Tài liệu Một phương pháp đánh giá mức độ an toàn của kết cấu khung chịu tải trọng động theo lý thuyết tập mờ

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr­êng ®¹i häc x©y dùng ---------------------------------------- Lª c«ng duy MéT ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu khung chÞu t¶I träng ®éng theo lý thuyÕt tËp mê Chuyªn ngµnh : Kü thuËt x©y dùng c«ng tr×nh d©n dông vµ c«ng nghiÖp M· sè 62.58.02.08 luËn ¸n tiÕn sü kü thuËt Hµ Néi – 2014 Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr­êng ®¹i häc x©y dùng ---------------------------------------- Lª c«ng duy MéT ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu khung chÞu t¶I träng ®éng theo lý thuyÕt tËp mê Chuyªn ngµnh : Kü thuËt x©y dùng c«ng tr×nh d©n dông vµ c«ng nghiÖp M· sè 62.58.02.08 luËn ¸n tiÕn sü kü thuËt Ng­êi h­íng dÉn khoa häc Gs.Ts. lª xu©n huúnh Hµ Néi – 2014 1 Më ®Çu 1. ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiÔn cña ®Ò tµi nghiªn cøu . ý nghÜa khoa häc: Trong tÝnh to¸n kÕt cÊu th­êng gÆp nh÷ng ®¹i l­îng ®Çu vµo thuéc vÒ kÕt cÊu vµ t¸c ®éng hµm chøa c¸c th«ng tin ngÉu nhiªn, kh«ng râ rµng, kh«ng thÓ chÝnh x¸c hãa, c¸c ®¹i l­îng ®ã ®­îc gäi lµ c¸c ®¹i l­îng kh«ng ch¾c ch¾n. Tõ tr­íc ®Õn nay chóng ta th­êng tÝnh to¸n kÕt cÊu c«ng tr×nh theo øng suÊt cho phÐp vµ theo tr¹ng th¸i giíi h¹n. TÝnh to¸n theo c¸c ph­¬ng ph¸p nµy ch­a ph¶n ¸nh ®­îc toµn diÖn sù lµm viÖc cña kÕt cÊu v× ch­a kÓ ®Õn sù ¶nh h­ëng cña c¸c yÕu tè mang tÝnh chÊt ngÉu nhiªn, mang tÝnh kh«ng râ rµng hay nãi c¸ch kh¸c lµ ch­a kÓ ®Õn c¸c yÕu tè mang tÝnh chÊt kh«ng ch¾c ch¾n t¸c ®éng ®Õn kÕt cÊu, cho nªn nhiÒu tr­êng hîp trong thùc tÕ c«ng tr×nh vÉn x¶y ra h­ háng mÆc dï khi tÝnh to¸n kÕt cÊu c«ng tr×nh víi hÖ sè an toµn t­¬ng ®èi lín. §Ó m« t¶ nh÷ng ®¹i l­îng kh«ng ch¾c ch¾n, ng­êi ta dïng sè kho¶ng, ®¹i l­îng ngÉu nhiªn, sè mê, ®¹i l­îng ngÉu nhiªn-mê. Nh÷ng ®¹i l­îng kh«ng ch¾c ch¾n ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng ®¹i l­îng ngÉu nhiªn ®­îc tÝnh to¸n theo m« h×nh ngÉu nhiªn. Ph©n tÝch ®¸nh gi¸ kÕt cÊu theo m« h×nh ngÉu nhiªn b»ng lý thuyÕt ®é tin cËy ®· cã nhiÒu nghiªn cøu. Trong tr­êng hîp c¸c ®¹i l­îng kh«ng ch¾c ch¾n m« t¶ d­íi d¹ng sè mê, viÖc ph©n tÝch ®¸nh gi¸ ph¶i thùc hiÖn theo m« h×nh mê. M« h×nh míi nµy trong lÜnh vùc x©y dùng ®· cã nh÷ng kÕt qu¶ b­íc ®Çu. Tuy vËy, do tÝnh chÊt vµ h×nh thøc m« t¶ ®¹i l­îng kh«ng ch¾c ch¾n rÊt gÇn víi thùc tÕ nªn hiÖn nay m« h×nh nµy ®­îc c¸c nhµ nghiªn cøu quan t©m ph¸t triÓn. §Ò tµi luËn ¸n liªn quan ®Õn hai néi dung cña m« h×nh míi nµy, ®ã lµ ph©n tÝch tr¹ng th¸i kÕt cÊu vµ ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu trong tr­êng hîp mét sè ®¹i l­îng kh«ng ch¾c ch¾n ë ®Çu vµo cña bµi to¸n ®­îc m« t¶ d­íi d¹ng c¸c sè mê. 2 . ý nghÜa thùc tiÔn: Møc ®é an toµn cña kÕt cÊu lµ vÊn ®Ò ®Æc biÖt ®­îc quan t©m trong c«ng t¸c thiÕt kÕ tÝnh to¸n kÕt cÊu c«ng tr×nh. HiÖn nay trªn thÕ giíi còng nh­ ë ViÖt Nam c«ng tr×nh nhµ nhiÒu tÇng ®­îc x©y dùng ngµy cµng nhiÒu mµ sù dao ®éng cña c«ng tr×nh lµm ¶nh h­ëng ®Õn viÖc sö dông vµ sinh ho¹t cña con ng­êi. V× vËy viÖc nghiªn cøu c¸c ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cho c¸c kÕt cÊu nãi chung vµ khung nhµ nhiÒu tÇng nãi riªng lµ mét vÊn ®Ò rÊt cÇn ®­îc quan t©m. Trªn c¬ së ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu cã thÓ tham kh¶o ®Ó ®iÒu chØnh c¸c tham sè thiÕt kÕ sao cho dao ®éng cña c«ng tr×nh tháa m·n c¸c tiªu chuÈn kü thuËt vµ tiªu chuÈn sö dông cña con ng­êi. 2. Môc tiªu vµ néi dung nghiªn cøu cña ®Ò tµi a. Môc tiªu nghiªn cøu cña ®Ò tµi Nghiªn cøu øng dông lý thuyÕt tËp mê, ®Ò xuÊt mét c¸ch gi¶i ph­¬ng tr×nh c¬ b¶n cña ph­¬ng ph¸p PTHH cã tham sè ®Çu vµo mê, ®ång thêi vËn dông vµ chøng minh mét c«ng thøc ®¸nh gi¸ ®é tin cËy mê cña kÕt cÊu vµ ¸p dông tÝnh to¸n ®èi víi khung nhiÒu tÇng chÞu t¶i träng ®éng trong tr­êng hîp c¸c yÕu tè t¸c ®éng ®Õn kÕt cÊu nh­ ®é c¶n cña kÕt cÊu, c¸c ®Æc tr­ng vËt liÖu vµ ®Æc tr­ng cña t¶i träng ®éng (biªn ®é vµ tÇn sè) ®­îc xÐt d­íi d¹ng c¸c sè mê tam gi¸c b. Néi dung nghiªn cøu cña ®Ò tµi . VËn dông c¬ së lý thuyÕt tËp mê, c¸c thuËt to¸n hç trî cho viÖc tÝnh to¸n c¸c sè mê, kÕt hîp víi phÇn mÒm Maple.13 tÝnh to¸n sè mê. . Nghiªn cøu ph©n tÝch c¸c ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cho kÕt cÊu theo c¸c quan ®iÓm ngÉu nhiªn cña lý thuyÕt x¸c suÊt vµ quan ®iÓm cña lý thuyÕt tËp mê, tõ ®ã triÓn khai vµ chøng minh mét c«ng thøc ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cho kÕt cÊu theo lý thuyÕt tËp mê. . Nghiªn cøu ph­¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n trong tr­êng hîp cã tham sè mê, ®ång thêi ®Ò xuÊt mét c¸ch gi¶i ph­¬ng tr×nh ®¹i sè tuyÕn tÝnh cã tham sè mê. øng dông c¸ch gi¶i ®Ó gi¶i ph­¬ng tr×nh cña ph­¬ng ph¸p 3 phÇn tö h÷u h¹n ph©n tÝch kÕt cÊu chÞu t¶i träng tÜnh cã tham sè ®Çu vµo d¹ng sè mê tam gi¸c. . Nghiªn cøu m« h×nh tÝnh kÕt cÊu khung chÞu t¶i träng ®éng, thiÕt lËp ph­¬ng tr×nh dao ®éng cho kÕt cÊu khung ph¼ng nhiÒu tÇng chÞu t¶i träng ®éng trong tr­êng hîp cã tham sè ®Çu vµo mê. øng dông c«ng thøc triÓn khai ®Ó ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cho kÕt cÊu khung trong tr­êng hîp c¸c yÕu tè ®Çu vµo cña kÕt cÊu nh­ ®Æc tr­ng vËt liÖu, khèi l­îng, ®é c¶n cña kÕt cÊu vµ ®Æc tr­ng cña t¶i träng ®éng ®­îc m« pháng lµ c¸c sè mê d¹ng tam gi¸c; viÖc tÝnh to¸n vµ so s¸nh kÕt qu¶ víi mét sè ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ kh¸c còng ®­îc tr×nh bµy trong luËn ¸n. 3. Ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu Nghiªn cøu b»ng lý thuyÕt kÕt hîp víi øng dông tÝnh to¸n sè trªn m¸y tÝnh. VÒ lý thuyÕt, thu thËp tµi liÖu trong n­íc vµ n­íc ngoµi vÒ vÊn ®Ò tÝnh møc ®é an toµn cho kÕt cÊu theo c¸c m« h×nh ngÉu nhiªn vµ m« h×nh mê. Nghiªn cøu ¸p dông lý thuyÕt tËp mê m« pháng t¶i träng ®éng vµ hÖ sè c¶n cña kÕt cÊu lµ c¸c sè mê. Nghiªn cøu lý thuyÕt ¸p dông gi¶i bµi to¸n chÞu t¶i träng ®éng trong tr­êng hîp cã tham sè mê. Sö dông phÇn mÒm Maple.13 ®Ó x©y dùng c¸c b­íc gi¶i ph­¬ng tr×nh ®¹i sè tuyÕn tÝnh cã tham sè mê vµ ¸p dông gi¶i bµi to¸n ph©n tÝch tÜnh vµ ®éng kÕt cÊu b»ng ph­¬ng ph¸p PTHH cã tham sè mê. 4. CÊu tróc cña luËn ¸n LuËn ¸n gåm cã : PhÇn më ®Çu, 4 ch­¬ng, phÇn kÕt luËn, danh môc tµi liÖu tham kh¶o vµ phô lôc tÝnh to¸n. Trong phÇn më ®Çu cña luËn ¸n tr×nh bµy ý nghÜa khoa häc , ý nghÜa thùc tiÔn cña ®Ò tµi nghiªn cøu, môc tiªu, néi dung nghiªn cøu, ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu vµ cÊu tróc cña luËn ¸n. Ch­¬ng 1 tr×nh bµy tæng quan vÒ lý thuyÕt ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu trªn thÕ giíi vµ ë ViÖt Nam, ®ång thêi ph©n tÝch mét sè c¸c m« h×nh ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu c«ng tr×nh ®· ®­îc c«ng bè theo 4 c¸c quan ®iÓm ngÉu nhiªn cña lý thuyÕt x¸c suÊt vµ theo quan ®iÓm mê cña lý thuyÕt tËp mê, tõ ®ã ®Þnh h­íng vµ giíi h¹n ph¹m vi cho viÖc nghiªn cøu gi¶i quyÕt c¸c môc tiªu ®· x¸c ®Þnh trong luËn ¸n. Ch­¬ng 2 tr×nh bµy néi dung c¬ b¶n vÒ lý thuyÕt tËp mê, c¸c thuËt to¸n cña sè häc mê ®­îc dïng ®Ó tÝnh to¸n c¸c sè mê. Tõ ®ã ®Ò xuÊt mét c¸ch gi¶i ph­¬ng tr×nh ®¹i sè cã tham sè mê ®ång thêi ¸p dông c¸ch gi¶i ®Ó gi¶i ph­¬ng tr×nh cña ph­¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n cã tham sè mê. øng dông tÝnh to¸n kÕt cÊu thanh ph¼ng mét chiÒu vµ khung ph¼ng chÞu t¶i träng tÜnh víi c¸c tham sè mê lµ ®Æc tr­ng h×nh häc, ®Æc tr­ng vËt liÖu vµ ®Æc tr­ng cña t¶i träng t¸c ®éng ®­îc xÐt d­íi d¹ng c¸c sè mê tam gi¸c. Ch­¬ng 3 tr×nh bµy ý t­ëng vµ vËn dông triÓn khai mét c«ng thøc ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu theo lý thuyÕt tËp mê. C«ng thøc ®¸nh gi¸ ®­îc triÓn khai vµ chøng minh trong tr­êng hîp tæng qu¸t víi hai tËp mê dïng ®Ó ®¸nh gi¸ cã hµm thuéc d¹ng bÊt kú, vµ tr­êng hîp hai tËp mê cã hµm thuéc d¹ng tam gi¸c. Ch­¬ng 3 còng tr×nh bµy mét sè ph­¬ng ph¸p x©y dùng hµm thuéc cho c¸c ®¹i l­îng mê trªn c¬ së lý thuyÕt tËp mê, vµ øng dông ph­¬ng ph¸p x©y dùng hµm thuéc cho ®Æc tr­ng t¶i träng ®éng vµ hÖ sè c¶n cña kÕt cÊu theo lý thuyÕt tËp mê. Ch­¬ng 4 tr×nh bµy mét m« h×nh tÝnh kÕt cÊu khung chÞu t¶i träng ®éng trong tr­êng hîp cã tham sè mê, vµ øng dông c«ng thøc ®Ò xuÊt ®Ó ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cho kÕt cÊu khung ph¼ng nhiÒu tÇng chÞu t¶i träng ®éng trong tr­êng hîp c¸c yÕu tè ®Çu vµo cña kÕt cÊu nh­ ®Æc tr­ng vËt liÖu, khèi l­îng, ®é c¶n cña kÕt cÊu vµ ®Æc tr­ng t¶i träng ®éng ®­îc xÐt d­íi d¹ng lµ c¸c tËp mê tam gi¸c, ®ång thêi tÝnh to¸n vµ so s¸nh kÕt qu¶ víi mét vµi ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ kh¸c ®­îc tr×nh bµy trong luËn ¸n. Trong phÇn kÕt luËn nªu lªn c¸c kÕt qu¶ chÝnh vµ c¸c ®ãng gãp míi cña luËn ¸n. Cuèi kÕt luËn nªu ®Þnh h­íng nghiªn cøu tiÕp theo. PhÇn phô lôc tr×nh bµy c¸c b­íc tÝnh to¸n chi tiÕt cña phÇn øng dông trong luËn ¸n, giíi thiÖu ch­¬ng tr×nh m¸y tÝnh bæ trî cho viÖc tÝnh to¸n vµ c¸c kÕt qu¶ trong luËn ¸n. 5 CH¦¥NG 1 TæNG QUAN vÒ vÊn ®Ò nghiªn cøu 1.1. Tæng quan vÒ lý thuyÕt ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu Møc ®é an toµn hay ®é tin cËy cña kÕt cÊu c«ng tr×nh nãi riªng vµ cña s¶n phÈm bÊt kú nµo ®ã nãi chung lµ vÊn ®Ò quan träng hµng ®Çu. C«ng tr×nh hay s¶n phÈm ph¶i ®¸p øng c¸c tiªu chuÈn vµ tiªu chÝ ®Æt ra nh»m ®¶m b¶o chÊt l­îng cho s¶n phÈm hay c«ng tr×nh kh«ng bÞ h­ háng, kh«ng bÞ ph¸ háng khi ®­a vµo sö dông hoÆc trong qu¸ tr×nh sö dông. Møc ®é an toµn hay ®é tin cËy cña c«ng tr×nh lµ mét trong c¸c tiªu chÝ chÊt l­îng quan träng cña bÊt kú hÖ thèng kü thuËt nµo. V× vËy, ®¸nh gi¸ mức độ làm việc an toàn của kết cấu c«ng tr×nh là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của c«ng t¸c thiết kế và chẩn đo¸n kỹ thuật. Nội dung đ¸nh gi¸ dẫn đến dạng bài to¸n so s¸nh hai tập hợp. Tập thứ nhất (Q) chứa c¸c th«ng tin đặc trưng cho trạng th¸i làm việc của kết cấu th­êng gäi lµ tËp hiÖu øng t¶i träng cña kÕt cÊu và tập thứ hai (R) chứa c¸c th«ng tin đặc trưng năng lực của kết cấu th­êng gäi lµ tËp kh¶ n¨ng cña kÕt cÊu, được thiết kế theo một tiªu chuẩn chất lượng nào đã. §¸nh gi¸ møc ®é an toµn hay ®é tin cËy cña kÕt cÊu cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh b»ng thö nghiÖm [37]. C¸c bé phËn cña hÖ còng nh­ toµn hÖ sÏ ®­îc thö nghiÖm cho ®Õn khi xuÊt hiÖn sù cè h­ háng, ph¸ hñy. Thêi gian xuÊt hiÖn sù cè h­ háng, lo¹i sù cè h­ háng vµ thêi gian gia cè s÷a ch÷a ®­îc l­u l¹i. C¸c th«ng tin vÒ thêi gian sö dông th«ng th­êng còng ®­îc l­u l¹i vµ ®­a vµo c¬ së d÷ liÖu. Sau ®ã qu¸ tr×nh ph©n tÝch thèng kª ®­îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh ®é tin cËy cña toµn hÖ, ­íc l­îng rñi ro vµ n©ng cao ®é tin cËy cho hÖ. Thùc tÕ th× thiÕt kÕ kü thuËt ®· cã nh÷ng b­íc ph¸t triÓn ®¸ng kÓ vµ ®· cã mét ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n thiÕt kÕ míi ®ã lµ ph­¬ng ph¸p thiÕt kÕ theo ®é tin cËy víi sù hç trî bëi c¸c ph­¬ng ph¸p m« pháng vµ tæng hîp 6 hiÖn ®¹i. Theo ph­¬ng ph¸p nµy th× ®é tin cËy cã thÓ ®­îc tÝnh to¸n th«ng qua c¸c c«ng thøc vµ qu¸ tr×nh m« pháng b»ng m¸y tÝnh ®Ó x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i h­ háng cña hÖ kÕt cÊu. Tuy nhiªn, tïy thuéc vµo ®iÒu kiÖn cho phÐp trong thùc tÕ, ®Ó ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cho hÖ kÕt cÊu nµo ®ã ta cã thÓ kÕt hîp c¶ hai ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch ®é tin cËy theo m« h×nh kiÓm nghiÖm, thö nghiÖm vµ theo m« h×nh m« pháng tÝnh to¸n trªn m¸y tÝnh th× kÕt qu¶ tÝnh to¸n sÏ ph¶n ¸nh s¸t thùc sù lµm viÖc thùc tÕ cña hÖ kÕt cÊu. Bµi to¸n ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu ®Õn nay ®· ®­îc thùc hiÖn víi ba m« h×nh tÝnh to¸n kh¸c nhau, ®ã lµ m« h×nh tiÒn ®Þnh, m« h×nh ngÉu nhiªn vµ m« h×nh mê. Trong ®ã viÖc ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu theo m« h×nh tiÒn ®Þnh ®­îc thùc hiÖn mét c¸ch ®¬n gi¶n th«ng qua tû sè n = R/Q hoÆc hiÖu sè M = R- Q. Theo c¸ch ®¸nh gi¸ cña m« h×nh tiÒn ®Þnh th× kÕt cÊu nãi riªng hay mét s¶n phÈm bÊt kú nµo ®ã nãi chung sÏ hoµn toµn kh«ng bÞ h­ háng hay ph¸ hñy khi n>1 hoÆc M>0, nghÜa lµ kÕt cÊu hay s¶n phÈm an toµn vµ ®¶m b¶o 100% chÊt l­îng. Ng­îc l¹i khi n<1 hoÆc M<0 th× kh«ng an toµn, hay xem nh­ hoµn toµn bÞ ph¸ háng. Tån t¹i mét tr¹ng th¸i ph©n chia gi÷a an toµn vµ kh«ng an toµn khi n = 1 hoÆc M = 0, c¸ch ®¸nh gi¸ chØ mang tÝnh lý thuyÕt, kh«ng ph¶n ¸nh ®­îc toµn diÖn sù lµm viÖc thùc tÕ cña kÕt cÊu, bëi ch­a kÓ ®Õn ®Çy ®ñ sù ¶nh h­ëng cña c¸c yÕu tè mang tÝnh ngÉu nhiªn, tÝnh kh«ng ch¾c ch¾n trong bµi to¸n ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu. Trong thùc tÕ kÕt cÊu vÉn cã thÓ x¶y ra sù cè ngay c¶ khi lÊy hÖ sè an toµn lín, do ch­a ®¸nh gi¸ ®óng møc ®é t¶n m¸t cña c¸c biÕn thiÕt kÕ. Tõ ®ã ta cã nhËn xÐt ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu theo m« h×nh tiÒn ®Þnh ch­a ®ñ kh¶ n¨ng l­îng hãa ®­îc x¸c suÊt háng cña hÖ kÕt cÊu do ¶nh h­ëng sù biÕn ®éng cña c¸c biÕn thiÕt kÕ. §Ó cã thÓ ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu mét c¸ch toµn diÖn h¬n khi kÓ ®Õn sù ¶nh h­ëng cña c¸c yÕu tè mang tÝnh ngÉu nhiªn, ta dïng lý thuyÕt ®é tin cËy ®­îc x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc to¸n häc cña x¸c suÊt thèng kª. Tuy nhiªn trong tr­êng hîp thiÕu th«ng tin hay th«ng tin kh«ng râ rµng, kh«ng ch¾c ch¾n cã thÓ dïng c¸c m« h×nh ®¸nh gi¸ møc ®é an 7 toµn cña kÕt cÊu theo quan ®iÓm mê cã c¬ së to¸n cña lý thuyÕt tËp mê. 1.2. Qu¸ tr×nh nghiªn cøu tÝnh to¸n kÕt cÊu theo lý thuyÕt ®é tin cËy trªn thÕ giíi vµ ë ViÖt Nam Lý thuyÕt ®é tin cËy ra ®êi tõ nh÷ng n¨m ®Çu cña thËp niªn 30 vµ ®­îc øng dông tr­íc tiªn trong c¸c lÜnh vùc kü thuËt ®iÖn tö, kü thuËt m¸y tÝnh, chÕ t¹o m¸y bay vµ tªn löa,… H­íng nghiªn cøu ®é tin cËy tÝnh to¸n cho kÕt cÊu c«ng tr×nh còng ®­îc ¸p dông kÓ tõ n¨m 1930, c¸c hÖ kÕt cÊu ®­îc m« h×nh hãa d­íi d¹ng c¸c s¬ ®å t­¬ng tù nh­ s¬ ®å cña hÖ thèng ®iÖn bao gåm c¸c hÖ m¾c song song, m¾c nèi tiÕp vµ hçn hîp ®Ó tÝnh ®é tin cËy cho kÕt cÊu. Tuy nhiªn trong thùc tÕ c¸c hÖ kÕt cÊu rÊt phøc t¹p, mèi liªn hÖ gi÷a c¸c yÕu tè ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng ph­¬ng tr×nh vi ph©n hoÆc ®¹i sè cho nªn chØ m« h×nh hãa s¬ ®å kÕt cÊu d­íi d¹ng c¸c s¬ ®å ®iÖn kh«ng ph¶i lóc nµo còng ph¶n ¸nh ®óng sù lµm viÖc thùc tÕ cña hÖ, dÉn ®Õn kÕt qu¶ cßn h¹n chÕ. ChÝnh v× vËy, ®é tin cËy cña kÕt cÊu c«ng tr×nh ®­îc chuyÓn sang mét h­íng nghiªn cøu kh¸c. §ã lµ c¨n cø vµo ®Æc ®iÓm cña kÕt cÊu, c¸c thµnh tùu cña m¸y tÝnh vµ c¸c ph­¬ng ph¸p sè ®Ó tÝnh ®é tin cËy cña hÖ kÕt cÊu. Lý thuyÕt ®é tin cËy lµ mét “c«ng cô h÷u hiÖu’’ dïng ®Ó ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cho c¸c hÖ kÕt cÊu nãi riªng vµ cho bÊt kú mét hÖ thèng kü thuËt nãi chung, v× lý do ®ã, c¸c nhµ nghiªn cøu trong vµ ngoµi n­íc ®· rÊt quan t©m nghiªn cøu vÒ lÜnh vùc nµy, nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ ®é tin cËy ®­îc c«ng bè cho ®Õn nµy. Mayer vµ Khoialèp lµ c¸c t¸c gi¶ ®· cã c¸c c«ng tr×nh c«ng bè vÒ ®é tin cËy ®Çu tiªn trªn thÕ giíi, trong ®ã ®é tin cËy ®­îc thÓ hiÖn ®¬n gi¶n d­íi d¹ng øng suÊt cho phÐp vµ hÖ sè an toµn. N¨m 1935 Xtrelexky H.C lµ ng­êi b¾t ®Çu øng dông c¸c ph­¬ng ph¸p thèng kª to¸n häc vµo c¬ häc kÕt cÊu. T¸c gi¶ ®· tr×nh bµy mét c¸ch cã hÖ thèng quan niÖm thiÕt kÕ ®é tin cËy c«ng tr×nh. Tuy hÖ thèng c¸c quan niÖm kh«ng ®­îc tr×nh bµy mét c¸ch t­êng minh nh­ng quan niÖm thèng kª ®· ®­îc ph¶n ¸nh trong ph­¬ng ph¸p luËn tÝnh to¸n theo tr¹ng th¸i giíi h¹n. 8 Nh÷ng c«ng tr×nh nghiªn cøu ®Æt nÒn mãng cho lý thuyÕt ®é tin cËy cña kÕt cÊu c«ng tr×nh x©y dùng b¾t ®Çu tõ c¸c nhµ c¬ häc X« ViÕt, vµ viÖc nghiªn cøu tiÕp tôc ®­îc më réng ë c¸c n­íc Liªn X « cò vµ c¸c n­íc ë Ch©u ¢u,… ë Mü, lý thuyÕt ®é tin cËy ®· ®­îc t¸ch ra thµnh mét m«n häc riªng vµo ®Çu nh÷ng n¨m 1950, Freudenthal vµ Pugsley lµ nh÷ng ng­êi ®Çu tiªn cã ®ãng gãp gi¶i quyÕt bµi to¸n ®é tin cËy cña kÕt cÊu chÞu t¶i träng tÜnh, tõ ®ã nghiªn cøu ®­a ra m« h×nh thèng kª cho tuæi thä cña c¸c kÕt cÊu chÞu t¶i träng ®éng. C¸c nghiªn cøu vµ øng dông lý thuyÕt ®é tin cËy ngµy cµng ph¸t triÓn t¨ng c¶ vÒ sè l­îng vµ chÊt l­îng cho ®Õn nh÷ng n¨m cña thËp niªn cuèi thÕ kû XX, c¸c nghiªn cøu vµ øng dông trong giai ®o¹n nµy ®· chó ý ®Õn sù ngÉu nhiªn cña c¸c yÕu tè t¸c ®éng lªn kÕt cÊu c«ng tr×nh. Mét lÜnh vùc quan träng vµ cã nhiÒu øng dông trong thùc tiÔn lµ sö dông lý thuyÕt ®é tin cËy trong viÖc lËp vµ c¶i tiÕn c¸c tiªu chuÈn thiÕt kÕ. C¸c quan niÖm tÝnh to¸n theo øng suÊt cho phÐp vµ tr¹ng th¸i giíi h¹n ®Òu mang ý t­ëng cña lý thuyÕt ®é tin cËy nh­ng c¸ch ®¸nh gi¸ vµ tÝnh to¸n ®¬n gi¶n cho nªn kÕt qu¶ vÉn cßn nhiÒu h¹n chÕ. Lý thuyÕt ®é tin cËy ®­îc sö dông lµm nÒn t¶ng trong viÖc c¶i tiÕn vµ x©y dùng c¸c tiªu chuÈn thiÕt kÕ, c¸c nghiªn cøu trong lÜnh vùc nµy ngµy cµng ®­îc ph¸t triÓn vµ ®· cã nhiÒu quy ®Þnh vÒ thiÕt kÕ c«ng tr×nh theo ®é tin cËy trong c¸c tiªu chuÈn thiÕt kÕ cô thÓ lµ tiªu chuÈn quèc tÕ ISO 2394:1998-Nguyªn t¾c chung vÒ ®é tin cËy cña kÕt cÊu; Tiªu chuÈn vÒ ®é tin cËy cña Trung quèc gåm cã tiªu chuÈn thèng nhÊt ®Ó thiÕt kÕ c«ng tr×nh theo ®é tin cËy JB50153-92 vµ tiªu chuÈn thÈm ®Þnh nhµ nguy hiÓm JGJ125-99,…ñy ban liªn hiÖp vÒ sù an toµn cña kÕt cÊu (Joint Committee on Structural Safety) ®· thèng nhÊt tÝnh to¸n ®é tin cËy cña kÕt cÊu theo 3 møc ®é: Møc 1, 2 vµ møc 3. C¸c ph­¬ng ph¸p møc 1: Lµ c¸c ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n thiÕt kÕ kÕt cÊu trong ®ã møc ®é an toµn cña kÕt cÊu ®­îc x¸c ®Þnh trªn c¸c phÇn tö kÕt cÊu b»ng c¸ch sö dông mét sè hÖ sè thµnh phÇn cã liªn quan ®Õn biÕn t¸c ®éng vµ biÕn søc bÒn nh­ hÖ sè an toµn, hÖ sè ®ång nhÊt vËt liÖu, hÖ sè 9 v­ît t¶i,…cho tõng bé phËn cña kÕt cÊu. Ph­¬ng ph¸p tÝnh kÕt cÊu theo tr¹ng th¸i giíi h¹n ®­îc xem lµ tÝnh to¸n theo møc 1. C¸c ph­¬ng ph¸p møc 2: Lµ c¸c ph­¬ng ph¸p sö dông m¸y tÝnh kÕt hîp víi c¸c kü thuËt tÝnh to¸n lÆp ®Ó x¸c ®Þnh gÇn ®óng x¸c suÊt ph¸ ho¹i cña kÕt cÊu. §ã lµ sù kÕt hîp lý t­ëng hãa tÝnh chÊt ph¸ ho¹i vµ sù biÓu diÔn ®¬n gi¶n hãa cña ph©n bè x¸c suÊt ®ång thêi cña c¸c biÕn. C¸c ph­¬ng ph¸p møc 3: Lµ c¸c ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n chÝnh x¸c x¸c suÊt ph¸ ho¹i cña kÕt cÊu víi m« t¶ ®Çy ®ñ mèi quan hÖ cña c¸c biÕn, ¶nh h­ëng ®Õn ph¶n øng cña kÕt cÊu c«ng tr×nh vµ cã xÐt ®Õn b¶n chÊt ph¸ ho¹i thùc cña kÕt cÊu. TÝnh to¸n kÕt cÊu theo møc 3 rÊt phøc t¹p ®ßi hái cã nhiÒu sè liÖu cho nªn ch­a ®­îc c¸c n­íc ¸p dông ®Ó tÝnh to¸n cho kÕt cÊu. B­íc chuyÓn tõ tÝnh kÕt cÊu theo tiÒn ®Þnh sang tÝnh to¸n kÕt cÊu theo ®é tin cËy víi c«ng cô to¸n häc cña x¸c suÊt thèng kª ®· ph¶n ¸nh ®­îc hiÖn t­îng tù nhiªn mang tÝnh ngÉu nhiªn cña c¸c ®¹i l­îng t¸c ®éng ®Õn kÕt cÊu c«ng tr×nh. Tuy nhiªn trong thùc tÕ nhiÒu tr­êng hîp kh«ng cã ®Çy ®ñ sè liÖu ®Ó xö lý thèng kª hay tËp sè liÖu kh«ng thÓ ¸p dông vµo mét quy luËt thèng kª nµo v× kh«ng ®¸p øng ®­îc c¸c tiªu chuÈn cña lý thuyÕt thèng kª ng­êi ta sö dông mét c«ng cô t­¬ng ®èi m¹nh hiÖn nay lµ ‘’ Lý thuyÕt tËp mê’’ ®Ó ph©n tÝch tÝnh to¸n møc ®é an toµn cho kÕt cÊu c«ng tr×nh nãi riªng vµ hÖ thèng kü thuËt bÊt kú nµo ®ã nãi chung. Lý thuyÕt tËp mê ®­îc ra ®êi tõ n¨m 1965. Gi¸o s­ ng­êi Mü, Lotfi Zadeh ë tr­êng §¹i häc California lµ ng­êi cã bµi b¸o ®Çu tiªn vÒ Lý thuyÕt tËp mê (Fuzzy Set Theory) vµ ®· ®­a ra kh¸i niÖm vÒ logic mê (Fuzzy Logic), ®Æt nÒn mãng cho viÖc x©y dùng c¸c lý thuyÕt quan träng kh¸c dùa trªn c¬ së lý thuyÕt tËp mê vµ logic mê. Lý thuyÕt tËp mê víi ®Æc ®iÓm quan träng lµ ®Ò xuÊt sö dông hµm thuéc (Membership Functions) vµ tiÕp ®ã lµ c¸c phÐp to¸n mê ®Ó xö lý nh÷ng th«ng tin "kh«ng ch¾c ch¾n" hay kh«ng ®Çy ®ñ, nh÷ng th«ng tin mµ sù chÝnh x¸c cña nã chØ nhËn thÊy ®­îc gi÷a c¸c quan hÖ cña chóng víi 10 nhau vµ trong kh¸ nhiÒu tr­êng hîp còng chØ cã thÓ m« t¶ ®­îc b»ng ng«n ng÷, ®Ó cho ra nh÷ng quyÕt ®Þnh chÝnh x¸c. Cã thÓ nãi logic mê vµ lý thuyÕt tËp mê lµ mét c«ng cô to¸n häc “m¹nh’’ dïng ®Ó m« t¶ vµ xö lý c¸c th«ng tin kh«ng chÝnh x¸c, mang tÝnh nhËp nh»ng (Vague), mê (Fuzzy). C¸c nhµ khoa häc ®· ®¸nh gi¸ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña Zadeh lµ mét thµnh tùu khoa häc quan träng, lµm c¬ së ®Ó gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò phøc t¹p trong thùc tÕ. Trªn c¬ së néi dung c¬ b¶n vÒ lý thuyÕt tËp mê mµ Zadeh ®· c«ng bè, c¸c nhµ nghiªn cøu trong lÜnh vùc kü thuËt ®· tËp trung nghiªn cøu ph©n tÝch c¸c bµi to¸n kü thuËt trong tr­êng hîp kÓ ®Õn tÝnh kh«ng ch¾c ch¾n, kh«ng chÝnh x¸c cña c¸c ®¹i l­îng t¸c ®éng ®Õn bµi to¸n, vµ ®· ®­a ra c¸c c«ng bè khoa häc cã gi¸ trÞ. NhiÒu bµi b¸o vµ c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu ®Ò cËp ®Õn viÖc øng dông lý thuyÕt tËp mê ®· lÇn l­ît ra ®êi trªn nhiÒu lÜnh vùc khoa häc nh­: lý thuyÕt tËp mê ¸p dông cho c¸c hÖ ®iÒu khiÓn(Application of fuzzy set theory to control systems, Mamdani, 1997); Trong y häc chÈn ®o¸n ng­êi ta còng b¾t ®Çu ¸p dông lý thuyÕt tËp mê ®Ó xö lý c¸c th«ng tin kh«ng chÝnh x¸c (The Application of fuzzy set theory to medical diagnosis, Fordon & Bezdek, 1979); §ång thêi ®· cã nh÷ng øng dông cña tËp mê trong dù b¸o khÝ t­îng vµo n¨m 1983(Some application of fuzzy set of meteroiogical forecasting, Cao & Chen, 1983),…Lý thuyÕt tËp mê ®­îc ¸p dông tr­íc triªn trong kü thuËt ®iÖn, ®iÖn tö, ®iÒu khiÓn tù ®éng, tiÕp theo trong hÇu hÕt c¸c ngµnh kü thuËt, ë c¸c møc ®é nhiÒu Ýt kh¸c nhau. Ngµnh x©y dùng cã nh÷ng nghiªn cøu ban ®Çu øng dông lý thuyÕt tËp mê vµo n¨m 1970. C¸c c«ng tr×nh tiÕp theo liªn quan ®Õn ®¸nh gi¸ ®é tin cËy mê ®­îc hiÖn vµo c¸c n¨m 1979, 1989, 1990, 1997, 2003, vµ cho ®Õn nay cã hµng lo¹t bµi b¸o c«ng bè c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu øng dông. C¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ ®é tin cËy mê cña kÕt cÊu c«ng tr×nh tr­íc tiªn tËp trung ë c¸c n­íc Anh, Mü, Trung Quèc, §µi loan, Hµn Quèc, §øc, BØ nh­: Sö dông lý thuyÕt tËp mê ®¸nh gi¸ sù an toµn cña c«ng tr×nh ®ang 11 sö dông [107]; §¸nh gi¸ ®é tin cËy cña kÕt cÊu dùa trªn lý thuyÕt tËp mê [91]; Mét phÐp ®o ®é tin cËy mê cho c«ng tr×nh [103]; Néi dung cña lý thuyÕt tËp mê vµ øng dông cña lý thuyÕt tËp mê [89]; M« h×nh håi quy tuyÕn tÝnh sö dông c¸c hÖ sè cña ph­¬ng tr×nh håi quy lµ c¸c sè mê tam gi¸c [92]; Sö dông ph­¬ng ph¸p thùc nghiÖm ®Ó ph©n tÝch ®é tin cËy mê trong c¬ häc kÕt cÊu [94]; §¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu trheo quan ®iÓm ngÉu nhiªn mê [83]; Mét ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh chØ sè ®é tin cËy cña hÖ cã tham sè ph©n phèi [96]; Sö dông ph­¬ng ph¸p nh·n mê ®Ó x©y dùng hµm tr¹ng th¸i giíi h¹n mê [90]; Sö dông lý thuyÕt tËp m¬ hå ph©n tÝch ®é tin cËy mê hÖ thèng [104]; Trong [84] tr×nh bµy tÝnh kh«ng ch¾c ch¾n d­íi d¹ng ngÉu nhiªn-mê cña c¸c ®¹i l­îng trong c«ng tr×nh d©n dông vµ c¬ häc tÝnh to¸n. Sau ®ã nh÷ng c«ng tr×nh nghiªn cøu øng dông lý thuyÕt tËp mê trong x©y dùng ®­îc ph¸t triÓn ë nhiÒu n­íc kh¸c trong ®ã cã ViÖt Nam. ë ViÖt Nam qu¸ tr×nh nghiªn cøu vµ ¸p dông lý thuyÕt ®é tin cËy ngµy cµng ®­îc nhiÒu nhµ khoa häc quan t©m nghiªn cøu. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, lý thuyÕt ®é tin cËy vµ tuæi thä c«ng tr×nh ®· ®­îc ®­a vµo gi¶ng d¹y ë bËc ®¹i häc vµ sau ®¹i häc. §Ó phôc vô cho c«ng t¸c gi¶ng d¹y vµ nghiªn cøu, nhiÒu t¸c gi¶ ®· biªn so¹n kh¸ chi tiÕt nh÷ng bµi gi¶ng vµ s¸ch vÒ lý thuyÕt ®é tin cËy [26], [31], [37], [43]. C¸c nhµ khoa häc cã nhiÒu nghiªn cøu c«ng bè trong lÜnh vùc tÝnh to¸n kÕt cÊu theo m« h×nh thèng kª vµ ®¸nh gi¸ an toµn theo lý thuyÕt ®é tin cËy ë ViÖt Nam nh­ Ph¹m Kh¾c Hïng, NguyÔn V¨n Phã, Phan V¨n Kh«i, Lª Xu©n Huúnh, NguyÔn H÷u Léc, Lª Ngäc Th¹ch, NguyÔn Xu©n ChÝnh, NguyÔn ViÕt Trung,…, cïng c¸c nhµ nghiªn cøu kh¸c ®· cã nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu vµ ®ãng gãp ®¸ng kÓ cho lÜnh vùc ®é tin cËy cho kÕt cÊu c«ng tr×nh vµ c¸c hÖ thèng kü thuËt. §ång thêi nhiÒu t¸c gi¶ thùc hiÖn c¸c luËn ¸n tiÕn sü, luËn v¨n th¹c sü víi néi dung nghiªn cøu vÒ lý thuyÕt ®é tin cËy trong c«ng tr×nh x©y dùng nh­ luËn ¸n tiÕn sü vÒ ®Ò tµi: X¸c ®Þnh ®é tin cËy cña c«ng tr×nh d¹ng 12 hÖ thanh trùc giao chÞu t¸c dông cña t¶i träng ®éng ngÉu nhiªn [22], lµ luËn ¸n ®Çu tiªn ë ViÖt Nam tiÕp cËn víi vÊn ®Ò ph©n tÝch dao ®éng cña kÕt cÊu chÞu t¶i träng lµ qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn. LuËn ¸n ®­îc trÝch dÉn lµm tµi liÖu tham kh¶o cña nhiÒu c«ng tr×nh khoa häc liªn quan ®Õn vÊn ®Ò ®¸nh gi¸ ®é tin cËy cña kÕt cÊu. Trong [6] t¸c gi¶ tr×nh bµy ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ ®é tin cËy cña khung bª t«ng cèt thÐp theo tiªu chuÈn ViÖt Nam; Trong [74] tr×nh bµy c¸c øng dông cña lý thuyÕt ®é tin cËy vµo bµi to¸n thiÕt kÕ c«ng tr×nh; §é tin cËy cña kÕt cÊu nhÞp dÇm hép bª t«ng øng lùc tr­íc ®­îc nghiªn cøu chi tiÕt trong [50], néi dung tr×nh bµy ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ ®é tin cËy theo ®iÒu kiÖn c­êng ®é chÞu uèn vµ c¾t; Trong [76] tr×nh bµy ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ chÊt l­îng kÕt cÊu c«ng tr×nh chÞu t¸c ®éng khÝ hËu ven biÓn miÒn trung ViÖt Nam; T¸c gi¶ trong [41] tr×nh bµy c¸ch tÝnh x¸c suÊt kh«ng háng cña hÖ thanh cã kÓ ®Õn ®ång thêi c¸c yÕu tè ngÉu nhiªn vÒ vËt liÖu, h×nh häc cña kÕt cÊu vµ t¶i träng; Mét c¸ch tÝnh ®é tin cËy cña c«ng tr×nh phô thuéc vµo thêi gian ®­îc c¸c t¸c gi¶ tr×nh bµy t­¬ng ®èi chi tiÕt trong [48]; vµ rÊt nhiÒu c¸c luËn v¨n th¹c sü vµ bµi b¸o c«ng bè liªn quan ®Õn ®é tin cËy cña c«ng tr×nh [1], [20], [24], [32], [36], [47], [59]. Cïng víi h­íng ph¸t triÓn nghiªn cøu vÒ lý thuyÕt tÝnh to¸n ®é tin cËy cã kÓ ®Õn c¸c tham sè mê cña c«ng tr×nh ë trªn thÕ giíi th× c¸c nhµ khoa häc ë ViÖt Nam còng kh«ng ngõng më réng h­íng nghiªn cøu vÒ lý thuyÕt ®é tin cËy trong tr­êng hîp thiÕu th«ng tin hay th«ng tin kh«ng râ rµng, kh«ng chÝnh x¸c mµ kh«ng thÓ m« t¶ ®­îc quy luËt ph©n bè x¸c suÊt cña c¸c ®¹i l­îng nghiªn cøu theo c«ng cô to¸n häc cña x¸c suÊt thèng kª. Lý thuyÕt tËp mê ®­îc c¸c nhµ khoa häc sö dông nh­ lµ mét c«ng cô kh«ng thÓ thiÕu ®­îc ®Ó ph©n tÝch vµ ®¸nh gi¸ ®é tin cËy mê cho kÕt cÊu c«ng tr×nh kÓ tõ n¨m 2003 cho ®Õn hiÖn nay. Trong thêi gian qua, nhiÒu nhµ khoa häc ViÖt Nam nh­ NguyÔn V¨n Phã, Lª Xu©n Huúnh, Lª Ngäc Th¹ch, Bïi §øc ChÝnh, NguyÔn §×nh X©n,..., ®· cã nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu øng dông Lý thuyÕt tËp mê ®Ó ph©n tÝch vµ tÝnh to¸n ®é tin cËy cã xÐt ®Õn c¸c yÕu tè mê t¸c ®éng ®Õn kÕt cÊu c«ng tr×nh: C¬ häc trong ®iÒu kiÖn 13 th«ng tin mê [44]; Bµi to¸n chÈn ®o¸n kü thuËt c«ng tr×nh trong ®iÒu kiÖn th«ng tin mê [46]; Mét ph­¬ng ph¸p tÝnh ®é tin cËy cña c«ng tr×nh cã biÕn mê tham gia [45]; Mét sè d¹ng hµm thuéc vµ øng dông trong chÈn ®o¸n c«ng tr×nh [5]; øng dông lý thuyÕt tËp mê ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu [25]; Kh¶ n¨ng øng dông lý thuyÕt mê ®¸nh gi¸ chÊt l­îng c«ng tr×nh x©y dùng [27]; §ång thêi cã c¸c luËn ¸n tiÕn sü vµ luËn v¨n th¹c sü nghiªn cøu liªn quan ®Õn tÝnh to¸n ®é tin cËy mê cña kÕt cÊu c«ng tr×nh. TÝnh to¸n ®é tin cËy cña kÕt cÊu theo lý thuyÕt tËp mê [78], lµ luËn ¸n tiÕn sÜ ®Çu tiªn ë ViÖt Nam sö dông lý thuyÕt tËp mê ®Ó ®¸nh gi¸ ®é tin cËy cña kÕt cÊu, ®­îc c«ng bè n¨m 2006; Cho ®Õn nay, NCS ch­a thÊy cã luËn ¸n kh¸c ®­îc c«ng bè ë ViÖt Nam vÒ viÖc ¸p dông lý thuyÕt tËp mê ®¸nh gi¸ ®é tin cËy cña kÕt cÊu, cã rÊt Ýt luËn ¸n víi néi dung nghiªn cøu ¸p dông lý thuyÕt tËp mê trong ngµnh kü thuËt x©y dùng [10], [34]. øng dông lý thuyÕt tËp mê trong viÖc ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu ngµy cµng ®­îc quan t©m, dùa trªn c¬ së lý thuyÕt tËp mê ViÖt Nam ®· ban hµnh Tiªu ChuÈn chØ dÉn c¸ch ®¸nh gi¸ møc ®é nguy hiÓm cña kÕt cÊu nhµ [65], hiÖn nay mét sè NCS ®ang thùc hiÖn luËn ¸n nghiªn cøu ®¸nh gi¸ ®é tin cËy cña kÕt cÊu c«ng tr×nh theo lý thuyÕt tËp mê. B­íc chuyÓn tõ m« h×nh ph©n tÝch ®¸nh gi¸ ®é tin cËy cña kÕt cÊu theo quan ®iÓm tiÒn ®Þnh sang m« h×nh ph©n tÝch ®¸nh gi¸ theo quan ®iÓm ngÉu nhiªn vµ tiÕp ®ã lµ quan ®iÓm mê cho thÊy c¸c b­íc thay ®æi vÒ m« h×nh ®¸nh gi¸ cña bµi to¸n ®é tin cËy. §Ó thÊy râ h¬n c¸c m« h×nh ®¸nh gi¸, d­íi ®©y, NCS ph©n tÝch mét sè ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ ®é tin cËy cña kÕt cÊu theo m« h×nh ngÉu nhiªn vµ m« h×nh mê. 1.3. Ph©n tÝch c¸c m« h×nh ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu theo quan ®iÓm ngÉu nhiªn vµ mê ViÖc ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu theo m« h×nh tiÒn ®Þnh ®­îc thùc hiÖn mét c¸ch ®¬n gi¶n, kh«ng ph¶n ¸nh ®­îc ®Çy ®ñ sù lµm 14 viÖc cña kÕt cÊu. §Ó cã thÓ ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu mét c¸ch toµn diÖn h¬n khi xÐt ®Õn sù ¶nh h­ëng cña c¸c yÕu tè mang tÝnh ngÉu nhiªn, kh«ng râ rµng hay kh«ng ch¾c ch¾n, ng­êi ta dïng c¸c m« h×nh ®¸nh gi¸ theo quan ®iÓm ngÉu nhiªn cña lý thuyÕt x¸c suÊt thèng kª hoÆc theo quan ®iÓm mê cña lý thuyÕt tËp mê. 1.3.1. M« h×nh ngÉu nhiªn §¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu theo quan ®iÓm ngÉu nhiªn, víi quan niÖm hai tËp Q vµ R mang b¶n chÊt ngÉu nhiªn, viÖc ®¸nh gi¸ thùc hiÖn theo lý thuyÕt x¸c suÊt, sè liÖu ®Çu vµo bªn trong vµ t¸c ®éng bªn ngoµi lªn kÕt cÊu ®­îc xö lý theo thèng kª to¸n häc. KÕt qu¶ ®¸nh gi¸ thÓ hiÖn qua x¸c suÊt cña kho¶ng an toµn Prob(M=R-Q>0) hoÆc x¸c suÊt ph¸ ho¹i Prob(M=R-Q<0). §¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu theo m« h×nh ngÉu nhiªn tiÕn bé so víi m« h×nh tiÒn ®Þnh lµ ë chç xÐt ®ång thêi c¸c sai lÖch, ph©n t¸n gi¸ trÞ cña c¸c tham sè, chø kh«ng xö lý ¸p ®Æt gi¸ trÞ trung b×nh cã ®iÒu chØnh bëi c¸c hÖ sè ®èi víi c¸c ®¹i l­îng Q vµ R. Cã thÓ ph©n tÝch vµ ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu theo quan ®iÓm ngÉu nhiªn víi c¸c ph­¬ng ph¸p xÊp xØ hay c¸c ph­¬ng ph¸p m« pháng vµ bÒ mÆt ®¸p øng. D­íi ®©y NCS chØ tr×nh bµy tãm t¾t mét sè ph­¬ng ph¸p th­êng ®­îc sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu theo m« h×nh ngÉu nhiªn. 1.3.1.1. Ph­¬ng ph¸p chung Nh­ ®· ph©n tÝch ë trªn, ngay c¶ khi gi¸ trÞ trung b×nh cña hiÖu øng t¶i träng nhá h¬n gi¸ trÞ trung b×nh cña søc bÒn(kh¶ n¨ng) th× h­ háng vÉn cã thÓ x¶y ra do tÝnh ngÉu nhiªn cña hiÖu øng t¶i träng còng nh­ cña biÕn søc bÒn. §Ó mang tÝnh tæng qu¸t, ta cã thÓ hiÓu ‘’søc bÒn’’ kh«ng chØ lµ søc bÒn vÒ mÆt c¬ häc mµ lµ sè ®o kh¶ n¨ng cña hÖ chèng l¹i c¸c t¸c ®éng lªn hÖ ®Ó cã thÓ kh«ng bÞ h­ háng hay ph¸ ho¹i ë tr¹ng th¸i ®ang kh¶o s¸t. T¸c ®éng ë ®©y ®­îc hiÓu lµ tËp hîp tÊt c¶ c¸c yÕu tè g©y ra tr¹ng th¸i (hiÖu øng) cã thÓ dÉn ®Õn lµm h­ háng cho hÖ. Ngoµi ra ®èi víi mét hÖ kÕt cÊu c«ng tr×nh khi nã ®¹t hay v­ît mét tr¹ng th¸i giíi h¹n qui ®Þnh nµo ®ã 15 ta nãi kÕt cÊu ®ã bÞ ‘’h­ háng’’[31]. H×nh 1.1 biÓu diÔn s¬ ®å ph­¬ng ph¸p chung ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu theo quan ®iÓm ngÉu nhiªn. ThiÕt kÕ kÕt cÊu c«ng tr×nh theo m« h×nh x¸c suÊt ®ßi hái ph¶i cã th«ng tin vÒ quy luËt ph©n phèi cña hai tËp hiÖu øng t¶i träng vµ tËp søc bÒn (kh¶ n¨ng) cña kÕt cÊu. Khi tÝnh to¸n hiÖu øng t¶i träng vµ søc bÒn cña kÕt cÊu cÇn cã sè liÖu thèng kª vÒ t¶i träng vµ sè liÖu thèng kª cña søc bÒn ®ång thêi kÓ tíi c¸c ph©n phèi x¸c suÊt cña c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn hiÖu øng t¶i träng vµ søc bÒn. B»ng c¸ch thu thËp mét l­îng th«ng tin ®ñ lín cña c¸c ®¹i l­îng ngÉu nhiªn vµ xö lý thèng kª ng­êi ta nhËn ®­îc ph©n phèi x¸c suÊt cña hiÖu øng t¶i träng vµ cña søc bÒn. Sau ®ã dïng c¸c ph©n phèi x¸c suÊt nµy ®Ó x¸c ®Þnh ®é tin cËy cña phÇn tö, cña hÖ dùa trªn c¸c chØ tiªu an toµn, quan hÖ PhÇn tö-HÖ vµ c¬ së lý thuyÕt tÝnh to¸n ®é tin cËy. Sè liÖu thèng kª vÒ t¶i träng Sè liÖu thèng kª vÒ søc bÒn Ph©n tÝch hiÖu øng t¶i träng C¸c biÕn c¬ b¶n ¶nh h­ëng ®Õn Q vµ R Ph©n tÝchsøc bÒn Ph©n phèi x¸c suÊt cña søc bÒn Ph©n phèi XS cña hiÖu øng t¶i träng Hµm mËt ®é søc bÒn fR(r) f(.) Hµm mËt ®é hiÖu øng t¶i träng fQ(q) 0 Q R Q, R TÝnh to¸n ®é tin cËy H×nh 1.1. S¬ ®å tÝnh ®é tin cËy theo lý thuyÕt XSTK 1.3.1.2. Ph­¬ng ph¸p møc 2 16 §Ó tÝnh x¸c suÊt an toµn cña phÇn tö kÕt cÊu, dùa trªn ®Þnh nghÜa vÒ kho¶ng an toµn M cña phÇn tö kÕt cÊu b»ng hiÖu sè gi÷a kh¶ n¨ng cña phÇn tö kÕt cÊu R vµ tr¹ng th¸i cña nã Q d­íi t¸c ®éng cña c¸c nguyªn nh©n g©y ra : M = R - Q (1.1) Trong tÝnh to¸n kÕt cÊu c¸c ®¹i l­îng R, Q lµ c¸c ®¹i l­îng ngÉu nhiªn cã quy luËt ph©n phèi chuÈn víi gi¸ trÞ trung b×nh R , Q vµ ®é lÖch chuÈn t­¬ng øng lµ  R ,  Q th× kho¶ng an toµn M còng lµ ®¹i l­îng ngÉu nhiªn cã d¹ng ph©n phèi chuÈn víi gi¸ trÞ trung b×nh M vµ ®é lÖch chuÈn t­¬ng øng lµ  M ®­îc x¸c ®Þnh: Gi¸ trÞ trung b×nh : M  R  Q (1.2) :  M   R2   Q2 §é lÖch chuÈn (1.3) NÕu gäi fQ(q) vµ fR(r) lÇn l­ît lµ hµm mËt ®é x¸c suÊt cña biÕn ngÉu nhiªn Q vµ R, ta cã thÓ lý gi¶i nguyªn nh©n g©y ph¸ ho¹i, trªn ®å thÞ thÓ hiÖn ë phÇn giao thoa cña hai ®­êng cong nh­ trªn h×nh 1.2. ý nghÜa h×nh häc cña x¸c suÊt ph¸ ho¹i vµ x¸c suÊt an toµn thÓ hiÖn qua hai phÇn diÖn tÝch ©m vµ d­¬ng cña ®­êng cong ®å thÞ hµm mËt ®é kho¶ng an toµn f(m), thÓ hiÖn nh­ h×nh 1.3. f M  R Q fR(r) fQ(q) Q R, Q R H×nh 1.2. M« h×nh giao thoa thÓ hiÖn x¸c suÊt kh«ng an toµn f(m)  M PS =1- Pf =  0 M m H×nh 1.3. ý nghÜa h×nh häc cña Pf vµ Ps 17 X¸c suÊt an toµn hay ®é tin cËy cña phÇn tö kÕt cÊu ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc :  Ps = Prob( M > 0 ) =  f (m)dm (1.4) 0 X¸c suÊt háng hay ®é kh«ng tin cËy cña phÇn tö kÕt cÊu ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : 0 Pf = Prob( M < 0 ) =  f (m)dm = 1- Ps (1.5)  X¸c suÊt háng Pf cã gi¸ trÞ b»ng diÖn tÝch ©m, phÇn h×nh g¹ch chÐo d­íi ®­êng cong mËt ®é f(m) thÓ hiÖn trªn h×nh 1.3. NÕu ®Æt tû sè :  M M (1.7) th× gi¸ trÞ  cho biÕt trÞ trung b×nh cña kho¶ng an toµn ( M ) n»m c¸ch xa ranh giíi an toµn hay ph¸ hñy bao nhiªu lÇn ®é lÖch chuÈn (  M ) cña nã. Gi¸ trÞ  cµng lín cho thÊy ®é tin cËy cµng cao, hay x¸c suÊt ph¸ ho¹i cµng thÊp. Do ®ã  ®­îc gäi lµ chØ sè ®é tin cËy hay còng ®­îc gäi lµ chØ sè an toµn[31]. Tuy nhiªn chØ trong tr­êng hîp ®¬n gi¶n nhÊt míi cã thÓ biÓu diÔn x¸c suÊt ph¸ ho¹i th«ng qua hai biÕn ngÉu nhiªn R vµ Q, th«ng th­êng kh«ng biÕt tr­íc hoÆc kh«ng cã biÓu thøc to¸n häc phï hîp cho luËt ph©n phèi cña R vµ Q th× ng­êi ta biÓu diÔn ph­¬ng tr×nh tr¹ng th¸i giíi h¹n hay hµm ph¸ hñy qua mét tËp X gåm n biÕn c¬ b¶n cã ¶nh h­ëng ®Õn ph¶n øng cña kÕt cÊu. Nh­ vËy ®iÒu kiÖn ph¸ ho¹i ®­îc viÕt thµnh : M = f(X1, X2,…, Xn) = f(X)  0 (1.8) Nãi chung hµm f cã thÓ d¹ng bÊt kú, sao cho M  0 øng víi tr¹ng th¸i ph¸ ho¹i vµ M > 0 øng víi tr¹ng th¸i an toµn. Ph­¬ng ph¸p møc 2 cho phÐp t×m xÊp xØ nghiÖm cña bµi to¸n ®é tin cËy. Ph­¬ng ph¸p møc 2 cã ®Ò cËp ®Õn tÝnh chÊt ngÉu nhiªn cho tÊt c¶ c¸c ®¹i l­îng tÝnh to¸n vµ xö lý th«ng tin trªn c¬ së thèng kª to¸n häc, cã xÐt ®Õn 18 tr¹ng th¸i cña phÇn tö hoÆc hÖ kÕt cÊu. C«ng cô to¸n häc chñ yÕu lµ lý thuyÕt x¸c suÊt vµ thèng kª, mét m« h×nh to¸n häc quen thuéc ®­îc ¸p dông réng r·i trong ngµnh kü thuËt x©y dùng. Thùc tÕ cã thÓ x¶y ra tr­êng hîp cã nh÷ng tËp sè liÖu kh«ng thÓ t×m cho nã mét quy luËt thèng kª theo c¸c tiªu chuÈn phï hîp quen thuéc cña lý thuyÕt thèng kª. Trong tr­êng hîp nh­ vËy c«ng cô to¸n häc thèng kª ch­a ®ñ ®iÒu kiÖn m« t¶ ®Ó tÝnh to¸n theo m« h×nh ngÉu nhiªn. Trong hoµn c¶nh ®ã ta cã thÓ xem nh­ th«ng tin kh«ng ch¾c ch¾n vµ t×m c¸ch tiÕp cËn tÝnh ®é tin cËy theo m« h×nh mê. 1.3.1.3. Ph­¬ng ph¸p tuyÕn tÝnh hãa tÝnh chØ sè tin cËy  Néi dung cña ph­¬ng ph¸p tuyÕn tÝnh hãa trong bµi to¸n ®é tin cËy lµ thay thÕ hµm ph¸ ho¹i víi c¸c biÕn ngÉu nhiªn phi tuyÕn bëi mét hµm tuyÕn tÝnh b»ng c¸ch khai triÓn Taylor t¹i "®iÓm" øng víi gi¸ trÞ trung b×nh cña c¸c biÕn ngÉu nhiªn vµ gi÷ l¹i c¸c sè h¹ng bËc nhÊt. Khi thùc hiÖn tuyÕn tÝnh hãa ta coi ®é biÕn thiªn c¸c tham sè ngÉu nhiªn lµ bÐ quanh gi¸ trÞ trung b×nh (kú väng). Nhê tuyÕn tÝnh hãa viÖc tÝnh to¸n ®é tin cËy trë nªn ®¬n gi¶n. NÕu kho¶ng an toµn M lµ mét hµm phi tuyÕn cña n ®¹i l­îng ngÉu nhiªn: M = f(X1, X2,...,Xn) (1.9) C¸c ®¹i l­îng ngÉu nhiªn cã kú väng t­¬ng øng lµ 1, 2,..., n vµ ma trËn c¸c hÖ sè t­¬ng quan: K 11 K 12 ...K 1n KM  K 21 K 22 ...K 2 n .................. K n1 K n 2 ...K nn §Ó t×m kú väng M vµ ph­¬ng sai DM cña M, ta khai triÓn Taylor hµm (1.9) t¹i c¸c ®iÓm trung b×nh (1, 2,..., n) vµ chØ gi÷ l¹i c¸c sè h¹ng bËc nhÊt. n M  f (1 ,  2 ,... n )   i 1 f X i ( X i  i ) i (1.10)