VÝSLEDKY MEZINÁRODNÍHO KOLOKVIA EURO-SIBRAM 2002

Transkript

1 IV. ročník celostátní konference SPOLEHLIVOST KONSTRUKCÍ Téma: Posudek - poruchy - havárie 1 23.až Dům techniky Ostrava ISBN Abstract VÝSLEDKY MEZINÁRODNÍHO KOLOKVIA EURO-SIBRAM 2002 Pavel Marek This paper reviews the results of the International Colloquium Euro-SiBRAM 2002 in Prague and indicates the main recommendations regarding the future application of the probabilistic simulation-based methods in the codes for structural design and in practice. Obsah a cíle kolokvia Zájem o problematiku uplatnění kvalitativně nových pravděpodobnostních metod posudku spolehlivosti konstrukcí, využívajících simulační techniku a aplikovatelných v normách a v projekční praxi, přivedl 24. až 26. června 2002 do Prahy 65 odborníků (z patnácti států třech kontinentů) reprezentujících 25 univerzit, výzkumná pracoviště, normalizační úřady, projektové ústavy a další instituce. Výchozím předpokladem a impulsem k uspořádání tohoto přínosného kolokvia v České republice byly výsledky patnáctileté iniciativní práce domácího teamu odborníků dokumentované návrhem metody SBRA (Simulation-Based Reliability Assessment method, viz a jejím rozšiřováním v mezinárodním měřítku. Pracovní část kolokvia otevřel prof. Dr.-Ing. G. I. Schuëller z Innsbrucku úvodní přednáškou zaměřenou na rozvoj a aplikace simulačních metod. Veškerá další jednání se uskutečnila formou diskusních zasedání uváděných moderátory. Problematika kolokvia byla rozdělena do devíti částí, při čemž byly veškeré diskuse zaznamenávány pro pozdější zpracování a zhodnocení. Kolokvium bylo uzavřeno panelovou diskusí. V průběhu léta a podzimu 2002 byly vyhodnoceny záznamy diskusí a soustředěny texty příspěvků od autorů. Výsledky kolokvia byly vydány formou sborníku (Vol.2 - viz [1]), který byl rozeslán účastníkům a zveřejněn též na výše uvedené webovské stránce. 1. diskusní zasedání Úvodní diskuse byla zaměřena na zhodnocení současné úrovně metod posudku spolehlivosti uplatněných v normách pro navrhování a posuzování spolehlivosti konstrukcí. V diskusi bylo opakovaně poukazováno na rostoucí pozornost věnovanou rozvoji pravděpodobnostních metod aplikovatelných v praxi, zároveň však bylo připomenuto a vysvětleno jedním z americkými profesorů, proč se nově zpracovávaná norma pro navrhování ocelových konstrukcí v U.S.A. (norma AISC) vrací na přání průmyslu k metodě dovolených namáhání. Novodobé konstrukční materiály, konstrukční soustavy apod. vyžadují náročnější analýzu umožněnou moderní výpočetní technikou. Zároveň lze konstatovat, že posudek spolehlivosti se dosud převážně opírá o zjednodušenou metodu dílčích součinitelů. O aplikace plně pravděpodobnostní metody je zájem v případě zvláštních a náročných konstrukcí (např. u tzv. off-shore structures), v běžné projekční praxi by mohly Pavel Marek, Prof., Ing., DrSc., (a) FaSt VŠB TU Ostrava, Ludvíka Podéště 1875, Ostrava - Poruba, (b) ÚTAM AV ČR, Prosecká 76, Praha 9, tel , marekp@itam.cas.cz.

2 2 pravděpodobnostní metody využívající simulační techniku nalézt uplatnění např. při posuzování existujících konstrukcí a při návrhu jejich rekonstrukce. Metody využívající simulační techniku (např. SBRA) jsou předmětem rozvoje a zdokonalování, jejich zavedení do praxe však musí předcházet komplexní příprava od zobecnění a prověření metody a tvorbu databází ke zpracování příkladů, vzdělávání projektantů a vytváření norem včetně souvisejících nástrojů. Celkově bylo konstatováno, že jsou postupně vytvářeny předpoklady k zavedení metod odpovídajících potenciálu moderní výpočetní techniky. 2. diskusní zasedání K základním otázkám přechodu k netradičním metodám posudku spolehlivosti patří vyjádření náhodně proměnných veličin. Bylo konstatováno, že je nutno počítat s aplikací ne-parametrických rozdělení, která snadněji a obecněji (ve srovnání s parametrickým rozdělením dosud používaným v klasické statistice) mohou representovat náhodné veličiny. Zejména při aplikaci simulační techniky lze uplatnit přednosti ne-parametrických rozdělení, což dokumentuje zejména metoda SBRA [2]. 3. diskusní zasedání V současnosti je v rámci metody dílčích součinitelů zatížení vyjádřeno charakteristickými hodnotami zatížení, součinitelem (spolehlivosti) zatížení, a součinitelem kombinace zatížení, což je z hlediska přechodu na plně pravděpodobnostní posudek spolehlivosti naprosto nevyhovující způsob vyjádření. Je třeba uplatnit nové výstižnější postupy a formy vyjádření zatížení odpovídající potenciálu výpočetní techniky a dovolující rozbor nahodilosti, současnosti výskytu účinků zatížení z více zdrojů, rozbor více-komponentních účinků zatížení, závislosti zatížení na čase apod. Prof. A. Nowak z USA vysvětlil způsoby zjišťování a ověřování zatížení mostních konstrukcí a sledování rozložení zatížení na jednotlivé části mostní konstrukci. Dále byla pozornost diskutujících věnována zatížení větrem, a to od techniky a hodnocení dlouhodobé registrací rychlosti a směru větru k vyjádření výsledků novým typem dvoukomponentní větrové růžice vhodné k aplikaci v pravděpodobnostním posudku využívajícím simulační techniku, až k novému pojetí zatížení, tzv. všesměrnému zatížení větrem. V četných příkladech diskutovaných v tomto i v dalších diskusních zasedáních byla aplikována reprezentace zatížení křivkami trvání zatížení a přístupy APT (Arbitrary Point-in-Time) nebo MLE (Maximum Load Effect) podle metody SBRA. 4. diskusní zasedání Zvláštní pozornost vyvolalo téma Referenční hodnoty a funkce. V četných příspěvcích zdůrazňovali diskutující nutnost definovat v souladu s podstatou pravidel hry pravděpodobnostního posudku pro jednotlivé úlohy, příklady, situace apod. referenční hodnoty, ke kterým je vztažen výpočet pravděpodobnosti překročení. V nesouladu s podstatou pravděpodobnostního posudku je např. definice referenční hodnoty odolností odpovídající vzniku plastického kloubu v ocelovém nosníku, jak je tomu při posudku bezpečnosti podle normy EC3. 5. diskusní zasedání Pro toto zasedání byla určena příliš rozsáhlá náplň. Diskutující se zabývali mnoha různými situacemi vznikajícími při posudku spolehlivosti vyjádřeném Pf < Pd (kde Pf je vypočtená pravděpodobnost poruchy a Pd je návrhová pravděpodobnost) z hlediska

3 3 posudku bezpečnosti a použitelnosti. Bylo poukazováno na četné příklady řešené metodou SBRA v knižních publikacích. Diskuse se postupně rozšířila od posudku prvků, dílců a jednoduchých konstrukcí k posuzování soustav. Prof. RNDr. Z. Dostál, CSc. a další přítomní matematici potvrdili, že jsou k disposici nástroje dovolující postupné rozšiřování pravděpodobnostního posudku od několikrát k mnohokrát staticky neurčitým konstrukcím. Je třeba si ujasnit podstatu procesu a kriterií posudku. K přínosným pracem naznačujícím možnosti rozšíření metody SBRA na systémy patřil příklad patrového rámu presentovaný Ing. D. Pustkou, Ph.D.. 6. diskusní zasedání Bohatá výměna názorů proběhla v oblasti problematiky trvanlivosti a posudku životnosti. Byla zdůrazněna nutnost zvýšit podstatně pozornost věnovanou komplexnímu posuzování životnosti a vyvíjení nástrojů a vytváření předpokladů k prodlužování spolehlivého provozu konstrukcí betonových (zejména mostních). K problematice posudku akumulace poškození únavou a korozí, demonstrované několika diskutujícími na příkladech, přistupuje oblast performance design. Tento termín má více významů, např. jedno z pojetí v případě betonových mostů souvisí s časovým průběhem chemických procesů a jimi vzniklých poruch betonové mostovky, a s kriteriem použitelnosti. Této z hospodářského hlediska velice závažné problematice se věnuje např. prof. P.J. Tikalsky, PhD. z USA, který v rámci svého dlouhodobého pracovního pobytu na ÚTAM AV ČR v Praze zkoumá spolu s pražským teamem netradiční využití metody SBRA směrem k performance design (viz [2]). 7. diskusní zasedání V rámci příprav kvalitativních změn v posuzování spolehlivosti konstrukcí je nutno věnovat pozornost vzdělávání studentů a zvláště projektantů. Prof. S. Wolinski z Polska podrobně referoval o výsledcích čtyřleté mezinárodní akce TERECO (Teaching Reliability Concepts using Simulation), které se účastnilo 33 spolupracovníků z devíti států. Projekt byl sponzorován agenturou Leonardo da Vinci v Bruselu a vyústil v další knižní zpracování metody SBRA včetně rozsáhlé sbírky řešených příkladů v roce 2002 (viz [2]). V této knize všichni spoluautoři aplikovali jednotně pravidla hry metody Simulation- Based Reliability Assessment, což přispělo ke upřesnění a sjednocení názorů na podstatu pravděpodobnostního posudku uplatňujícího simulační techniku, k upřesnění definic a postupů i k rozšíření aplikací metody na nové rozmanité oblasti problematiky spolehlivosti konstrukcí. Kniha TERECO má přispět k seznámení širší technické veřejnosti s podstatou pravděpodobnostního posudku spolehlivosti a především ke změně myšlení projektantů (od současného deterministického myšlení k pravděpodobnostnímu ). Kniha má povzbudit projektanty k zájmu o aplikace pravděpodobnostního posudku v projekční praxi. Bez tohoto zájmu, iniciativy a bez přesvědčení projektantů, že toto je ta správná cesta k modernímu posudku spolehlivosti konstrukcí, nelze očekávat kvalitativní zdokonalení. 8. diskusní zasedání Podle názoru diskutujících budou mít budoucí normy pro posuzování spolehlivosti konstrukcí zcela jiné uspořádání než mají normy od jejich počátku do současnosti. Máme k disposici internet, databáze, počítače o stále rostoucím potenciálu, informační technologii atd. Je čas připravovat se na nové pojetí norem pro navrhování a posuzování spolehlivosti. Podle diskutovaných návrhů by např. na základní dokument definující pravidla hry, návrhové pravděpodobnosti, určení referenčních hodnot apod. měla

4 4 navazovat centrální databáze obsahující histogramy křivek trvání zatížení, materiálových a geometrických charakteristik apod., doplňující normy, dále expertní databáze napomáhající projektantovi ve volbě postupu a prověření komplexní strategie apod. Více prostoru pro aktivní účast v procesu posuzování spolehlivosti musí být dáno projektantovi. Má-li být posudek skutečně pravděpodobnostní, nelze veškerá detailní pravidla specifikovat v nějakém kodu a předpisech, neboť potom bychom i nadále nutili projektanta k plnění funkce interpreta deterministických předpisů jako je tomu v současné době u metody dílčích součinitelů, kde projektant musí převzít součinitele, hodnoty veličin, kriteria a vztahy, aniž má plné vědomí o jejich významu a původu. Vznikne nový typ softwaru, s jehož podstatou i s tokem dat musí být projektant seznámen. Úvodní příklady naznačují, že projektant bude spolutvůrcem konstrukce i z hlediska aplikace pravděpodobnostní metody posudku spolehlivosti. 9. diskusní zasedání V závěrečném diskusním jednání byly zkráceně předneseny mnohé příklady aplikace pravděpodobnostních metod uplatňujících simulační techniku. Nejvíce příspěvků bylo založeno na metodě SBRA. Bylo zajímavé pozorovat např. vystoupení doktorandů a studentů, kteří se zanícením, pochopením a obdivuhodnou počítačovou rutinou demonstrovali řešení příkladů založených na metodě SBRA. Jejich vystoupení naznačilo, že přechod od dosavadního deterministického pojetí posudku spolehlivosti (např. podle metody dílčích součinitelů podle EC) k metodě pravděpodobnostní znamená pro dříve narozené projektanty zbytečnou starost a obtíže, zatím co pro nastupující inženýrskou generaci, vyrůstající v kontaktu s počítači od dětství, pronikání do pravděpodobnostních metod využívajících simulační techniku je radostnou samozřejmostí. K zajímavým okamžikům kolokvia patřilo pozvání, které dostal jeden student po přednesení svého příkladu (rozbor účinků zatížení při uvažování všesměrného větru metodou SBRA) od profesora z USA. Pozvání k ročnímu pracovnímu pobytu potěšilo, i když to znamenalo dokončit pátý ročník, diplomovou práci a její obhajobu s ročním odkladem. Získání zajímavých zkušeností z pracoviště, kde je pozornost zaměřena na hodnocení všesměrných účinků větru, za to nesporně stojí. Z normalizačních komisí zabývajících se aplikací norem EC z hlediska posudku spolehlivosti pronikají zprávy, že konečné znění příslušných norem bude zaváděno do projekční praxe v členských zemích v letech 2008 až Vzhledem k vynaloženým nákladům na tvorbu těchto norem někteří experti usuzují, že metoda dílčích součinitelů by měla přetrvat ještě několik dekád. Pokud by to měla být pravda, nebylo by třeba zabývat se rozvojem a uplatněním pravděpodobnostních metod, což podporují někteří starší projektanti, pedagogové a výzkumníci. Blízká budoucnost ukáže, kam povede konfrontace názorů a představ nastupující generace inženýrů vychovaných v éře počítačů a jak dlouho vydrží zjednodušená a omezená metoda dílčích součinitelů. Oznámení Příspěvek byl vypracován v rámci řešení grantových úkolů GA ČR č. 103/01/1410 a 105/01/0783. Literatura [1] Euro-SiBRAM 2002, International Colloquium, Proceedings Vol. 2 (CD ROM is attached). Editors: Marek P., Haldar A., Guštar M. and Tikalsky P. Publisher: ITAM Academy of Sciences of the Czech Republic, Prague, ISBN

5 [2] Probabilistic Assessment of Structures using Monte Carlo Simulation. Basics, Exercises, Software. Marek, P., Brozzetti J., Guštar M. and Tikalsky P.J. (editors). Second Edition. Publisher ITAM CAS CZ, Prague (in preparation). 5