Một phương pháp xác định tuổi thọ tuổi thọ cịn lại cơng trình Mở đầu Việc xác định tuổi thọ cịn lại cơng trình vấn đề cần thiết, liên quan đến việc quuết định tiếp tục khai thác, sửa chữa hay phá bỏ Đặc biệt cơng trình vùng thường chịu nhiều rủi ro gió bão, động đất, lũ lụt, va đập Từ trước nay, quan quản lý nước nước ta có hướng dẫn đánh giá chất lượng cơng trình, chủ yếu quy định phân loại cơng trình (tốt, trung bình, yếu kém) việc mang tính chất định tính Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng cơng trình hữu xác định tuổi thọ cơng trình quy định ISO 2394 - 1998 [1], tiêu chuẩn đánh giá nhà nguy hiểm Trung Quốc [2] số công trình Việt Nam [3,4,5] Trong [1] có phần nói “cơng trình hữu”, song chưa hướng dẫn đánh giá chất lượng cơng trình theo số độ tin cậy β Trong này, tác giả đề xuất phương pháp tính tuổi thọ cịn lại cơng trình theo β Để minh hoạ, tác giả đưa ví dụ đơn giản Định nghĩa tuổi thọ cơng trình “Tuổi thọ cơng trình” danh từ hiểu theo nghĩa khác nhau, chẳng hạn: thời gian tồn cơng trình, thời gian khai thác trước xảy cố đầu tiên, thời gian khai thacá an toàn.v.v Nếu với cách hiểu chung khơng thể đưa phương pháp định lượng để xác định tuổi thọ tuổi thọ cịn lại cơng trình Sau định nghĩa thuổi thọ theo độ tin cậy 2.1 Định nghĩa thứ Tuổi thọ cơng trình thời gian sử dụng bình thường cơng trình điều kiện tải trọng tác động định quy định trước Trong định nghiã có hai điểm đáng ý là: Thế sử dụng bình thường? Sử dụng bình thường bảo đảm cơng cơng trình ghi nhiẹm vụ thiết kế, điều kiện trạng thái giới hạn Thế tải trọng tác động quy định? Khi thiết kế, người ta chọn tham số đầu vào tải trọng tác động nhiệt ẩm, mức độ sai lệch so với quy định ghi rõ Nghĩa cơng trình sử dụng điều kiện bình thường gió bão, lũ lụt, va đập, cháy nổ bất thường vượt điều kiện quy định bất thường cơng trình an tồn hiển nhiên Vì mà phát sinh vấn đề xác định lại chất lượng cơng trình sau bị cố Sau định nghĩa khác 2.2 Định nghĩa thứ hai Tuổi thọ cơng trình thời gian khai thác bình thường với mức độ an tồ quy định Trong định nghĩa có hai điểm đánh ý Thế khai thác bình thường? tương tự trên, muốn nói tới thỏa mãn điều kiện trạng thái giới hạn quy định thiết kế Thế mức an toàn quy định? Độ tin cậy tiêu an tồn tổng qt nhất, mức độ an tồn quy định muốn nói tới độ tin cậy định Do tin cậy thường giảm dần theo thời gian sử dụng (nếu không gia cố, sửa chữa), nên giảm đến mức coi cơng trình hết tuổi thọ (dẫu chưa xảy cố) Định nghĩa thứ hai dễ xây dựng phương pháp xác định tuổi thọ định lượng định nghĩa thứ Do đó, sau tác giả sử dụng định nghĩa thứ hai đẻ xây dựng phương pháp Từ phương pháp này, bổ sung số tính tốn phụ xác định tuổi thọ cịn lại Phương pháp xác định tuổi thọ lại cơng trình Theo phương pháp nêu báo này, có hai khau quan trọng tìm độ tin cậy cơng trình P(t) xác định giá trị P(T) = P , T tuổi thọ Điều minh hoạ hình Hình Đồ thị P(t) theo thời gian Giả sử tìm P(t), đồ thị P(t) hình P xác định theo tiêu chuẩn độ tin cậy Tương ứng với giá trị xác suất an tồn Ps ta có tương ứng xác suất an toàn Pt = 1-Ps Từ Pt ta suy giá trị số độ tin cậy β ngược lại Theo tiêu chuẩn Canada hay đề nghị số tác giả Việt BNam kết cấu bê tơng, chọn β = 3, thép, chọn βmin = 2,5 Nếu kiểm tra ta thấy β < βmin phải gia cố sửa chữa, Pmin xác định theo tầm quan trọng cơng trình Chẳng hạn, nhà quốc hội hay hội trường quốc gia, quốc tế thiết kế chọn P(0) lớn song P minn tương ứng với βmin lớn cơng trình thơng thường, thí dụ β=3,5 kết cấu bê tơng ta phải xem xét khả sửa chữa nâng cấp Thường Pmin hội đồng chun mơn đề nghị cho loại cơng trình khác theo tầm quan trọng, người định nhà quản lý có thẩm quyền 3.1 Các bước xác định tuổi thọ tuổi thọ lại Xác định P(t) Xác định T ΔTT Xác định Pmin Hình Sơ đồ khối thổng thể Sau tác giả xin trình bày cách chi tiết: - Xác định P(t) Để đơn giản, ta chọn dạng P(t) quenthuộc nhiều tác giả giới sử dụng Chẳng hạn, kết cấu thép P(t) chấp nhanạ dạng: P(t) = P (0).e -λtt P(0) xác suất thiết kế (tại thời điểm t=0), λ số thực nghiệm, xác định phương pháp bình thường tối thiểu Do đó, λ đại lượng ngẫu nhiên xác định giá trị kỳ vọng phương sai Tại thời điểm ti , đo trực tiếp cơng trình (loại cơng trình) Căn vào số liệu thời điểm ti đó, ta tính P(ti) ta dùng phương pháp tính độ tin cậy [6,7] Do đó: P(ti) = P (0).e -λtti hay: Hình Xác định độ tin cậy thời điểm ti Bước 1: Xác định P(t) Nói chung P(t) giảm dần theo thời gian, gia cố sửa chữa nâng lên, sau tiếp tục giảm Nói chung việc xác định P(t) tốn khó, cần có đủ số liệu theo thời gian đại lượng phụn thuộc vào thời gian Sau xin nêu cachs thực hành để dễ dàng giải toán Bước 2: Xác định Pmin Bước 3: Tính tuổi thọ cịn lại λtiti e P (0) = -P (ti) P (0) λt i t i lne = ln ( - ) P (ti) P (0) ( Suy ra: λ i = -ln ti P (ti) Giá trị trung bình λt i là: ) (1) n μλ = -∑ λk n k=1 (2) Độ lệch chuẩn λt là: n σ λ = √D = D = √D = μ = ∑ λ ( λ λ k n k - λ )2 (3) k=1 - Xác định Pmin Như nói, Pmin xác định theo tầm quan trọng cơng trình theo định cấp quản lýa có thẩm quyền - Xác định tuổi thọ cơng trình T Theo hình 1, sau có P(t) = P (0).e -λtt ta có P(T) = P(0).e -λtt , suy ra: P (0) T = - ln λt ( - ) P (ti) Chú ý: Thông thường điều kiện sử dụng khơng chuẩn nghĩa có sai lệch với quy định nên cần có khâu điều chỉnh P (t) trước đánh giá Việc đièu chỉnh tiến hành sau: - Kiểm tra trực tiếp cơng trình thời điểm tk ta xác định P(tk) = Pk’ Từ Pk = P (0).e -λtk tk suy ra: P(0) ( λtk = ln tk P(T) ) So sánh với λtk chọn ban đầu, kỳ vọng phương sai khác xa so với kỳ vọng phương sai λt phải tính tốn lại từ đầu Tại thời điểm t k , cơng trình có tuổi thọ cịn lại là: ΔT = T - tT = T - tk Thí dụ Việc tính độ tin cậy cơng trình phức tạp, tính tốn thực hành người ta cho phép chọn giá trị gần coi giá trị gần kết cấu giá trị độ tin cậy tiết diện có xác suất an tồn bé Quy luật ăn mòn: chọn quy luật ăn mịn thép V.D Raizer cơng bố quy luật sơ mũ: δ = δ0.e –γtγtt δ chiều dày, δ0 chiều dày ban đầu kim loại, t thời gian, γ số thực nghiệm Sau ta xét cơng trình thời điểm t = 25 năm có loịa cấu kiện sau: Độ tin cậy cột: với số liệu sau: μγt = 7500daN/m3 ; σγt = μL = 5m; σL = 0,012m μq (gio) = 800 daNm; σq (gio) = 0,20 daNm ứng suất tới hạn thép σ0 = 2200daN/cm2 Xác suất an toàn Ps : Ps = Pro (σmax ≤ σ0) hay xác suất an toàn Pf là: Pƒ = - Ps = Pro (σmax ≥ σ0) Do đó, lượng dự trữ an toàn (quãng an toàn) là: M = σ0 - σmax μM Chỉ số độ tin cậy: β = -σM Với số liệu trên: 39 β = - ≈ 0,14 Suy : Pƒ = 0,4442 264,500 Vậy xác suất an toàn cột Ps = – Pf = 0,5558 Như tính đến độ an tồn độ bền sau 25 năm Ps = 5558 thép phải gia cố sửa chữa Từ kết trên, ta suy chọn Pmin = 0,5558 tuổi thọ cơng trình T = 26 năm Nếu chọn P = 0,7 T = 16 năm Trường hợpcoi γ ngẫu nhiên, chọn δ γ = 12,6 β = 0,4443 Tại thời điểm 15 năm Ps = 0,5557 Các kết nói lên kể đến độ phân tán số ăn mòn γt giá trị Pmin tuổi thọ cịn 15 năm (giảm 10 năm) Do đó, γ tham số có độ nhạy cảm lớn, bỏ qua sai số thiếu xác Kết luận  Phương pháp nêu báo cách đánh giá định lượng tuổi thọ tuổi thọ lại cơng trình Khi áp dụng phương pháp địi hỏi phải có đủ số liệu Song nước có tiêu chuẩn thiết kế theo độ tin cậy đại lượng phương sai có quy định Khi kiểm tra cơng trình hữu dùng quy định khơng xác, song định lượng tốt  Ngày nay, phương tiện tính tốn phát triển, việc tính tuổi thọ cơng trình phức tạp song có chương trình mẫu nên khó khăn tính tốn vượt qua  Nhiều nước kiểm tra cơng trình quan trọng đặc biệt quan trọng theo độ tin cậy Ở nước ta chưa có tiêu chuẩn thiết kế đánh giá cơng trình hữu dựa theo độ tin cậy, nên áp dụng phương pháp nêu trên, phải chờ thời gian TS Nguyễn Văn Hùng (Nguồn tin: T/C KHCN Xây dựng, số 3/2006)