Streszczenie: Zasady projektowania konstrukcji budowlanych z uwzględnieniem aspektów ich niezawodności wg Eurokodu PN-EN 1990

Podobne dokumenty
PARAMETRY, WŁAŚCIWOŚCI I FUNKCJE NIEZAWODNOŚCIOWE NAPOWIETRZNYCH LINII DYSTRYBUCYJNYCH 110 KV

Słowa kluczowe: Eurokod, szeregowa struktura niezawodnościowa, wskaźnik niezawodności, kolokacja,

Instytut Politechniczny Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa. Diagnostyka i niezawodność robotów

Modelowanie niezawodności prostych struktur sprzętowych

Normy do projektowania nowych linii elektroenergetycznych

Funkcje charakteryzujące proces. Dr inż. Robert Jakubowski

Streszczenie. 3. Mechanizmy Zniszczenia Plastycznego

Analiza współzależności zjawisk

Inteligentna analiza danych

Sympozjum Trwałość Budowli

Rozdział 8. Regresja. Definiowanie modelu

KORELACJE I REGRESJA LINIOWA

Statystyka w pracy badawczej nauczyciela Wykład 4: Analiza współzależności. dr inż. Walery Susłow walery.suslow@ie.tu.koszalin.pl

Załącznik D (EC 7) Przykład analitycznej metody obliczania oporu podłoża

SIGMA KWADRAT. Weryfikacja hipotez statystycznych. Statystyka i demografia CZWARTY LUBELSKI KONKURS STATYSTYCZNO-DEMOGRAFICZNY

Rozkład normalny, niepewność standardowa typu A

166 Wstęp do statystyki matematycznej

DOKUMENTACJA SYSTEMU ZARZĄDZANIA LABORATORIUM. Procedura szacowania niepewności

Wnioskowanie statystyczne i weryfikacja hipotez statystycznych

Analiza niepewności pomiarów

Statystyka. Rozkład prawdopodobieństwa Testowanie hipotez. Wykład III ( )

ODRZUCANIE WYNIKÓW POJEDYNCZYCH POMIARÓW

Sprawdzenie narzędzi pomiarowych i wyznaczenie niepewności rozszerzonej typu A w pomiarach pośrednich

PODSTAWY OCENY WSKAŹNIKÓW ZAWODNOŚCI ZASILANIA ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ

WSKAZÓWKI DO WYKONANIA SPRAWOZDANIA Z WYRÓWNAWCZYCH ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH

Prawdopodobieństwo i rozkład normalny cd.

WYZNACZANIE NIEPEWNOŚCI POMIARU METODAMI SYMULACYJNYMI

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2014/2015

Statystyczna analiza awarii pojazdów samochodowych. Failure analysis of cars

Instytut Politechniczny Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa. Diagnostyka i niezawodność robotów

Procedura szacowania niepewności

Niezawodność i Diagnostyka

KOMPUTEROWA SYMULACJA PROCESÓW ZWIĄZANYCH Z RYZYKIEM PRZY WYKORZYSTANIU ŚRODOWISKA ADONIS

BŁĘDY W POMIARACH BEZPOŚREDNICH

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych

Testowanie hipotez statystycznych. Wprowadzenie

Statystyki: miary opisujące rozkład! np. : średnia, frakcja (procent), odchylenie standardowe, wariancja, mediana itd.

METODA PERT. Maciej Patan. Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych Uniwersytet Zielonogórski

Oszacowanie i rozkład t

Instytut Politechniczny Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa. Diagnostyka i niezawodność robotów

VI WYKŁAD STATYSTYKA. 9/04/2014 B8 sala 0.10B Godz. 15:15

Estymacja przedziałowa - przedziały ufności dla średnich. Wrocław, 5 grudnia 2014

Statystyka matematyczna dla leśników

Weryfikacja hipotez statystycznych, parametryczne testy istotności w populacji

Analiza wpływu przypadków obciążenia śniegiem na nośność dachów płaskich z attykami

Weryfikacja hipotez statystycznych. KG (CC) Statystyka 26 V / 1

Niezawodność w energetyce Reliability in the power industry

Informacje ogólne. Rys. 1. Rozkłady odkształceń, które mogą powstać w stanie granicznym nośności

Pochodna i różniczka funkcji oraz jej zastosowanie do obliczania niepewności pomiarowych

Inżynieria oprogramowania. Część 8: Metoda szacowania ryzyka - PERT

Wykład 10 Estymacja przedziałowa - przedziały ufności dla średn

Rozkład normalny. Marcin Zajenkowski. Marcin Zajenkowski () Rozkład normalny 1 / 26

Walidacja metod analitycznych Raport z walidacji

WSPÓŁCZYNNIK NIEPEWNOŚCI MODELU OBLICZENIOWEGO NOŚNOŚCI KONSTRUKCJI - PROPOZYCJA WYZNACZANIA

Wykład Centralne twierdzenie graniczne. Statystyka matematyczna: Estymacja parametrów rozkładu

WYMAGANIA Z MATEMATYKI NA POSZCZEGÓLNE OCENY KLASYFIKACYJNE DLA UCZNIÓW KLAS TRZECICH. Sposoby sprawdzania wiedzy i umiejętności uczniów

Zarządzanie projektami. Zarządzanie ryzykiem projektu

Pobieranie prób i rozkład z próby

Aproksymacja funkcji a regresja symboliczna

Zmienność wiatru w okresie wieloletnim

CZEŚĆ PIERWSZA. Wymagania na poszczególne oceny,,matematyka wokół nas Klasa III I. POTĘGI

LABORATORIUM 8 WERYFIKACJA HIPOTEZ STATYSTYCZNYCH PARAMETRYCZNE TESTY ISTOTNOŚCI

Wnioskowanie bayesowskie

Elektrotechnika I stopień (I stopień / II stopień) Ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny) Kierunkowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES)

STATYSTYKA MATEMATYCZNA WYKŁAD 4. WERYFIKACJA HIPOTEZ PARAMETRYCZNYCH X - cecha populacji, θ parametr rozkładu cechy X.

Określanie niepewności pomiaru

Dr inż. Paweł Fotowicz. Procedura obliczania niepewności pomiaru

Definicje i przykłady

Z52: Algebra liniowa Zagadnienie: Zastosowania algebry liniowej Zadanie: Operatory różniczkowania, zagadnienie brzegowe.

Szczegółowy program kursu Statystyka z programem Excel (30 godzin lekcyjnych zajęć)

Cechy eksploatacyjne statku. Dr inż. Robert Jakubowski

Wykład 3 Hipotezy statystyczne

according to pn-en 1990 standard

Statystyka i opracowanie danych Podstawy wnioskowania statystycznego. Prawo wielkich liczb. Centralne twierdzenie graniczne. Estymacja i estymatory

STATYSTYKA MATEMATYCZNA WYKŁAD 4. Testowanie hipotez Estymacja parametrów

Analiza nośności pionowej oraz osiadania pali projektowanych z wykorzystaniem wyników sondowań CPT

Niezawodność i Diagnostyka

w analizie wyników badań eksperymentalnych, w problemach modelowania zjawisk fizycznych, w analizie obserwacji statystycznych.

Zad. 4 Należy określić rodzaj testu (jedno czy dwustronny) oraz wartości krytyczne z lub t dla określonych hipotez i ich poziomów istotności:

Akademia Górniczo-Hutnicza Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki

STANY GRANICZNE KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH

Excel i VBA w analizach i modelowaniu finansowym Pomiar ryzyka. Pomiar ryzyka


PaleZbrojenie 5.0. Instrukcja użytkowania

Metody numeryczne. Sformułowanie zagadnienia interpolacji

Analiza nośności pionowej i osiadania grupy pali

Określenie maksymalnego kosztu naprawy pojazdu

BADANIE WYTRZYMAŁOŚCI NA ŚCISKANIE BETONU ELEMENTÓW MOSTU PRZEZ RZEKĘ BRZUŚNIĘ W UL. DWORSKIEJ W GŁOWNIE

Wyznaczanie budżetu niepewności w pomiarach wybranych parametrów jakości energii elektrycznej

Literatura. Leitner R., Zacharski J., Zarys matematyki wyŝszej dla studentów, cz. III.

Katalog wymagań na poszczególne stopnie szkolne klasa 3

Kontekstowe wskaźniki efektywności nauczania - warsztaty

PROJEKT STOPY FUNDAMENTOWEJ

Wnioskowanie statystyczne Weryfikacja hipotez. Statystyka

Jeśli wszystkie wartości, jakie może przyjmować zmienna można wypisać w postaci ciągu {x 1, x 2,...}, to mówimy, że jest to zmienna dyskretna.

Często spotykany jest również asymetryczny rozkład gamma (Г), opisany za pomocą parametru skali θ i parametru kształtu k:

Szczegółowy program kursu Statystyka z programem Excel (30 godzin lekcyjnych zajęć)

Sterowanie wielkością zamówienia w Excelu - cz. 3

Sterowanie procesem i jego zdolność. Zbigniew Wiśniewski

Transkrypt:

Streszczenie: W artykule omówiono praktyczne podstawy projektowania konstrukcji budowlanych wedłu Eurokodu PN-EN 1990. Podano metody i procedury probabilistyczne analizy niezawodności konstrukcji. Podano związek między prawdopodobieństwem zniszczenia (awarią wyczerpania nośności) a wskaźnikiem niezawodności. Przedstawiono przyjęte w Eurokodach standardy i wymaania związane z jakością konstrukcji budowlanych oraz zarządzanie ich niezawodnością. Słowa kluczowe: bezpieczeństwo konstrukcji, współczynnik niezawodności konstrukcji, stany raniczne nośności, standardy jakościowe konstrukcji Zasady projektowania konstrukcji budowlanych z uwzlędnieniem aspektów ich niezawodności w Eurokodu PN-EN 1990 Autor: prof. dr hab. inż. Antoni Bieus W metodach probabilistycznych analizy niezawodności konstrukcji budowlanych miarą bezpieczeństwa jest prawdopodobieństwo zawodności (awarii, wyczerpania nośności) p f, przy założonym modelu zniszczenia i odpowiednio przyjętym okresie eksploatacji obiektu. Wartości te oblicza się i porównuje z wartością docelową p 0. Jeśli prawdopodobieństwo zawodności p f < p 0, to konstrukcję uważa się za bezpieczną. Jest to najbardziej obiektywna miara ryzyka awarii konstrukcji budowlanych. Procedury probabilistyczneo sprawdzania bezpieczeństwa konstrukcji budowlanych można podzielić na dwie klasy: metody w pełni probabilistyczne (poziomu III), oraz metody niezawodności I rzędu (FORM first order reliability methods, poziomu II). Metody w pełni probabilistyczne (poziomu III) umożliwiają w zasadzie uzyskanie poprawneo rozwiązania problemu oceny niezawodności konstrukcji budowlanych. Metody te są jednak rzadko stosowane do kalibracji miar bezpieczeństwa w normach. Powodem jest brak niezbędnych do analiz probabilistycznych pełnych danych statystycznych dotyczących parametrów enerujących efekty obciążenia oraz nośności. Metody probabilistyczne poziomu II wykorzystują pewne dobrze zdefiniowane przybliżenia i pozwalają na uzyskanie wyników, które w większości przypadków zastosowań konstrukcyjnych moą być uważane za wystarczająco dokładne. Miarę niezawodności konstrukcji budowlanych w metodach poziomu III i poziomu II należy identyfikować z prawdopodobieństwem przetrwania (niezniszczenia) p s = (1 p f ),

dzie p f jest prawdopodobieństwem zniszczenia rozważanej postaci wyczerpania nośności, w zakresie odpowiednieo przedziału czasu (miara awaryjności). Jeśli oszacowane prawdopodobieństwo zniszczenia p f jest większe od ustalonej wartości docelowej p 0, to uważa się, że konstrukcja jest bezpieczna. Metody probabilistyczne poziomu II posłuują się alternatywną miarą bezpieczeństwa konstrukcji w postaci wskaźnika niezawodności β, związaneo z prawdopodobieństwem zniszczenia p f zależnością: p = φ( β ) (2.40) f dzie: φ funkcja prawdopodobieństwa standaryzowaneo rozkładu normalneo. Związek między wskaźnikiem niezawodności β i prawdopodobieństwem zniszczenia p f podano w tabeli 2.10., wartości docelowe wskaźnika niezawodności β dla elementów konstrukcyjnych klasy RC2 wedłu PN-EN 1990 podano zaś w tabeli 2.11. Tabela 2.10. Związek między prawdopodobieństwem zniszczenia p f i wskaźnikiem niezawodności β Awaryjność p f 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 Wskaźnik niezawodności β 1,28 2,32 3,09 3,72 4,27 4,75 5,20 Wartości wskaźnika niezawodności β i odpowiadające im prawdopodobieństwa zniszczenia p f są wartościami formalnymi lub pojęciowymi, których zadaniem jest służyć raczej jako narzędzie do opracowywania spójnych reuł wymiarowania, niż jako docelowy opis częstości zniszczenia konstrukcji. Tabela 2.11. Wartości docelowe wskaźnika niezawodności β elementów konstrukcyjnych klasy RC2 wedłu PN-EN 1990 Stan raniczny Docelowy wskaźnik niezawodności 1 rok 50 lat Nośności 4,7 3,8 Zmęczenia 1,5 do 3,8 * Użytkowalności (nieodwracalny) 2,9 1,5 * Zależy od stopnia inspekcji, możliwości reperacji i tolerancji uszkodzenia Wartości podane w tabeli 2.11. należy uważać za racjonalne wymaania minimalne, wynikające z obliczeń kalibracyjnych norm projektowania. W obliczeniach tych przyjmuje się zwykle w przypadku parametrów wytrzymałościowych i niepewności modelu rozkłady loarytmiczno-normalne lub Weibulla. Rozkłady normalne zakłada się zwykle w odniesieniu

do ciężaru własneo, a do obciążeń zmiennych rozkłady ekstremalne. Należy podkreślić, że obliczenia kalibracyjne wykazały duży rozrzut wartości, rodzaju komponentu konstrukcji i kwantyfikacji różnych niepewności. Wartość wskaźnika niezawodności 3,8 dla stanu raniczneo nośności przyjęta została w wielu zastosowaniach, dotyczących łównie nośności. Nie oznacza to jednak, że standardowe wymiarowanie zodnie z Eurokodami prowadzi do wartości wskaźnika niezawodności β równych lub bliskich takiemu założeniu. W rzeczywistości dotychczas nie oceniono Eurokodów z teo punktu widzenia. Niezawodność konstrukcji zależy od losoweo rozkładu dwóch podstawowych wielkości ją enerujących: nośności R( i efektów obciążeń E(. Aby szacować niezawodność, należy znać rozkłady losowej funkcji nośności f R i losowej funkcji efektów obciążeń f E (rys. 2.9.). Obie funkcje, obciążenie f E i nośność f R są losowymi funkcjami czasu. W probabilistycznym sensie niezawodność definiuje się jako prawdopodobieństwo, że konstrukcja jest zdolna przenieść obciążenia, które na nią działają, bez zniszczenia, w określonym przedziale czasu (z uwzlędnieniem funkcji czasu). Prawdopodobieństwo zniszczenia konstrukcji p f może być wyrażone za pomocą losowej funkcji jej stanu raniczneo ( (nazywaną również funkcją zapasu nośności lub funkcją niezniszczenia), tak sformułowanej, aby: dy ( > 0 konstrukcja była uważana za bezpieczną, a dy ( < 0 za niebezpieczną. Prawdopodobieństwo zniszczenia konstrukcji p f opisuje zależność: p f = Pr{ ( 0} (2.41) dzie Pr{.} prawdopodobieństwo. Losową funkcję stanu raniczneo (, pokazaną na rysunku 2.9., wyznacza się ze wzoru: ( = R( E( (2.42) dzie: R( losowa funkcja nośności, E( losowa funkcja efektu obciążeń. Konstrukcję określa się jako bezpieczną, dy: ( = R( E( > 0 (2.43) a w stanie awaryjnym, dy: ( = R( E( 0 (2.44)

Rys. 2.9. Analiza losowej funkcji stanu raniczneo konstrukcji Losowa funkcja stanu raniczneo konstrukcji ( może przybierać wartości dodatnie, ujemne i zero (patrz rys. 2.9.). Zakładając, że zmienne losowe nośności konstrukcji R( i jej losowych efektów obciążenia E( mają rozkłady normalne odpowiednio f R oraz f E, to zmienną losową stanu raniczneo ( opisuje również rozkład normalny f, wyrażony zależnością: f = s 1 ( ) e 2π 2 / 2 s (2.45) Parametry losowej funkcji stanu raniczneo, tj. wartość średnią i odchylenia standardowe s, oblicza się ze wzorów: (2.46) = R E s = s + s (2.47) 2 R 2 E dzie: R, E wartość średnia odpowiednio nośności i efektów obciążeń; s R, s E odchylenie standardowe odpowiednio nośności i efektów obciążeń. Niezawodność konstrukcji wyraża się przez prawdopodobieństwo, że funkcja stanu raniczneo ( nie przybierze ujemnych wartości (rys. 2.9.). Awaryjność (zawodność) konstrukcji (pole zakreskowane na rys. 2.9.) wyraża całka: 0 p f = f d (2.48) Alternatywnie niezawodność konstrukcji można oszacować, analizując, przy jakiej wartości β (patrz rys. 2.9.) funkcja stanu raniczneo ( przybiera wartość równą zeru, przyjmując jako miarę odchylenie standardowe zapasu nośności s. Należy więc rozwiązać równanie:

β = 0 (2.49) s Parametr β oblicza się więc ze wzoru: β = (2.50) s Określa się o wskaźnikiem niezawodności β (lub współczynnikiem ufności) i wyznacza ze wzoru: R E β = (2.51) 2 2 s R + s E Po obliczeniu wskaźnika niezawodności β, z tablic rozkładu normalneo można oszacować prawdopodobieństwo zniszczenia konstrukcji p f. Na rysunku 2.10. pokazano zależność prawdopodobieństwa zniszczenia konstrukcji p f w funkcji wskaźnika niezawodności β. Rys. 2.10. Zależność prawdopodobieństwa zniszczenia konstrukcji p f w funkcji wskaźnika niezawodności β Wskaźnik niezawodności β (2.51) stanowi obiektywną miarę bezpieczeństwa konstrukcji. Jeśli wskaźnik niezawodności β przybiera duże wartości, to konstrukcja ma większe bezpieczeństwo. Metody probabilistyczne analizy niezawodności konstrukcji budowlanych, wykorzystujące specyfikacje wedłu tabeli 2.11., są zalecane w postanowieniach PN-EN 1990 do kalibrowania miar niezawodności w inżynierskiej metodzie stanów ranicznych i współczynników częściowych. W tabeli 2.12. podano minimalne wartości wskaźnika niezawodności β u przypisane klasom niezawodności RC w stanach ranicznych nośności.

Przykładowo, w przypadku 50-letnieo okresu odniesienia w stanie ranicznym konstrukcji klasy niezawodności RC2, wskaźnik niezawodności β u = 3,8, któremu odpowiada prawdopodobieństwo zniszczenia p f = 0,00007. Tabela 2.12. Minimalne wartości wskaźnika niezawodności β u przypisane klasom niezawodności RCX w stanach ranicznych nośności wedłu PN-EN 1990 Minimalny wskaźnik niezawodności β u Klasa niezawodności dla okresu odniesienia 1 rok 50 lat RC3 5,2 4,3 RC2 4,7 3,8 RC1 4,2 3,3 Prezentowane podejście do analizy szacowania bezpieczeństwa konstrukcji umożliwia w sposób świadomy enerowanie zapasu nośności konstrukcji, w wyniku indywidualnie przyjmowaneo indeksu niezawodności β, w zależności od pronozowanych następstw zniszczenia ustroju. W zależności od skutków awarii (zarożenia dla ludzi, strat materialnych) można więc przyjąć optymalny w analizowanym obiekcie wskaźnik niezawodności β. Przedstawiona analiza szacowania bezpieczeństwa konstrukcji może być wykorzystana w pronozowaniu niezawodności nietypowych obiektów budowlanych (na przykład ekspertyzach obiektów projektowanych wedłu nieaktualnych obecnie przepisów normowych, obiektów niekonwencjonalnie obciążonych lub konstrukcji, których nośność została określona metodami eksperymentalnymi). Należy zwrócić uwaę, że rzeczywista częstość zniszczenia w znacznym stopniu zależy od błędu ludzkieo, który nie jest uwzlędniony w obliczeniach wedłu metody współczynników częściowych. Dlateo wskaźnik niezawodności β niekoniecznie zawiera wskazania o rzeczywistej częstości zniszczenia konstrukcji. Artykuł jest framentem książki VADEMECUM PROJEKTANTA tom 1. Podstawy projektowania konstrukcji budowlanych, Oficyna Wydawnicza POLCEN 2016.