Độ nhạy của các tham số kết cấu công trình và ứng dụng để đánh giá độ tin cậy của công trình nhà công nghiệp bằng thép (tt)

B GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR

NG

I H C XÂY D NG

Nguy n Tr ng Hà

NH Y C A CÁC THAM S K T C U
CÔNG TRÌNH VÀ NG D NG
ÁNH GIÁ
TIN C Y C A CÔNG TRÌNH NHÀ CÔNG NGHI P
B NG THÉP
Chuyên ngành: KTXD CÔNG TRÌNH DÂN D NG VÀ CÔNG NGHI P
Mã s : 62.58.02.08

TÓM T T LU N ÁN TI N S

Hà N i ậ N m 2017


Công trình đ

Ng
Ng
Ng
Ng

ih
ih

ih
ih

c hoàn thành t i Tr

ng d
ng d
ng d
ng d

n khoa h
n khoa h
n khoa h
n khoa h

ng

i h c Xây d ng

c 1: PGS.TS Lê Ng c Th ch
c 1: PGS.TS Lê Ng c Th ch
c 2: GS.TS Nguy n V n Phó
c 2: GS.TS. Nguy n V n Phó

Ph n bi n 1 : ....................................................................................
....................................................................................
Ph n bi n 1 : GS.TS.
Nguy n Qu c B o
Ph n bi n 2 : ....................................................................................
Ph n bi n 2 :.....................................................................................

GS.TSKH. Nguy n ng Bích
Ph n bi n 3 : ....................................................................................
Ph n bi n 3 :.....................................................................................
PGS.TS. Tr n
c Nhi m

c H i đ ng ch m lu n án c p Tr

ng

h pLu
t i nTrán ng
D ng
s đ i ch bc oXây
v tr
c H i đ ng ch m lu n án c p Tr

Lu n án s đ

c b o v tr

ng

h p t i Tr ng i h c Xây D ng.
Vào h i…….gi ……ngày……tháng……n m 2016
Vào h i…….gi ……ngày……tháng……n m 2017
Có th tìm hi u lu n án t i th vi n Qu c Gia và Th vi n Tr

ng

iCó
h cthXây
tìmd hing.u lu n án t i th vi n Qu c Gia và Th vi n Tr

ng

i h c Xây d ng.


DANH M C CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG B
LIÊN QUAN

C A TÁC GI

N LU N ÁN

1. Nguy n Tr ng Hà “ nh y c a đ tin c y và ng d ng vào ch n
ph ng án thi t k h p lý”, T p chí T p chí Khoa h c Công ngh
Xây d ng (IBST), S 1/2009, pp 8-16
2. Lê Ng c Th ch, Nguy n Tr ng Hà “L a ch n gi i pháp thi t k
h p lý cho khung thép nhà ti n ch b ng ph ng pháp phân tích
đ nh y c a đ tin c y”. T p chí K t c u và Công ngh Xây d ng,
s 2/2011. pp. 4-9.
3. Nguy n Tr ng Hà “ ng d ng lý thuy t đ nh y c a đ tin c y
vào bài toán thi t k t i u dàn thỨp không gian theo tiêu chí kinh
t và đ tin c y cho tr c”. Tuy n t p công trình khoa h c: H i
ngh c h c toàn qu c l n th 9, Hà N i n m 2012, pp 346-353.
4. Nguy n V n Phó, Lê Ng c Th ch, Nguy n Tr ng Hà “M t
ph ng pháp l a ch n h p lý ph ng án thi t k m t s k t c u
thép thông d ng có k đ n an toàn v đ tin c y”. H i ngh c h c

toàn qu c c h c v t r n bi n d ng l n th 11, TP H Chí Minh
11/2013.
5. Nguy n Tr ng Hà, “Ph ng án thi t k h p lý k t c u dàn h p lý
theo đ tin c y cho tr c ràng bu c tiêu chí kinh t ”. T p chí
Khoa h c Công ngh Xây d ng (IBST) - S 4/2014. 10-14.
6. Lê Ng c Th ch, Nguy n Tr ng Hà “Thi t k khung thỨp theo đ
tin c y cho tr c có k đ n chi phí h p lý”, H i ngh Khoa h c
toàn qu c C h c V t r n bi n d ng l n th XII, i h c Duy Tân,
TP à N ng, 7/8/2015.
7.
ng Xuân Hùng, Nguy n Tr ng Hà, “Phân tích đ nh y t ng
th c a các tham s k t c u lên giá tr l c t i h n theo đi u ki n
n đ nh c a Cupôn s n ch u t i tr ng gió”, H i ngh Khoa h c
toàn qu c C h c V t r n bi n d ng l n th XII, i h c Duy Tân,
TP à N ng, 7/8/2015
8.
ng Xuân Hùng, Nguy n Tr ng Hà, “Phân tích khung ph ng
v i tham s đ u vào là đ i l ng kho ng b ng mô ph ng Monte
Carlo”, T p chí Khoa h c Công ngh Xây d ng (IBST), S
1/2016
9.
ng Xuân Hùng, Nguy n Tr ng Hà, “ ánh giá đ tin c y k t
c u khung ph ng theo đi u ki n n đ nh lo i hai b ng ph ng
pháp ph n t h u h n ng u nhiên”, T p chí Khoa h c Công ngh
Xây d ng, Tr ng i h c Xây d ng, s 28/3-2016.


i
M

U

Lý thuy t đ tin c y đã đ c áp d ng r ng rãi trong thi t k k t
c u công trình xây d ng, giao thông, th y l i, công trình bi n….và
hi n nay đã có m t s tiêu chu n thi t k theo đ tin c y nh ISO
2394:2012, JB 50153-92, BS 5760-0:2014…[52], [83], [100]. Thi t k
t n d ng kh n ng làm vi c c a v t li u c ng d n đ n nguy c r i ro
t ng lên do các y u t ng u nhiên có th x y đ n v i công trình. Lu n
án vì v y h ng đ n nghiên c u đánh giá đ nh y, đ tin c y c a thi t
k k t c u công trình và áp d ng phân tích bài toán kinh t k thu t.
Tính th i s và Ủ ngh a c a lu n án
Hi n nay Vi t Nam ch a có m t tiêu chu n c th quy đ nh vi c
thi t k k t c u theo đ tin c y. Trong khi đó nhu c u v đánh giá đ
tin c y c a k t c u l i đang là v n đ mang tính th i s . Bài toán đánh
giá đ nh y, đ tin c y c a k t c u ngay t khâu thi t k c g ng k
đ n các y u t ng u nhiên có th x y đ n vì v y có ý ngh a th c t .
M c tiêu c a lu n án
M c tiêu c a lu n án là nghiên c u, áp d ng các thu t toán phân
tích đ nh y, phân tích đ tin c y vào bài toán thi t k k t c u công
trình. T đó lu n án đ a ra các phân tích kinh t - k thu t nh m l a
ch n thi t k h p lý gi a tr ng l ng k t c u và đ tin c y.
it

ng nghiên c u c a lu n án

 Các ph ng pháp phân tích đ nh y t ng th (Global Sensitivity),
các ph ng pháp phân tích đ đ tin c y.
 Mô hình ng u nhiên, đ tin c y c a bài toán thi t k khung ngang
nhà công nghi p m t t ng theo TCVN 5575:2012.
 Bài toán phân tích kinh t - k thu t l a ch n thi t k h p lý.

Ph m vi nghiên c u c a lu n án
 Ph ng pháp phân tích đ nh y t ng th (Global Sensitivity) đ c
tr ng b i ch s đ nh y Sobol’.
 Ph ng pháp phân tích đ tin c y b ng mô ph ng Monte Carlo.
 Bi n ng u nhiên là bi n phân b đ u, đ c l p xác su t.
 Khung ngang đ c thi t k theo s đ k t c u ph ng, nút khung
tuy t đ i c ng, ti t di n không đ i, theo TCVN 5575:2012 K t c u
thép - Tiêu chu n thi t k .
 Phân tích bài toán kinh t - k thu t th hi n quan h gi a đ tin


ii
c y và tr ng l ng k t c u nh m l a ch n thi t k h p lý.
 Kho ng bi n thiên c a các bi n thi t k đ c l y theo tiêu chu n
TCVN 170:2007 K t c u thép gia công, l p ráp và nghi m thu yêu
c u k thu t và TCVN 9362:2012.
Ph

ng pháp nghiên c u

 Ph ng pháp phân tích, t ng h p. Thu th p các tài li u trong n c
và qu c t đ đánh giá t ng quan v các v n đ liên quan, t đó đ t
ra nhi m v nghiên c u c a lu n án.
 Ph ng pháp gi i tích. S d ng ph ng pháp l c đ phân tích n i
l c và chuy n v khung ngang.
 Ph ng pháp s và mô ph ng s . ánh giá đ nh y, đ tin c y c a
k t c u khung ngang nhà công nghi p.
Nh ng đóng góp c a lu n án
 Xây d ng thu t toán và ch ng trình phân tích đ nh y t ng th
(Global Sensitivity) đ c đ c tr ng b i ch s đ nh y Sobol’.

 Xây d ng thu t toán và ch ng trình phân tích đ tin c y b ng
ph ng pháp mô ph ng Monte Carlo.
 Xây d ng ch ng trình SFD (Steel Frame Design) thi t k t t đ nh
khung ngang nhà công nghi p theo TCVN 5575:2012. T ch ng
trình SFD lu n án xây d ng mô hình ng u nhiên c a bài toán thi t
k khung ngang nhà công nghi p.
 Phân tích đ nh y t ng th c a các tham s thi t k đ u vào lên
các tham s đ u ra trong bài toán thi t k khung ngang nhà công
nghi p cho m t thi t k t t đ nh c th .
 Phân tích đ tin c y c a k t c u khung ngang nhà công nghi p. T
đó phân tích bài toán kinh t - k thu t đ l a ch n thi t k h p lý.
C u trúc c a lu n án
C u trúc c a Lu n án g m: Ph n m đ u; K t lu n và 4 ch ng.
Ch ng 1. T ng quan v các ph ng pháp nghiên c u
Ch ng 2. Phân tích đ nh y và đ tin c y
Ch ng 3. Xây d ng mô hình ng u nhiên bài toán thi t k khung
ngang nhà công nghi p
Ch ng 4.
nh y và
tin c y c a bài toán thi t k khung
ngang nhà công nghi p – Bài toán kinh t k thu t.
Các công trình khoa h c đã công b
Bao g m 09 công trình đã công b : 05 công trình đ ng t p chí
chuyên ngành, 04 công trình đ ng các h i ngh khoa h c toàn qu c.


1

Ch

ng 1. T NG QUAN V V N

1.1 Các ph ng pháp đ tin c y
Xác su t không an toàn c a k t c u đ
(1.1) nh sau [103].
Pf   fX  X  dx
g  X 0

NGHIÊN C U
c xác đ nh theo bi u th c
(1.1)

trong đó, X   Xi  là véc t các bi n ng u nhiên đ u vào, g  X  là
hàm công n ng c a k t c u, fX  X  là hàm m t đ xác su t đ ng th i
c a véc t X . Mi n không an toàn đ c xác đ nh b i đi u
ki n g  X   0 , mi n an toàn đ c xác đ nh b i g  X   0 và

g  X   0 đ nh ngh a m t gi i h n.
Phân tích đ tin c y đ c phân lo i theo ba m c đ [28], [103].
1. M c đ 1. M c đ này th c ch t ch a ph i là phân tích đ tin c y.
i u ki n an toàn c a k t c u đ c xét đ n thông qua m t s các h s
an toàn…. M c đ 1 ch a ph i tính tích phân (1.1).
2. M c đ 2. S d ng m t s gi thi t đ n gi n hóa đ tính “g n
đúng” tích phân (1.1) b ng ph ng pháp gi i tích, bán gi i tích.
Ph ng pháp ch s đ tin c y Cornell C đ c đ xu t n m 1969
trong [71] và đ c áp d ng trong [59], [110], [141], [154], [156]. K t
qu ch th c s chính xác khi hàm công tuy n tính và các bi n ng u
nhiên có phân ph i chu n.
Ph ng pháp ch s đ tin c y Hasofer - Lind HL đ c đ xu t
n m 1974 và đ c áp d ng trong [97], [98] trên nguyên t c chu n hóa

các bi n đ u vào tr c khi tính ch s đ tin c y. Khi hàm công n ng
có d ng phi tuy n thì s đ c g n đúng b ng khai tri n Taylor b c
nh t (FORM - First Order Reliability Methods) ho c b c hai (SORM Second Order Reliability Methods) [103].
3. M c đ 3. Là m c đ xác đ nh g n đúng nh t tích phân (1.1). khi
mô ph ng b n ch t ng u nhiên c a các bi n g n đúng nh t mà không
c n gi thi t các bi n có phân ph i chu n, s d ng ph ng Monte Carlo
[103].
1.2 Các ph ng pháp phân tích đ nh y
nh y đ a ph ng (Local Sensitivity): Phân tích đ nh y đ a
ph ng là tính giá tr đ o hàm riêng c a hàm m c tiêu đ i v i t ng
bi n. Ph ng pháp đ n gi n nh t là ph ng pháp OAT (One At a


2
Time) đ c áp d ng đ c áp d ng trong [51], [62], [123] và [143].
Sau đó Morris đ xu t ph ng pháp Morris trong [124] và đ c áp
d ng trong [143], [101]…
nh y t ng th (Global Sensitivity):
nh y t ng th bao g m
đ nh y riêng l c a t ng bi n và đ nhay t ng tác c a bi n đó v i
các bi n khác. Ch s đ nh y Sobol’ đ c đ xu t và áp d ng r ng rãi
[81], [105], [140], [146], [147] …
1.3 Áp d ng phân tích đ nh y, đ tin c y k t c u
Ph ng pháp ch s đ tin c y Cornell và Hasofer-Lind đ c áp
d ng trong phân tích đ tin c y c a k t c u, s d ng ph ng pháp
FORM, SORM trong [53], [63], [111], [112], [135], [156].
Ph ng pháp Monte Carlo đang d n tr thành ph ng pháp ph
bi n trong tính toán đ tin c y k t c u công trình c a nhi u l nh v c:
phân tích phi tuy n k t c u [138], k t c u ch u t i đ ng đ t [121], k t
c u thép v i nút khung n a c ng [92]...

Vi t Nam, ph n nhi u các nghiên c u s d ng ch s đ tin c y
và các ph ng pháp xác đ nh ch s đ tin c y FORM, SORM [1], [2],
[10], [11], [12], [18], [23],.... Ph ng pháp Monte Carlo trong th i
gian g n đây c ng đ c m t s tác gi trong n c quan tâm nghiên
c u [15], [20], [33].
Song song v i bài toán đ tin c y thì bài toán đ nh y c ng đ c
m t s tác gi quan tâm. Tuy nhiên, các tác gi trong n c ch y u s
d ng ph ng pháp phân tích đ nh y đ a ph ng [14], [21], [24],
[29], [31], [32]…
1.4 Phân tích đ nh y, đ tin c y trong k t c u thép
V i đ c đi m c b n là đ b n cao và k t c u m nh. Vì v y, phân
tích đ nh y, đ tin c y đ i v i k t c u thép đã có r t nhi u tác gi
quan tâm nghiên c u [73], [70], [82], [92], [94], [136], [153]...
1.5 Nh n xét
Trong th c t vi c đánh giá đ nh y và đ tin c y trong bài toán
thi t k k t c u công trình còn t n t i r t nhi u v n đ , tùy thu c vào
đ i t ng nghiên c u và ph ng pháp ti p c n. Trong lu n án này,
qua nh ng nghiên c u t ng quan, tác gi lu n án nh n th y hai trong
s các v n đ còn t n t i nh sau.
Các ph ng pháp đánh giá đ nh y, đ tin c y ngày càng đ c
nghiên c u, phát tri n. K t h p v i ph ng pháp mô ph ng Monte
Carlo, các ph ng pháp này ngày càng th hi n rõ vai trò quan tr ng
trong vi c gi i quy t các v n đ ph c t p trong đ i s ng nói chung và


3

trong thi t k , tính toán k t c u nói riêng.
tin c y, đ nh y c a các thi t k theo các tiêu chu n c ng đ c
m t s tác gi quan tâm nghiên c u. Các nghiên c u này tuy t ng đ i

hoàn ch nh v quy trình thi t k nh ng vi c áp d ng các ph ng pháp
phân tích đ nh y và đ tin c y v n còn đ n gi n và có nhi u h n ch .
V i nh ng v n đ còn t n t i nêu trên, trong lu n án này tác gi
h ng đ n vi c nghiên c u áp d ng các ph ng pháp phân tích đ
nh y, đ tin c y trong bài toán thi t k k t c u theo tiêu chu n thi t
k . C th là bài toán phân tích đ nh y và đ tin c y c a k t c u
khung ngang nhà công nghi p m t t ng có c u tr c, c g ng k đ n
các y u t ng u nhiên có th x y ra trong các giai đo n thi t k , ch
t o l p d ng và khai thác s d ng. T đó lu n án ti n hành phân tích
bài toán kinh t k thu t g n l a ch n thi t k v i tr ng l ng k t c u
và đ tin c y t ng ng.


4

Ch

ng 2. PHÂN TệCH

NH Y VÀ

TIN C Y

2.1 Khái ni m v đ nh y
Phân tích đ nh y là phân tích s nh h ng c a các tham s
(bi n) thi t k đ u vào X   X1 , X2 ,..., Xm  lên mô hình đ u ra

Y  f  X  . Trong đó, X   X1 , X2 ,..., Xm  là các tham s thi t k
và giá tr đ u ra Y  Y1 , Y2 ,..., Yn  xác đ nh

m

trong không gian
n

trong không gian
.
2.2 Phân tích đ nh y đ a ph ng
nh y đ a ph ng c a m t bi n Xi lên mô hình đ u ra

Y  f  X  t i m t đi m X  X * th c ch t là đ o hàm riêng b c nh t

c a hàm đ u ra đ i v i bi n Xi tính t i đi m X  X * theo bi u th c
(2.22).
 f  X  
Si  
(2.22)

 Xi  X  X*
2.3 Ph

ng pháp phân tích đ nh y t ng th

Xét mô hình Y  f  X  , khai tri n c a hàm f  X  thành chu i
c a các hàm có d ng [123].

f  X   f0   fi  Xi    fij  Xi , X j  
i j

i

 f1

m

(2.23)

 X1 ,..., Xm 

Bi u th c (2.23) v i các bi n đ u vào Xi ng u nhiên và đ c l p
xác su t thì theo [123], [143] và [146] ph ng sai c a hàm đ u ra
Y  f  X  có th đ c phân tích theo bi u th c (2.25).
m

Var Y  Vi 
i 1

m



1 i  j  m

Vij  ...  V1...m

(2.25)

trong đó
Vi  Var  E Y Xi   ; Vij  Var  E Y Xi X j   Vi  Vj
m

V1...n  Var Y  Vi 
i 1

m



1 i  j  m

Vij 

 Ch s đ nh y Sobol’ b c nh t đ

m



1i1 ... in1  m

Vi1 ...im1

c xác đ nh.


5

Si 

Vi

Var Y

(2.26)

 Ch s đ nh y Sobol’ b c hai đ
Vij
Sij 
Var Y
 Ch s đ nh y Sobol’ t ng th đ

c xác đ nh.
(2.27)
c xác đ nh.

STi  Si  Sij  Sikl  ...  Si...n

(2.28)

Các ch s này đ c xác đ nh b ng ph ng pháp mô ph ng Monte
Carlo và đ c th c hi n theo s đ kh i nh Hình 2.3.
B tđ u

Xác đ nh bi n phân tích {Xi}

j
T o 2 b m u: Xkj   xkj1 ,..., xkm


k 1,... N , j 1,2

Mô ph ng Monte Carlo xác đ nh
1 N
f0   f  x1k1 ,..., x1km 
N k 1

Ui 

1 N
 f  x1k1, x1ki , x1km   f  xk21, x1ki , xkm2 
N i 1

Ui 

1 N
 f  x1k1, x1ki , x1km   f  x1k1, xki2 , x1km 
N i 1

Ch s đ nh y b c nh t Si
V U  f02
Si  i  i
V
V

Ch s đ nh y t ng th STi
U  f02
STi  1  i
V

Hình 2.3 S đ kh i phân tích đ nh y t ng th b ng ph
ph ng Monte Carlo

ng pháp mô

2.4 ánh giá đ tin c y b ng mô ph ng Monte Carlo
Ph ng pháp Monte Carlo là m t ph ng pháp dùng các s gi
ng u nhiên đ mô ph ng tính ch t ng u nhiên c a các bi n và tr c ti p


6
c l ng đ tin c y trên c s lu t s l n. N u mi n an toàn đ c
đ nh ngh a b i đi u ki n f  X   0 . Xác su t không an toàn c a h s
đ

c xác đ nh nh sau.

Pf   I f  X 0 fX  x dx  E  I f  X 0 

trong đó


1
I f  X 0  

0

khi

f X  0

khi

f X  0

(2.63)

(2.64)

Chu n b bi n đ u vào

Nf = 0; i = 1

Gieo s gi ng u nhiên: X  xi 

Hàm công n ng M  xi 

Ki m tra đi u ki n
f  xi   0

(ậ)

Nf  Nf

(+)
Nf  Nf 1

Pf 

i= i+ 1

Nf

i

Ki m tra h i t

K t thúc

Hình 2.9. S đ thu t toán ph

ng pháp mô ph ng Monte Carlo


7

Theo lý thuy t xác su t thông kê, n u chúng ta có N các th hi n
c a véc t ng u nhiên X, chúng ta s tính đ c m t m u g m N các
giá tr c a hàm I f  X  0 . Khi đó k v ng c a I f  X  0 có th tính x p x
trung bình c ng c a m u.

1 N
Pf  E  I f  X  0    I if  X  0
(2.65)
N i 1
Theo Lemaire trong [113] tác gi đã ch ra r ng, c l ng (2.65)
là h i t và kho ng tin c y 95% c a giá tr Pf đ c tính nh sau:


1  Pf 
1  Pf 
  Pf  Pf 1  200


Pf 1  200
(2.66)


NPf 
NPf 




Trong th c t , vi c ch n s l n mô ph ng N đ đ m b o đ tin
c y c a k t qu là r t khó. Thông th ng chúng ta dùng đi u ki n h i
t c a giá tr
c l ng Ps .





max PsN   PsN 1 , PsN  2 ,..., PsN  k   
(2.69*)
Ph ng pháp mô ph ng Monte Carlo đ c th c hi n theo s đ
kh i th hi n trên Hình 2.9.
2.4 K t lu n ch ng 2
Ch ng 2 c a lu n án, sau khi nêu m t s khái ni m c b n c a lý
thuy t xác su t th ng kê, tác gi đã nghiên c u các ph ng pháp phân
tích đ nh y và xây d ng thành công ch ng trình tính. Sau các ví d
ki m ch ng áp d ng và các phân tích nh n xét, tác gi đi đ n quy t
đ nh l a ch n ph ng pháp phân tích đ nh y t ng th thông qua ch
s đ nh y Sobol’ đ áp d ng trong ph n sau c a lu n án.

Ti p đó tác gi gi đã nghiên c u các ph ng pháp phân tích đ
tin c y và xây d ng ch ng trình tính. Qua các ví d minh h a, tác gi
rút ra các phân tích đánh giá v các ph ng pháp đã nghiên c u. T
đó tác gi quy t đ nh l a ch n ph ng pháp mô ph ng Monte Carlo
đ áp d ng trong ph n sau c a lu n án.
Nh ng k t qu đ t đ c trong Ch ng 2 là c s đ phân tích đ
nh y, đ tin c y c a các tham s đ u vào có th x y ra trong quá trình
thi t k , ch t o l p d ng và khai thác s d ng c a k t c u khung
ngang m t t ng m t nh p có c u tr c đ c xây d ng trong Ch ng 3.
K t qu nghiên c u c a ch ng này đã đ c công b trong các
công trình khoa h c 7 và 9.


8

Ch ng 3. XÂY D NG MÔ HÌNH NG U NHIÊN C A BÀI
TOÁN THI T K KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHI P
Ch ng này tác gi xây d ng mô hình ng u nhiên c a bài toán
thi t k k t c u khung ngang nhà công nghi p m t t ng, m t nh p có
c u tr c trên c s k t h p mô hình thi t k t t đ nh và các ph ng
pháp phân tích đ nh y và đ tin c y đã nghiên c u trong Ch ng 2.
3.1 Bài toán thi t k t t đ nh c a khung ngang
Quy trình thi t k t t đ nh khung ngang nhà công nghi p đ c
trình bày chi ti t trong các tài li u [37], [46], [50], [155]. Bài toán thi t
k t t đ nh k t c u khung ngang g m các b c nh sau:
 Nh p các tham s đ u vào.
 Tính toán các tr ng h p t i tr ng tác d ng lên khung.
 Phân tích n i l c khung và ghi nh n giá tr n i l c t i 6 ti t di n (4
ti t di n c t và 2 ti t di n d m). Tính chuy n v ngang đ nh c t  ic
v i i = 1..3 t ng ng v i giá tr tiêu chu n c a t i tr ng gió theo

TCVN 5575:2012.
 T h p n i l c trên 06 ti t di n theo các t h p c b n. Ghi nh n


các t h p Mmax
, Ntu ; Mmax
, Ntu ; Nmax , Mtu trên t ng ti t di n.
ik
ik
ik
ik
ij
 Tính toán các thông s : ( bcij , odc
,nbcij ,nccij ) ; ( bd
, odd
,nbd
,ncd
) v i
i = 1..3 t ng ng v i 3 t h p n i l c đã ghi nh n đ i v i t ng
ti t di n, j = 1..4 t ng ng v i 4 ti t di n c t và k = 1..2 t ng
ng v i 2 ti t di n d m.
 Các thông s đ u ra đ i v i ti t di n c t:
j
ij
( bcj , odc
)  max( bcij , odc
)
i= 1..3
(3.31)
(nbcj ,nccj )  min(nbcij ,nccij )

i= 1..3

 Các thông s đ u ra đ i v i ti t di n d m:
k
ik
( bck , odc
)  max( bcik , odc
)
i= 1..3

(n ,n )  min(nbcik ,nccik )
k
bc

k
cc

 Thông s đ u ra đ i v i chuy n v ngang đ nh c t:
c  max(ic )
i= 1..3

(3.32)

i= 1..3

(3.33)

Hình 3.11 th hi n s đ kh i c a ch ng trình Steel Frame
Design (SFD), đ c tác gi l p trình trên n n ngôn ng l p trình

Python.


9

Hình 3.11 S đ kh i c a ch

ng trình tính SFD

3.2 Mô hình ng u nhiên c a bài toán thi t k khung ngang
Mô hình ng u nhiên c a bài toán thi t k khung ngang nhà công
nghi p đ c xây d ng d a trên mô hình bài toán thi t k t t đ nh SFD
khi ng u nhiên hóa các tham s đ u vào đ c th hi n trên Hình 3.12.


10

B tđ u

Ng u nhiên hóa các bi n đ u vào
Xi

Ch

ng trình phân tích

t t đ nh khung ngang

 

SFD Xi

ng
su t
b n

b

ng
su t
n
đ nh

 od

n
đ nh
c cb
b n
b ng

nb

n
đ nh
c c
b
b n
cánh

nc

Giá
tr
chuy n
v
c

Hình 3.12 Mô hình ng u nhiên c a bài toán thi t k khung
3.3 Xây d ng ch

ng trình phân tích đ tin c y

Ch ng trình phân tích đ tin c y c a khung ngang là s k t h p
gi a ch ng trình “tính toán ti t di n” (SFD) và ch ng trình phân
tích đ tin c y b ng mô ph ng Monte Carlo (RAP).
c th hi n trên
Hình 3.13.
3.4 ánh giá nh h ng c a các y u t ng u nhiên
Các y u t ng u nhiên có th x y đ n trong các giai đo n t khi
hình thành d án cho đ n khi khai thác s d ng công trình.
minh
h a cho các phân tích đ nh tính đó, trong m c này lu n án đánh giá s
nh h ng c a y u t ng u nhiên đ n đ an toàn c a khung ngang nhà
công nghi p trong t ng giai đo n: Giai đo n thi t k ; giai đo n ch t o
l p d ng; giai đo n khai thác s d ng. T k t qu kh o sát cho th y
nh h ng c a các yêu t ng u nhiên trong t ng giai đo n là khác
nhau.

11

Tham s đ u vào X = Xi

Nf = 0; i = 1

Gieo s gi ng u nhiên: XN   xi 

 

Mô hình ng u nhiên SFD XN

i u ki n ki m tra

Nf  Nf

N f  N f 1

Pf 

i= i+ 1

Nf
i

Ki m tra h i t

K t thúc

Hình 3.13 S đ thu t toán phân tích đ tin c y c a thi t k khung

ngang b ng mô ph ng Monte Carlo
3.4 Xây d ng ch ng trình phân tích đ nh y
Ch ng trình phân tích đ nh y t ng th k t c u khung ngang
đ c xây d ng trên c s thu t toán ch ng trình phân tích đ nh y
t ng th thông qua ch s đ nh y Sobol’ (GSAP) và mô hình ng u


12
nhiên c a bài toán thi t k khung ngang đ

c th hi n trên Hình 3.14

B tđ u

Nh p bi n ng u nhiên đ u vào {Xi}

j
T o 2 b m u: Xkj   xkj1 ,..., xkm


k 1,... N , j 1,2

Mô ph ng xác đ nh
1 N
SFD
  x1k1 ,..., x1kp 
N k 1
1 N
1
U i   SFD  xim

  SFD  xim2 
N k 1
1 N
U i   SFD  x1k1 , x1ki , x1kp   SFD  x1k1 ,, xki2 , x1kp 
N i 1
f0 

Ch s đ nh y b c nh t Si

Si 

Vi U i  f

V
V

2
0

Ch s đ nh y t ng th STi

STi  1 

U i  f02
V

Hình 3.14 Thu t toán phân tích đ nh y t ng th khung ngang
3.5 K t lu n ch ng 3
Trong ch ng này, lu n án tr c h t trình bày tóm t t quy trình
thi t k k t c u khung ngang nhà công nghi p m t t ng có c u tr c

theo tiêu chu n Vi t Nam TCVN 5575:2012. Lu n án sau đó gi i
thi u c u trúc c a ch ng trình SFD “tính toán ti t di n”. Ch ng
trình này đ c l p trình trên n n ngôn ng l p trình Python và đ c
ki m ch ng k t qu tính toán.
Tác gi ti p đó phân tích các y u t ng u nhiên có th x y đ n v i
công trình t khi hình thành d án đ n khi khai thác s d ng. Rút ra
k t lu n v s c n thi t ph i đánh giá đ tin c y c a công trình, tác gi
sau đó xây d ng mô hình ng u nhiên c a bài toán thi t k t t đ nh
khung ngang. Thu t toán đánh giá đ tin c y và đ nh y trong bài toán
thi t k đ c tác gi xây d ng trên c s k t h p mô hình ng u nhiên


13
c a bài toán thi t k v i các ph ng pháp phân tích đ tin c y và đ
nh y đã nghiên c u trong [123].
Minh h a cho các phân tích đ nh tính v s nh h ng c a các y u
t ng u nhiên đ n s an toàn c a công trình, lu n án phân tích đ tin
c y c a k t c u khung ngang khi có các y u t ng u nhiên x y ra
trong t ng giai đo n: thi t k , ch t o l p d ng, khai thác s d ng. K t
qu thu đ c cho th y s nh h ng c a các y u t ng u nhiên này là
không th b qua. Tuy nhiên m c đ nh h ng c a các nhóm tham
s l i không gi ng nhau. i u này cho phép tác gi đi đ n quy t đ nh
phân tích nh h ng t ng th c a các tham s và đánh giá đ tin c y
c a thi t k k t c u khung ngang m t cách đ y đ , chi ti t trong
ch ng 4.


14

Ch ng 4.

NH Y VÀ
TIN C Y C A THI T K
KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHI P, BÀI TOÁN KINH T
K THU T
Trong ch ng này, tác gi s s d ng ch ng trình đã xây d ng
ch ng 3 đ ti n hành phân tích đ nh y, đ tin c y c a thi t k k t
c u khung ngang và phân tích bài toán kinh t k thu t g n v i đ tin
c y.
4.1 Phân tích đ nh y c a tham s thi t k khung ngang
nh y t ng th c a các tham s đ u vào lên t ng tham s đ u ra
 bc ,odc ,nbc ,ncc ,bd ,odd ,c ,nbd ,ncd  c a khung ngang nhà công
nghi p s l n l

tđ

c phân tích.

B ng 4.1. B ng giá tr đ u vào c a bi n ng u nhiên
n

Xi

Quy lu t

Giá tr
t t đ nh

1.

q0m

Phân b đ u

0,31

[0,279;0,341]

kN/m2

2.

Phân b đ u

0,30

[0,270; 0,330]

kN/m2

3.

p0m
Q

Phân b đ u

10,00

[9,00; 11,000]

T n

4.

w0

Phân b đ u

0,95

[0,855; 1,045]

kN/m2

5.

bf

Phân b đ u

0,25

[0,225; 0,275]

m

6.

tf

Phân b đ u

0,015

[0,0135; 0,0165]

m

7.

tw

Phân b đ u

0,008

[0,0072; 0,0088]

m

8.

hwc

Phân b đ u

0,38

[0,342; 0,418]

m

9.

hwd

Phân b đ u

0,38

[0,342; 0,418]

m

10.

Phân b đ u

2,1E8

[1,89E8; 2,31E8]

kN/m2

11.

E
f

Phân b đ u

2,1E5

[1,89E5; 2,31E5]

kN/m2

12.

L

Phân b đ u

24,00

[21,600; 26,400]

m

13.

b

Phân b đ u

6,30

[5,670; 6,930]

m

14.



Phân b đ u

5,71

[5,139; 6,281]

10,00

[9,000; 11,000]

m

16.

H
CB

Phân b đ u
Phân b đ u

0,5

[0,450; 0,550]

đ

17.

CB

Phân b đ u

0,08

[0,072; 0,088]

m

15.

Kho ng bi n thiên

v


15

Các bi n ng u nhiên đ u vào đ c gi thi t là các bi n ng u nhiên
có phân ph i đ u đ c l p xác su t, chi ti t trong B ng 4.1.
làm n i
b t nh h ng c a các bi n, lu n án gi thi t kho ng bi n thiên c a
t ng bi n xác đ nh trong kho ng 10% quanh giá tr t t đ nh.
4.1.1 S h i t c a mô ph ng Monte Carlo
Hình 4.1 th hi n k t qu h i t thu đ c c a bài toán kh o sát v i
hàm m c tiêu đ u ra là đ b n c a c t và chuy n v c a c t v i kích

th c m u l n l t là: 104; 2. 104; 3. 104; 4. 104; 4,5. 104; 5. 104.

Hình 4.1 S h i t c a mô ph ng Monte Carlo
Hình 4.1 cho th y k t qu c a mô ph ng Monte Carlo có th xem
là h i t v i 50.000 l n gieo. Th i gian tính toán trung bình cho m t
phân tích là kho ng 11h v i máy tính có c u hình CORE I7 2,6 GHz,
RAM 8.
4.1.2
nh y c a các tham s đ u vào lên các tham s đ u ra
K t qu phân tích đ nh y b c nh t và đ nh y t ng th c a các
tham s thi t k đ i v i các tham s đ u ra đ c th hi n trên các hình
d i đây. K t qu phân tích thu đ c cho th y s phù h p v i các
phân tích đ nh tính. Các tham s có đ nh y t ng th bé đ i v i t t c
các bi n đ u ra bao g m q0m , p0m ,  và CB . Các tham s này s


16
đ

c gi thi t là các tham s t t đ nh trong các phân tích đ tin c y.

Hình 4.2 Ch s đ nh y Sobol’ b c nh t và t ng th c a  C 

Hình 4.3 T l ch s đ nh y Sobol’ b c nh t và t ng th

 bc 

Hình 4.4 T l ch s đ nh y Sobol’ b c nh t và t ng th

 odc 

17

Hình 4.5 Ch s đ nh y Sobol’ b c nh t và t ng th đ i v i  nbc 

Hình 4.6 Ch s đ nh y Sobol’ b c nh t và t ng c ng c a  ncc 

Hình 4.7 Ch s đ nh y Sobol’ b c nh t và t ng c ng  bd 


18

Hình 4.8 Ch s đ nh y Sobol’ b c nh t và t ng c ng  odd 

Hình 4.9 Ch s đ nh y Sobol’ b c nh t và t ng c ng  nbd 

Hình 4.10 Ch s đ nh y Sobol’ b c nh t và t ng c ng  ncd 


19
4.2 Phân tích đ tin c y c a khung ngang nhà công nghi p
4.2.1. S h i t c a mô ph ng Monte Carlo
Trong các phân tích đ tin c y, các tham s ng u nhiên đ c gi
thi t là các bi n ng u nhiên đ u v i kho ng bi n thiên đ c xác đ nh
là kho ng dung sai cho phép theo tiêu chu n TCVN 170:2007 và
TCVN 9362:2012. S h i t c a mô ph ng Monte Carlo đ c th
hi n trên Hình 4.10.

Hình 4.10 S h i t c a xác su t không an toàn c a khung ngang d

nh h ng c a các tham s ng u nhiên

i

4.2.1. Hi u qu c a vi c lo i các tham s ng u nhiên có đ nh y bé

Hình 4.11 So sánh s h i t c a xác su t không an toàn c a khung
ngang khi gi m các tham s ng u nhiên
Hình 4.11 l n l t th hi n s h i t c a mô ph ng Monte Carlo
trong hai tr ng h p: Tr ng h p 1. Xét đ y đ các bi n ng u nhiên
đ u vào; Tr ng h p 2. Các bi n ng u nhiên có đ nh y bé q0m , p0m ,

 và CB s đ c gi thi t là các tham s t t đ nh và s h i t c a sai
s (theo t l %) c a hai tr ng h p trong quá trình mô ph ng. Ta có
th nh n th y r ng sai s c a giá tr đ tin c y trong hai tr ng h p
ch
m c nh h n 0,5%. Tuy nhiên n u lo i b b t tham s thì mô


20

ph ng Monte Carlo h i t t i kho ng 42.000 l n gieo so v i kho ng
55.000 l n gieo n u gi nguyên. Th i gian tính toán c ng gi m t ng
ng là 22%. K t qu này ch ng minh tính đúng đ n trong vi c phân
tích đ nh y c a các tham s và lo i b tính ch t ng u nhiên c a m t
s tham s có đ nh y bé.
4.3 Phân tích kinh t - k thu t
Phân tích kinh t k thu t trong lu n án này nh m m c đích tìm ra
m t ph ng án thi t k đ m b o đ tin c y đ ng th i gi m thi u tr ng
l ng k t c u đ gi m chi phí. S đ kh i c a bài toán phân tích kinh

t k thu t đ c th hi n trên Hình 4.11.
B tđ u
Xác đ nh nhi m v thi t k

Ph ng án
01

Ph ng án
02

Ph ng án
n

P s1 và Cs1

P s2 và Cs2

P sn và Csn

Quy t đ nh l a ch n thi t k

Hình 4.11 S đ thu t toán thi t k đ m b o kinh t - k thu t
T m c tiêu c a bài toán phân tích kinh t k thu t lu n án ti n
hành kh o sát m i quan h gi a đ tin c y và tr ng l ng k t c u.
Thông s c b n đ c nêu ra trong nhi m v thi t k là s c nâng c u
tr c  Q  và nh p nhà  L . Trong quá trình phân tích đ tin c y b ng
ph ng pháp mô ph ng Monte Carlo thì tiêu chu n h i t trong mô
ph ng Monte Carlo là 2,5%. Chúng ta có th nh n th y m c dù các
thi t k đ c ki m tra đ y đ theo các đi u ki n an toàn c a tiêu
chu n thi t k nh ng đ tin c y c a các ph ng án thì v n khác nhau.

T nhi m v thi t k là v i s c tr c  Q  6,3  20,0 T  và nh p nhà

 L  21,0 m lu n án thi t l p b ng l a ch n m i quan h gi a đ tin
c y và tr ng l

ng trong B ng 4.15.