Multi-faced assessment of structural safety

• Autorzy: Woliński Szczepan

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.137159

Warianty tytułu

PL

Wieloaspektowa ocena bezpieczeństwa konstrukcji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Structural safety is a concept defined in various ways, usually in an imprecise and qualitative manner. The article refers to the more important concepts and methods of structural safety assessment and presents an original proposal for a multi-faced assessment of this feature. Suggested procedure allows to take into account most of the key properties determining the safety of structures, including reliability, risk, resistance and robustness, random and non-random uncertainty of state variables and assessment criteria, potential consequences of failure, and makes possible the visualization of the results. Using the concept of fuzzy numbers, fuzzy statistics and the approximate reasoning scheme it enable to take into account subjective and qualitative information about the state variables, safety criteria, computational method, the professional knowledge and intuition of the designer. The application of the proposed procedure is illustrated on the example of the safety assessment of a reinforced concrete beam designed for flexure. The proposed procedure may be useful at the stage of conceptual design of building structures, as well as for assessing the safety of existing structures.

PL

Bezpieczeństwo, niezawodność, odporność i podatność na zniszczenie są kluczowymi i ściśle powiązanymi, ale różnymi i różnie definiowanymi pojęciami. Bezpieczeństwo jest pojęciem najbardziej ogólnym, i w przeciwieństwie do pozostałych, najtrudniejszym do opisu ilościowego. Najczęściej spotykanymi przyczynami uszkodzeń, zniszczeń i katastrof konstrukcji są błędy ludzi, oddziaływania wyjątkowe lub kombinacje niekorzystnych zdarzeń. Ilościową miarą rozważanych właściwości jest ryzyko, które łącznie z niezawodnością, odpornością lub podatnością na zniszczenie umożliwia uwzględnienie najważniejszych aspektów bezpieczeństwa konstrukcji. W przedstawionej analizie i ocenie elementów bezpieczeństwa uwzględniono zmienne o charakterze deterministycznym, losowym i rozmytym. Wartości rozmytej i probabilistyczno-rozmytej miary bezpieczeństwa oszacowano z uwzględnieniem subiektywnych i nieprecyzyjnych informacji w formie zmiennych lingwistycznych. Pojęcie bezpieczeństwa konstrukcji ma wiele aspektów odnoszących się do zagrożenia życia i zdrowia ludzi, konsekwencji i strat ekonomicznych, społecznych, środowiskowych i innych. Ponieważ wiele z nich ma jakościowy, rozmyty lub subiektywny charakter, do oceny bezpieczeństwa stosowane są głównie miary jakościowe, często opisywane za pomocą zmiennych lingwistycznych, np. przepisy prawa budowlanego i zalecenia normowe. Koncepcje z zakresu logiki rozmytej, w tym liczb i statystyk rozmytych oraz wnioskowania przybliżonego, jakościowe i subiektywne informacje dotyczące zmiennych decydujących o stanie, metodach obliczeń, wykonawstwa i eksploatacji konstrukcji oraz wiedza i intuicja osób zaangażowanych w proces inwestycyjny i utrzymanie obiektów budowlanych, mogą być uwzględnione na etapie projektowania. Do wieloaspektowej oceny i prezentacji poziomu bezpieczeństwa konstrukcji zastosowano diagramy typu Pf - N- K-IR, gdzie: Pf - prawdopodobieństwo zniszczenia, N - liczba potencjalnych ofiar, K - miara konsekwencji, IR - wskaźnik odporności poawaryjnej. Przedstawiono autorską propozycję łącznej, ilościowej oceny wpływu lingwistycznych, rozmytych i probabilistycznorozmytych zmiennych na miary bezpieczeństwa konstrukcji żelbetowych oraz określenia ich akceptowalne wartości. Na przykładzie analizy bezpieczeństwa żelbetowej belki zilustrowano proponowane procedury obliczeń i porównano wyniki oszacowań miar bezpieczeństwa odniesionych do zginania, związanych z różnymi metodami projektowania: deterministyczną, półprobabilistyczną, probabilistyczną, rozmytą, probabilistyczno-rozmytą oraz uwzględniającą ocenę rozmytą z uwzględnieniem ryzyka związanego ze zniszczeniem belki. Zastosowanie proponowanego podejścia umożliwia wieloaspektową analizę i ilościową ocenę przyjętych wartości miar bezpieczeństwa oraz wizualizację uzyskanych rezultatów.

Słowa kluczowe

EN

structural safety; qualitative information; fuzzy measure

PL

bezpieczeństwo konstrukcji; kryteria oceny jakości; miara rozmyta

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 2
• Strony: 133--154
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Woliński Szczepan

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Civil an Environmental Engineering and Architecture, Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0090-3520

Bibliografia

• [1] A.G. Pugsley, “Concepts of safety in structural engineering”, J. Inst. Civil Engrs., 36(5): 5-51, 1951.
• [2] M. Matousek, “Quality assurance”, in: D. Blockly, editor, Engineering Safety, UK McGraw-Hill: 72-88, 1992.
• [3] J. Murzewski, “Reliability of engineering structures”, (in polish), Warszawa, Arkady, Poland, 1989.
• [4] Eurocode, “Basis of structural design”, CEN, Brussels, 2002.
• [5] ISO Standard 2394, “General principles on reliability for structures”, 2015.
• [6] D.G. Elms, “Achieving structural safety: theoretical considerations”, Journal of Structural Safety, 21 (1): 311-333, 1999, http://doi.org/10.1016/SO167-4730(99)00027-2
• [7] ISO Standard 13824, “General principles on risk assessment of systems involving structures”, 2010.
• [8] Eurocode 1, “Actions on structures”, Part 1-7: “General actions - Accidental actions”, CEN, Brussels, 2006.
• [9] M.A. Maes, K.E. Fritzson and S. Glowienka, “Structural robustness in the light of risk and consequence analysis”, Structural Engineering International, 77 (18): 73-78, 2006, https:/doi.org/10.2749/101686606777962468
• [10] Sz. Woliński, “Defining of the structural robustness”, Bull. Pol. Ac.: Tech. 61: 137-144, 2013, DOI:10.2478/bpasts-2013-0012
• [11] F. Knoll, T. Vogel, “Design for Robustness, Structural Engineering”, Document No 11 IABSE Zurich, ISBN 978-3-85748-120-8, 2009.
• [12] D.I. Blockley, J. Agarval, J.T. Pinto, N.J. Woodman, “Structural vulnerability, reliability and risk”, Prog. Struct. Eng. Mater., 4: 203-212, 2002, https://doi.org/10.1002/pse.109
• [13] M. H. Faber, “Framework for risk assessment of structural systems”, Proceedings of Workshop COST26: ‘Urban habitat constructions under catastrophic events‘. Czech TU Prague: 359-367, 2007.
• [14] B.R. Ellingwood, “Strategies for mitigating risk of progressive collapse", Proc. of the ACSE Structures Congress, New York: 5-6, 2005.
• [15] I.W. Baker, M. Schubert, M.H. Faber, “On assessment of robustness”, Journal of Structural Safety, 30 (3): 253-267, 2008, https://doi.org/10.1016/j.strusafe.2006.11.004
• [16] L. Zadeh, “Fuzzy sets, Information and Control”, 8: 338-353, 1965.
• [17] H.X. Li and V.C. Yen, “Fuzzy Sets and Fuzzy Decision-Making”, CRC Press, Boca Raton, 1995.
• [18] H. Bandemer, S. Gottwald, “Fuzzy Sets, Fuzzy Logic, Fuzzy Methods with Applications”, J. Wiley & Sons, Chichester, 1995.
• [19] G. Harding, G.J. Carpenter, “Disproportional collapse of Class 3 buildings: the use of risk assessment”, The Struc. Eng.: 87, (15-16): 29-34, 2009, https://worldcat.org/issn/14665123
• [20] Eurocode 2, “Design of concrete structures”, Part 1-1: “General rules and rules for buildings”, CEN, Brussels, 2004.
• [21] Sz. Woliński, “Risk based approach to service life assessment of building structures”, Proc. Sustainability of Construction: 4.43-4.51, Dresden, 2008.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).