Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong thiết kế đê chắn sóng dạng thùng trìm cửa sông Mỹ Á - tỉnh Quảng Ngãi

i
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN CAM KẾT
Kính gửi: Ban Giám hiệu trường Đại học Thuỷ lợi
Phòng Đào tạo ĐH và Sau ĐH trường Đại học Thuỷ lợi.
Tên tôi là: Lê Văn Thủy
Học viên cao học lớp: 20BB
Chuyên ngành: Xây dựng công trình biển
Mã học viên: 1268054012
Theo Quyết định số 2278/QĐ-ĐHTL, của Hiệu trưởng trường Đại học Thuỷ
Lợi, về việc giao đề tài luận văn và cán bộ hướng dẫn cho học viên cao học khoá
20 đợt 2 năm 2014. Ngày 26 tháng 12 năm 2013, tôi đã được nhận đề tài: “Nghiên
cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong thiết kế đê chắn sóng dạng thùng trìm
cửa sông Mỹ Á - tỉnh Quảng Ngãi” dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS.
Thiều Quang Tuấn.
Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao
chép của ai. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin
được đăng tải trên các tài liệu và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo
của luận văn.
Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Người làm đơn



Lê Văn Thủy

ii
LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu, thực hiện luận văn Thạc sĩ với đề tài “Nghiên

cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong thiết kế đê chắn sóng dạng thùng trìm
cửa sông Mỹ Á - tỉnh Quảng Ngãi” tác giả đã hoàn thành theo đúng nội dung của đề
cương nghiên cứu, được Hội đồng Khoa học và Đào tạo của Khoa kỹ thuật Biển phê
duyệt. Luận văn được thực hiện với mục đích nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin
cậy trong thiết kế công trình đê chắn sóng dạng tường đứng.
Để có được kết quả như ngày hôm nay, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc tới PGS.TS. Thiều Quang Tuấn - Khoa Kỹ thuật biển - Trường Đại học Thủy lợi
đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và đóng góp các ý kiến quý báu trong suốt quá trình
thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình, sự hỗ trợ về mặt chuyên môn
và kinh nghiệm của các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật biển, Phòng Đào tạo Đại
học và sau đại học; tập thể lớp cao học 20BB- Trường Đại học Thuỷ lợi cùng toàn
thể gia đình và bạn bè đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt để
tác giả hoàn thành luận văn này.
Trong quá trình thực hiện luận văn, do thời gian và kiến thức còn hạn chế
nên chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, tác giả rất mong nhận
được sự đóng góp ý kiến của thầy cô, đồng nghiệp để giúp tác giả hoàn thiện về mặt
kiến thức trong học tập và nghiên cứu.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Tác giả



Lê Văn Thủy


iii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CHUNG 3
1. Giới thiệu chung lý thuyết độ tin cậy và ứng dụng thiết kế công trình biển 3
1.1. Giới thiệu chung về lý thuyết độ tin cây 3
1.2. Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong lĩnh vực xây dựng công trình 5
1.3. Phân tích đánh giá phương pháp thiết kế truyền thống và phương pháp
thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy 5
1.3.1. Phương pháp thiết kế truyền thống 5
1.3.2. Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên 7
1.4. Đánh giá ưu nhược điểm phương pháp thiết kế truyền thống và phương
pháp thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy 13
1.4.1. Phương pháp thiết kế theo truyền thống 13
1.4.2. Phương pháp thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy 14
1.5. Xây dựng cở sở lý thuyết độ tin cậy cấp độ I : 15
1.5.1 Ước lượng chỉ số độ tin cậy cho phép - xác xuất hư hỏng chấp nhận được 15
1.5.2. Hiệu chỉnh các hệ số an toàn thành phần 21
CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH CÁC CƠ CHẾ HƯ HỎNG ĐÊ CHẮN SÓNG 27
2.1. Cơ chế hư hỏng đê chắn sóng do nguyên nhân sóng tràn qua đê 27
2.2. Cơ chế hư hỏng đê chắn sóng do sóng truyền qua 28
2.3. Cơ chế hư hỏng đê chắn sóng do mất ổn định cấu kiện di hình bảo vệ mái: 31
2.4. Cơ chế hư hỏng đê chắn sóng do nguyên nhân mất ổn định lớp bệ đệm 33
2.5. Cơ chế hư hỏng do nguyên xói dưới nền phía trước bệ đệm 34
2.6. Phân tích các cơ chế hư hỏng đê chắn sóng do ổn định địa kỹ thuật 36
2.6.1. Cơ chế hư hỏng đê chắn sóng do nguyên nhân trượt phẳng trên bệ đệm . 36
2.6.2. Cơ chế hư hỏng đê chắn sóng do nguyên nhân trượt sâu 39
2.7. Cơ chế hư hỏng thùng trìm do nguyên nhân lật thùng trìm 41
2.8. Cơ chế hư hỏng do ứng suất vượt quá giới hạn cho phép 42
2.8.1. Phá hoại do nguyên nhân ứng suất tiếp đáy móng 42
2.8.2. Phá hoại do nguyên nhân ứng suất pháp đáy móng 43
iv
2.9. Cơ chế hư hỏng kết cấu thùng trìm do nguyên nhân momem uốn và lực cắt

sinh ra do tải trọng sóng 44
2.10. Cơ chế hư hỏng đê chắn sóng do hiện tượng ăn mòn bê tông cốt thép 45
2.11. Cơ chế hư hỏng đê chắn sóng do quá trình vận chuyển thùng trìm 45
2.12. Cơ chế hư hỏng đê chắn sóng do hiện tượng va đập cấu kiện di hình vào
thùng trìm 46
2.13. Cơ chế hư hỏng đê chắn sóng do hiện tượng va đập tầu thuyền 47
2.14. Cơ chế hư hỏng cấu kiện bảo vệ mái phía trong cảng 47
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY
TRONG THIẾT KẾ ĐÊ CHẮN SÓNG CỬA SÔNG MỸ Á. 53

3.1. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu 53
3.2. Phương án quy hoạch đê chắn sóng cửa sông Mỹ Á 55
3.2.1. Hiện trạng khu vực khi chưa có dự án 55
3.2.2. Quy hoạch tổng thể dự án 56
3.2.3. Quy hoạch đê chắn sóng giai đoạn II 57
3.3. Phân tích thông số điều kiện biên bài toán 58
3.3.1. Xác định cấp công trình thiết kế và tần suất thiết kế 58
3.3.2. Điều kiện biên thủy lực 59
3.3.3. Điều kiện biên địa chất 68
3.4. Phân tích lựa chọn hình thức kết cấu đê chắn sóng cho cửa sông Mỹ Á 68
3.4.1. Các hình thức kết cấu thường được sử dụng 68
3.4.2. Lựa chọn hình thức kết cấu 70
3.5. Xác đinh cao trình thùng trìm 70
3.5.1. Xác định cao trình đỉnh đê chắn sóng dựa trên tiêu chuẩn sóng tràn qua
công trình: 71
3.5.2. Xác định chiều cao đỉnh dựa trên tiêu chí sóng truyền qua công trình 73
3.5.3. Phân tích lựa chọn chiều cao lưu không đỉnh đê 76
3.6. Tính toán kích thước hình học thùng trìm 76
3.6.1. Chiều cao thùng trìm 76
3.6.2. Bề rộng thùng trìm 76

3.7. Tính toán thiết kế lớp phủ mái nghiêng phía bên ngoài 78
3.8. Tính toán thiết kế bệ đệm 82
v
3.9. Thiết kế lớp bảo vệ trước chân công trình 83
3.10. Tính toán ổn định trượt phẳng 86
3.11. Tính toán ổn định lật 86
3.12. Tính toán ổn định địa kỹ thuật công trình 87
3.12.1. Kiểm tra trượt gẫy khúc trên bệ đệm 87
3.12.2. Kiểm tra ổn định trượt gẫy khúc cắt qua bệ đệm 88
3.12.3. Kiểm tra ổn định trượt cung tròn 89
3.13. Tính toán trạng thái ứng suất nền móng công trình 93
3.13.1. Kiểm tra ứng suất tiếp 93
3.13.2. Kiểm tra ứng suất pháp trên bệ đệm 93
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO: 99
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 101


vi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Xác định xác xuất hư hỏng tối đa (NKB 1978): 18
Bảng 1.2. Xác định chỉ số độ tin cậy tối thiểu: 18
Bảng 1.3. Phân loại cấp độ hư hỏng theo EN code: 18
Bảng 1.4. Bảng chỉ số độ tin cậy tối thiểu theo cấp độ tin cậy với trạng thái ULS . 19
Bảng 1.5. Chỉ số độ tin cậy mục tiêu với cấp độ an toàn RC2 19
Bảng 1.6. Chỉ số độ tin cậy mục tiêu theo mức độ an toàn trong 50 năm tuổi thọ 19
Bảng 1.7: Chỉ số độ tin cậy mục tiêu theo Tiêu chuẩn PIANC WG 28 20
Bảng 1.8. Hệ số
0
H

γ
đối với cấp độ an toàn trung bình trong trạng thái ULS và cấp
độ an toàn cao trong trạng thái SLS. 24
Bảng 1.9. Hệ số hiệu chỉnh cho ảnh hưởng của tuổi thọ công trình mong muốn 24
Bảng 1.10. Hệ số
0
H
γ
cho ảnh hưởng mô hình ước tính tải trọng sóng. 24
Bảng 1.11. Hệ số hiệu chỉnh do cấp độ an toàn công trình được chọn. 25
Bảng 1.12. Hệ số hiệu chỉnh do dạng hư hỏng có thể chấp nhận được. 25
Bảng 1.13. Hệ số hiệu chỉnh do chất lượng mô hình tính toán. 25
Bảng 1.14. Hệ số hiệu chỉnh do tham số đặc trưng vật liệu. 26
Bảng 1.15. Hệ số hiệu chỉnh do mức độ kiểm soát chất lượng công trình. 26
Bảng 2.1. Phân loại trạng thái hư hỏng đối với đê chăn sóng tường đứng: 51
Bảng 3.1. Phân cấp công trình theo thông số kỹ thuật của tàu. 58
Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật tầu cá cảng Mỹ Á 59
Bảng 3.3. Các tham số sóng vùng nước sâu cho sóng vùng 1: Quảng Nam– Bình Định 62
Bảng 3.4. Thông số sóng nước sâu đê chắn sóng cảng Mỹ Á 63
Bảng 3.5. Thông số thiết kế tại chân công trình: 64
Bảng 3.6. Kết quả phân tích bề rộng thùng trìm như sau: 78
Bảng 3.7. Mức độ hư hỏng và chỉ số ổn định (Burcharth và Sorensen 2005) 80

vii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hàm tin cậy biểu diễn trong mặt phẳng RS 4
Hình 1.2: Định nghĩa xác suất xảy ra sự cố và chỉ số độ tin cậy 4
Hình 1.3. Biểu đồ hàm mật độ xác xuất hư hỏng hai chiều 5
Hình 1.4. Sơ đồ phân cấp chỉ số độ tin cậy mục tiêu - xác xuất hư hỏng chấp nhận được
16

Hình 1.5. Phương pháp xác định chỉ số độ tin cậy mục tiêu 17
Hình 2.1. Sơ xác định hệ số
β
30
Hình 2.2. Cơ chế mất ổn định cấu kiện bảo vệ mái ngoài. 32
Hình 2.3. Sơ đồ cơ chế hư hỏng lớp bảo vệ mái phía trước. 34
Hình 2.4. Sơ đồ xói nền phía trước chân công trình. 35
Hình 2.5. Sơ đồ tính toán với mặt trượt phẳng tiếp xúc giữa thùng trìm và bệ đệm 36
Hình 2.6. Sơ đồ tính toán với mặt trượt là mặt phẳng cắt ngang qua bệ đệm 37
Hình 2.7. Sơ đồ xác định vecto chuyển vị đơn vị trên mặt phẳng (AB) 38
Hình 2.8. Sơ đồ tính toán với mặt trượt phẳng gẫy khúc (ABC) cắt qua bệ đệm. 38
Hình 2.9. Sơ đồ tính toán mặt trượt phá hoại là cung trượt trụ tròn qua bệ đệm. 40
Hình 2.10. Sơ đồ tính toán mặt trượt phá hoại là cung trượt trụ tròn qua bệ đệm. . 40
Hình 2.11. Sơ đồ tính toán mặt trượt phá hoại là cung trượt trụ tròn qua bệ đệm. . 40
Hình 2.12. Sơ đồ cơ chế lật thùng trìm 41
Hình 2.13. Sơ đồ tính toán ứng suất đáy móng. 43
Hình 2.14 - Hư hỏng đê chắn sóng do trượt thùng trìm trên bệ đệm 48
Hình 2.15 - Hư hỏng đê chắn sóng do lật thùng trìm.
48
Hình 2.16- Hư hỏng đê chắn sóng do mặt trượt cung trụ tròn cắt qua bệ đệm 48
Hình 2.17- Hư hỏng đê chắn sóng do mặt trượt cung trụ tròn cắt qua nền và bệ đệm . 48
Hình 2.18 - Hư hỏng đê chắn sóng do lún nền 48
Hình 2.19 - Hư hỏng đê chắn sóng do xói bệ đệm 48
viii
Hình 2.20- Hư hỏng đê chắn sóng do xói nền phía trước công trìm 49
Hình 2.21 - Hư hỏng đê chắn sóng do nứt kết câu tường phía biển 49
Hình 2.22- Hư hỏng đê chắn sóng do nứt kết câu đáy thùng 49
Hình 2.23. Sơ đồ phân loại dạng hư hỏng và trạng thái hư hỏng: 52
Hình 3.1. Mặt bằng tổng thể của dự án Cảng neo trú tàu thuyền và cửa biển Mỹ Á
58

Hinh 3.2. Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 9 60
Hình 3.3. Sơ đồ các vùng xác định các tham số sóng nước sâu 61
Hình 3. 4. Sơ đồ tính toán áp lực sóng theo Goda 1985 với đê chăn sóng tường đứng. . 65
Hình 3.5. Sơ đồ hiệu chỉnh áp lực sóng với đê chắn sóng mặt cắt hỗn hợp 66
Hình 3.6. Các hình thức kết cấu đê tường đứng thường sử dụng 68
Hình 3.7. Các hình thức kết cấu đê mái nghiêng thường sử dụng 69
Hình 3.8. Các hình thức kết cấu mặt cắt hỗn hợp thường hay sử dụng 70
Hình 3.9. Biểu đồ quan hệ giữa lưu lượng tràn và chiều cao lưu không đê chắn sóng 73
Hình 3. 10. Biểu đồ quan hệ chỉ số dịch chuyển và mức độ hư hỏng (Kim-Suh 2011). 80
Hình 3.11. Biểu đồ hệ số an toàn và xác xuất hư hỏng chấp nhận (Kim-Suh 2011).
81
Hình 3.12. Biểu đồ quan hệ xác xuất hư hỏng và trọng lượng cấu kiện Tetrapode . 82
Hình 3.13. Biểu đồ quan hệ trọng lượng viên đá - Tỷ số độ sâu nước 83
Hình 3.14. Sơ đồ tính toán ổn định đê chắn sóng cảng Mỹ Á 91
Hình 3.15. Quy luật phân bố chỉ tiêu cơ lý của nền 92
Hình 3.16. Mật đổ phổ phân bố hệ số an toàn ổn định và xác xuất hư hỏng
92
Hình 3.17. Biểu đồ quan hệ giữa hệ số an toàn ổn định và xác xuất hư hỏng 92
Hình 3.18. Kết quả tính toán chỉ số an toàn ổn định trượt 93


ix
BẢNG CÁC KÝ HIỆU
σ
max

: Ứng suất tính toán lớn;
Η
t

: Chiều cao thùng trìm;
[
σ
]
: Ứng suất cho phép;
F
h,Goda

: Áp lực sóng phương
ngang;
K
: Hệ số an toàn;
F
v,Goda

: Áp lực sóng phương đứng;
F
g

: Yếu tố gây ổn định;
M
u,Goda

: Momem lực tâm mép
thùng;
F
t

: Yếu tố gây mất ổn định;
ρ

c

: Trọng lượng đơn vị bão
hòa của lớp đất nền;
K
cp

: Hệ số an toàn cho phép;
ρ
w

: Trọng lượng đơn vị của
nước
N
tt

: Trị số tính toán của tải
trọng tổng hợp;
g
: Gia tốc trọng trường;
R
: Độ bền hay khả năng
kháng hư hỏng;
h
d
(h
II
)
:Chiều cao bệ đệm;
S

: Tải trọng hay khả năng gây
hư hỏng;
τ
:Ứng suất tiếp đáy thùng;
Z
: Hàm trạng thái;
f
: Hệ số ma sát đáy thùng;
γ
R

: Hệ số an toàn thành phần
của độ bền;
T
: Tuổi thọ công trình dự
kiến;
γ
S

: Hệ số an toàn thành phần
của tải trọng;
W
: Trọng lượng thùng trìm
β
: Chỉ số độ tin cậy
MNTK
: Mực nước thiết kế;
R
c

: Chiều cao lưu không (m)
Τ
p

: Chu kỳ đỉnh phổ;
q
a

: Lưu lượng tràn tới hạn
[m3/s/m]
P
f

: Xác suất sự cố trong 1
năm;
q
: Lưu lượng tràn thực tế qua
công trình [m3/s/m];
h
s

: Độ sâu nước trước chân
công trình;
Z
c

: Cao trình đỉnh đê (m);
G
stb

: Sức chịu tải của nền;
K
t

: Hệ số sóng truyền
,dst d
G

: Thành phần lực tĩnh tải;
N
s

: Chỉ số ổn định cấu kiện;
,dst d
Q

: Thành phần lực hoạt tải;
D
n

: Đường kính cấu kiện.


S
: Chiều sâu hố xói;


H
s

: Chiều cao sóng trước chân
công trình;


α
: Góc sóng tới.


B : Bề rộng thùng trìm;
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đê chắn sóng là một phần công trình không thể thiết trong việc quy hoạch
thiết kế công trình cảng biển cũng như công trình bảo vệ bờ biển. Hiện nay, ở nước
ta do nhu cầu phát triển của kinh tế - xã hội đã có rất nhiều các công trình đê chắn
sóng đã được xây dựng. Trong đó các công trình đê chắn sóng dạng thùng trìm đang
được sử dụng rất rộng rãi và phổ biến do ưu điểm về thi công nhanh và tiết kiệm vật
liệu.
Do nhu cầu phát triển như trên, nhiều đê chắn sóng bảo vệ cảng và luồng tầu
đã và đang được thiết kế theo phương pháp truyền thống. Phương pháp thiết kế theo
truyền thống coi các giá trị của các đại lượng ngẫu nhiên như sóng, gió… là các yếu
tố tất định và lấy giá trị theo chu kỳ lặp lại tương ứng với cấp công trình. Đồng thời
không xác định được xác suất hư hỏng và đánh giá được độ an toàn cũng như tuổi
thọ công trình. Trong khi thiết kế công trình đê chắn sóng theo lý thuyết độ tin cậy
có thể khắc phục được những nhược điểm của phương pháp thiết kế theo truyền
thống. Thiết kế công trình đê chắn sóng theo lý thuyết độ tin cậy coi các điều kiện
biên về tải trọng như sóng, gió…là các yếu tố ngẫu nhiên tuân theo các luật phân
phối xác suất. Thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy có thể xác định được xác suất hư
hỏng công trình do tổng hợp các yếu tố gây ra hoặc từng yếu tố gây ra và đánh giá
được yếu tố nào gây ảnh hưởng nhiều đến hư hỏng công trình, đồng thời còn ước

lượng được tuổi thọ công trình, phân tích tối ưu về kinh tế. Vì vậy, thiết kế công
trình đê chắn sóng theo lý thuyết độ tin cậy là phương pháp thiết kế có tính phù hợp
cao với đối tượng công trình chịu tác động điều kiện biên ngẫu nhiên như công trình
biển.
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu đánh giá những ưu và nhược điểm của
phương pháp thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy trong so với phương pháp thiết kế
truyền thống. Từ đó đề xuất ứng dụng phương thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy
trong thiết kế đê chắn sóng tường đứng.


2
3. Cách tiếp cận và phương án nghiên cứu
3.1. Cách tiếp cận
Cách tiếp cận của đề tài là nghiên cứu các kết quả nghiên cứu ứng dụng của
lý thuyết độ tin cậy trong thiết kế công trình biển nói chung và đê chắn sóng nói
riêng. Nghiên cứu các tiêu chuẩn thiết kế đê chắn sóng theo lý thuyết độ tin cậy của
các nước trên thế giới, kế thừa các kết quả nghiên cứu thiết kế đê chắn sóng tường
đứng theo lý thuyết độ tin cậy trong và ngoài nước. Từ đó từ đó đánh giá được tính
phù hợp của thiết kế đê chắn sóng theo lý thuyết độ tin cậy và ứng dụng lý thuyết
độ tin cậy trong thiết kế đê chắn sóng tường đứng áp dụng cho cửa sông Mỹ Á –
tỉnh Quảng Ngãi.
3.2. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết các kết quả nghiên cứu đã có trong và ngoài nước.
- Tổng hợp tài liệu nghiên cứu đã có, các quy trình quy phạm tính toán.
- Thu thập các số liệu liên quan.
Nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương như sau:
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC CƠ CHẾ HƯ HỎNG HƯ HỎNG CÔNG

TRÌNH
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY
TRONG THIẾT KẾ ĐÊ CHẮN SÓNG CỬA SÔNG MỸ Á
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ






3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CHUNG
1. Giới thiệu chung lý thuyết độ tin cậy và ứng dụng thiết kế công trình
biển
1.1. Giới thiệu chung về lý thuyết độ tin cây
Bước đầu tiên khi phân tích các bài toán lý thuyết độ tin cậy khi thiết kế
công trình là phải xác định các chức năng của công trình. Sau khi đã xác định được
chức năng của công trình thì ta tiếp tục xác định các nguyên nhân làm cho công
trình mất đi chức năng đấy. Các nguyên nhân làm cho công trình bị mất đi chức
năng làm việc của mình được gọi là cơ chế hư hỏng. Một phương trình mô tả các
nguyên nhân hư hỏng được gọi là phương trình trạng thái giới hạn giới hạn hoặc
hàm độ tin cậy. Một hàm trạng thái giới hạn được viết như sau:
( ) (
) ( )
M ZX RX SX
= = −
(1.1)
Trong đó:
+ X là các vecto của biến ngẫu nhiên như đặc trưng hình học của kết cấu, tải
trọng tác dụng lên công trình, đặc trưng sức kháng của vật liệu, ….

+ M là một giá trị ngẫu nhiên, thường được gọi là biên an toàn.
+ R : Độ bền hay khả năng kháng hư hỏng;
+ S: Tải trọng hay khả năng gây hư hỏng.
Việc tính toán xác suất phá hỏng của một thành phần được dựa trên hàm tin
cậy của từng cơ chế phá hỏng. Hàm tin cậy Z được thiết lập căn cứ vào trạng thái
giới hạn tương ứng với cơ chế phá hỏng đang xem xét và là hàm của nhiều biến và
tham số ngẫu nhiên. Theo đó, Z<0 được coi là có hư hỏng xảy ra và hư hỏng không
xảy ra nếu Z nhận các giá trị còn lại (Z ≥ 0).
Trạng thái giới hạn là trạng thái mà tại đó Z=0 trong mặt phẳng RS; đây
được coi là biên sự cố.
Xác suất phá hỏng được xác định: P
f
= P(Z≤0) = P(S≥R) (1.2)
Xác xuất chấp nhận được xác định là: P(Z>0) = 1-P
f
(1.3)
Trường hợp đơn giản, hàm tin cậy tuyến tính với các biến ngẫu nhiên cơ bản
phân bố chuẩn, việc tính toán xác suất xảy ra sự cố thông qua hàm phân phối tiêu
4
chuẩn Φ
N
(-β) bằng cách sử dụng các giá trị kỳ vọng µ
Z
, độ lệch chuẩn σ
Z
và chỉ số
độ tin cậy β=µ
Z
/σ
Z

của hàm tin cậy.
Hàm tin cậy biểu diễn trong mặt phẳng RS và xác suất xảy ra sự cố và chỉ số
độ tin cậy được định nghĩa trên Hình 1.2 và 1.3 dưới đây:





Hình 1.1: Hàm tin cậy biểu diễn trong mặt phẳng RS







Hình 1.2: Định nghĩa xác suất xảy ra sự cố và chỉ số độ tin cậy
Điểm nằm trong miền sự cố với mật độ xác suất lớn nhất được coi là điểm
thiết kế. Thông thường điểm này nằm trên đường biên sự cố (Xem hình 1.4). Điểm
thiết kế đóng vai trò quan trọng trong ước lượng xác suất xảy ra sự cố.
R
Z<0 Vùng sự cố
Z>0 Vùng an toàn
Z=0 Biên sự cố
S
5

Hình 1.3. Biểu đồ hàm mật độ xác xuất hư hỏng hai chiều
1.2. Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong lĩnh vực xây dựng công trình
- Thiết kế cấu kiện hoặc kết cấu công trình với một chỉ số độ tin cậy cho

trước (hoặc xác xuất hư hỏng chấp nhận được cho trước)
- Đánh giả ảnh hưởng của từng biến ngẫu nhiên tác động đến từng cơ chế hư
hỏng. Từ đó xác định được ảnh hưởng của yếu tố nào nhiều nhất để có biện pháp
giảm thiểu thiệt hai.
- Đánh giá độ tin cậy hoặc xác xuất hư hỏng của một kết cấu công trình đã
xây dựng.
- Đánh giá tuổi thọ công trình hiện hữu dựa trên phân tích cơ chế hư hỏng
(Ví dụ: Độ ăn mòn kết cấu BTCT, kết cấu thép theo thời gian, Độ mỏi của công
trình biển dưới tải trọng tác dụng liên tục)
- Phân tích tối ưu trong thiết kế công trình: Đánh chi phí xây dựng và độ an
toàn công trình.
- Phân tích các sự cố hư hỏng công trình do từng nguyên nhân, phân tích sự
cố công trình trong toàn hệ thống. Giúp người phân tích có cái nhìn tổng quan để
đưa ra phương án tối ưu.
1.3. Phân tích đánh giá phương pháp thiết kế truyền thống và phương pháp
thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy
1.3.1. Phương pháp thiết kế truyền thống
6
Thiết kế truyền thống hiện nay là tính toán công trình theo mô hình tất định.
Theo phương pháp này các giá trị thiết kế của tải trọng và các tham số độ bền được
xem là xác định, tương ứng với trường hợp và tổ hợp thiết kế. Người thiết kế lựa
chọn điều kiện giới hạn và tương ứng với nó là các tổ hợp tải trọng thiết kế thích
hợp. Giới hạn này thường tương ứng với độ bền đặc trưng của công trình.
Công trình được coi là an toàn khi khoảng cách giữa tải trọng và độ bền đủ
lớn để đảm bảo thỏa mãn từng trạng thái giới hạn của tất cả các thành phần công
trình.
Tính toán theo cách này mới chỉ giải quyết được hai vấn đề là ổn định tổng
thể và ổn định theo độ bền của công trình.
Nội dung các phương pháp thiết kế như sau:
a. Phương pháp ứng suất cho phép

Theo phương pháp này, điều kiện bền có dạng:
σ
max
≤ [σ] (1.4)
* Trong đó:
+ σ
max
- ứng suất tính toán lớn nhất tại một điểm, xác định từ tổ hợp tải trọng
bất lợi nhất;
+ [σ] - ứng suất cho phép, lấy theo tài liệu, tiêu chuẩn
b. Phương pháp tính theo hệ số an toàn:
Phương pháp này thường được ứng dụng trong tính toán ổn định. Khi đó
công thức kiểm tra là:
K = F
g
/F
t
≥ K
cp
(1.5)
* Trong đó:
+ K - hệ số an toàn;
+ F
g
- yếu tố gây ổn định;
+ F
t
- yếu tố gây mất ổn định;
+ K
cp

- hệ số an toàn cho phép, phụ thuộc cấp công trình và tổ hợp tải trọng;
7
c. Phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn:
Nét đặc thù của phương pháp tính theo trạng thái giới hạn là việc sử dụng một
nhóm các hệ số an toàn mang đặc trưng thống kê: hệ số tổ hợp tải trọng nc, hệ số
điều kiện làm việc m, hệ số tin cậy Kn, hệ số lệch tải n, hệ số an toàn về vật liệu
KVL. Nhóm các hệ số này thay thế cho một hệ số an toàn chung K. Phương pháp
này phân làm 2 nhóm tính toán là theo trạng thái giới hạn thứ nhất và trạng thái giới
hạn thứ 2. Điều kiện đảm bảo ổn định hay độ bền của công trình là:
n
c
.N
tt
≤ mR/K
n
(1.6)
* Trong đó:
+ N
tt
- trị số tính toán của tải trọng tổng hợp;
+ R: trị số tính toán của độ bền công trình.
1.3.2. Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên
Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên là phương pháp thiết kế dựa trên cơ sở toán
xác suất thống kế để phân tích tương tác giữa các biến ngẫu nhiên của tải trọng và
của sức chịu tải trong các cơ chế phá hoại theo giới hạn làm việc của công
trình.Trong thiết kế ngẫu nhiên, tất cả các cơ chế phá hỏng được mô tả bởi mô hình
toán hoặc mô hình mô phỏng tương ứng. Tính toán xác suất phá hỏng của một bộ
phận kết cấu hoặc của công trình được dựa trên hàm độ tin cậy của từng cơ chế phá
hỏng.
Cơ sở toán học của lý thuyết độ tin cậy:

1.3.2.1. Tính toán cấp độ I (Phương pháp hệ số an toàn thành phần)
Một cách tổng quát, hiện nay các thiết kế được dựa vào các tiêu chuẩn và
hướng dẫn thiết kế. Trong đó các thông số độ bền được gia giảm bằng các hệ số đặc
trưng, các thông số tải trọng được gia tăng bằng các hệ số tải trọng. Thể hiện theo
công thức 1.7:

S
R
S
R
γ
γ
>
(1.7)
* Trong đó
:
+ R – Độ bền;
8
+ S – Tải trọng;
+ γ
R
– Hệ số an toàn thành phần của độ bền;
+ γ
S
– Hệ số an toàn thành phần của tải trọng.
Các giá trị đặc trưng của thông số độ bền và tải trọng được tính theo công thức 1.8:

SSS
RRR
kS

kR
σµ
σµ
+=
+=
(1.8)
Một số sách hướng dẫn thiết kế gần đây đã liên kết tính toán theo biểu thức
1.7 với lý thuyết độ tin cậy để tính toán xác suất xảy ra sự cố ở mức độ II. Sự kết
hợp này được thể hiện trong định nghĩa điểm thiết kế “Điểm thiết kế là điểm nằm
trong miền sự cố với mật độ xác suất kết hợp của độ bền và tải trọng là lớn nhất”.
Vì vậy mà giá trị độ bền và tải trọng tại điểm sự cố gần với giá trị tại điểm thiết kế:

( )
( )
SSSSSS
RRRRRR
VS
VR
βαµβσαµ
βαµβσαµ
+=+=
+=+=
1
1
*
*
(1.9)
Thế công thức 1.8 vào 1.9 được hệ phương trình của các hệ số an toàn thành
phần 1.10:

SS
SS
S
RR
RR
R
Vk
V
S
S
V
Vk
R
R
+
+
==
+
+
==
1
1
1
1
*
*
βα
γ
βα
γ

(1.10)
Hệ số an toàn thành phần của độ bền phụ thuộc vào độ lệch chuẩn của cả độ
bền và tải trọng:

22
SR
R
R
σσ
σ
α
+
−=
(1.11)
1.3.2.2. Tính toán cấp độ II
Tính toán cấp độ II bao gồm một số phương pháp gần đúng để biến đổi hàm
phân phối xác suất sang dạng hàm phân phối chuẩn hay phân phối Gaussian. Để xác
định gần đúng các giá trị xác suất xảy ra sự cố, quá trình tuyến tính hóa toán học
các phương trình liên quan cần được thực hiện.
9
Tùy thuộc dạng hàm tin cậy và phân bố các biến ngẫu nhiên cơ bản mà các
trường hợp tính toán cấp độ này bao gồm:
+ Trường hợp (1): Hàm tin cậy tuyến tính với các biến ngẫu nhiên cơ
bản phân bố chuẩn;
+ Trường hợp (2): Hàm tin cậy phi tuyến;
+ Trường hợp (3): Các biến cơ bản không phân bố chuẩn;
+ Trường hợp (4): Các biến ngẫu nhiên cơ sở phụ thuộc
Trường hợp (1)
- Hàm tin cậy tuyến tính với các biến ngẫu nhiên cơ bản
phân bố chuẩn:

Trường hợp này việc tính toán xác suất xảy ra sự cố là đơn giản bằng cách sử
dụng các giá trị kỳ vọng và độ lệch chuẩn của các biến cơ bản. Trị số độ tin cậy
được xác định theo biểu thức 1.12:

Z
Z
σ
µ
β
=
(1.12)
Trong đó, µ
z
, σ
z
được tính theo công thức 1.13 dưới đây:
Z = a
1
X
1
+ a
2
X
2
+ … + a
n
X
n
+ b

baaa
n
XnXXZ
++++=
1211

21
µµµµ
(1.13)

∑∑
= =
=
n
i
n
j
ji
jiZ
X
XCovaa
1 1
),(
σ

Các biến ngẫu nhiên cơ bản X
1
, X
2
, …, X

n
tuân theo luật phân bố chuẩn thì
Z cũng là hàm phân bố chuẩn. Xác suất Z<0 được xác định thông qua hàm phân bố
tiêu chuẩn:









−Φ=








−
Φ=
<
z
z
z
z
ZP

σ
µ
σ
µ
0
)0(
(1.14)
Trường hợp (2)
- Hàm tin cậy phi tuyến:
Trường hợp hàm tin cậy là hàm phi tuyến của một số biến cơ bản độc lập có
phân bố chuẩn thì hàm này sẽ không phân bố chuẩn. Có thể sử dụng phương pháp
10
khai triển Taylor (lấy 2 số hạng đầu tiên của đa thức) để xác định hàm tin cậy Z gần
đúng. Biểu thức gần đúng có dạng 1.15

))(()()(
0
0
1
0 ii
n
i
i
XXX
X
g
XgXgZ −
∂
∂
+≈=

∑
=
(1.15)
Biểu thức gần đúng trên của Z là tuyến tính nên theo định lý giới hạn trung
tâm thì Z phân bố chuẩn. Khi đó kỳ vọng và độ lệch chuẩn của hàm độ tin cậy có
thể được tính gần đúng với giá trị kỳ vọng và độ lệch chuẩn của hàm tuyến tính hóa
theo công thức 1.16, 1.17:

))(()(
0
0
1
0 iX
n
i
i
Z
XX
X
g
Xg
i
−
∂
∂
+=
∑
=
µµ
(1.16)

(
)
2
1
0
∑
=








∂
∂
=
n
i
X
i
z
i
X
X
g
σσ
(1.17)

( )
2
1
0
0
0
1
0
)
)(()
(
∑
∑
=
=








∂
∂
=
−
∂
∂
+

=
=
n
i
X
i
z
iX
n
i
i
z
z
i
i
X
X
g
XX
X
g
Xg
σ
σ
µ
σ
µ
β
(1.18)
Nếu hàm tin cậy được tuyến tính hóa tại điểm

( )
n
X
XX
X
µµ
µ
, ,,
2
1
0
=
thì công
thức 1.18 có thể rút gọn thành 1.19:

( )
( )
2
1
1
, ,
, ,
21
21
∑
=







∂
∂
≈
n
i
XXXX
XXX
in
n
X
g
g
σµµµ
µµµ
β
(1.19)
Qua biểu thức 1.18 nhận thấy rằng việc tính toán giá trị gần đúng của β
thông qua tuyến tính hóa hàm tin cậy phụ thuộc vào việc lựa chọn điểm tuyến tính
hóa của hàm. Nhưng theo Hasofer và Lind thì chỉ số độ tin cậy không phụ thuộc
vào hàm tin cậy có phải là hàm tuyến tính không. Vì vậy, cần tuyến tính hóa hàm Z
tại đúng điểm thiết kế (điểm thiết kế là điểm nằm trên biên sự cố với khoảng cách
đến gốc tọa độ là ngắn nhất). Có nhiều phương pháp để tìm điểm thiết kế thông qua
quá trình lặp, nhưng có hai phương pháp thường dùng là phương pháp giải tích và
phương pháp số.
11
- Phương pháp đầu tiên dựa vào việc chuẩn hóa hàm tin cậy thành hàm của
các biến tiêu chuẩn. Tọa độ của điểm thiết kế là:
( )

(
)
β
αβαβα
nn
UUU
, ,,, ,,
21
**
2
*
1
=
và
1
*
1
*
XXi
UX
i
σµ
+=
(1.20)
Điểm thiết kế và giá trị β tìm được dựa vào quá trình lặp để giải các biểu
thức:

( )
(
)

2
1
∑
=








∂
∂
∂
∂
−=
n
j
j
i
i
U
f
U
f
βα
βα
α
(1.21)

( )
0, ,,
21
=
βαβαβα
n
f

Trong đó, f(U
1
, U
2
, …, U
n
) là hàm tin cậy của các biến cơ bản đã được
chuẩn hóa, α
i
là hệ số ảnh hưởng của biến i.
- Phương pháp thứ hai không cần chuẩn hóa hàm tin cậy thành hàm của các
biến tiêu chuẩn. Giá trị β được tính theo biểu thức 1.19 với hàm tin cậy được tuyến
tính hóa tại một điểm. Sau đó dùng giá trị này để xác định điểm mới mà tại đó hàm
tin cậy là tuyến tính.
Trường hợp này giá trị α
i
được tính theo công thức 1.22:
(
)
(
)
(

)
z
X
i
n
j
X
j
X
i
i
i
i
i
Xg
X
Xg
X
Xg
X
σ
σ
σ
σ
α
*
1
2
*
*

∂
∂
−=










∂
∂
∂
∂
−=
∑
=
(1.22)
Với giá trị của β, α
i
được tính lại, tọa độ điểm thiết kế mới là:

i
Xiii
X
βααµ
+=

*
(1.23)
Trường hợp (3)
– Các biến cơ sở không tuân theo luật phân bố chuẩn:
Nếu bài toán liên quan đến các biến cơ sở ngẫu ngiên không phân bố chuẩn
thì hàm tin cậy cũng không phân bố chuẩn. Để có thể áp dụng được phương pháp
gần đúng cấp độ II thì cần phải biến đổi các biến cơ sở này thành các biến cơ sở
phân bố chuẩn. Khi đó biểu thức 1.24 sau phải thỏa mãn tại điểm thiết kế:
12

(
)
( )
**
U
X
F
X
Φ=
(1.24)
Hay:

( ){ }
*1*
XFU
X
−
Φ=
;
( ){ }

*1*
UFX
X
Φ=
−
(1.25)
* Trong đó:
+ Φ
-1
– Hàm ngược của hàm phân bố tiêu chuẩn;
+ F
X
-1
– Hàm ngược của hàm phân bố xác suất của biến X;
Phương pháp biến đổi này có thể làm phức tạp hóa hàm độ tin cậy đơn giản
ban đầu. Rackwitz và Fiessler đưa ra phương pháp chuyển đổi một biến ngẫu nhiên
có luật phân bố tùy ý sang phân bố chuẩn. Giả thiết rằng giá trị thực và giá trị xấp xỉ
của hàm mật độ xác suất cũng như hàm phân bố xác suất là tương đương nhau tại
điểm thiết kế, ta có:

( )
( )









−
=








−
Φ=
'
'*
'
*
'
'*
*
1
x
x
x
X
x
x
X
X
Xf
X

XF
σ
µ
ϕ
σ
σ
µ
(1.26)
* Trong đó:
+ ϕ – Hàm mật độ xác suất phân bố tiêu chuẩn;
Giải hệ phương trình trên thu được:

( )
[ ]
{ }
( )
( ){ }
'*1*'
*
*1
'
XXX
X
X
X
XFX
Xf
XF
σµ
ϕ

σ
−
−
Φ−=
Φ
=
(1.27)
Từ hệ phương trình 1.27 cho thấy, độ lệch chuẩn và trung bình giá trị xấp xỉ
của hàm phân bố chuẩn phụ thuộc vào giá trị của X tại điểm thiết kế. Do đó, trong
quá trình tính toán lặp điểm thiết kế và chỉ số độ tin cậy cần phải tính luôn giá trị
mới của σ’
x
, µ’
x
tại mỗi bước:
Trường hợp (4)
– Các biến ngẫu nhiên cơ sở phụ thuộc:
Nếu các biến ngẫu nhiên cơ sở là phụ thuộc thì chúng phải được biến đổi
sang dạng biến độc lập. Nếu tồn tại một hàm liên hệ thể hiện sự phụ thuộc giữa các
biến thì có thể rút gọn các biến trong hàm tin cậy. Trong nhiều trường hợp không
13
xác định được chính xác mối liên hệ giữa các biến, khi đó cần thiết phải biểu diễn
bằng các mối tương quan thống kê. Trong những trường hợp như vậy, các biến cơ
sở có thể biến đổi được. Phương pháp biến đổi tổng quát được sử dụng rộng rãi là
Rosenblatt – Tranformation.
Phương pháp biến đổi Rosenblatt dựa trên hàm mật độ xác suất kết hợp của
một vector thống kê với các biến cố phụ thuộc. Bắt đầu bằng hàm mật độ xác suất
của một vector có n biến ngẫu nhiên, ta có thể xác định các hàm mật độ xác suất của
n vector thành phần bằng tích phân.
1.3.2.3. Tính toán cấp độ III

Nền tảng của phương pháp tính toán xác suất xảy ra sự cố cấp độ III là mô
phỏng toán học các khoảng tập hợp con xác suất liên quan đến sự cố.
Nếu hàm mật độ xác suất kết hợp f
R,S
(R, S) của độ bền R với tải trọng S đã
biết thì xác suất xảy ra sự cố có thể được tính theo phương pháp tích phân:

{ }
∫∫
<
==<
0
,
),(0
Z
SRf
dRdSSRfPZP
(1.28)
Về nguyên tắc tích phân này được xác định bằng phương pháp giải tích,
nhưng đối với các bài toán kĩ thuật bằng cách này rất hạn chế. Vì vậy, giải pháp
thông thường là tính toán sử dụng các phương pháp số. Có hai phương pháp được
sử dụng nhiều là phương pháp tích phân số và phương pháp Monte Carlo.
1.4. Đánh giá ưu nhược điểm phương pháp thiết kế truyền thống và phương
pháp thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy
1.4.1. Phương pháp thiết kế theo truyền thống
- Không kể đến tính ngẫu nhiên của các biến liên quan.
- Chưa xét đến tính tổng thể của hệ thống, không kể đến ảnh hưởng quy mô
của hệ thống (ảnh hưởng chiều dài ).
- Không so sánh được độ bền của các mặt cắt khác nhau.
- Không đưa ra được xác suất gây thiệt hại và mức độ thiệt hại.

- Không trả lời được câu hỏi: Hệ thống an toàn ở mức độ nào.
- An toàn hệ thống/công trình đánh giá thông qua hệ số an toàn – an toàn cho phép.
14
- Phương pháp tính toán đơn giản, giúp các kỹ sư thiết kế và thi công nhanh
chóng giải được bài toán về an toàn công trình.
1.4.2. Phương pháp thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy
Phân tích lý thuyết độ tin cậy theo DUT (Delft University of Technology) sử
dụng cho thiết kế công trình chủ yếu dựa trên hai cấp độ tính toán sau:
+ Phân tích theo cấp độ II/III chủ yếu được sử dụng cho phân tích, đánh giá
lại xác xuất hư hỏng của các công trình đã xây dựng và vận hành; phương pháp
phân tích theo cấp độ II/III dùng để hiệu chỉnh lại các hệ số an toàn thành phần của
phương pháp phân tích cấp độ I; phân tích xác xuất hư hỏng tối ưu về kinh tế và
thiệt hại; ngoài ra còn có thể sử dụng để thiết kế cho một số cơ chế hư hỏng của
công trình mới, tuy nhiên việc này đòi hỏi có nhiều người phân tích phải xây dựng
được bài toán tối ưu về mặt kinh tế - thiệt hại để đánh giá được chỉ số độ tin cậy
mục tiêu.
+ Phân tích lý thuyết độ tin cậy theo cấp độ I (Phương pháp hệ số an toàn
thành phần - Partial Safety Factor System -PSFS): Được sử dụng chủ yếu cho thiết
kế công trình mới. Phương pháp phân tích lý thuyết độ tin cậy theo cấp độ I, hiện
nay trên thế giới là phương pháp đang được áp dụng cho các tiêu chuẩn hiện hành.
Phương pháp này được tính toán rất tương đồng với phương pháp thiết kế tất định
(Thiết kế theo cấp độ tin cậy mức độ 0). Hiện nay ở việt nam phương pháp này
cũng đang được nghiên cứu và phát triển cho các tiêu chuẩn công trình thủy, kết cấu
công trình….
Trong luận văn này tác giả sử phương pháp thiết kế đê chắn sóng theo lý
thuyết độ tân cậy cấp độ I (Partial Safety Factor System -PSFS), tức là phương pháp
thiết kế theo phương pháp hệ số an toàn thành phần. Các hệ số an toàn thành phần
xẽ đóng góp vào xác định xác xuất hư hỏng của cơ chế. Phương pháp hệ số an toàn
thành phần được phát triển bởi PIANC (Burcharth, Sorensen). Các hệ số an toàn
phụ thuộc từng dạng kết cấu, từng loại vật liệu và từng loại tải trọng. Việc áp dụng

tính toán đê chắn sóng tường đứng dạng thùng trìm được trình bầy rất cơ bản trong
ProVerbs (Probabilistic Design Tools for Vertical Breakwaters)
Phương pháp tính toán theo hệ số an toàn thành phần có những ưu điểm và
hạn chế nhất định khi sử dụng để phân tích lý thuyết độ tin cậy trong công tác thiết
kế:
15
Ưu điểm:
- Sử dụng các hệ số an toàn thành phần để hiệu chỉnh đảm bảo các chỉ số độ
tin cậy mục tiêu hay xác xuất hư hỏng tối thiểu trong từng cơ chế. Đối với
từng cơ chế khác nhau thì các hệ số an toàn thành phần khác nhau và được
xác định từ mục tiêu về độ an toàn và dạng hư hỏng của công trình.
- Phương pháp tính toán đơn giản, rễ sử dụng và tương đồng với phương pháp
thiết kế tất định đang được sử dụng trong các tiêu chuẩn hiện tại của Việt
Nam.
- Yêu cầu điều kiện biên không quá phức tạp như phương pháp lý thuyết độ tin
cậy cấp độ II. Các thông số điều kiện biên phù hợp với các phương pháp
khảo sát thực nghiệm hiện nay do đó rễ ràng áp dụng trong điều kiện hiện tại.
Nhược điểm:
- Phương pháp chỉ phù hợp với thiết kế công trình mới và không áp dụng được
cho việc đánh giá các công trình hiện tại.
- Phương pháp đòi hỏi có nhiều nghiên cứu và kinh nghiệm về các dạng công
trình. Do đó khi xây dựng cơ sở dữ liệu cho phương pháp cần nhiều nghiên
cứu chuyên sâu về từng dạng công trình. Đối với công trình đê chắn sóng
tường đứng dạng thùng trìm hiện nay đã có nhiều nghiên cứu tổng kết về
việc áp dụng lý thuyết độ tin cậy ở cấp độ I như các quấn sổ tay phục vụ cho
các kỹ sư áp dụng cho bài toán thực tế.
Các bước trình tự cơ bản trong tính toán độ tin cậy cấp độ I:
- Định nghĩa cơ chế hư hỏng.
- Định nghĩa các biến ảnh hưởng đến cơ chế hư hỏng.
- Xây dựng hàm trạng thái biểu diễn cơ chế hư hỏng

- Ước lượng chỉ số độ tin cậy mục tiêu.
- Tính toán các hệ số an toàn thành phần.
- Tính toán hệ số an toàn phần.
1.5. Xây dựng cở sở lý thuyết độ tin cậy cấp độ I :
1.5.1 Ước lượng chỉ số độ tin cậy cho phép - xác xuất hư hỏng chấp nhận được
16
1.5.1.1. Phương pháp phân tích và xác định chỉ số độ tin cậy mục tiêu
Mức độ tin cây mục tiêu được xác định trong các lĩnh vực khác nhau, tùy theo
điều kiện áp dụng mà chỉ số độ tin cậy trong từng trường hợp khác nhau. Trong thiết
kế, chỉ số độ tin cậy mục tiêu phục vụ cho việc tính toán theo phương pháp hệ số thành
phần. Ứng với mỗi một giá trị của chỉ số độ tin cậy mục tiêu ta có giá trị xác xuât hư
hỏng chấp nhận (P
f
) được tương ứng với chu kỳ lặp lại (T-năm); các giá trị hệ số an
toàn thành phần
i
γ
; giá trị tải trọng và sức kháng thiết kế của cấu kiện.
Ở nhiều các tiêu chuẩn an toàn được xây dựng theo nhiều cấp độ an toàn
khác nhau. Chỉ số độ tin cậy mục tiêu này có thể xác định theo cấp độ hư hỏng,
dạng hư hỏng, trạng thái hư hỏng, chi phí cho độ an toàn.

Hình 1.4. Sơ đồ phân cấp chỉ số độ tin cậy mục tiêu - xác xuất hư hỏng chấp nhận được
Các phương pháp xác định chỉ số độ tin cậy mục tiêu (hay xác xuất hư hỏng
chấp nhận được) được trình bầy theo 3 phương pháp như hình 2.33. Trong đó các cấp
độ an toàn này đã có tính đến mức độ thiệt hại và hậu quả sự thất bại. Tương ứng với
các mức độ an toàn đó ta xác định được xác xuất hư hỏng chấp nhận được tương ứng
thiệt hại. Trong các tiêu chuẩn thường khuyến cáo xác xuất hư hỏng chấp nhận được
thường phải xác định từ phân tích tối ưu hóa về mức độ an toàn và mức độ chi phí.
Ngoài ra chỉ số độ tin cậy còn xác định trên cơ sở các mục tiêu được đề nghị hoặc chỉ

số độ tin cậy tối thiểu.