Influence of random character of reinforcement cover in bending elements

• Autorzy: Sieńkowska Katarzyna , Buda-Ożóg Lidia

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.138490

Warianty tytułu

PL

Wpływ losowości wysokości użytecznej przekroju na niezawodność elementów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the assessment of reliability depending on the reinforcement cover thickness for elements subject to bending. Based on the experimental tests of 12 reinforced concrete beams subjected to four-point bending the numerical model was validated. In the next steps this numerical model was used for the Monte Carlo simulation. During the analyses the failure probability and the reliability index were determined by two methods - using probabilistic method - FORM and fully probabilistic method Monte Carlo with the use of variance reduction techniques by Latin hypercube sampling (LHS). The random character of input data - compressive strength of concrete, yield strength of steel and effective depth of reinforcement were assumed in the analysis. Non-parametric Spearman rank correlation method was used to estimate the statistical relationship between random variables. Analyses have shown a significant influence of the random character of effective depth on reliability index and the failure probability of bending elements.

PL

Analizują̨c statystyki awarii konstrukcji budowlanych można zauważyć, że przyczyną zawodności obecnie projektowanych konstrukcji w 90-95% jest czynnik ludzki. Blisko 50% wymienionych awarii związanych jest z błędami na etapie wykonawstwa. Jednym z takich błędów jest brak należytej staranności podczas wykonywania zbrojenia elementów, skutkujący zmianą wysokości użytecznej przekroju. Pojawia się wówczas wątpliwość, czy wykonana konstrukcja jest bezpieczna. Odpowiedź na to pytanie można uzyskać stosując ilościowe metody oszacowania prawdopodobieństwa zniszczenia tj. metody probabilistyczne uproszczone lub w pełni probabilistyczne. Przedmiot analiz stanowiła belka żelbetowa o schemacie belki wolnopodpartej z przewieszeniami o długości 0,1 m i całkowitej długości 3 m. Wymiary i zbrojenie belek pokazano na rys. 1. Belka została obciążna dwoma symetrycznymi obciążeniami punktowymi na odległość 1 m (zginanie czteropunktowe). Model numeryczny, który posłużył do przeprowadzenia analiz niezawodności, został zwalidowany na podstawie badań doświadczalnych dwunastu elementów wykonanych w skali naturalnej. Celem analizy było oszacowanie wskazników niezawodności β i prawdopodobieństwa awarii Pf w zależności od współczynnika zmienności grubości otuliny, a w rezultacie wysokość użytecznej przekroju zginanego. Wykorzystano do tego dwie metody - metodę probabilistyczną - FORM oraz metodę w pełni probabilistyczną Monte Carlo z wykorzystaniem technik redukcji rozmiaru populacji metodą próbkowania hipersześcianu łacińskiego. Analizę przeprowadzono w programach SARA oraz FREET dla trzech przypadków: pierwszy uwzględniający tylko losowy charakter zmiennych materiałowych, drugi tylko losowy charakter zmiennej d oraz trzeci uwzględniający losowość materiału oraz wysokości użytecznej przekroju - d. Jak wykazały przeprowadzone analizy podejście półprobabilistyczne, bez uwzględnienia przy kształtowaniu konstrukcji wpływu zmienności poszczególnych parametrów zmiennych losowych, nie zawsze jest gwarantem należytego bezpieczeństwa konstrukcji. Potwierdzono również, że istotnym zagadnieniem w ocenie niezawodności jest przyjęcie najbardziej zbliżonego do rzeczywistości modelu obliczeniowego uwzględniającego możliwe błędy wykonawcze. Jak wykazano niewłaściwe założenia mogą prowadzić do istotnych różnic w oszacowaniu niezawodności konstrukcji.

Słowa kluczowe

EN

reinforced concrete structure; reliability index; bending; finite element method analysis; FORM method; Monte Carlo simulation

PL

niezawodność; zginanie; metoda elementów skończonych; metoda FORM; symulacja Monte Carlo; konstrukcja żelbetowa

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 4
• Strony: 123--137
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Sieńkowska Katarzyna

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

• https://orcid.org/0000-0003-1497-5821

autor

Buda-Ożóg Lidia

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

• https://orcid.org/0000-0002-1205-1345

Bibliografia

• [1] ATENA, Program Documentation, Prague, 2014.
• [2] L. Buda-Ożóg, “Diagnostics of technical condition of concrete elements using dynamic methods”, PhD thesis, Rzeszow University of Technology, Poland 2008 (in Polish).
• [3] L. Buda-Ożóg, K. Sieńkowska, and I. Skrzypczak, “Reliability of beams subjected to torsion designed using STM”, Archives of Civil Engineering, vol. 66, no. 3, pp. 555-573, 2020. DOI: 10.24425/ace.2020.134413.
• [4] C. Cornell, “A probability based structural code”, American Concrete Institute Journal, no. 66, pp. 974-985, 1969.
• [5] EN 1990, Eurocode - Basis of structural design. Brussels: CEN, 2002.
• [6] FREET, Program Documentation, Prague 2011.
• [7] GUNB reports on construction disasters from 1995 to 2009, conference materials “Construction failures”, Szczecin, 2011 (in Polish).
• [8] D. Huntington and C. Lyrintzis, “Improvements to and limitations of Latin hypercube sampling. Probabilistic Engineering Mechanics”, vol. 13, no. 4, pp. 245-253, 1997.
• [9] ISO 13822, Bases for design of structures - Assessment of existing structures. Geneve, Switzerland: ISO TC98/SC2, 2010.
• [10] ISO 2394, General principles on reliability for structures, 2010.
• [11] A.S. Nowak and K.R. Collins, “Reliability of Structures”, McGraw-Hill, p. 338, New York, 2000.
• [12] Probabilistic Model Code, JCSS working material, http://www.jcss.ethz.ch/ (online), 2012.
• [13] SARA, Program Documentation, Prague, 2015.
• [14] I. Skrzypczak, L. Buda-Ożóg, and M. Słowik, “Projektowanie elementów żelbetowych z założoną niezawodnością”, Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, vol. 61, no 3/II, pp. 503-510, 2014, DOI: 10.7862/rb.2014.116.
• [15] A.C.W.M. Vrouwenvelder and N. Scholten, “Assessment criteria for existing structures”, Structural Engineering International, vol. 20, no. 1, pp. 62-65, 2010.
• [16] K. Winkelman, “Obliczanie niezawodności konstrukcji inżynierskich metodami symulacyjnymi oraz metodą powierzchni odpowiedzi”, PhD thesis, Gdansk University of Technology, Gdansk, 2013.
• [17] S. Woliński, “Probabilistyczne podstawy współczesnych norm projektowania”, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, vol. 58, pp. 269-288, 2011.