Tính toán đường hầm theo độ tin cậy pptx

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
NGUYỄN VĂN HƯNG
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM
THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY
CÓ KỂ ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA NỀN
Chuyên ngành: Công trình ngầm, mỏ và các công trình đặc biệt
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội - Năm 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
NGUYỄN VĂN HƯNG
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM
THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY
CÓ KỂ ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA NỀN
Chuyên ngành: Công trình ngầm, mỏ và các công trình đặc biệt
Mã số: 60 58 50
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội - Năm 2013
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
Cán bộ hướng dẫn chính: GS. TS Đỗ Như Tráng
Cán bộ chấm phản biện 1:
Cán bộ chấm phản biện 2:
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
Ngày tháng năm 2013
Tôi xin cam đoan:
Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn
trung thực, của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và

pháp luật Việt Nam. Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.
NGUYỄN VĂN HƯNG
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Bản cam đoan
Mục lục
TÓM TẮT LUẬN VĂN 9
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU 10
DANH MỤC CÁC BẢNG 11
DANH MỤC HÌNH VẼ 16
MỞ ĐẦU 1
Chương 1 4
TỔNG QUAN VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA LÝ THUYẾT 4
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THEO ĐỘ TIN CẬY 4
1.1. Lịch sử phát triển của các lý thuyết tính toán kết câu xây dựng 4
1.3. Những công trình nghiên cứu về độ tin cậy của kết cấu công trình ở Việt Nam
[12] 10
1.4. Kết luận chương 1 13
13
Chương 2 14
CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỀN ĐỊNH 14
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM 14
2.1. Tải trọng tác dụng lên công trình ngầm 14
2.2. Các phương pháp tính toán áp lực đất đá 15
2.2.1. Khái niệm về áp lực đất đá 15
2.2.2. Các phương pháp nghiên cứu áp lực đất đá 15
2.2.3. Các phương pháp tính áp lực đất đá 16
2.3. Sự tác động tương hỗ giữa kết cấu vỏ hầm và khối địa tầng – Lực kháng đàn hồi
[10], [14] 27

2.4. Các phương pháp tiền định tính toán kết cấu công trình ngầm 30
2.4.1. Tổng quan về phương pháp tính toán kết cấu công trình ngầm 30
2.4.2. Một số phương pháp tính toán kết cấu công trình ngầm [2], [10],
[14],[16] 32
2.5. Kết luận chương 2 45
Chương 3 47
CƠ SỞ TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM 47
THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY 47
3.1. Độ tin cậy kết cấu công trình 47
3.1.1. Khái niệm 47
3.1.2. Xác suất không hỏng của kết cấu công trình 47
3.1.3. Các mức độ tin cậy của kết cấu công trình 48
3.1.4. Các phương pháp tính độ tin cậy của kết cấu công trình 49
3.1.5. Nhận xét các phương pháp tính độ tin cậy kết cấu công trình 58
3.2.1. Độ tin cậy kết cấu công trình ngầm 59
3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ tin cậy kết cấu công trình ngầm 60
3.2.3. Cơ sở ứng dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo tính toán độ
tin cậy kết cấu công trình ngầm 62
3.2.4. Ứng dụng mô phỏng Monte Carlo tính toán độ tin cậy kết cấu
công trình ngầm tiệm cận mức 3 68
3.3. Kết luận chương 3 73
Chương 4 74
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM THEO LÝ THUYẾT
ĐỘ TIN CẬY CÓ KỂ ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA NỀN 74
4.1. Thuật toán tiền định tính toán kết cấu công trình ngầm có kể đến sự làm việc của
nền 74
4.1.1. Chọn mô hình tính 74
4.1.2. Lời giải tiền định 74
4.2. Thuật toán tiền định tính toán cấu kiện bê tông cốt thép 80
4.2.1. Quy trình tính toán cấu kiện bê tông cốt thép 80

4.2.2. Phương pháp tính toán cấu kiện bê tông cốt thép 81
4.3. Ví dụ tính toán 85
4.3.1. Số liệu đầu vào 85
4.3.2. Tính toán tải trọng 86
4.3.3. Tính toán nội lực kết cấu 87
4.3.4. Tính toán bê tông cốt thép 88
4.3.5. Tính toán độ tin cậy của kết cấu 89
4.4. Kết luận chương 4 101
KẾT LUẬN 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Nguyễn Văn Hưng
Chuyên ngành: Công trình ngầm, mỏ và các công trình đặc biệt.
Khoá: 23
Cán bộ hướng dẫn: GS. TS Đỗ Như Tráng
Tên đề tài: Tính toán kết cấu công trình ngầm theo lý thuyết độ tin cậy
có kể đến sự làm việc của nền.
Tóm tắt:
Tính toán kết cấu công trình ngầm có kể đến sự làm việc của nền (tương
tác), có xét đến tính bất định của các số liệu thiết kế. Tính toán nội lực, và khả
năng chịu tải của kết cấu công trình ngầm là hàm của các biến ngẫu nhiên có
luật phân phối xác suất đã được xác định; từ đó tính toán độ tin cậy tiệm cận
mức 3.
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
B Khả năng chịu tải của kết cấu (sức bền)
C Ma trận hiệp phương sai của một tập biến ngẫu nhiên
Cov(X,Y) Hiệp phương sai (Covarian) của hai đại lượng ngẫu nhiên X, Y
E(X) Kỳ vọng toán của đại lượng ngẫu nhiên X
E

bt
Môđun đàn hồi của bê tông
E
o
Môđun đàn hồi của đất đá
F(x) Hàm phân phối xác suất của biến ngẫu nhiên X
f(x) Hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên X
f(x
1
,x
2
, ,x
n
) Hàm mật độ xác suất đồng thời của n biến ngẫu nhiên
K Hệ số kháng lực đàn hồi của đất đá
M Quãng an toàn
M
gh
Mô men uốn giới hạn
M
tt
Mô men uốn tính toán
P
f
Xác suất phá huỷ
P
S
Xác suất an toàn
R
a

Cường độ chịu kéo tính toán của thép
R
n
Cường độ chịu nén tính toán của bê tông
U Hiệu ứng tải trọng
Ф Hàm phân phối chuẩn hóa
β Chỉ số độ tin cậy
γ Trọng lượng riêng của đất đá
μ Hệ số Poisson
μ
(X)
Kỳ vọng của đại lượng ngẫu nhiên X
ω
f
Miền phá hủy
ω
s
Miền an toàn
σ
(X)
Độ lệch chuẩn của đại lượng ngẫu nhiên X
ρ
(X,Y)
Hệ số tương quan của hai đại lượng ngẫu nhiên X, Y
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Chương 4:
TÓM TẮT LUẬN VĂN 9
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU 10
DANH MỤC CÁC BẢNG 11

DANH MỤC HÌNH VẼ 16
MỞ ĐẦU 1
Chương 1 4
TỔNG QUAN VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA LÝ THUYẾT 4
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THEO ĐỘ TIN CẬY 4
1.1. Lịch sử phát triển của các lý thuyết tính toán kết câu xây dựng. 4
1.3. Những công trình nghiên cứu về độ tin cậy của kết cấu công trình ở Việt Nam
[12]. 10
1.4. Kết luận chương 1. 13
13
Chương 2 14
CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỀN ĐỊNH 14
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM 14
2.1. Tải trọng tác dụng lên công trình ngầm . 14
2.2. Các phương pháp tính toán áp lực đất đá. 15
2.2.1. Khái niệm về áp lực đất đá. 15
2.2.2. Các phương pháp nghiên cứu áp lực đất đá. 15
2.2.3. Các phương pháp tính áp lực đất đá. 16
Hình 2.1. Mô hình toàn bộ trọng lượng cột đất đá 17
Hình 2.2. Mô hình một phần trọng lượng cột đất đá 18
Hình 2.3. Vòm áp lực theo Protodjakonov 19
Hình 2.4. Đường đặc tính của địa tầng và vì chống 25
2.3. Sự tác động tương hỗ giữa kết cấu vỏ hầm và khối địa tầng – Lực kháng đàn hồi
[10], [14]. 27
Hình 2.5. Sơ đồ tác động lực kháng đàn hồi lên vỏ hầm 27
2.4. Các phương pháp tiền định tính toán kết cấu công trình ngầm. 30
2.4.1. Tổng quan về phương pháp tính toán kết cấu công trình ngầm. 30
2.4.2. Một số phương pháp tính toán kết cấu công trình ngầm [2], [10],
[14],[16]. 32
Hình 2.6: Cấu tạo và sơ đồ tính vòm thoải kê trực tiếp lên đá. 32

Hình 2.7: Sơ đồ làm việc của kết cấu công trình ngầm. 37
Hình 2.8: Sơ đồ tính vỏ hầm dạng vòm tường thẳng 38
Hình 2.9: Sơ đồ tính theo X.X. Đavưđov. 39
Hình 2.10: Sơ đồ tính theo phương pháp G.G. Zurabov và O.E. Bugaeva 40
Hình 2.11: Sơ đồ tính toán vỏ hầm bằng phương pháp thay thanh 41
Hình 2.12: Sơ đồ vỏ hầm dạng tròn 42
2.5. Kết luận chương 2. 45
Chương 3 47
CƠ SỞ TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM 47
THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY 47
3.1. Độ tin cậy kết cấu công trình. 47
3.1.1. Khái niệm. 47
3.1.2. Xác suất không hỏng của kết cấu công trình. 47
Hình 3.1: Quãng an toàn và chỉ số độ tin cậy. 48
3.1.3. Các mức độ tin cậy của kết cấu công trình. 48
3.1.4. Các phương pháp tính độ tin cậy của kết cấu công trình. 49
Hình 3.2: Sơ đồ phương pháp thiết kế theo độ tin cậy. 51
Hình 3.3: Xác định độ tin cậy bằng phương pháp hình học. 56
3.1.5. Nhận xét các phương pháp tính độ tin cậy kết cấu công trình. 58
3.2.1. Độ tin cậy kết cấu công trình ngầm. 59
3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ tin cậy kết cấu công trình ngầm. 60
3.2.3. Cơ sở ứng dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo tính toán độ
tin cậy kết cấu công trình ngầm. 62
Hình 3.4: Biểu diễn tích phân m chiều. 65
Hình 3.5: Biểu diễn tích phân m chiều trong hình hộp đơn vị. 66
3.2.4. Ứng dụng mô phỏng Monte Carlo tính toán độ tin cậy kết cấu
công trình ngầm tiệm cận mức 3. 68
3.3. Kết luận chương 3. 73
Chương 4 74
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM THEO LÝ THUYẾT

ĐỘ TIN CẬY CÓ KỂ ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA NỀN 74
4.1. Thuật toán tiền định tính toán kết cấu công trình ngầm có kể đến sự làm việc của
nền. 74
4.1.1. Chọn mô hình tính. 74
4.1.2. Lời giải tiền định. 74
Hình 4.1: Sơ đồ tính kết cấu công trình ngầm nguyên khối hình tròn. 76
Hình 4.2: Hệ cơ bản. 77


4.2. Thuật toán tiền định tính toán cấu kiện bê tông cốt thép. 80
4.2.1. Quy trình tính toán cấu kiện bê tông cốt thép. 80
4.2.2. Phương pháp tính toán cấu kiện bê tông cốt thép. 81
Hình 4.3: Sơ đồ tính cấu kiện bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn
83
Hình 4.4: Sơ đồ tính cấu kiện bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt kép.
84
4.3. Ví dụ tính toán. 85
4.3.1. Số liệu đầu vào. 85
!"#$%&'(
4.3.2. Tính toán tải trọng. 86
4.3.3. Tính toán nội lực kết cấu. 87
)*#+,-.#+%&/0%123&
()*#+,-4#567289'$23&
:;6.*#+
4.3.4. Tính toán bê tông cốt thép. 88
4.3.5. Tính toán độ tin cậy của kết cấu. 89
Hình 4.5: Sơ đồ khối tính độ tin cậy theo phương pháp Monte Carlo – cách
thứ nhất 96
Hình 4.6: Sơ đồ khối tính độ tin cậy theo phương pháp tích phân Monte Carlo
hàm mật độ xác suất đồng thời - tiệm cận mức 3 97

<$7=%*#$>?&79@$A
B9C$D%*EF3G-.5H..D.2I-G&#-JJF%*K$'
%LM
B9C$D%*EF3
4.4. Kết luận chương 4. 101
KẾT LUẬN 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO 104
DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Chương 2:
TÓM TẮT LUẬN VĂN 9
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU 10
DANH MỤC CÁC BẢNG 11
DANH MỤC HÌNH VẼ 16
MỞ ĐẦU 1
Chương 1 4
TỔNG QUAN VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA LÝ THUYẾT 4
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THEO ĐỘ TIN CẬY 4
1.1. Lịch sử phát triển của các lý thuyết tính toán kết câu xây dựng. 4
1.3. Những công trình nghiên cứu về độ tin cậy của kết cấu công trình ở Việt Nam
[12]. 10
1.4. Kết luận chương 1. 13
13
Chương 2 14
CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỀN ĐỊNH 14
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM 14
2.1. Tải trọng tác dụng lên công trình ngầm . 14
2.2. Các phương pháp tính toán áp lực đất đá. 15
2.2.1. Khái niệm về áp lực đất đá. 15
2.2.2. Các phương pháp nghiên cứu áp lực đất đá. 15

2.2.3. Các phương pháp tính áp lực đất đá. 16
Hình 2.1. Mô hình toàn bộ trọng lượng cột đất đá 17
Hình 2.2. Mô hình một phần trọng lượng cột đất đá 18
Hình 2.3. Vòm áp lực theo Protodjakonov 19
Hình 2.4. Đường đặc tính của địa tầng và vì chống 25
2.3. Sự tác động tương hỗ giữa kết cấu vỏ hầm và khối địa tầng – Lực kháng đàn hồi
[10], [14]. 27
Hình 2.5. Sơ đồ tác động lực kháng đàn hồi lên vỏ hầm 27
2.4. Các phương pháp tiền định tính toán kết cấu công trình ngầm. 30
2.4.1. Tổng quan về phương pháp tính toán kết cấu công trình ngầm. 30
2.4.2. Một số phương pháp tính toán kết cấu công trình ngầm [2], [10],
[14],[16]. 32
Hình 2.6: Cấu tạo và sơ đồ tính vòm thoải kê trực tiếp lên đá. 32
Hình 2.7: Sơ đồ làm việc của kết cấu công trình ngầm. 37
Hình 2.8: Sơ đồ tính vỏ hầm dạng vòm tường thẳng 38
Hình 2.9: Sơ đồ tính theo X.X. Đavưđov. 39
Hình 2.10: Sơ đồ tính theo phương pháp G.G. Zurabov và O.E. Bugaeva 40
Hình 2.11: Sơ đồ tính toán vỏ hầm bằng phương pháp thay thanh 41
Hình 2.12: Sơ đồ vỏ hầm dạng tròn 42
2.5. Kết luận chương 2. 45
Chương 3 47
CƠ SỞ TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM 47
THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY 47
3.1. Độ tin cậy kết cấu công trình. 47
3.1.1. Khái niệm. 47
3.1.2. Xác suất không hỏng của kết cấu công trình. 47
Hình 3.1: Quãng an toàn và chỉ số độ tin cậy. 48
3.1.3. Các mức độ tin cậy của kết cấu công trình. 48
3.1.4. Các phương pháp tính độ tin cậy của kết cấu công trình. 49
Hình 3.2: Sơ đồ phương pháp thiết kế theo độ tin cậy. 51

Hình 3.3: Xác định độ tin cậy bằng phương pháp hình học. 56
3.1.5. Nhận xét các phương pháp tính độ tin cậy kết cấu công trình. 58
3.2.1. Độ tin cậy kết cấu công trình ngầm. 59
3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ tin cậy kết cấu công trình ngầm. 60
3.2.3. Cơ sở ứng dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo tính toán độ
tin cậy kết cấu công trình ngầm. 62
Hình 3.4: Biểu diễn tích phân m chiều. 65
Hình 3.5: Biểu diễn tích phân m chiều trong hình hộp đơn vị. 66
3.2.4. Ứng dụng mô phỏng Monte Carlo tính toán độ tin cậy kết cấu
công trình ngầm tiệm cận mức 3. 68
3.3. Kết luận chương 3. 73
Chương 4 74
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM THEO LÝ THUYẾT
ĐỘ TIN CẬY CÓ KỂ ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA NỀN 74
4.1. Thuật toán tiền định tính toán kết cấu công trình ngầm có kể đến sự làm việc của
nền. 74
4.1.1. Chọn mô hình tính. 74
4.1.2. Lời giải tiền định. 74
Hình 4.1: Sơ đồ tính kết cấu công trình ngầm nguyên khối hình tròn. 76
Hình 4.2: Hệ cơ bản. 77
4.2. Thuật toán tiền định tính toán cấu kiện bê tông cốt thép. 80
4.2.1. Quy trình tính toán cấu kiện bê tông cốt thép. 80
4.2.2. Phương pháp tính toán cấu kiện bê tông cốt thép. 81
Hình 4.3: Sơ đồ tính cấu kiện bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn
83
Hình 4.4: Sơ đồ tính cấu kiện bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt cốt kép.
84
4.3. Ví dụ tính toán. 85
4.3.1. Số liệu đầu vào. 85
4.3.2. Tính toán tải trọng. 86

4.3.3. Tính toán nội lực kết cấu. 87
4.3.4. Tính toán bê tông cốt thép. 88
4.3.5. Tính toán độ tin cậy của kết cấu. 89
Hình 4.5: Sơ đồ khối tính độ tin cậy theo phương pháp Monte Carlo – cách
thứ nhất 96
Hình 4.6: Sơ đồ khối tính độ tin cậy theo phương pháp tích phân Monte Carlo
hàm mật độ xác suất đồng thời - tiệm cận mức 3 97
4.4. Kết luận chương 4. 101
KẾT LUẬN 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO 104
1
MỞ ĐẦU
Hiện nay ở Việt Nam, phương pháp chủ yếu và phổ biến tính toán kết
cấu là phương pháp trạng thái giới hạn. Phương pháp trạng thái giới hạn ấn
định các hệ số an toàn cho từng biến số, tức là xét ảnh hưởng của các đại
lượng kích thước hình học, cường độ vật liệu, tải trọng tác dụng… thông qua
hệ số an toàn, hệ số làm việc, hệ số về tầm quan trọng của công trình. Như
vậy, phương pháp trạng thái giới hạn đã cho phép xét đến sự làm việc đặc thù
của các kết cấu và có xét đến sự phân tán thực tế của các tham số tải trọng và
tính chất vật liệu. Tuy nhiên, các hệ số an toàn trên được sử dụng là có giá trị
không đổi dùng cho tính toán các kết cấu khác nhau, còn hệ số điều kiện làm
việc và hệ số tầm quan trọng của công trình là các giá trị được xác định trước
mà không phụ thuộc vào sự phân tán của các tham số tính toán, và các giá trị
này thường được rút ra theo kinh nghiệm.
Trong thực tế, quá trình khảo sát, thiết kế, thi công các công trình ta vẫn
thường xuyên tiếp xúc với các đại lượng ngẫu nhiên về vật liệu, hình học kết
cấu và tải trọng, đặc biệt với các công trình ngầm do điều kiện đặc biệt trong
thi công và sử dụng. Phương pháp độ tin cậy ra đời, nó cho phép xem xét toàn
diện hơn sự làm việc của kết cấu khi xét đến tính bất định của các biến thiết
kế và coi chúng là các đại lượng ngẫu nhiên. Nhưng việc nghiên cứu, tính

toán độ tin cậy của kết cấu công trình ngầm ở Việt Nam còn ít, chưa hoàn
thiện. Vì vậy, tính toán kết cấu công trình ngầm theo lý thuyết độ tin cậy là
cần thiết, đáp ứng cho đòi hỏi của thực tiễn đang đặt ra.
2
Mục tiêu của đề tài: Đề tài: ‘‘Tính toán kết cấu công trình ngầm theo
lý thuyết độ tin cậy có kể đến sự làm việc của nền’’ nghiên cứu các đặc trưng
mang tính ngẫu nhiên của các thông số đầu vào trong tính toán kết cấu công
trình ngầm có xét đến sự làm việc của nền; tính toán nội lực kết cấu công
trình ngầm dưới dạng hàm của các đại lượng ngẫu nhiên, từ đó đánh giá độ tin
cậy của kết cấu.
Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp lý thuyết, vận dụng lý
thuyết thực hành tính toán cho các bài toán thực tiễn.
Nội dung, phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết thuật toán tiền
định tính toán kết cấu công trình ngầm, lý thuyết tính toán độ tin cậy kết cấu
công trình. Xây dựng phương pháp tính toán độ tin cậy kết cấu công trình
ngầm khi số liệu đầu vào là các biến ngẫu nhiên, có luật phân phối đã được
xác định. Thực hành tính toán độ tin cậy theo phương pháp đã xây dựng khi
thuật toán tiền định có xét một phần sự làm việc của nền.
Cấu trúc luận văn: Luận văn gồm phần mở đầu, kết luận và 4 chương.
Nội dung cụ thể của các chương như sau.
Chương 1: Tổng quan về lịch sử phát triển của lý thuyết tính toán
kết cấu công trình theo độ tin cậy.
Chương này trình bày khái quát về lịch sử phát triển của các lý thuyết
tính toán kết cấu xây dựng, lịch sử phát triển của lý thuyết tính toán độ tin cậy
kết cấu xây dựng trên thế giới và ở Việt Nam.
Chương 2: Các phương pháp tiền định tính toán kết cấu công trình ngầm.
Chương 2 trình bày tổng quát về phương pháp tính áp lực đất đá, phương
pháp tính toán kết cấu công trình ngầm và tóm lược một số phương pháp tiền
định tính toán áp lực đất đá, một số phương pháp tiền định tính toán kết cấu
công trình ngầm đã và đang được áp dụng phổ biến.

Chương 3: Cơ sở tính toán kết cấu công trình ngầm theo lý thuyết độ tin cậy.
3
Chương này trình bày cơ sở lý thuyết tính toán độ tin cậy kết cấu công
trình; phân tích độ tin cậy của của kết cấu công trình ngầm, lựa chọn chỉ tiêu
đánh giá độ tin cậy của kết cấu công trình ngầm; phân tích các yếu tố ảnh
hưởng đến độ tin cậy của kết cấu công trình ngầm; xây dựng phương pháp
tính toán độ tin cậy kết cấu công trình ngầm với các biến ngẫu nhiên đầu vào
có luật phân phối xác định.
Chương 4: Tính toán kết cấu công trình ngầm theo lý thuyết độ tin cậy
có kể đến sự làm việc của nền.
Chương này lựa chọn và trình bày cụ thể một thuật toán tiền định tính
toán kết cấu công trình ngầm có xét đến sự làm việc của nền, tính toán độ tin
cậy của kết cấu theo phương pháp đã xây dựng trong chương 3 với các số liệu
cụ thể, và luật phân phối xác định trước của tất cả các biến ngẫu nhiên đầu vào.
Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Giáo sư, tiến sỹ Đỗ Như Tráng, tác
giả đã hoàn thành luận văn. Nhưng do kinh nghiệm, trình độ của bản thân còn
hạn chế, chắc chắn luận văn còn nhiều thiếu sót. Tác giả rất chân thành mong
muốn được sự thông cảm, chỉ dạy của các thầy, ý kiến đóng góp của đồng
nghiệp và bạn đọc.
4
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA LÝ THUYẾT
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THEO ĐỘ TIN CẬY
1.1. Lịch sử phát triển của các lý thuyết tính toán kết câu xây dựng.
Căn cứ vào các giai đoạn thay đổi qui phạm cùng với sự ra đời và phát
triển của công nghệ xây dựng, kỹ thuật tính toán kết cấu công trình xây dựng
có thể chia ra các thời kỳ sau [4], [11], [12]:
1. Từ 1945 trở về trước: phát triển lý thuyết tính toán theo ứng suất cho phép.
[σ] = R/k (1.1)
trong đó: R. Cường độ phá huỷ của vật liệu, xác định bằng thực nghiệm.

k. Hệ số lớn hơn đơn vị, còn gọi là hệ số an toàn.
2. Từ 1946-1955: Sử dụng phương pháp tải trọng phá huỷ.
Vẫn dùng hệ số an toàn có kể đến hiện tượng biến dạng dẻo của vật liệu
trong quá trình tăng tải.
3.Từ 1956-1970: Phát triển và tính toán theo trạng thái giới hạn.
∑
≤ ),(
1
2211
RmRm
n
Pk
ii
(1.2)
Thời kỳ đầu chủ yếu sử dụng 3 hệ số (tải trọng, kết cấu, điều kiện làm việc).
4. Từ 1962-1970: song song với lý thuyết tính toán theo trạng thái giới
hạn, phương pháp “bán xác suất” với 5 nhóm hệ số đã được đưa vào tính toán.
Trong 5 nhóm hệ số có 1 nhóm kể đến tính chất trọng yếu của công trình
(ngoài phạm vi kỹ thuật và kinh tế thông thường). Các nhóm hệ số này nói
chung được gọi là hệ số độ tin cậy. Giai đoạn này bắt đầu hình thành lý thuyết
độ tin cậy và dự báo tuổi thọ để tính toán công trình.
5
5. Từ 1966-1975: Hình thành và phát triển lý thuyết độ tin cậy.
6. Từ 1976-1990: Bước đầu áp dụng lý thuyết độ tin cậy tính toán kết
cấu công trình và nghiên cứu đưa vào áp qui phạm.
7. Từ 1991-nay: Đã tiến hành đưa vào một số qui phạm cho kết cấu công
trình chịu tải động chủ yếu mang tính chất ngẫu nhiên rõ rệt và thời gian khai
thác không quá dài, nhằm giảm chi phí lớn cho những công trình chất lượng,
đắt tiền.
Ở Việt Nam: Từ năm 1986 đến năm 1990 đã có các hội thảo về xây dựng

công trình chịu tác động của gió bão, động đất.
1990-1995: Hình thành nhóm nghiên cứu qui phạm tải trọng động của
gió theo quan điểm ngẫu nhiên. Cục đăng kiểm Việt Nam được nhà nước giao
nhiệm vụ chủ trì làm qui phạm cho kết cấu dàn khoan ngoài biển.
1994: Viện khoa học công nghệ xây dựng chủ trì đề tài biên soạn tiêu
chuẩn thiết kế nhà và công trình trong vùng có động đất.
2003: Viện khoa học công nghệ xây dựng chủ trì biên dịch tài liệu hướng
dẫn tính toán thiết kế công trình xây dựng theo tiêu chuẩn độ tin cậy.
2005: Viện khoa học công nghệ xây dựng hoàn thành việc biên dịch tài
liệu ISO-2394- Nguyên tắc chung về độ tin cậy của kết cấu xây dựng.
2006: Ban hành tiêu chuẩn TCXDVN 373:2006 Giám định kết cấu nhà.
2007: Hình thành nhóm nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ đánh giá kết cấu.
Như vậy, theo tiến trình phát triển của cơ học công trình, các mô hình
đánh giá sự an toàn hay hư hỏng của kết cấu được hình thành theo 3 quan
điểm cơ bản:
- Tính toán theo ứng suất cho phép (tiền định)
- Tính toán theo các trạng thái giới hạn (tiền định)
6
- Tính toán theo độ tin cậy (ngẫu nhiên)
Cùng với quá trình phát triển của các quan điểm này, việc tính toán kết
cấu công trình ngầm cũng có thể chia thành hai nhóm phương pháp cơ bản:
- Các phương pháp tiền định.
- Phương pháp tính toán theo độ tin cậy.
Ngày nay, phương pháp tính toán theo độ tin cậy đã chứng minh được
tính sát thực trong tính toán kết cấu và ngày càng có nhiều nghiên cứu khoa
học, xây dựng tiêu chuẩn tính toán độ tin cậy của các kết cấu xây dựng.
1.2. Sự phát triển về lý thuyết độ tin cậy của kết cấu công trình trên thế giới.
Để tính toán, đánh giá sự an toàn hay hư hỏng cho một cấu kiện hay cho
hệ kết cấu công trình trước hết phải thực hiện mô hình hóa đối với chúng, tức
là chọn sơ đồ tính toán với yêu cầu đủ đơn giản song phản ánh được các tính

chất cơ bản của hệ thực. Khi mô hình hóa, cần phải quan tâm đến ba nhóm
yếu tố có liên quan đến kích thước hình học, tính chất vật liệu và tải trọng tác
dụng. Việc đánh giá độ chính xác của mô hình được thực hiện trên cơ sở so
sánh kết quả lý thuyết với các kết quả thực nghiệm.
Trong tính toán và thiết kế công trình thường sử dụng các sơ đồ đơn giản
hóa trong đó các yếu tố kích thước hình học, tính chất vật liệu và tải trọng tác
dụng được coi là tiền định (không đổi). Tuy nhiên, thực tế thi công và khai
thác công trình dẫn đến sự sai lệch so với sơ đồ tính đã chọn. Sự sai lệch có
thể thuộc về bản chất hiện tượng hay do trình độ chế tạo và xây lắp. Ví dụ,
các tính chất vật liệu như mác bê tông, đặc trưng vật liệu thép hoặc kích
thước hình học của cấu kiện phụ thuộc vào quá trình thực hiện của con người
khi tạo ra cấu kiện đó. Tải trọng cũng thay đổi do quá trình sử dụng và các tải
trọng ngẫu nhiên khác tác dụng lên kết cấu công trình như sóng, gió, bom
đạn, động đất Về bản chất các yếu tố đó là những hiện tượng ngẫu nhiên,
chúng là các đại lượng hay quá trình ngẫu nhiên.