Monte Carlo methods: a features review in terms of use for assessing the reliability of RC structures

Abstract

Останнім часом істотно зросла актуальність проблеми оптимізації проєктних рішень залізобетонних елементів за рахунок максимального використання ресурсу їх несучої здатності. Вирішення цієї проблеми залежить від фундаментального розуміння таких понять, як “надійність” та “довговічність”, а оскільки параметри будь-яких навантажень, впливів або резерву несучої здатності є випадковими величинами, побудова максимально достовірних стохастичних моделей роботи конструкцій незабаром має стати основою широкої концепції “надійнісного проєктування”. Разом із тим найпростішим (за незначної мінливості даних) є імовірнісний аналіз конструкцій, роботу яких можна наближено описати за допомогою лінійної функції; однак насправді жодна функція випадкових величин не є строго лінійною. І навіть більше, зі зростанням значень коефіцієнтів варіації вхідних змінних підвищується і ймовірність відмови елементів, що унеможливлює застосування більшості методів її оцінювання; отже, виникає необхідність використання універсальних методів розрахунку нелінійних систем – так званих методів Монте-Карло. Серед іншого, метою цієї оглядової статті було аналізування особливостей методів Монте-Карло з погляду їх використання в задачах оцінювання безвідмовності, довговічності та залишкового ресурсу (як ключових параметрів забезпечення надійності) залізобетонних елементів в умовах експлуатації. Крім того, в роботі висвітлено основні переваги та недоліки цих методів відповідно до загальновідомих теорій. Насамкінець, на основі огляду сучасних літературних джерел сформульовано рекомендації щодо подальших досліджень надійності та довговічності залізобетонних конструкцій (зокрема пошкоджених) в умовах сумісної дії на них механічних навантажень й корозійно-агресивного середовища із використанням методів Монте-Карло.

Recently, the optimization issue relevance of reinforced concrete (RC) structures design solutions through the maximum use of their bearing capacity resource has increased significantly; in turn, solving this issue depends on a fundamental understanding of the reliability and durability concepts. Because any loads, impacts, or bearing capacity reserve parameters are random variables, there is a need to build stochastic models, which can become the “reliability design” concept base shortly. Among other things, this review article is devoted to the Monte Carlo methods features analysis in terms of their use in the RC members’ reliability assessment tasks. Based on a modern literary sources review, recommendations for further studies of the RC structures’ reliability and durability (including damaged ones) under the conditions of the combined action of loads and a corrosive environment (using Monte Carlo methods) were also formulated.