Страница 12: ДСТУ-Н Б EN 1991-1-7:2010. Єврокод 1. Дії на конструкції. Частина 1-7. Загальні дії. Особливі динамічні впливи / Eurocode 1. Actions on structures. Part 1-7. General actions. Accidental actions (60264)

Позначення

Крок 1: Визначення і моделювання основних особливих загроз. Оцінка вірогідності виникнення різних загроз із різними інтенсивностями.

Крок 2: Оцінка стану пошкодження конструкції внаслідок різних загроз. Оцінка вірогідності різних станів пошкодження і відповідних наслідків указаних загроз.

Крок 3: Оцінка загального стану пошкодженої конструкції. Оцінка вірогідності аварійного загального стану пошкодженої конструкції з відповідними наслідками.

Key

Step 1: Identification and modelling of relevant accidental hazards. Assessment of the probability of occurrence of different hazards with different intensities.

Step 2: Assessment of damage states to structure from different hazards. Assessment of the probability of different states of damage and corresponding consequences for given hazards.

Step 3: Assessment of the performance of the damaged structure. Assessment of the probability of inadequate performance(s) of the damaged structure together with the corresponding consequence(s).

Рисунок

В.3

Етапи аналізу ризику для конструкцій, що зазнають особливих навантажень

Figure

В.3

Illustration of steps in risk analysis of structures subject to accidental actions

В.9.2 Аналіз ризику для конструкцій

(1) Аналіз ризику для конструкцій, що зазнають особливих навантажень, може включати наступні три етапи, див. рисунок В.3.

Етап 1: Оцінка вірогідності виникнення різних загроз із відповідними інтенсив­ностями.

Етап 2: Оцінка вірогідності різних пошкоджених станів і відповідних наслідків зазначених загроз.

Етап 3: Оцінка вірогідності неадекватного загального стану пошкодженої конст­рукції та відповідних наслідків.

(2) Повний ризик R можна оцінити таким чином:

B.9.2 Structural risk analysis

(1) Risk analysis of structures subject to accidental actions may be approached by the following three steps, see Figure B.3:

Step 1: assessment of the probability of occurrence of different hazards with their intensities.

Step 2: assessment of the probability of different states of damage and corresponding consequences for given hazards.

Step 3: assessment of the probability of inadequate performance(s) of the damaged structure together with the corresponding consequence(s).

(2) The total risk R can be assessed by

(В.2)

При цьому приймається, що конструкція може піддаватися N_H різним загрозам, які можуть пошкодити конструкцію N_D різними способами (залежно від даної загрози) і що загальний стан пошкодженої конструкції можна розділити на N_S несприятливих станів S_k із відповідними наслідками C(S_k). При цьому P(H_i) – вірогідність виникнення i-ї загрози (в межах даного інтервалу часу). P(D_j|Hi) – умовна вірогідність виникнення j-го пошкодженого стану конструкції при настанні i-ї загрози. PS_k|D_j| – умовна вірогідність настання k-го несприятливого загального стану S конструкції, що знаходиться в j-му пошкодженому стані.

Примітка 1. P(S_k|D_j) і C(S_k) можуть значно зале­жати від часу (наприклад, у випадку пожежі та ева­куації відповідно). Загальний ризик необхідно оці­нювати і порівнювати з прийнятним рівнем ризику.

Примітка 2. Формула (В.2) може слугувати основою при оцінці ризику для конструкцій не тільки при рідкісних і особливих навантаженнях, але і при звичайних навантаженнях.

(3) При оцінці ризику необхідно оціню­вати економічно різні стратегії для управ­ління ризиками і їх зниженням:

– ризик можна зменшити за рахунок зниження вірогідності виникнення загрози, тобто за рахунок зниження P(Н). Наприклад, загрозу пошкодження опор мосту в результаті удару судна можна зменшити за рахунок створення перед ними штучних островів. Подібно до цього, ризик вибухів у будівлях можна зменшити за рахунок видалення з будівель вибухових речовин;

– ризик можна зменшити за рахунок зниження вірогідності значних пошкод­жень при встановлених загрозах, тобто за рахунок зниження P(D|H). Наприклад, пошкодженню, що виникає внаслідок виникнення пожежі, можна запобігти за рахунок пасивних і активних заходів боротьби з вогнем (наприклад, нанесення протипожежних покриттів на сталеві елементи або використанням пристроїв спрінклерних систем);

– ризик можна зменшити за рахунок зниження вірогідності настання небажа­ного загального стану конструкції при виникненні пошкодження, тобто за рахунок зниження P(S|D). Цього можна досягти, проектуючи конструкції з дос­татнім ступенем статичної невизначе­ності, допускаючи при цьому альтерна­тивну передачу навантажень у разі пошкоджень системи.

where it is assumed that the structure is subjected to N_H different hazards, that the hazards may damage the structure in N_D different ways (can be dependent on the considered hazards) and that the performance of the damaged structure can be discretised into N_S adverse states S_k with corresponding consequences C(S_k). P(H_i) is the probability of occurrence (within a reference time interval) of the i hazard, P(D_j|Hi) is the conditional probability of the j^th damage state of the structure given the і^th hazard and PS_k|D_j| is the conditional probability of the k^th adverse overall structural performance S given the j^th damage state.

NOTE 1. P(S_k|D_j) and C(S_k) can be highly dependent on time (e.g. in case of fire and evacuation, respectively) and the overall risk should be assessed and compared to acceptable risks accordingly.

NOTE 2. Expression (B.2) can form the basis for risk assessment of structures not only for structures subject to rare and accidental loads but also for structures subject to ordinary loads.

(3) Within risk assessment possible different strategies for risk control, and risk reduction ne­ed to be investigated for economical feasibility:

– risk may be reduced by reduction of the probability that the hazards occur, i.e. by reducing P(H). For example for ship impacts on bridge pier structures the hazard (the event of a ship impact) can be mitigated by construction of artificial islands in front of the bridge piers. Similarly, the risk of explosions in buildings might be reduced by removing explosive materials from the building;

– risk may be reduced by reducing the probability of significant damages for given hazards, i.e. P(D|H). For example, damage which might follow as a consequence of the initiation of fires can be mitigated by passive and active fire control measures (e.g. foam protection of steel members and sprinkler systems);

– risk may be reduced by reducing the probability of adverse structural performance given structural damage, i.e. P(S|D). This might be undertaken by designing the structures with a sufficient degree of redundancy thus allowing for alternative load transfer should the static system change due to damage.

В.9.3 Моделювання ризиків при над­звичайних подіях

B.9.3 Modelling of risks from extreme events

Пояснення

S – конструкція;

H – загрозлива подія з величиной М у часі t

Key

S: Structure

H: Hazard event with magnitude M at time t

Рисунок

В.4

Компоненти для моделювання надзвичайної події

Figure

В.4

Components for the extreme event modelling

В.9.3.1 Загальний формат

(1) Частиною аналізу ризику є дослід­ження надзвичайних загроз, таких як землетруси, вибухи, зіткнення і таке інше. Загальна модель для таких подій може включати наступні компоненти (див. рисунок В.4):

– ініціюючу подію у визначеному місці та в певний час;

– величину енергії М, пов'язану з цією подією, і, можливо, деякі інші параметри;

– фізичну взаємодію між подією, навколишнім середовищем і конструк­цією, яка може призвести до перевищення одного з граничних станів конструкції.

(2) Виникнення ініціюючої події для деякої загрози Н згідно з В.9.3.1(1) часто моделюють у вигляді події в рамках пуассонівського процесу з інтенсивністю λ(t,x) на одиницю об'єму і одиницю часу, де t – певна точка в часі, x – положення в просторі (x₁, x₂, x₃). Вірогідність виник­нення відмови протягом часу аж до Т розраховують у цьому випадку (для постійної λ і малої вірогідності) за формулою (В.3):

B.9.3.1 General format

(1) As part of a risk analysis extreme hazards like earthquakes, explosions, collisions, etc should be investigated. The general model for such an event may consist of the following components (Figure B.4):

– a triggering event at some place and at some point in time;

– the magnitude M of the energy involved in the event and possibly some other parameters;

– the physical interactions between the event, the environment and the structure, leading to the exceedance of some limit state in the structure.

(2) The occurrence of the triggering event for hazard H in B.9.3.1 (1) may often be modelled as events in a Poisson process of intensity λ(t,x) per unit volume and time unit, t representing the point in time and x the location in space (x₁, x₂, x₃). The probability of occurrence of failure during the time period up to time Т is then (for constant λ and small probabilities) given by expression (B.3):

, (В.3)

де:

N =λt – загальна кількість суттєвих ініціюючих подій у даний період часу;

f_M(m) – щільність розподілу випадкової величини М даної загрози.

Слід зазначити, що вірогідність відмови може залежати від відстані між конструк­цією і місцеположенням події. У таких випадках потрібне детальне інтегрування за площею чи об’ємом зони впливу.

where:

N = λT is the total number of relevant ini­tiating events in the considered period of time,

f_M(m) is the probability density function of the random magnitude M of the hazard

Note that the probability of failure may depend on the distance between the structure and the location of the event. In that case an explicit integration over the area or volume of interest is necessary.

В.9.3.2 Застосування до ударів автотранспортних засобів

(1) На рисунку В.5 наведена ситуація коли зіткнення виникає, якщо транспортний засіб на достатній швидкості змінює курс у критичному місці дороги. Швидкість удару залежить від відстані між дорогою і конструкцією або елементом конструкції, кута удару, початкової швидкості і топог­рафічних параметрів місцевості між доро­гою і конструкцією. Іноді на цій території є перешкоди або перепади висот.

B.9.3.2 Application to impact from vehicles

(1) For the situation shown in Figure B.5 impact will occur if a vehicle, travelling along the roadway leaves its intended course at a critical place with sufficient speed. The required speed for impact depends on the distance from the structure or a structural member or element to the road, the angle of the collision course, the initial velocity and the topographical properties of the terrain between road and structure. In some cases there may be obstacles or height differences in terrain.

Транспортний засіб змінює курс в точці Q із швидкістю v₀ під кутом φ. Зіткнення з конструкцією або елементом конструкції, що знаходиться поблизу дороги на відстані s, відбувається при швидкості v_r.

A vehicle leaves the intended course at point Q with velocity v₀ and angle φ. A structure or structural member in the vicinity of the roadway at distance s is hit with velocity v_r.

Рисунок

В.5

Удар транспортного засобу

Figure

В.5

Impact from vehicles

(2) На підставі загального виразу (В.3) розраховують вірогідність відмови для цього випадку за формулою (В.4):

(2) Based on the general expression (B.3) the failure probability for this case is given in expression (B.4):

, (В.4)

де:

N = nTλ – загальна кількість ініціюючих подій у даний період часу;

n – інтенсивність руху;

λ – інтенсивність відмов транспортних за­собів (кількість подій на кілометр пробігу транспортного засобу);

T – період часу;

b – ширина конструкції або двократне значення ширини транспортного засобу, що ударяє, приймають менше значення;

φ – кут напряму руху;

f(φ)– функція щільності імовірності;

R – опір конструкції;

F – ударна сила.

Застосовуючи спрощену модель удару (див. Додаток С), ударну силу F визначають наступним чином:

where :

N = nTλ is the total number of initiating events in the period under consideration,

n is the traffic intensity,

λ is the vehicle failure intensity (number of incidents per vehicle km),

T is the period of time,

b is the width of the structural element or two times the width of the colliding vehicle, whichever is the less

φ is the direction angle,

f(φ) is its probability density function,.

R represents the resistance of the structure and

F is the impact force.

Using a simple impact model (see Annex C), the impact force F can be written as:

, (В.5)

де:

m – маса транспортного засобу;

к – жорсткість;

v_o – швидкість транспортного засобу у мо­мент зміни курсу в точці Q, а – постійне уповільнення швидкості транспортного засобу після зміни курсу (див. рисунок В.5), s = d/sinφ, відстань від точки Q до конструкції.

where:

m is the vehicle mass,

к is the stiffness,

v_o is the velocity of the vehicle when leaving the track at point Q and a the constant deceleration of the vehicle after it has left the road (see Figure B.5) and s = d/sinφ the distance from point Q to the structure).

В.9.3.3 Застосування до ударів суден

(1) Для застосування згідно з рисунком В.6 формулу (В.3) допускається переро­бити у формулу (В.6):

B.9.3.3 Application to impact from ships

(1) For the application illustrated in Figure B.6, expression (B.3) may be further developed as given in expression (B.6).

(В.6)

де:

N = nλT(1-p_a) – загальна кількість аварій протягом даного періоду часу;

n – кількість суден, що проходять за одиницю часу (інтенсивність руху);

λ – вірогідність відмови на одиницю шляху;

T – період часу, що береться до уваги (зазвичай 1 рік);

p_a – вірогідність виключення зіткнення за рахунок втручання людини;

x – координата точки, в якій відбулася фатальна помилка або механічна відмова;

F_dyn – ударна сила на конструкцію, отримана згідно з розрахунком удару (див. Додаток С);

R – опір конструкції.

За необхідності допускається враховувати розподіл вірогідності для початкового положення судна в напрямі у (див. рисунок В.6).

where :

N = nλT(1-p_a) is the total number of incidents in the period of consideration,

n is the number of ships per time unit (traffic intensity),

λ is the probability of a failure per unit travelling distance,

T is the reference period (usually 1 year),

p_a is the probability that a collision is avoided by human intervention,

x is the coordinate of the point of the fatal error or mechanical failure,

F_dyn is the impact force on the structure following from impact analysis (see Annex C) and

R is the resistance of the structure.

Where relevant, the distribution of the initial ship position in the y-direction may be taken into account, see Figure B.6.