Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong thiết kế dầm khung bê tông cốt thép

Bài viết Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong thiết kế dầm khung bê tông cốt thép trình bày phương pháp và kết quả áp dụng lý thuyết độ tin cậy trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép. Đây là xu thế nghiên cứu trên thế giới. Ở Việt Nam việc ứng dụng lý thuyết này trong thiết kế công trình đang ở những bước đầu và phát triển rộng hơn trong những năm gần đây.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong thiết kế dầm khung bê tông cốt thép ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 7(104).2016 47 ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY TRONG THIẾT KẾ DẦM KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP APPLICATION OF RELIABILITY THEORY TO REINFORCED CONCRETE BEAMS DESIGN Đặng Công Thuật1, Lê Hoàng Thưởng2 Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; dangcongthuat@dut.udn.vn 1 2 Phòng Công thương huyện Vũng Liêm, tỉnh Vĩnh Long; lehoangthuong577@gmail.com Tóm tắt - Khi thiết kế kết cấu bê tông cốt thép theo các phương pháp Abstract - Design of reinforced concrete (RC) structures according truyền thống, tính chất ngẫu nhiên của vật liệu, kích thước hoặc tải to traditional method involves several kinds of uncertainties, which trọng tác dụng được kể đến trong các hệ số an toàn. Bài báo này are usually considered through the safety factors prescribed in the trình bày phương pháp và kết quả áp dụng lý thuyết độ tin cậy trong codes of practice. This paper addresses the possibility of applying thiết kế kết cấu bê tông cốt thép. Đây là xu thế nghiên cứu trên thế reliability theory to the design of reinforced concrete beams giới. Ở Việt Nam việc ứng dụng lý thuyết này trong thiết kế công trình according to Vietnam standard (TCVN 5574-2012). In Vietnam, the đang ở những bước đầu và phát triển rộng hơn trong những năm application is still in initial phrase and will develop in next years. gần đây. Phương pháp này đảm bảo an toàn cho kết cấu, kinh tế và The method will ensure safety, economy and adequacy of the hợp lý hơn các phương pháp tính theo một hệ số an toàn tổng hợp. structure.The application to the design of a reinforced concrete Ví dụ minh họa đuợc thực hiện với bài toán dầm khung bê tông cốt frame of a building located in Vinh Long province shows the thép của một công trình trên địa bàn tỉnh Vĩnh Long. effectiveness of the proposed method. Từ khóa - bê tông cốt thép; dầm khung; chỉ số độ tin cậy; xác suất Key words - reinforced concrete; beams; reliability index; phá hủy; hàm trạng thái giới hạn. probability of failure; limit state function. 1. Đặt vấn đề  0 An toàn  Hiện nay ở Việt Nam, để tính toán thiết kế kết cấu bê g  X   0 MÆt ph¸ hñy (1) tông cốt thép (BTCT) chúng ta tính toán theo các trạng thái  0 Ph¸ hñy giới hạn [1], [2]. Phương pháp này đảm bảo an toàn cho kết  cấu, kinh tế và hợp lý hơn các phương pháp tính theo một Trong đó, mặt phá hủy hay trạng thái giới hạn được xác hệ số an toàn tổng hợp. Bản chất các tham số khi sử dụng định khi g  X   0. Đây là ranh giới giữa miền an toàn và để tính toán thiết kế kết cấu là các biến ngẫu nhiên. Phương miền không an toàn, thể hiện trạng thái mà một kết cấu pháp tính toán thiết kế kết cấu BTCT theo trạng thái giới không còn đáp ứng chức năng theo thiết kế. Phương trình hạn đã sử dụng hệ số thành phần để bù cho độ sai lệch của trạng thái giới hạn đóng một vai trò quan trọng trong việc các tham số theo những quan điểm về mức độ an toàn và khai triển các phương pháp phân tích độ tin cậy [6]. điều kiện riêng của mỗi nước. Tuy vậy, trong quá trình khai Trạng thái giới hạn có thể là một hàm tường minh hoặc thác sử dụng, không ít những công trình xây dựng bằng một hàm ẩn của các biến ngẫu nhiên cơ bản và nó có thể ở BTCT bị biến dạng hoặc phá hoại trước thời gian dự kiến. dạng đơn giản hoặc phức tạp. Các phương pháp phân tích Nguyên nhân chính là do những tác động ngẫu nhiên của độ tin cậy được khai triển tương ứng với các trạng thái giới các yếu tố về tải trọng, cường độ vật liệu, kích thước hình hạn theo tính chất và mức độ phức tạp của nó. học,... mà trong quá trình tính toán chưa được kể đến. Xác suất phá hoại p f được biểu diễn tổng quát như sau: Do vậy, việc nghiên cứu tính toán thiết kế kết cấu theo mô hình ngẫu nhiên ngày càng được quan tâm và phát triển p f  P  g  X   0    f  X  dx (2) [3]. Thật vậy, với việc tìm ra cách quy đổi hàm trạng thái g  X 0 từ phi tuyến về tuyến tính, đại lượng ngẫu nhiên có phân với f  X  là hàm mật độ xác suất đồng thời của các biến bố bất kỳ về phân bổ chuẩn và quy đổi các đại lượng ngẫu cơ bản X1, X2,…., Xn và phép tích phân được thực hiện trên nhiên tương quan về không tương quan (độc lập) [4] - [6], miền không an toàn, nghĩa là g  X   0. thì việc tính toán thiết kế kết cấu BTCT theo quan điểm xác suất sẽ được đơn giản và dễ dàng thực hiện. 2.2. Độ tin cậy của kết cấu Hiện nay các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Anh, Trung Đối với bài toán phân tích độ tin cậy (xác suất phá hủy) Quốc,... đã nghiên cứu sử dụng lý thuyết độ tin cậy (ĐTC) để tính của kết cấu, việc đầu tiên là chọn tiêu chuẩn an toàn (hay toán thiết kế kết cấu BTCT theo mô hình ngẫu nhiên và đã xây phá hoại) của phần tử hoặc kết cấu. Xét trường hợp đơn dựng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu theo điều kiện của mỗi nước. giản, độ t ...