Αξιολόγηση πειραματικών μετρήσεων προς προσδιορισμό χαρακτηριστικών τιμών και επιμέρους συντελεστών ασφαλείας σύμφωνα με τον Ευρωκώδικα 0

Abstract

Οι μεταβλητές που χρησιμοποιούνται στην επιστήμη του Πολιτικού Μηχανικού, όπως για παράδειγμα τα διάφορα φορτία που καταπονούν τις κατασκευές ή οι ιδιότητες των οικοδομικών υλικών, δεν έχουν μία σταθερή τιμή αλλά παρουσιάζουν μία τυχαία διασπορά. Το γεγονός αυτό, σε συνδυασμό με την πιθανότητα ανθρώπινου σφάλματος, δημιουργούν πολλές αβεβαιότητες. Τις αβεβαιότητες αυτές καλούμαστε να καλύψουμε χρησιμοποιώντας στατιστικές και πιθανοτικές μεθόδους, ακολουθώντας την εξής μεθοδολογία, σύμφωνα και με το πρότυπο EN1990:2002, γνωστό και ως Ευρωκώδικας 0: Θεσπίζουμε αρχικά ένα επιθυμητό επίπεδο αξιοπιστίας για κάθε κατασκευή, το οποίο ανταποκρίνεται σε μία συγκεκριμένη θεωρητική πιθανότητα αστοχίας μέσα σε κάποια δεδομένη περίοδο αναφοράς. Αστοχία θεωρούμε ότι επέρχεται εάν τα αποτελέσματα των δράσεων που καταπονούν την κατασκευή προκύψουν μεγαλύτερα από την αντίσταση της κατασκευής. Για να προσδιοριστούν οι τιμές των δράσεων και των αντιστάσεων, θεωρούμε για την κάθε μεταβλητή μία συγκεκριμένη θεωρητική στατιστική κατανομή που την αντιπροσωπεύει. Στη συνέχεια, με βάση το επιθυμητό επίπεδο αξιοπιστίας και τις στατιστικές παραμέτρους της μεταβλητής, υπολογίζουμε την χαρακτηριστική τιμή της, τον επιμέρους συντελεστή ασφαλείας και την τιμή σχεδιασμού της, δηλαδή τις παραμέτρους που θα χρησιμοποιήσει ένας μηχανικός κατά το σχεδιασμό μιας κατασκευής. Με μία ενδελεχή ανάγνωση του κανονισμού διαπιστώνουμε πως ο τελευταίος εμπεριέχει αρκετές ασάφειες όσον αφορά το πώς προκύπτουν στατιστικά οι διάφορες παράμετροι. Οι ασάφειες αυτές επισημαίνονται και επιχειρείται να διευκρινιστούν. Η διπλωματική εργασία καταλήγει σε σύνταξη υπολογιστικού φύλλου EXCEL για τον υπολογισμό των παραμέτρων των μεταβλητών. Μετά από σύγκριση των αποτελεσμάτων προσδιορισμού χαρακτηριστικών τιμών και συντελεστών ασφαλείας για αντοχές υλικών με θεώρηση είτε κανονικής κατανομής είτε λογαριθμοκανονικής κατανομής, καταλήγουμε πως με χρήση λογαριθμοκανονικής κατανομής προκύπτει συνήθως μεγαλύτερη αντοχή και άρα πιο ευμενή αποτελέσματα.

The variables used in civil engineering, such as loads imposed on a structure or properties of construction materials, aren’t constant, but occur with some random dispersion. This fact, along with the fact that there is a considerable probability of human error, leads to many uncertainties. We try to account for these uncertainties by using statistical and probabilistic methods, employing the following methodology according to the EN 1990:2002 Standard, also known as Eurocode 0: First of all, we set a target reliability level for each structure, which corresponds to a certain theoretical probability of failure in a given reference period. Failure is considered to have occurred, if the effects of the actions imposed on the structure happen to be greater than the resistance of the structure. In order to define values of loads and resistances, we consider for each variable a certain theoretical statistical distribution. After that, we calculate the relevant characteristic value, partial safety factor and design value (and thus the parameters to be used in structural design by an engineer), based on the target reliability level and the statistical parameters of the variable. A more thorough reading of Eurocode 0 reveals that it contains many ambiguities regarding the statistical determination of the design parameters. We point out these ambiguities and attempt to clarify them. The thesis results to the creation of an EXCEL spreadsheet for the calculation of variable parameters. After a comparison of normal and lognormal distribution for the determination of resistance parameters, we conclude that, with the use of lognormal distribution, we usually obtain greater resistance values than with the use of normal distribution and thus more favorable results.