Γενικά στοιχεία
Ο σύνδεσμος του μαθήματος:
https://centralntua.webex.com/
------------------------
Στη σύγχρονη πραγματικότητα ο μηχανικός καλείται να παρέχει συμβουλές και να λάβει αποφάσεις για το σχεδιασμό, τη συντήρηση ή την αναβάθμιση κατασκευών και υποδομών υπό την απειλή φυσικών (άνεμος, χιόνι, πλημμύρα, κύμα, σεισμός, φωτιά, γήρανση) και ανθρωπογενών κινδύνων (έκρηξη, πρόσκρουση κλπ). Η φυσική αβεβαιότητα των φαινομένων σε συνδυασμό με τα ατελή μοντέλα και τις προσεγγιστικές μεθόδους αποτίμησης δημιουργούν ένα δύσκολο πλαίσιο μέσα στο οποίο ο μηχανικός οφείλει να κινηθεί για παραγάγει αξιόπιστες εκτιμήσεις και να λάβει τις βέλτιστες αποφάσεις με βάση τις απαιτήσεις και τους περιορισμούς του εκάστοτε έργου. Στις πιο απλές περιπτώσεις τυπικών κατασκευών, οι εκάστοτε κανονισμοί (π.χ. Ευρωκώδικες) προσφέρουν μια ελάχιστη βάση σχεδιασμού, η οποία όμως δεν είναι επαρκής για να αντιμετωπιστούν απαιτητικά έργα.
Το παρόν μάθημα αναπτύσσεται σε συνεργασία με το University of Notre Dame, Department of Civil & Environmental Engineering & Earth Sciences (https://ceees.nd.edu/) και έχει στόχο να δώσει τα εφόδια για να μπορέσει ο φοιτητής να μοντελοποιήσει περίπλοκες διεργασίες, υποδομές και δίκτυα υποδομών και να προσομοιώσει τη λειτουργία τους πριν, κατά και μετά την εκάστοτε καταστροφή. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα είναι σε θέση:
Να λαμβάνουν υπόψη με ορθολογικό τρόπο τις αβεβαιότητες κατά τον σχεδιασμό έργων πολιτικού μηχανικού συμπεριλαμβανομένων δομοστατικών, υδραυλικών και γεωτεχνικών κατασκευών.
Να υπολογίζουν την πιθανότητα αστοχίας ενός σύνθετου έργου πολιτικού μηχανικού
Να σχεδιάζουν μια κατασκευή ή άλλο σύνθετο σύστημα με αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας
Να εκτιμούν την διακινδύνευση κατασκευών και υποδομών υπό περιβαλλοντικές και ανθρωπογενείς δράσεις
Να λαμβάνουν ορθολογικές αποφάσεις υπό αβέβαια δεδομένα
| Κεφ. | Τίτλος | Διδακτέα ύλη | Ώρες |
| 1 | Πιθανοτικά μοντέλα | Μοντελοποίηση δράσεων, αντιστάσεων. Συνδυασμοί δράσεων. Συστήματα εν σειρά και εν παραλλήλω. | 2Χ3=6 |
| 2 | Εξίσωση αστοχίας. Πιθανότητα αστοχίας. | Μέθοδος επιπέδου 2. Ανεξάρτητες και εξαρτημένες βασικές μεταβλητές. Γραμμικές και μη εξισώσεις αστοχίας. Μέθοδοι προσομοίωσης Μόντε Κάρλο | 2Χ3=6 |
| 3 | Συνδυασμοί δράσεων | Συνδυασμοί δράσεων. Προσδιορισμός συντελεστών ασφαλείας. | 2Χ3=6 |
| 4 | Διακινδύνευση κατασκευών και υποδομών | Θεώρημα ολικής πιθανότητας. Εκτίμηση της διακινδύνευσης. Μέθοδοι με και χωρίς διαμεταβλητή (απαιτήσεις επάρκειας και αποδοτικότητας). Πιθανοτικά μοντέλα φυσικών κινδύνων. Εκτίμηση επικινδυνότητας σε μία και σε πολλαπλές θέσεις. Καμπύλες και επιφάνειες τρωτότητας για ένα στοιχείο και για κλάσεις στοιχείων. Εκτίμηση απωλειών βάσει καθολικών ή τοπικών δεδομένων. Ανάλυση αποφάσεων. Προτιμήσεις διακινδύνευσης χρήστη. | 5Χ3=15 |
| 5 | Εφαρμογές | Παρουσίαση εφαρμογών και επίλυση ασκήσεων. Κτήριο ή γέφυρα, ταμιευτήρας, θαλάσσια κατασκευή. | 2Χ3=6 |
1. Ang, A. H. and Tang, W. H. (2007). Εφαρμογές πιθανοτήτων και στατιστικής στη μελέτη και προγραμματισμό τεχνικών έργων, Εκδόσεις Αφοί Κυριακίδη.
2. Benjamin, J. R. and C. A. Cornell (1970). Probability, Statistics, and Decision for Civil Engineers. New York, McGraw-Hill.
3. Thoft-Christensen, P. and M.J. Baker: Structural Reliability Theory and Its Applications. Springer Verlag, 1982.
4. Ditlevsen, O. & H.O. Madsen: Structural Reliability Methods. Wiley, 1996.
5. Madsen, H.O., S. Krenk & N.C. Lind: Methods of Structural Safety. Prentice-Hall, 1986.
6. M.G. Stewart and R.E. Melchers, Probabilistic risk assessment of engineering system. Chapman & Hall, London
7. Ross, S. M. (2009). Introduction to Probability and Statistics for Engineers and Scientists. Amsterdam, Elsevier Academic Press.
8. Κοντογιάννης Γ., Τουμπής Σ. (2015). Στοιχεία Πιθανοτήτων με Εφαρομογές στη Στατιστική και την Πληροφορική. Σύνδεσμος Ελληνικών Ακαδημαϊκών Βιβλιοθηκών.
9. John Verzani: Εισαγωγή στη στατιστική με την R, κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 50656357
10. Sheldon Ross: Βασικές αρχές θεωρίας πιθανοτήτων, κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 12858980
11. Δημήτρης Α. Γεωργίου, Πιθανότητες και Στατιστική, κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 13852
Η βαθμολογία θα προέλθει κατά 50% από τελική γραπτή εξέταση και κατά 50% από την εκπόνηση εργασίας εξαμήνου και την αξιολόγησή της σε 2 ενδιάμεσες και μία τελική παράδοση/διόρθωση. Η εργασία περιλαμβάνει την μοντελοποίηση του προβλήματος σε περιβάλλον Matlab, την εκτίμηση των αβεβαιοτήτων των παραμέτρων βάσει βιβλιογραφικών πηγών και τον υπολογισμό της τελικής αξιοπιστίας/διακινδύνευσης για τη λήψη αποφάσεων. Η κάθε παράδοση γίνεται με παρουσίαση ενώπιον των φοιτητών και των διδασκόντων ενώ στην τελική παρουσίαση παραδίδεται και αξιολογείται το τεύχος εργασίας και ο σχετικός κώδικα Matlab που αναπτύχθηκε.
Προτεινόμενα θέματα
1) Αποτίμηση σεισμικής επιτελεστικότητας βιομηχανικών εγκαταστάσεων
2) Διαχείριση κινδύνου διαρροής τοξικών σε βιομηχανία χημικών
3) Αποτίμηση λειτουργικότητας μεταφορικού συστήματος (αυτοκινητόδρομος) υπό φυσικά φαινόμενα
4) Αποτίμηση κινδύνου κλιματικής αλλαγής στην ακτογραμμή
5) Παράκτιες εξέδρες/ανεμογεννήτριες υπό συνδυασμένη φόρτιση κύματος και ανέμου
6) Θεμελίωση υψηλής κατασκευής σε αβέβαιο έδαφος
7) Ευστάθεια πρανών και βραχοπτώσεις υπό φορτία βροχής ή/και σεισμού
8) Κόστος άμεσων απωλειών από φυσικές καταστροφές σε μια αστική περιοχή
Δ. Βαμβάτσικος, divamva@mail.ntua.gr
Μ. Φραγκιαδάκης, mfrag@mail.ntua.gr