên “h th ng song song” . Hình 2. 4 Ví d v sơ ñ cây s ki n (trái) và cây s c (ph i) . ð i v i m t cây s ki n, quá trình ñư c b t ñ u v i s hình thành c a s c kh i t o ngoài ý mu n (hư h ng c a m t thành ph n, ho ho n, sai sót do con ngư i ) và k t thúc b ng vi c ñánh giá nh ng ph n ng l i c a h th ng và xác ñ nh h u qu c a hư h ng hay s c . M t sơ ñ cây s c d a vào ti n trình ngư c l i: b t ñ u v i m t s c ngoài ý mu n, nó ñư c phân tích xem do nguyên nhân nào gây ra. Sơ ñ cây s c s d ng các bi u tư ng “c ng và” và “c ng ho c”. “c ng và” s d ng ñ mô t m t h th ng song song, “c ng ho c” dùng cho h th ng n i ti p. Hình 2.6 minh ho sơ ñ cây hư h ng t ng quát áp d ng cho h th ng ñê. ð i v i các k t c u công trình ñi n hình, ch ng h n như c a l y nư c qua ñê, v n ñ c n quan tâm l i không ph i hư h ng v m t k t c u mà là v n ñ v n hành công trình, nh ng sai sót c a con ngư i qu n lý như không ñóng k p c a van trư c khi x y ra m c nư c lũ xu t hi n. V n ñ này cũng có th ñư c th hi n theo sơ ñ hư h ng. Hình 2.5 bi u di n cây s c trong trư ng h p không ñóng k p c a van c a m t công trình ngăn lũ. Hình 2. 5 Ví d v sơ ñ cây s c c a h th ng ñóng m c a van. HWRU/CE Project TU Delft 17
- B t l i c a cây s c và cây s ki n ch chúng ít khi ñư c ñi u ch nh chính xác. Cây s c Formatted: Font color: Red không cho phép k t h p các nhánh; trong khi các nhánh c a cây khi m khuy t không ñư c Formatted: Font color: Red phép phân chia. Hơn n a, b n ch t c a h th ng là chia ñôi: m t s c có th ho c không x y ra. Tuy nhiên, trong thi t k công trình các v n ñ có ñ c tính liên t c và m c ñ x y ra cũng khác nhau, có th nhi u ho c ít. ð kh c ph c các b t l i ñư c ñ c p như trên, hay nói cách khác là ñ th hi n ñư c các ki u nguy h i, các cơ ch x y ra và các thành ph n c n ñưa ra bi u ñ nguyên nhân h u qu như minh ho trên hình 2.4. Formatted: Font color: Red Nhi m v c a các k năng ñ c p trên là ch ra các phương pháp th hi n v n ñ hơn là vi c Formatted: Font color: Red tìm gi i ñáp cho v n ñ . Vi c xác ñ nh nh ng v n ñ nào có th x y ra, và n u x y ra thì nó có th di n bi n như th nào là nhi m v r t l n c a ngư i thi t k . Vi c cân nh c li t kê các cơ ch gây ra nguy h i hay hư h ng thư ng ñư c xem xét th n tr ng hơn là phân tích nh ng tác ñ ng x y ra sau ñó. Các công c h tr cho vi c chu n b li t kê các nguyên nhân gây ra s c là: 1. Ngân hàng d li u; 2. Nghiên c u tài li u; 3. Ph ng v n ñi u tra; 4. Nghiên c u hi n tr ng ngay sau x y ra s c thi t h i; 5. T ch c l y ý ki n th o lu n phương pháp não công; 6. Kinh nghi m t các h th ng tương t và tình tr ng tương t 7. Các thông tin khác, v.v ð i v i các công trình thư ng g p h u h t các ki u nguy cơ s c ñã ghi nh n và có th tìm ñư c trong các s tay hư ng d n và c m nang thi t k . ð hoàn thi n quy trình thi t k , c n phân tích các nguyên nhân gây ra s c . Tuy nhiên trong th c t nhi u khi các d li u, thông tin v hư h ng không ñư c công b , ñ c bi t các ki u s c liên quan ñ n tính ch t pháp lý, v n ñ ch u trách nhi m trư c pháp lu t. Trong trư ng h p ñó, lòng t tr ng c a ngư i có trách nhi m liên quan b ñ t không ñúng ch . 2.6 Các c p ñ ti p c n trong ng d ng phương pháp M c ñ an toàn c a m t công trình liên quan ñ n m t cơ ch phá h ng riêng bi t ñư c mô t là các xác su t x y ra s c có liên quan ñ n cơ ch y. Các phương pháp ti p c n sau ñây ñư c s d ng ñ xác ñ nh m c ñ an toàn này: Phương pháp t t ñ nh (ti p c n c p ñ 0 Phương pháp h s an toàn) Thi t k d a trên cơ s các tr ng thái trung bình, các tr trung bình và kèm theo h s an toàn thích h p tương ng v i m i l ai công trình. Phương pháp ti p c n bán ng u nhiên (ti p c n c p ñ I) Thi t k s d ng giá tr ñ c trưng v i t i tr ng không vư t quá 95% các t h p, hay ñ b n ñ m b o ñư c 95% tr s ñ b n v t li u làm công trình. Phương pháp ti p c n ng u nhiên (ti p c n c p ñ II và III) Trong c p ñ ti p c n này, các bi n s thành ph n v t i tr ng và ñ b n ñư c mô t như các bi n ng u nhiên hoàn toàn. Có hai c p ñ ti p c n khác nhau ñư c phân bi t: HWRU/CE Project TU Delft 18
- C p ñ II: c p ñ II bao g m m t s phương pháp g n ñúng ñ bi n ñ i các hàm phân ph i xác su t sang d ng phân ph i chu n hay phân ph i Gaussian. ð xác ñ nh g n ñúng các giá tr xác su t x y ra s c , quá trình tuy n tính hóa toán h c các phương trình liên quan c n ñư c th c hi n. C p ñ III: theo c p ñ ti p c n này, các hàm phân ph i xác su t c a các bi n ng u nhiên ñư c xem xét hoàn toàn ñúng v i quy lu t phân ph i th c c a chúng. Trư ng h p bài toán là phi tuy n, v n ñ cũng s ñư c gi i quy t theo phi tuy n. Các phương pháp ng u nhiên hi n v n ñang ñư c ti p t c phát tri n và ch n l c. Nhi u nghiên c u v phát tri n phương pháp này ñã và ñang th c hi n nhi u nơi trên th gi i. Trong th c t vi c thi t k ch y u ñư c th c hi n theo phương pháp bán ng u nhiên hay th m chí là theo phương pháp truy n th ng, t t ñ nh hoàn toàn. Chi ti t c a t ng c p ñ tính toán s ñư c trình bày k hơn trong chương 4. 2.7 Phương pháp t t ñ nh Phương pháp thi t k truy n th ng ñua ra trong các tiêu chu n thi t k hi n hành ñư c coi là ti p c n thi t k theo c p ñ 0 và I. Trong phương pháp này, ñi u ki n v tr ng thái gi i h n ñư c l a ch n (ULS hay SLS) và tương ng v i nó là các t h p t i tr ng thi t k thích h p. Tr ng thái gi i h n này thư ng tương ng v i ñ b n ñ c trưng c a công trình. M c ñ vư t quá tr ng thái gi i h n ch ñư c ch p nh n khi xác su t x y ra s c là nh . Theo c p ñ ti p c n 0 thì giá tr xác su t này chưa xác ñ nh ñư c. Trong phương ti p c n pháp bán ng u nhiên, xác su t x y ra s c ñư c xác ñ nh d a vào vi c phân tích r i ro ñ i v i t ng ki u công trình c th ñang ñư c xem xét và xác ñ nh các nguy cơ x y ra s c . ð i v i k t c u công trình thu l i thư ng thích h p v i thi t k d a trên nguyên t c h s vư t t i. Trong ñó, ñi u ki n tiên quy t là t i tr ng tác d ng ng v i v i h s vư t t i γ không gây ra s c cho công trình. Theo phương pháp này, ñ an toàn ñư c tính toán t i biên t i tr ng. M t t i tr ng xác ñ nh, S D (ví d chi u cao sóng thi t k ), tương ng v i xác su t xu t hi n, P(F). Trong th c t giá tr P(F) nh và thư ng ñư c xác ñ nh như t n su t xu t hi n trung bình h ng năm, chính là xác su t x y ra s c công trình (bao nhiêu năm x y ra m t l n), hay ngh ch ñ o c a nó chính là chu kỳ xu t hi n l i, T R= 1/P(F). Chu kỳ xu t hi n l i ñư c xem là kho ng th i gian trung bình gi a hai l n xu t hi n t i tr ng vư t quá t i tr ng thi t k (vư t quá tr ng thái gi i h n, g i là t i tr ng phá h y). Nh ng ñi u ki n thi t k này có th xác ñ nh theo các ñi u ki n làm vi c: làm vi c trong các ñi u ki n c c h n: Tr ng thái gi i h n cu i cùng (ULS); làm vi c trong các ñi u ki n bình thư ng: Tr ng thái gi i h n ph c v (SLS). Khi vư t quá m t trong các tr ng thái gi i h n này, ph n ng l i c a công trình ñư c xem xét như các hư h ng c a công trình (hay các b ph n c a công trình). ULS (Ultimate Limit State): Tr ng thái gi i h n cu i cùng, k t c u hư h ng do s xu t hi n ñi u ki n c c h n SLS (Serviceability Limit State): Tr ng thái gi i h n ph c v , k t c u hư h ng trong ñi u ki n bình thư ng Hình 2.7 minh h a cho cách ti p c n c p ñ 1. T i tr ng do sóng (sóng thi t k ) ñư c xác ñ nh t s li u sóng th ng kê nhi u năm. Sóng thi t k này s d ng làm ñ u vào cho mô hình mô ph ng n ñ nh k t c u b o v mái trong công trình b o v b . Tương ng v i m i giá tr HWRU/CE Project TU Delft 19
- xác su t hư h ng c a k t c u b o v mái, kích thư c c u ki n (ñư ng kính viên ñá) dùng cho k u c u ñó có th xác ñ nh ñư c. M t thi u sót l n nh t c a phương pháp thi t k truy n th ng là không k ñ n các kh năng xu t hi n các t i tr ng vư t quá ho c nh hơn t i tr ng thi t k . Nguyên nhân chính c a thi u sót này xu t phát t vi c ch n m t giá tr t i tr ng thi t k c th . ðây là m t thi u sót nghiêm tr ng trong vi c ư c lư ng m c ñ hư h ng c a công trình cho m c ñích duy tu b o dư ng. Hình 2. 6 Ví d v phương pháp c p ñ I. 2.8 Phương pháp ng u nhiên Trong phương pháp thi t k ng u nhiên, t t c các cơ ch phá h ng ñư c mô t b i các mô hình toán ho c mô hình mô ph ng tương ng. Vi c tính toán xác su t phá h ng c a m t thành ph n ñư c d a trên hàm tin c y c a t ng cơ ch phá h ng. Hàm tin c y Z ñ c thi t l p căn c vào tr ng thái gi i h n tương ng v i cơ ch phá h ng ñang xem xét, và là hàm c a nhi u HWRU/CE Project TU Delft 20
- bi n và tham s ng u nhiên. Theo ñó, Z 0 Deleted: : Vùng không hư h ng Formatted: Font: Italic X1 Formatted: Hình 2.7 ð nh nghĩa biên hư h ng (biên s c ) Z = 0 . Centered Hàm ñ tin c y thi t l p theo d ng chung Z=R S. Trong ñó R và S là hàm c a ñ b n và t i tr ng, c hai hàm này ñư c gi thi t tuân theo lu t phân ph i chu n. ð i v i các cơ ch phá h ng ñơn gi n như v ñ p nh ngăn nư c trên m t con mương do m c nư c cao hơn ñ nh ñ p thì hàm tin c y có th d dàng xây d ng ñư c. Tuy nhiên, ñ i v i trư ng h p khác như an toàn ñ p ñ t, ho c s c c a ñê thì hàm Z tr nên r t ph c t p. ði u này ch y u ph thu c vào tính tương tác ph c t p gi a môi trư ng nư c ñ t công trình v.v , mà các tương tác ch u nh hư ng c a r t nhi u y u t , biên ng u nhiên. Hình 2. 8 T ng quát v phương pháp thi t k ng u nhiên. Hình 2.8 ñưa ra cái nhìn t ng quan v quá trình tính toán trong thi t k . N u theo phương pháp t t ñ nh, thông tin bên trong “H p ñen” ñư c mô t b i các mô hình toán h c ñơn gi n v i các thông s ñ u vào rõ ràng. Trong phương pháp ng u nhiên, các ki n th c hi u bi t các HWRU/CE Project TU Delft 21
- quá trình t nhiên c n ñư c áp d ng trong vi c mô t m t cách ng u nhi n c a bi n ñ u vào trong m i bư c phân tích, ch ng h n như tính ng u nhiên và s thay ñ i c a d li u ñ u vào, c a các hàm chuy n ñ i, mô hình ñ b n, ch tiêu cơ lý l c h c c a v t li u ñư c s d ng. Vi c áp d ng phương pháp thi t k ng u nhiên ñòi h i ngư i thi t k ph i có ki n th c chuyên môn sâu và ph i th c hi n nhi u công ño n tính toán v i kh i lư ng l n. Chình vì v y trên th c t các phương pháp ñơn gi n hơn thư ng ñư c áp d ng căn c vào các nguyên t c thi t k . Các nguyên t c thi t k này ñư c hình thành theo cách mà theo nó, xác su t x y ra s c c a công trình là m c th p tương ñ i có th ch p nh n ñư c. Do ñó vi c ñ nh lư ng xác su t x y ra s c v n không th c hi n ñư c. Trong m t s trư ng h p khác, m t k t c u công trình có th ñư c thi t k b ng vi c ch quan tâm ñ n m t cơ ch x y ra s c duy nh t và c ng thêm m t kho ng biên an toàn v ñ b n. Trư ng h p này ñã th a nh n m t gi thi t r ng xác su t x y ra s c do các cơ ch phá h ng khác cũng n m trong kho ng biên an toàn ñó. HWRU/CE Project TU Delft 22
- CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH ð TIN C Y C A THÀNH PH N H TH NG 3.1 T ng quan Theo t ñi n Oxford, ñ tin c y ñư c ñ nh nghĩa là: Ch t lư ng c a vi c ñ t ni m tin mà s tin c y hay s t tin có th ñ m b o: tin tư ng, an toàn và ch c ch n tuy t ñ i. Vi c tính toán xác su t mô t m c ñ di n bi n, m c ñ x y ra c a m t s ki n mà dư ng như nó di n ra như v y trong th c t . Theo di n gi i này, ñ tin c y c a m t thành ph n là xác su t mà thành ph n ñó v n hành/ ho t ñ ng theo ñúng ch c năng, nhi m v c a nó. Chương 2 ñ c p ñ n các khái ni m v m t thành ph n h th ng chuy n ñ i t tr ng thái làm vi c bình thư ng sang tr ng thái hư h ng/s c theo các cách khác nhau. Cách x y ra hư h ng g i là ki u s c hay ñơn gi n hơn ñó ch là m t ki u hư h ng. Chương này ch gi i h n trong vi c phân tích tr ng thái làm vi c c a m t thành ph n mà t i ñó m t cơ ch phá ho i có kh năng x y ra. Vi c mô t và xây d ng hàm tin c y cho m t cơ ch phá ho i riêng bi t cũng ñư c ñ c p. ð tin c y c a m t h th ng h p b i nhi u thành ph n con mà s c c a nó có th do nhi u cơ ch , ki u hư h ng s ñư c ñ c p sâu hơn trong Chương 5. Khi xem xét ñ tin c y c a m t thành ph n, v n ñ ch y u c n quan tâm là ph i xác ñ nh ñư c xác su t x y ra s c . Các khái ni m v tr ng thái gi i h n, ñ b n, t i tr ng, các c p ñ tính toán và s ph thu c th i gian s ñư c gi i thi u trong chương này. Chương 4 phân tích chi ti t ñ n các phương th c tính toán xác su t x y ra s c d a trên cơ s tính toán ng u nhiên. Tuy nhiên chương này không ñ c p chi ti t thêm ñ n phân tích hàm tin c y ph thu c th i gian. 3.2 Tr ng thái gi i h n công trình, ñ b n và t i tr ng Tr ng thái ngay trư c khi x y ra s c g i là tr ng thái gi i h n. ð tin c y là xác su t mà tr ng thái gi i h n này không b vư t quá. Nói cách khác, là xác su t mà tr ng thái làm vi c c a m t thành ph n công trình không vư t quá tr ng thái gi i h n. Ngư i ta thư ng dùng các tr ng thái gi i h n ñ xây d ng, thành l p các hàm tin c y. Công th c t ng quát c a m t hàm tin c y là: Z = R S (3.1) trong ñó: R là ñ b n hay t ng quát hơn là kh năng/s c kháng hư h ng; S là t i tr ng hay kh năng gây hư h ng. Vi c tính toán xác su t phá h ng c a m t thành ph n ñư c d a trên hàm tin c y c a t ng cơ ch phá h ng. Hàm tin c y Z ñ c thi t l p căn c vào tr ng thái gi i h n tương ng v i cơ ch phá h ng ñang xem xét, và là hàm c a nhi u bi n và tham s ng u nhiên. Theo ñó, Z<0 ñư c coi là có x y ra hư h ng và hư h ng không x y ra n u Z nh n các giá tr còn l i. C ác giá tr này ñư c bi u di n trên m t ph ng RS , (xem hình 3.1). Tr ng thái gi i h n là tr ng thái mà t i ñó Z=0 trong m t ph ng RS ; ðây ñư c coi là biên s c . Do ñó, xác su t phá h ng ñư c xác ñ nh là P{Z<0} Pf =P(Z≤ 0)=P(S ≥ R) (3.2) HWRU/CE Project TU Deflt 23
- M c ñ tin c y, theo công th c trên, là xác su t ñ Z>0, chính là P(Z>0) và là ph n bù c a xác su t x y ra s c : P(Z > 0) =1 P f (3.3) Formatted: Font: Italic Z = 0 biên s c X2 Formatted: Font: Italic Z 0 Vùng an toàn X1 Formatted: Hình 3.1 Hàm tin c y bi u di n trong m t ph ng RS (tương t hình 2.7). Centered “ði m n m trong mi n s c v i m t ñ xác su t l n nh t là ñư c coi là ñi m thi t k ”. Thông thư ng ñi m này n m trên ñư ng biên gi a vùng an toàn và vùng s c . Trong nhi u trư ng h p cũng có khi xu t hi n nhi u ñi m thi t k . T i các ñi m ñó tương ng v i nó hàm m t ñ xác su t ñ t các c c tr ñ a phương. ði m thi t k ñóng vai trò quan tr ng trong ư c lư ng xác su t x y ra s c . Trong tài li u tham kh o, ngư i ta g i vi c phân tích ñ tin c y thông qua xác ñ nh xác su t x y ra s c là phân tích ñ tin c y mang tính có c u trúc, hay phân tích ñ tin c y k t c u hoàn ch nh. Trên th c t , xác su t x y ra s c cũng có th ñư c xác ñ nh tr c ti p qua x lý s li u th ng k c a quá trình theo dõi, quan tr c mà không c n phân tích ñ b n và t i tr ng. Phương pháp này ñư c g i là Phân tích ñ tin c y theo phương pháp Th ng kê. Vi c xác ñ nh theo cách th hai này ñòi h i ph i có cơ s d li u quan tr c liên quan ñ dài. Phương pháp này có th s d ng r t h u ích ñ i v i các s n ph m ñư c s n xu t hàng lo t. Nhìn chung, v i ngu n cơ s d li u ñ dài th ng kê v s c /m c ñ hư h ng/khuy t t t c a các s n ph m d ng này có th h tr vi c ư c lư ng chính m c ñ tin c y ñ i v i các s n ph m. ð b n trong phân tích ñ tin c y k t c u hoàn ch nh, sau này goi là phân tích ñ tin c y công trình, ph thu c vào m t s các thông s /tham s khác nhau. Ch ng h n như kh năng ch ng kéo c a m t thanh thép ph thu c vào di n tích t i thi u m t c t ngang c a thanh và cư ng ñ ch ng kéo c a nó. Khái ni m ñ b n nên ñư c hi u theo nghĩa r ng. Ví d , trong phân tích tài chính s c x y ra khi chi phí duy tu, s a ch a vư t quá l i nhu n. Trong trư ng h p này, l i nhu n chính là ñ b n trong phân tích r i ro. Tuỳ theo các v n ñ c n phân tích, các thông s ñ b n có th ch u nh hư ng c a các nhân t , khác nhau như nhà s n xu t (ñơn v thi công), chính quy n (nhà qu n lý), ñ a ñi m, khí h u và Deleted: th i gian. Khó c ó th xác ñ nh ñư c chính xác ñ b n nhưng có th mô ph ng ñ b n như bi n ng u nhiên. Hàm phân b xác su t c a ñ b n thông thư ng ñư c xác ñ nh trên cơ s k t qu th nghi m. Tuy nhiên, không th ch l a ch n hàm phân b xác su t ch d a vào các s li u th ng kê . Vi c phân tích xem nh ng thành ph n nào c u thành nên ñ b n r t quan tr ng. HWRU/CE Project TU Deflt 24
- Ví d , ñ i v i ñ b n ñư c xác ñ nh dư i nh hư ng c ng tác d ng c a nhi u bi n ng u nhiên thì rõ ràng lu t phân b chu n (Normal Distribution) s là phù h p. Nhưng m t khác, n u ñ b n ñư c xác ñ nh d a trên tích s c a các bi n thì trư ng h p này logNormal s phù h p hơn. N u ñ b n ñư c xác ñ nh b ng m t s lư ng t i thi u c a nhi u b i n thì ch c n ch n m t trong nh ng ki u phân b c a nh ng giá tr ti m c n v i c c tr là th a mãn . Cũng tương t như ñ b n, t i tr ng cũng là m t khái ni m ñư c di n gi i theo nghĩa r ng. Tuỳ thu c vào b n ch t trong phân tích r i ro mà nó mang các ý nghĩa khác nhau. ð i v i m t m ch ñi n ñư c c u chì b o v thì cư ng ñ c n thi t s d ng ñư c xem như t i tr ng. Cư ng ñ ph thu c vào s thi t b ñi n liên k t v i m ch và công su t c a nh ng thi t b ñi n ñó. Như v y ñ b n chính là cư ng ñ l n nh t mà dây chì không b ch y. Trong k thu t xây d ng, t i tr ng ñư c hi u là m t l c tác ñ ng vào công trình. Các y u t như tr ng lư ng c a k t c u, các hi n tư ng t nhiên như gió, áp l c c a nư c, ñ ng ñ t và các ho t ñ ng c a con ngư i có th gây nên l c này. ð l n c a t i tr ng thông thư ng khó xác ñ nh chính xác. Tương t ñ i v i ñ b n, t i tr ng cũng là bi n ng u nhiên. S l a ch n lo i hàm phân b xác su t c a t i tr ng ph thu c vào b n ch t c a t i tr ng . Trong k thu t xây d ng các lo i t i tr ng ñư c phân nhóm theo các danh m c. Y u t th i gian và v trí cũng ñóng vai trò quan tr ng. Vi c phân nhóm t i tr ng cũng có th dùng cho các v n ñ phi công trình. S phân lo i ñ u tiên là căn c theo tính bi n ñ i c a l c theo th i gian. Ngư i ta phân bi t ba lo i t i tr ng: t i tr ng thư ng xuyên, t i tr ng bi n ñ i và t i tr ng ñ c bi t. T i tr ng thư ng xuyên ñư c hi u là t i tr ng hi n di n trong kho ng th i gian dài và không có thay ñ i hay ít khi thay ñ i l n theo th i gian. T i tr ng bi n ñ i có th thay ñ i theo th i gian và có th bi n m t trong m t kho ng th i gian. Vì v y nh ng t i tr ng này t o nên s khác bi t l n gi a giá tr t i tr ng t m th i t i m t th i ñi m nào ñó và giá tr t i tr ng c c ñ i trong m t kho ng th i ño n xác ñ nh. T i tr ng ñ c bi t là t i tr ng r t hi m khi x y ra trong su t th i gian ho t ñ ng c a công trình. M t d ng phân lo i th hai d a theo s thay ñ i t i tr ng theo không gian. Có m t s khác bi t rõ r t gi a các t i tr ng gi i h n t i m t v trí xác ñ nh (c ñ nh) và các t i tr ng t do. Các t i tr ng c ñ nh phân b theo không gian xác ñ nh. ð i v i t i tr ng t do, s phân b theo không gian là tuỳ ý trong nh ng gi i h n xác ñ nh. Trong k thu t xây d ng có m t cách phân lo i t i tr ng sâu hơn ñư c d a trên s ph n ng l i c a k t c u, công trình. Trong ñó phân bi t t i tr ng tĩnh và ñ ng. T i tr ng ñư c coi là ñ ng n u dư i tác d ng c a chúng xu t hi n dao ñ ng c a công trình. Bên c nh vi c quan tâm ñ n giá tr c c ñ i, s suy gi m s c ch u ñ ng c a k t c u (s m i) cũng liên quan ñ n t i tr ng ñ ng. S gi m s c ch u ñ ng c a k t c u liên quan ñ n t i tr ng lũy tích trong kho ng th i gian xác ñ nh. Theo lý thuy t gi i h n trung tâm, t i tr ng lu tích thư ng tuân theo lu t phân ph i chu n. Ph n trên cho ta th y hàm phân b xác su t c a t i tr ng ph thu c vào b n ch t c a t i tr ng, tu i th công trình và mô hình ng d ng. HWRU/CE Project TU Deflt 25
- 3.3 Các phương pháp tính toán ð tin c y c a m t thành ph n ph thu c vào kho ng biên dư gi a kh năng ch u ñ ng c a thành ph n ñó (s c ch u t i) so v i kh năng gây ra s c hư h ng (t i tr ng). Kho ng biên này ñư c tính toán có th khác nhau theo t ng trư ng h p. Trong ph m vi k t c u công trình, Liên h i ñ ng v an toàn công trình [5.1] ñã ñưa ra m t cách th c phân lo i theo c p ñ tính toán phân tích ñ tin c y. Theo s phân lo i này, tính toán ñ tin c y ñư c phân thành 3 c p ñ : C p ñ III: tính toán xác su t x y ra s c thông qua xem xét hàm phân b m t ñ xác su t c a t t c các bi n ñ b n và t i tr ng. M c ñ tin c y c a m t thành ph n liên h tr c ti p v i xác su t x y ra s c . C p ñ II: c p ñ này k t h p m t s th thu t ñ xác ñ nh xác su t x y ra s c và t ñó xác ñ nh ñư c ñ tin c y. Theo c p ñ này ñòi h i hàm tin c y ph i ñư c tuy n tính hóa t i các ñi m quan tâm. Các hàm phân b xác su t c a m i bi n ( R ho c S ) ñư c mô ph ng b ng m t hàm phân b chu n hay phân b Gaussian. C p ñ I: c p ñ này không tính toán xác su t x y ra s c . c p ñ này, vi c tính toán ch là m t phương th c thi t k d a trên các tiêu chu n thi t k , m t thành ph n ñư c xem xét là ñ tin c y (ñ m b o an toàn) n u xu t hi n m t kho ng dư an toàn gi a giá tr ñ i di n ñ b n và t i tr ng. Các h s vư t t i ñư c s d ng ñ t o ra kho ng dư này. Chi ti t hơn v tính toán ñ tin c y theo các c p ñ khác nhau ñư c trình bày trong m c M c 4.1 và 4.2. M c 4.3 th o lu n chi ti t ñ n phương pháp c p ñ I và cách thi t l p các h s an toàn thành ph n. 3.4 Khái ni m v ñ tin c y ph thu c th i gian Trong ph n l n trư ng h p, s c b n, t i tr ng và các thông s khác có liên quan thư ng ph thu c vào th i gian. S ph thu c th i gian này có th b t thư ng ho c r t thông thư ng, ñư c xác ñ nh theo phương pháp th ng kê hay t t ñ nh. Thông thư ng s ph thu c th i gian thư ng hư ng ñ n các quá trình mang tính th ng kê hơn là các bi n ng u nhiên. Các ví d v quá trình ph thu c th i gian Dao ñ ng c a gió; S m i c a kim lo i; S c k t c a ñ t; Dao ñ ng t su t. Khi thi t l p các mô hình th ng kê cho các quá trình trên c n k ñ n vi c mô ph ng theo th i gian. Các quá trình quen thu c như các chu i Markov, Gaussian, Poisson s ñư c s d ng ñ mô t . Tuy nhiên trong nhi u trư ng h p, quá trình ch c n ñư c mô t như m t hàm chu n c a th i gian, bao g m m t hay nhi u thông s ng u nhiên. Qua ph n trình bày trên, ta có th th y r ng hàm tr ng thái gi i h n Z cũng là m t hàm ph thu c th i gian. Trong ph n l n th i gian, giá tr c a hàm này s thu c mi n " không s c " và ch trong nh ng th i ño n ng n n m trong “mi n s c ”. Hình 3.2a trình bày ví d v hàm Z ph thu c th i gian. Th c t có x y ra quá trình như trên hình 3.2a hay không? ði u này còn tuỳ thu c vào t ng hoàn c nh. Ch ng h n, tr ng thái "Z<0" g n v i tr ng thái ch u t i c a tòa nhà khi “t i tr ng gió bi n ñ i theo chi u ngư c l i”. Khi ñó toà nhà thay ñ i tr ng thái ch u l c trong th i gian HWRU/CE Project TU Deflt 26
- r t ng n, có th coi t i th i ñi m ñ i hư ng ch u l c Z=0, và ngay sau ñó tr v tr ng thái “làm viêc an toàn”. ði u này mô t ñ c tính có th ñ i chi u c a tr ng thái gi i h n. ð i v i tr ng thái gi i h n không có ñ c tính ñ i chi u, ch ng h n như v ñ p, thì tình hu ng này không th x y ra. T i th i ñi m hàm Z c t tr c hoành, nh ng thay ñ i m nh m x y ra, tr ng thái ban ñ u không th khôi ph c ñư c n a. Hoàn toàn có th t n t i m t tr ng thái trung gian mà s c x y ra t m th i sau ñó hàm tin c y l i ph c h i v tr ng thái ban ñ u. N u có th kh c ph c s c ngay sau khi nó x y ra, thì h th ng v n có th làm vi c bình thư ng sau ñó. Hình 3.2c minh h a cho quá trình c a hàm Z trong trư ng h p này. Hàm tin c y có kh năng ph c h i sau gi pháp s a ch a Hình 3.2 Các d ng hàm tin cây ph thu c th i gian. HWRU/CE Project TU Deflt 27
- CHƯƠNG 4 C S TOÁN H C C A PHƯƠNG PHÁP NG U NHIÊN 4.1 Tính toán c p ñ III 4.1.1 Gi i pháp cơ b n Trong nhi u trư ng h p, phân tích ng u nhiên c a m t cơ ch phá h ng ch gi i h n b ng vi c so sánh 2 ñ i lư ng: s c b n hay ñ b n R và t i tr ng hay là tác ñ ng S. Như ñã gi i thi u trong chương 3, hàm tin c y có d ng Z=R S (xem minh ho 4.1) Z = 0 Z 0 an toàn Hình 4.1 ð nh nghĩa biên s c . N n t ng c a phương pháp tính toán xác su t x y ra s c c p ñ III là mô ph ng toán h c các kho ng t p h p con xác su t liên quan ñ n s c . N u hàm m t ñ xác su t k t h p f R,S (R, S) c a ñ b n R v i t i tr ng S ñã bi t thì xác su t x y ra s c có th ñư c tính theo phương pháp tích phân: P{z S): ∞ PPSR=> = 1F R f R d R (4.4) f()()∫ () S R () ∞ Tích phân này g i là tích phân ch p HWRU/CE Project TU Delft 28
- Formatted: Font: Times New Roman, Hình 4.2 Mi n tính toán tích phân c a hàm f R,S(R.S). 12 pt, Italic Formatted: Font: Times New Roman, 12 pt, Italic Formatted: Font: Times New Roman, 12 pt, Italic Formatted: Font: Times New Roman, 12 pt, Italic Hình 4.3 ðư ng ñ ng m t ñ xác su t c a hàm k t h p f R (X 1 ) f S (X 2 ). Vùng bôi ñen th hi n vùng s c X 1 < X 2 . Thông thư ng, s c ch u t i và t i tr ng là các hàm c a m t ho c nhi u bi n. Khi ñó hàm ñ tin cây ñư c mô t : Z = g(X1 ,X 2 , ,X n ) (4.5) Xác su t x y ra s c có th tính ñư c qua tích phân: P= f (,, ,) dd dXX X XX X (4.6) f∫ ∫ ∫ X,X,,X121 2 n n 1 2 n Z<0 N u các bi n X 1, X2, , Xn ñ c l p thì bi u th c có d ng: P= f()f(X X )f( XXX ) d d d X (4.7) f∫ ∫ ∫ X1X2Xn121 2 n n Z<0 Phép toán tích phân này v nguyên t c có th ñư c xác ñ nh b ng phương pháp gi i tích, nhưng r t h n ch . Vì v y gi i pháp thông thư ng là tính toán s d ng các phương pháp s . Có hai phương pháp thư ng ñư c s d ng là tích phân s và phương pháp Monte Carlo. 4. 1. 2 Xác ñ nh ñi m thi t k theo phương pháp c p ñ III ði m thi t k ñư c xác ñ nh là ñi m n m trong không gian s c v i m t ñ xác su t k t h p l n nh t. ði m này có th ñư c tìm ra b ng phương pháp tích phân s h c và mô ph ng thông HWRU/CE Project TU Delft 29
- qua xác ñ nh m t ñ xác su t c a t ng ñi m theo quy trình l p. T i ñi m có m t ñ xác su t l n nh t ta có th xác ñ nh ñi m thi t k . Hi n ñã có nhi u phương pháp tiên ti n ñ xác ñ nh ñi m có giá tr l n nh t. Nh ng phương pháp này ñư c ñ c p trong các S tay v phương pháp s . 4.2 Tính toán c p ñ II 4.2.1 Gi i thi u v phương pháp tính toán c p ñ II N u hàm tin c y là tuy n tính, kỳ v ng và ñ l ch chu n c a hàm có th ñư c xác ñ nh theo: ZaX=11 + aX 22 ++ aX nn + b =aa + ++ ab + (4.8) Z1 X1 2 X 2 n X n n n σZ = ∑∑ aa ij Cov() X ij , X i = 1j = 1 N u các bi n ng u nhiên cơ b n X1, X2, , Xn tuân theo lu t phân b chu n (Normal Distribution) thì Z cũng là hàm phân b chu n. Xác su t Z < 0 ñư c xác ñ nh thông qua hàm phân b chu n tiêu chu n1 (Standard Normal Distribution): 0 P( Z< 0 ) =ΦZ =Φ− Z (4.9) σZ σ Z B ng 4.1 Ch s ñ tin c y d a theo hàm phân b chu n tiêu chu n. β P( β) β P( β) β P( β) 0.0 0.50 2.0 0.23 × 10 1 4.0 0.32 × 10 4 0.1 0.46 2.1 0.18 4.1 0.21 0.2 0.42 2.2 0.14 4.2 0.13 0.3 0.38 2.3 0.11 4.3 0.79 × 10 5 0.4 0.34 2.4 0.82 × 10 2 4.4 0.48 0.5 0.31 2.5 0.62 4.5 0.34 0.6 0.27 2.6 0.47 4.6 0.21 0.7 0.24 2.7 0.35 4.7 0.13 0.8 0.21 2.8 0.26 4.8 0.79 × 10 6 0.9 0.18 2.9 0.19 4.9 0.48 1.0 0.16 3.0 0.13 5.0 0.29 1.1 0.14 3.1 0.97 × 10 3 5.1 0.17 1.2 0.13 3.2 0.67 5.2 0.10 1.3 0.10 3.3 0.48 5.3 0.58 × 10 7 1.4 0.81 × 10 1 3.4 0.33 5.4 0.33 1.5 0.67 × 10 1 3.5 0.23 5.5 0.19 1.6 0.55 × 10 1 3.6 0.16 5.6 0.11 1.7 0.45 × 10 1 3.7 0.11 5.7 0.60 × 10 8 1.8 0.36 × 10 1 3.8 0.72 × 10 4 5.8 0.33 1.9 0.29 × 10 1 3.9 0.48 5.9 0.18 Như v y, n u hàm tin c y tuy n tính v i các bi n ng u nhiên cơ b n phân b chu n thì vi c tính toán xác su t x y ra s c là ñơn gi n. 1 Phân b chu n tiêu chu n (standard normal distribution) là phân b chu n (normal distribution) v i X = 0 và σ X = 1. HWRU/CE Project TU Delft 30
- Thương s gi a giá tr trung bình và ñ l ch chu nσ c a hàm tin c y Z ñư c g i là ch s ñ tin c y: Z β = (4.10) σZ N u các bi n ng u nhiên cơ b n phân b chu n và ñ c l p th ng kê v i nhau thì hàm tin c y có th bi n ñ i chúng thành các bi n phân b chu n tiêu chu n v i: X − i X i Ui = (4.11) σX i Ta có th dùng hàm Z = R − S ñ minh h a cho phép bi n ñ i này . Các bi n R và S ñư c chuy n ñ i thành các bi n chu n tiêu chu n U1 và U2 . Hàm tin c y lúc này tr thành: Z=( +σ U )( −+ σ U ) = RR 1 S S 2 (4.12) =σRU 1 −σSU 2 + R − S Vùng s c trong m t ph ng U1U2 là: (xem hình minh ho 4.4) σRU 1 −σSU 2 +−≤ R S 0 (4.13) ðư ng vuông góc v i ñư ng biên s c và ñi qua g c t a ñ có d ng: σS1U + σ R2 U = 0 (4.14) Kho ng cách t g c t a ñ t i mi n s c là: OA =R S = Z (4.15) 2 2 σ σR + σ S Z Kho ng cách này chính là giá tr c a ch s ñ tin c y. Theo Hasofer và Lind, khi hàm tin c y tuy n tính thì ch s ñ tin c y là kho ng cách t g c t a ñ t i mi n s c . A Bi n cơ b n ban ñ u Bi n cơ b n chu n hóa Formatted: Hình 4.4 Mi n s c là m t hàm c a các bi n cơ b n. Centered ði m A (hình 4.4) là ñi m n m trên biên s c v i m t ñ xác su t k t h p l n nh t c a U1 và U2 . Do ñó ñi m A th a mãn ñ nh nghĩa v ñi m thi t k (xem 3.2) . To ñ c a ñi m A là: HWRU/CE Project TU Delft 31
- σR σS (,)u12 u =− β , β=αβαβ (,) 12 (4.16) σZ σ Z trong ñó: α1 = σR/σZ; α2 = σS/σZ. Trong m t ph ng RS , ñi m thi t k ñư c xác ñ nh: * R = R + α1 βσ R (4.17) * S = S +αβσ2 S N u hàm tin c y ñư c bi u di n theo công th c (4.8) thì bi u th c sau dùng xác ñ nh h s nh hư ng c a bi n ng u nhiên Xi t i hàm tin c y Z: −a σ i X i αi = (4.18) σZ Ví d 4.1 Cho hàm tin c y: Z = 4a + 2b c + 3 Các bi n cơ b n a, b và c là bi n ng u nhiên ñ c l p tuân theo lu t phân b chu n và có các ñ c trưng th ng kê như sau: a = 20 σa = 5 b = 10 σb = 1 c = 20 σc = 10 Khi ñó giá tr trung bình c a Z là: Z=⋅420 +⋅ 210 − 20 += 3 83 ð l ch chu n là: 2 2 2 σZ = (45 ⋅+⋅+) (21 ) 10 =22.45 Ch s ñ tin c y là: β = Z = 3.697 σZ Khi ñó xác su t x y ra s c là: 4 Pf =P(Z<0)=Φ (3.697)= 10 ði m thi t k có th xác ñ nh ñư c thông qua các h s nh hư ng: 4⋅ 5 α=− =− 0. 891 1 22. 45 2 α=− =− 0. 089 2 22. 45 10 α = = 0. 445 3 22. 45 HWRU/CE Project TU Delft 32
- Giá tr các bi n cơ s t i ñi m thi t k là: a* =20− 0.891 ⋅ 3.697 ⋅= 5 3.53 b* =− 10 0.089 ⋅ 3.697 ⋅= 1 9.67 c* =+ 20 0.445 ⋅ 3.697 ⋅= 10 36.45 Trong trư ng h p trên, v i hàm tin c y tuy n tính và các bi n ng u nhiên ñ c l p tuân theo phân b chu n, b ng cách s d ng các giá tr kỳ v ng và ñ l ch chu n c a các bi n cơ b n ta d dàng xác ñ nh xác su t x y ra s c . Tuy nhiên trong th c t các ñi u ki n này r t ít x y ra. Trong nhi u trư ng h p, ph i ñơn gi n hóa b ng cách tuy n tính hóa hàm tin c y và chuy n ñ i các bi n. 4.2.2 Các hàm tin c y phi tuy n N u hàm tin c y là hàm phi tuy n c a m t s bi n cơ b n ñ c l p có phân b chu n thì hàm này s không phân b chu n. Hàm tin c y có th ñư c xác ñ nh g n ñúng thông qua khai tri n Taylor , s d ng hai s h ng ñ u tiên c a ña th c này. Bi u th c g n ñúng khi ñó có d ng: n ∂ g Z=g(X)≈ g(X)+0 ( )( ) (4.19) ∑ X 0 Xi X 0i i=1 ∂Xi Bi u th c g n ñúng trên c a Z là tuy n tính và theo ñ nh lý gi i h n trung tâm, Z phân b chu n. Khi ñó kỳ v ng và ñ l ch chu n c a hàm ñ tin c y có th ñư c tính g n ñúng v i giá tr kỳ v ng và ñ l ch chu n c a hàm tuy n tính hóa: n ∂ g ≈ g(X)+0 (X)( 0 X) (4.20) Z ∑ X i 0i i=1 ∂Xi 2 n ∂ g σ ≈(X0 ) σ (4.21) Z∑ X i i=1 ∂Xi Ch s ñ tin c y có th xác ñ nh g n ñúng: n ∂ g g(X)+0 (X)( 0 X ) ∑ ∂X Xi 0i β= Z ≈ i=1 i (4.22) 2 σ n Z ∂ g (X0 ) σ ∑Xi i=1 ∂Xi N u hàm tin c y ñư c tuy n tính hóa t i ñi m X0 = , , , công th c (4.22) có th ( x,x1 2 x n ) ñư c rút g n: g( , ,, ) β ≈ X1 X 2 X n (4.23) 2 n ∂ g (, ,, ) σ ∑X1 X 2 X n Xi i=1 ∂Xi Formatted: Giá tr x p x c a ch s ñ tin c y ñư c g i là giá tr x p x bình quân. Phương pháp x p x Font color: Red bình quân th hi n ñư c b n ch t c a phương th c tính toán theo c p ñ II . C t lõi c a Formatted: Font color: Red Phương th c c p ñ II là xác ñ nh s nh hư ng c a ñ l ch c a các bi n cơ b n lên ñ l ch Formatted: Font color: Red c a hàm tin c y. ði u này liên quan ñ n bư c phân tích ñ nh y có tr ng s . Thông qua phép toán vi phân riêng , ta xác ñ nh ñư c ñ nh y c a nghi m Z=0 do m t s thay ñ i nh giá tr c a m t bi n cơ b n. Ti p ñó, tr ng s là tích s gi a ñ nh y v i ñ l ch chu n c a bi n. HWRU/CE Project TU Delft 33
- Qua b i u th c (4.22) ta th y r ng vi c tính toán giá tr x p x c a β thông qua tuy n tính hóa hàm tin c y ph thu c vào vi c l a ch n ñi m tuy n tính hóa c a hàm. Formatted: 2 Font: Italic Gi s hàm tin c y có 2 bi n cơ b n X1 và X2. Hàm tin c y phi tuy n có d ng Z = 2X − X . 1 2 Formatted: Font: Italic Các bi n X1 và X2 ñư c chuy n ñ i thành các bi n phân ph i chu n thông thư ng U1 và U2 do Formatted: Font: Italic ñó bi u th c hàm tin c y m i có d ng : Formatted: Font: Italic 2 2 2 Z = 2σ U + 4σ U + 2 −σ U − (4.24) Formatted: Font: Italic X1 1 X1 X1 1 X1 X 2 2 X 2 Formatted: Font: Italic Trong hình 4. 6, mi n s c ñư c bi u di n trên m t ph ng U1, U2 . Có th th y rõ r ng s tuy n tính hóa hàm Z t i nh ng ñi m khác nhau d n ñ n các giá tr g n ñúng khác nhau c a ch s ñ tin c y. Vì v y công th c ch s ñ tin c y theo công th c 4.22 không th áp d ng tùy ti n. Hình 4. 6 Tuy n tính hóa hàm tin c y. Theo phương pháp HASOFER and LIND [4.5], (xem m c 4.2.1) ch s ñ tin c y không ph thu c hàm tin c y có ph i là hàm tuy n tính hay không. Kho ng cách t biên s c ( Z=0) ñ n Formatted: Font: Italic g c c a h to ñ chuy n ñ i là: 2 2 β= min U1 + U 2 (4.25) Z= 0 ( ) ði m thi t k chính là ñi m A n m trên biên s c v i kho ng cách ñ n g c t a ñ là ng n nh t. Hình 4.7 cho th y, khi tuy n tính hóa hàm tin c y Z t i ñúng ñi m thi t k thì giá tr g n ñúng c a β chính là kho ng cách t tr c t a ñ t i bi n s c . Th c t có nhi u phương pháp ñ tìm ñi m thi t k thông qua quá trình l p. Th c ch t ñây là m t v n ñ t i ưu hoá ñ tìm ra kho ng cách OA ng n nh t. ð xác ñ nh ñi m thi t k , ngư i ta thư ng dùng các phương pháp gi i tích và phương pháp s . 2 phương pháp ñư c gi i thi u sau ñây v cơ b n là như nhau ch khác nhau công th c c a hàm tin c y. Phương pháp ñ u tiên d a vào vi c chu n hoá hàm tin c y. T c là t t c các bi n cơ b n ñ u ñư c chuy n sang các bi n chu n tiêu chu n. To ñ c a ñi m thi t k là: UUU ,,, =αβαβ ,,, αβ andX* = +σ U * (4.26) ( 12n12) ( n) iXi 1X i HWRU/CE Project TU Delft 34
- A Hình 4.7 Tuy n tính hóa hàm tin c y t i ñi m thi t k . ði m thi t k và giá tr β tìm ñư c d a vào quá trình l p ñ gi i các bi u th c: ∂f (αβ ) ∂U i αi = − ,,,,i = 12 n 2 n ∂f (4.27) (αβ ) ∑ j= 1 ∂U j f(αβαβ1 , 1 ,, αβ= 1 ) 0 trong ñó: f(U1, U2, , Un) là hàm tin c y c a các bi n cơ b n ñã ñư c chu n hoá. αi là h s nh hư ng c a bi n i. ði m thi t k ch ñư c xác ñ nh n u các bi n tuân theo lu t phân b chu n (hay các bi n ñư c chuy n v d ng phân b chu n). ði m thi t k là ñi m n m trên ñư ng biên s c mà m t ñ phân ph i xác su t thông thư ng là l n nh t. Xem hình minh ho 4.7. Hình 4.7 ð nh nghĩa ði m thi t k (DP) là ñi m n m trên biên s c mà t i ñó m t ñ xác su t là c c ñ i. Có th tìm hi u rõ hơn v phương pháp tính này qua ví d sau: Ví d 4.2 Cho hàm tin c y: Z = g(a, b, c) = ab – c HWRU/CE Project TU Delft 35
- Các bi n cơ b n a, b và c là các bi n ng u nhiên phân ph i chu n ñ c l p. Các giá tr ñư c cho: a = 8 σa = 2 b = 3 σb = 1 c = 4 σc = 2 Yêu c u: Xác ñ nh ñi m thi t k và ch s tin c y tương ng. 1 Trư c h t, c n chuy n ñ i các bi n cơ b n sang d ng các bi n chu n tuân theo phân b chu n. 2 Vi t l i hàm tin c y theo bi n chu n: Hàm tin c y c a các bi n ñư c chuy n ñ i là: Z= fUU(123 , , U ) =+ 6U 1 2UU 12 +−+ 8U 2 2U 3 20 T ñây, có th hình thành công th c tính ch s β. Ngoài ra các công th c tính ch s α1, α2 và α3 ñư c xây d ng: −20 6 + 2 α2 β β= α1 = − 6+2α ααβ +8 α−α 2 2 2 2 1 12 2 3 (6+2αβ2) +(8+2 αβ 1 ) + 2 8 + 2α1 β 2 α2 = − α 3 = 2 2 2 2 2 2 (6+2αβ2)) +(8+2 αβ 1 +2 (6+2 αβ2 )) +(8+2 αβ 1 + 2 H phương trình này có th ñư c gi i b ng phương pháp th liên ti p. V n ñ còn l i là vi c l a ch n các giá tr th c ban ñ u ñ i v i β, α1, α2 và α3 . Giá tr ban ñ u β có th ñư c xác ñ nh theo phương pháp x p x tr trung bình: g( , , ) β =Z = a b c σ 2 2 2 Z ∂g ∂ g ∂ g (,,) abc⋅+σa (,,) abc ⋅+ σ b (,,) abc ⋅ σ c ∂a ∂ b ∂ c 8⋅ 3 − 4 = = 1. 96 (32⋅)2 +⋅ ( 81 ) 2 +⋅ ( 12 ) 2 Các giá tr ban ñ u c a α1, α2 và α3 ñư c ch n là hoàn toàn gi ng nhau nhưng có th khác d u. Các giá tr m i c a β, α1, α2 và α3 ñư c tính toán cho ñ n khi k t qu h i t . Xem k t qu ví d trên B ng 4.1 V i các giá tr β, α1, α2 và α3 v a tìm ñư c cho phép tính toán xác ñ nh ñư c ñi m thi t k và xác su t x y ra s c T a ñ ði m thi t k ñư c xác ñ nh: * a = a +αβσ=−1 a 8 020. ⋅ 239 . ⋅= 2 704 . * b = b +αβσ=−2 b 3 094 . ⋅ 2391 . ⋅= 075 . * c = c +αβσ=+3 c 4 027 . ⋅ 239 . ⋅= 2 . 529 Và xác su t x y ra s c : Pf =Φ−β=Φ−() (.) 239 = 00084 . B ng 4.2 HWRU/CE Project TU Delft 36
- Các bư c l p Giá tr ban ñ u 1 2 3 4 5 6 β 1.96 2.51 2.49 2.42 2.39 2.39 2.39 α1 0.58 0.52 0.32 0.23 0.21 0.20 0.20 α2 0.58 0.80 0.89 0.93 0.94 0.94 0.94 α3 0.58 0.28 0.33 0.29 0.27 0.27 0.27 Phương pháp th hai v th c ch t b t ngu n t phương pháp th nh t (phương pháp nêu trên) nhưng v i ưu ñi m là không c n chuy n ñ i hàm tin c y thành hàm c a các bi n phân b chu n. Khi ñó giá tr β ñư c tính theo bi u th c 4.22 v i hàm tin c y ñư c tuy n tính hóa t i m t ñi m. Sau ñó giá tr này dùng ñ xác ñ nh ñi m m i mà t i ñó hàm tin c y là tuy n tính. Trong trư ng h p này, giá tr αi ñư c tính theo công th c: ∂ ∂ g()*σ g () * σ XXi X X i ∂Xi ∂ X i α=−i =− (4.28) 2 σ n ∂ Z g(* ) σ ∑X X j j= 1 ∂X j V i giá tr c a β và α i ñư c tính l i, t a ñ ñi m thi t k m i là: X * = + α βα (4.29) i i i X i Phương pháp này ñư c minh h a b ng ví d 4.3 sau ñây: Ví d 4.3 ð ti n vi c minh h a s khác nhau gi a hai phương pháp, v n ñ tương t như như ví d 4.2 ñư c xem xét. Hàm tin c y là: Z = g(a, b, c) = a b c. Các bi n a, b, c là các bi n ng u nhiên phân b chu n, ñ c l p: a = 8 σa = 2 b = 3 σb = 1 c = 4 σc = 2 Xác ñ nh ñi m thi t k và ch s tin c y tương ng. Phương trình vi phân ñ o hàm riêng theo các ch s a, b, c như sau: ∂g ∂g ∂g (a* ,b* ,c* ) = b* ; (a* ,b* ,c* ) = a* ; (a* ,b* ,c* ) = −1 ∂a ∂b ∂c Suy ra: 2 2 2 σ Z = ()()()bσ a + aσ b + σ c * * * * * * * * Z = (a b − c )+ b (8 − a )+ a (3 − b )− (4 − c ) HWRU/CE Project TU Delft 37
- * * * Z b σ a a σ b 1 σ c β = ;α1 = − ;α 2 = − ;α 3 = − σ Z σ Z σ Z σ Z V i các công th c trên ñây vi c ư c lư ng tính toán ði m thi t k có th th c hi n ñư c cho hàm tin c y tuy n tính hóa t i m t ñi m. B ng 4.3 ñưa ra k t qu sau 6 bư c l p. So sánh k t qu t i b ng 4.3 v i b ng 4.2 ta th y c 2 phương pháp ñ u h i t v ñi m thi t k sau 6 bư c l p. Tuy nhiên kh i lư ng tính toán trong m i vòng l p c a phương pháp th hai l n hơn nhi u so v i phương pháp th nh t. M t khác, hàm tin c y không c n ph i chuy n ñ i như ñ i v i phương pháp th nh t. Do ñó phương pháp th hai ñư c áp d ng d dàng hơn trong các chương trình máy tính. B ng 4.3 Các bư c l p Giá tr ban ñ u 1 2 3 4 5 6 σz 10.20 6.70 6.46 7.12 7.35 7.43 z 20.00 16.45 15.54 17.02 17.56 17.75 β 1.96 2.45 2.41 2.39 2.39 2.39 α1 0.59 0.44 0.28 0.23 0.21 0.20 α2 0.78 0.85 0.91 0.93 0.94 0.94 α3 0.20 0.30 0.31 0.28 0.27 0.27 a* 8 5.69 5.86 6.63 6.90 7.00 7.03 b* 3 1.46 0.92 0.82 0.77 0.76 0.75 c* 4 4.77 5.46 5.49 5.34 5.30 5.29 4.2.3 Các bi n cơ s không tuân theo lu t phân b chu n N u bài toán liên quan ñ n các bi n cơ s ng u nhiên không phân b chu n thì hàm tin c y cũng không phân b chu n. ð có th áp d ng ñư c phương pháp g n ñúng c p ñ II thì c n ph i bi n ñ i các bi n cơ s này thành các bi n cơ s phân b chu n. Cách bi n ñ i ñơn gi n nh t là chuy n các bi n không phân b chu n v d ng phân b chu n tiêu chu n. ð bi n ñ i m t bi n ng u nhiên phân b chu n b t kỳ sang phân b chu n tiêu chu n thì bi u th c sau ph i th a mãn t i ñi m thi t k : * * FX (X ) = Φ (U ) (4.30) hay: * 1 * U = Φ (FX ( X )) (4.31) * −1 * X =FX () Φ ()U trong ñó Φ−1 là hàm ngư c c a phân b chu n tiêu chu n; −1 FX là hàm ngư c c a hàm phân b xác su t c a bi n X Phương pháp bi n ñ i này có th làm ph c t p hóa hàm ñ tin c y ñơn gi n ban ñ u. RACKWITZ và FIESSLER [4.6] ñưa ra phương pháp chuy n ñ i m t bi n ng u nhiên có lu t phân b tùy ý sang phân b chu n. Gi thi t r ng giá tr th c và giá tr x p x c a hàm m t ñ xác su t cũng như hàm phân b xác su t là tương ñương nhau t i ñi m thi t k , ta có: HWRU/CE Project TU Delft 38
- X* − ' F X * = Φ X X () ' σX (4.32) 1 X* − ' f X * = ϕ X X () ' ' σX σ X trong ñó ϕ là hàm m t ñ xác su t phân b chu n tiêu chu n. Gi i h phương trình trên thu ñư c: −1 * ϕ(Φ (FX (X ))) σ' = X * fX ()X (4.33) ' *−1 * ' X = X −Φ ()FX() X σ X T h phương trình (4.33) cho th y, ñ l ch chu n và trung bình giá tr x p x c a hàm phân b chu n ph thu c vào giá tr c a X t i ñi m thi t k . Do ñó, trong quá trình tính toán l p ' ' ñi m thi t k và ch s ñ tin c y c n ph i tính luôn giá tr m i c a σx và x t i m i bư c. Ví d 4.4 Tr l i v n ñ tương t như trong ví d 4.2. Tuy nhiên trong ví d này, bi n cơ s c là bi n phân b ñ u trong kho ng ( 20, 28). Giá tr trung bình và ñ l ch chu n cũng như trong ví d 4.2. Khi ñó hàm m t ñ xác su t và hàm phân b xác su t c a c là: 1 f() c = c 48 −20 ≤ c ≤ 28 c+ 20 F() c = c 48 Trong trư ng h p này hàm tin c y bi n ñ i có d ng: ' ' Z6U=1 + 2UU 12 + 8U 2 +−−σ 24 c c3 U Thay Ui = αi*β t i ñi m thi t k ta có: 2 ' ' 62 αβ+1 αα 12β +αβ+ 8 2 24 − c −σαβ= c3 0 Ti p ñ n, các phương trình trong vòng l p ñư c mô t như trong ví d 4.2 H phương trình c n gi i c a bài toán này là: HWRU/CE Project TU Delft 39
- ' −24 + c β =' 6α1 +2 ααβ 12 +8 α−σα 2 c3 8 + 2 α1 β α2 = − 2 2 ' 2 (6 + 2αβ2) + (8 + 2 αβ 1 ) + σc 6 + 2 α2 β α1 = − 2 2 ' 2 (6+2αβ2) +(8+2 αβ 1 ) + σc ' σc α3 = 2 2 ' 2 (6 + 2αβ2) + (8 + 2 αβ 1 ) + σc *− 1 c=Fc (Φαβ ( 3 )) =48 ⋅Φαβ− ( 3 ) 20 ' ϕ( α3 β ) ' * ' σc =* = ϕαβ⋅()348 c3c = c −αβσ( ) fc (c ) B ng 4.4 trình bày k t qu c a các bư c vòng l p. So v i ví d 4.2, ch s tin c y trong b ng có giá tr nh hơn. Hình 4.8 mô t x p x phân b xác su t th c t i ñi m thi t k ñ i v i bi n ng u nhiên c. B ng 4.4. Các bư c l p Giá tr ban ñ u 1 2 3 β 1.96 1.07 1.03 1.03 α1 0.58 0.31 0.32 0.31 α2 0.58 0.47 0.47 0.46 α3 0.58 0.83 0.82 0.83 c* 21.87 19.00 18.50 18.60 σ 10.04 12.92 13.36 13.27 10.46 7.54 7.16 7.23 HWRU/CE Project TU Delft 40
- Hình 4.8 X p x phân b xác su t th c v i phân b chu n. 4.2.4 Các bi n ng u nhiên cơ s ph thu c N u các bi n ng u nhiên cơ s là ph thu c thì chúng ph i ñư c bi n ñ i sang d ng bi n ñ c l p. N u t n t i m t hàm liên h th hi n s ph thu c gi a các bi n thì có th rút g n các bi n trong hàm tin c y. Trong nhi u trư ng h p không xác ñ nh ñư c chính xác m i liên h gi a các bi n, khi ñó c n thi t ph i bi u di n b ng các m i tương quan th ng kê. Trong nh ng trư ng h p như v y, các bi n cơ s có th bi n ñ i ñư c. Phương pháp bi n ñ i t ng quát ñư c s d ng r ng rãi là Rosenblatt Tranformation. Phương pháp bi n ñ i Rosenblatt d a trên hàm m t ñ xác su t k t h p c a m t vector th ng kê v i các bi n ph thu c. B t ñ u b ng hàm m t ñ xác su t c a m t vector có n bi n ng u nhiên, ta có th xác ñ nh các hàm m t ñ xác su t c a n vector thành ph n b ng tích phân. Chi ti t v phương pháp bi n ñ i có th xem thêm t các tài li u tham kh o ñư c trính d n kèm theo giáo trình này. Trong môn h c này ch gi i h n b ng vi c gi i thi u khái ni m cơ b n nh t v x lý hàm tin c y khi có s tham gia c a các bi n ng u nhiên ph thu c. 4.3 Tính toán c p ñ I 4.3.1 Nguyên lý tính toán c p ñ I M c 4.2 xác ñ nh chi ti t xác su t x y ra hư h ng c a m t thành ph n và t ñó xác ñ nh ñ tin c y v i thông s ñ b n và t i tr ng cho trư c. Trong th c t bài toán x y ra ngư c l i, ta ph i ñi xác ñ nh ñ b n tương ng v i m t ñ tin c y cho trư c. Có th áp d ng phương pháp c p ñ II và III trong tính toán thông s ñ b n yêu c u thông qua quá trình l p ñ ñi u ch nh giá tr ñ b n cho ñ n khi tìm ñư c xác su t x y ra s c ñ nh . Cách chung nh t hi n nay trong vi c l p ñ án thi t k là d a vào các tiêu chu n và hư ng d n thi t k . Theo ñó, các thông s ñ b n ñư c gia gi m b ng các h s ñ c trưng, trong khi ñó các thông s t i tr ng ñư c gia tăng v i các tham s ñ c trưng t i tr ng. Th hi n theo bi u th c: Rrep > γ SS rep (4.41) γR HWRU/CE Project TU Delft 41
- γR và γS là các h s an toàn thành ph n. Các giá tr ñ c trưng c a thông s ñ b n và t i tr ng ñư c tính toán theo: Rrep= R +k R σ R (4.42) Srep= S +k S σ S Trong ñó kR có th mang giá tr âm và kS có th có giá tr dương ho c âm. 4.3.2 Liên k t phương th c c p ñ I trong tính toán xác su t x y ra s c Các tiêu chu n thư ng ñưa ra giá tr cho các h s an toàn thành ph n cho các thông s ñ b n và t i tr ng ph bi n nh t. Các sách hư ng d n thi t k g n ñây nh t ñã c g ng liên k t vi c xác ñ nh các thông s này v i phương pháp thi t k theo lý thuy t ñ tin c y thông qua vi c tính toán xác su t x y ra s c theo c p ñ II. S k t h p này ñư c th hi n trong ñ nh nghĩa ñi m thi t k . ði m thi t k là ñi m n m trong mi n s c v i m t ñ xác su t k t h p c a ñ b n và t i tr ng là l n nh t. Vì v y mà giá tr ñ b n và t i tr ng t i ñi m s c g n v i giá tr t i ñi m thi t k : R * = +αβσ= (1 +αβ V ) RRR R RR (4.43) * S = S +αβσ=SS S ()1 +αβ SS V Tiêu chu n thi t k là b t ñ ng th c sau ph i th a mãn: R*> S * (4.44) Th hai phương trình (4.43) và (4.41) ta ñư c h phương trình c a các h s an toàn thành ph n: R rep 1+ kR V R γR = = R * 1+ α β V R R (4.45) * S 1+ αS β V S γS = = Srep 1+ kV S S Nhìn chung, h s an toàn thành ph n γi l n hơn khi: a. Giá tr tuy t ñ i c a h s nh hư ng αi l n hơn b. Ch s tin c y mong mu n β cao hơn c. H s bi n ñ i Vi l n hơn Do h s nh hư ng ñóng vai trò quan tr ng trong ñ nh nghĩa γ R nên h s an toàn thành ph n c a ñ b n ph thu c vào ñ l ch c a c ñ b n và t i tr ng: σ σ α =−R =− R (4.46) R σ 2 2 Z σR + σ S Áp d ng tương t cho h s an toàn thành ph n c a t i tr ng. Chi ti t ñ c minh h a b ng các ví d sau: Ví d 4.5 Gi s c ñ b n và t i tr ng ñ u tuân theo lu t phân ph i chu n v i: S : S = 10 vàVS = 5.0 do ñóα S = 5 HWRU/CE Project TU Delft 42
- R :VR = 2.0 Xác ñ nh h s an toàn thành ph n c a ñ b n v i h s ñ tin c y β = 3.6 và kR = 1.64 (Không vư t quá 5%) H s nh hư ng c a t i tr ng và ñ b n xác ñ nh theo: 0. 2 5 α=−R and α= R 2 S 2 004. R + 25 004 . R + 25 ði m thi t k có giá tr : 0.04 2 25 R * = R* 3.6 and S = 10 + 3.6 R 2 2 0.04 R + 25 0.04 R + 25 T bi u th c R* S* = 0 ta có 2 R −10 − .0 04 R + 25 * 6.3 = 0 Gi i phương trình này ta ñư c: R = 51. * T i ñi m thi t k giá tr c a ñ b n là R = 18.0 và giá tr ñ c trưng là Rrep = 34.2. H s an toàn thành ph n c a ñ b n khi ñó là γ R = 34 /2. 18 0. = 9.1 N u kho ng bi n thiên c a t i tr ng l n hơn, ñòi h i ph i thay ñ i ñ b n. Cho σS = 2 r i áp d ng công th c sau: 2 R −10 − .0 04 * R + 4 * 6.3 = 0→ R = 39 0. Trong trư ng h p này, h s an toàn thành ph n c a ñ b n có giá tr : 26.2 γ = = 2.2 R 11.8 Như v y, v i s tr giúp c a các phương pháp tính toán c p ñ II và III trong vi c xác ñ nh ñi m thi t k ta có th tìm ñư c h s an toàn thành ph n c a t t c các bi n cơ b n. Ví d 4.6 Gi s trong ví d 4.2, ch s tin c y mong mu n là β = 2.39; và gi s r ng giá tr ñ c trưng c a các bi n b ng chính giá tr kỳ v ng. Khi ñó h s an toàn thành ph n ñư c xác ñ nh: 8 γ = a = = 1.14 a a* 7.04 b 3 γ b = = = 4.00 b* 0.75 c* 5.29 γ c = = = 1.32 c 4 Khi áp d ng trong th c t thi t k ta thư ng g p m t lo t các v n ñ ph c t p. Do ñó m t s quy t c ch p nh n chung ñã ñư c xây d ng, t o thành thuy t chu n. Hai trong s nh ng v n ñ ph c t p là: HWRU/CE Project TU Delft 43
- 1. N u ph i xác ñ nh h s an toàn thành ph n cho t t c các bi n ng u nhiên thì s lư ng h s s r t l n. T ng s các h s ph i ñư c h n ch b ng cách g p các bi n l i và tính toán m t h s an toàn thành ph n cho chúng. 2. ð l n c a các h s an toàn thành ph n ph thu c vào ñ l ch chu n c a t t c các bi n cơ s có m t trong hàm tin c y. Do ñó không th xác ñ nh ñư c m t h s an toàn cho m t bi n ñ c l p v i hàm tin c y. Vì v y mà theo quy ñ nh, các h s này ñư c xác ñ nh là giá tr trung bình c a s lư ng l n các trư ng h p liên quan (reference cases). 4.3.3 Chu n hóa các giá tr ααα Theo lý thuy t, nên xác ñ nh giá tr α b ng tính toán xác su t x y ra s c . Phương pháp thích h p nh t ñ tìm α là phương pháp c p ñ II. Tuy nhiên v n có th dùng phương pháp c p ñ III ñ gi i quy t v n ñ này (xem ph l c G). Theo phương pháp thi t k c p ñ I trong tiêu chu n châu Âu, giá tr α ñư c chu n hóa và ñư c coi là ñ c l p cho t ng trư ng h p c th b t kỳ. Trong m t s trư ng h p, b ng cách tính toán xác su t x y ra s c có th xác ñ nh ñư c giá tr α chu n hóa. Sau ñó, xác ñ nh giá tr trung bình tr ng s c a α v a tính, c n ñ m b o r ng sai s c a k t qu xác ñ nh xác su t x y ra s c là nh nh t. Giá tr α s d ng trong công trình xây d ng ñư c trình bày trong b ng 4.5. B ng 4.5 Giá tr α chu n hóa ñ i v i công trình xây d ng. Thông s bi n α Thông s ñ b n chính 0.80 Thông s ñ b n còn l i 0.32 Thông s t i tr ng chính 0.70 Thông s t i tr ng còn l i 0.28 Trong s các thông s t i tr ng cho trư c, thư ng r t khó xác ñ nh thông s t i tr ng ch y u. Do ñó, l n lư t t ng thông s s ñư c coi là thông s t i tr ng ch y u. T ñó có th xác ñ nh m t lo t các phương án t i tr ng gi ñ nh, v i thông s t i tr ng chính khác nhau. Các phương án t i tr ng khác nhau lo i tr l n nhau. ði m thi t k s ñư c xác ñ nh t phương án t i tr ng tiêu chu n. Trong hình 4.9, t l thành ph n gi a thông s ch y u và thông s còn l i ñ i v i trư ng h p hai bi n ng u nhiên là 40%. Trong ñó n u hàm ñ tin c y là tuy n tính và ch s tin c y l n hơn tích s α*β, thì t p h p t t c các thông s k t h p n m bên ngoài ñư ng tròn tâm (0,0) và bán kính α*β. Ki m tra ñi m A và B ta xác ñ nh ñư c ñư ng biên c a ñư ng tròn này. Theo Tiêu chu n châu Âu, lý thuy t chu n hóa giá tr α là cơ s ñ xác ñ nh các h s an toàn thành ph n. HWRU/CE Project TU Delft 44
