工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理

1、工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理復(fù)習(xí)題第一章 荷載類型1.荷載：由爆炸、運(yùn)動(dòng)物體的沖擊、制動(dòng)或離心作用等產(chǎn)生的作用在結(jié)構(gòu)上的其他物體的慣性力也均稱為荷載。2.作用：能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)（結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力、應(yīng)力、位移、應(yīng)變、裂縫等）的各種因素總稱為作用。3.荷載與作用的區(qū)別與聯(lián)系.區(qū)別：荷載不一定能產(chǎn)生效應(yīng)，但作用一定能產(chǎn)生效應(yīng)。聯(lián)系：作用屬于荷載的范疇。第二章 重力1.土是由土顆粒、水和氣體組成的三項(xiàng)非連續(xù)介質(zhì)。2.雪壓：?jiǎn)挝幻娣e地面上積雪的自重。3.基本雪壓：當(dāng)?shù)乜諘缙教沟孛嫔细鶕?jù)氣象記錄資料經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到的在結(jié)構(gòu)使用期間可能出現(xiàn)的最大雪壓值。第三章 側(cè)壓力1.根據(jù)擋土墻的位移情況和墻后土體所處的應(yīng)力狀

2、態(tài)，土壓力可分為靜止土壓力、主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力。三種土壓力的受力特點(diǎn)：（1）靜止土壓力：擋土墻在土壓力作用下，不產(chǎn)生任何方向的位移或轉(zhuǎn)動(dòng)而保持原有的位置，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)。（2）主動(dòng)土壓力：擋土墻在土壓力的作用下，背離墻背方向移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，墻后土壓力逐漸減小，當(dāng)達(dá)到某一位移量值時(shí)，墻后土體開始下滑，作用在擋土墻上的土壓力達(dá)到最小值，滑動(dòng)楔體內(nèi)應(yīng)力處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài)。（3）被動(dòng)土壓力：擋土墻在外力作用下向墻背方向移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，墻體擠壓土體，墻后土壓力逐漸增大，當(dāng)達(dá)到某一位移時(shí)，墻后土體開始上隆，作用在檔土墻上的土壓力達(dá)到最大值，滑動(dòng)楔體內(nèi)應(yīng)力處于被動(dòng)極限平衡狀態(tài)。2.水對(duì)結(jié)構(gòu)物的力

3、學(xué)作用表現(xiàn)在對(duì)結(jié)構(gòu)物表面產(chǎn)生靜水壓力和動(dòng)水壓力。靜水壓力可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的滑動(dòng)或傾覆；動(dòng)水壓力，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生切應(yīng)力和正應(yīng)力，同時(shí)還可能引起結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)，甚至使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生自激振動(dòng)或共振。3.（1）凍脹力：在封閉體系中，由于土體初始含水量?jī)鼋Y(jié)，體積膨脹產(chǎn)生向四面擴(kuò)張的內(nèi)應(yīng)力，這個(gè)力稱為凍脹力。（2）凍土：具有負(fù)溫度或零溫度，其中含有冰，且膠結(jié)著松散固體顆粒的土，稱為凍土。（3）凍脹現(xiàn)象：冬季低溫時(shí)結(jié)構(gòu)物開裂、斷裂，嚴(yán)重者造成結(jié)構(gòu)物傾覆等；春融期間地基沉降，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生形變作用的附加荷載。（4）影響凍土的因素：土顆粒的大小和土顆粒外形。第四章 風(fēng)荷載1.基本風(fēng)壓：按規(guī)定的地貌、高度、時(shí)距等量測(cè)的風(fēng)速所

4、確定的風(fēng)壓稱為基本風(fēng)壓。通常應(yīng)符合以下五個(gè)規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)高度的規(guī)定、地貌的規(guī)定、工稱風(fēng)速的時(shí)距、最大風(fēng)速的樣本時(shí)間和基本風(fēng)速 重現(xiàn)期。2.風(fēng)效應(yīng)可以分為順風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)和橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)兩種。3.速度為的風(fēng)流經(jīng)任意截面物體，都將產(chǎn)生三個(gè)力：物體單位長度上的順風(fēng)向力pD、橫風(fēng)向力PL以及扭力矩PM。第五章 地震作用1.地震按其產(chǎn)生的原因，可分為火山地震、陷落地震和構(gòu)造地震。2.（1）震源：即發(fā)震點(diǎn)，是指巖層斷裂處。（2）震中：震源正上方的。（3）震源深度：震中至震源的距離。（4）震中距：地面某處到震中的距離。（5）震級(jí)：衡量一次地震規(guī)模大小的數(shù)量等級(jí)。（6）地震能：一次地震所釋放的能量。3.烈度與震

5、級(jí)的關(guān)系烈度與震級(jí)雖是兩個(gè)不同的概念，但一次地震發(fā)生，震級(jí)是一定的，對(duì)于確定地點(diǎn)上的烈度也是一定的，且定性上震級(jí)越大，確定地點(diǎn)上的烈度也越大。震中一般是一次地震烈度的最大地區(qū) ，其烈度與震級(jí)和震源深度有關(guān)。在環(huán)境條件基本相同的情況下，震級(jí)越大、震源深度越小，則震中烈度越高。根據(jù)我國的地震資料，對(duì)于發(fā)生最多的淺源地震，可建立震中烈度I0與震級(jí)M的近似關(guān)系：對(duì)于非震中區(qū)，可利用烈度隨震中距衰減的關(guān)系，建立烈度與震級(jí)的關(guān)系。一般烈度衰減關(guān)系為：式中由式知，地震烈度隨震中距按對(duì)數(shù)規(guī)律衰減。一般平原地區(qū)衰減快，山區(qū)衰減慢，則平原地區(qū)c值大于山區(qū)。另外，震級(jí)越大，烈度衰減越快。可見，參數(shù)c與地貌、震級(jí)等因

6、素有關(guān)。將式代入式得上式為任意地點(diǎn)烈度與震級(jí)間的數(shù)值關(guān)系式。4.地震波分為在地球內(nèi)部傳播的體波和在地面附近傳播的面波。第七章 荷載的統(tǒng)計(jì)分析1.平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過程荷載模型的假定為：（1）根據(jù)荷載每變動(dòng)一次作用在結(jié)構(gòu)上的時(shí)間長短，將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期等分為個(gè)相等的時(shí)段，或認(rèn)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載均勻變動(dòng)次。（2）在每個(gè)時(shí)段內(nèi)，荷載出現(xiàn)（即）的概率為，不出現(xiàn)（即）的概率為；（3）在每一時(shí)段內(nèi)，荷載出現(xiàn)時(shí)，其幅值是非負(fù)的隨機(jī)變量，且在不同時(shí)段上概率分布是相同的，記時(shí)段內(nèi)的荷載概率分布（也稱為任意時(shí)點(diǎn)荷載分布）為；（4）不同時(shí)段上的荷載幅值隨機(jī)變量相互獨(dú)立，且與在時(shí)段上是否出現(xiàn)荷載無關(guān)。2.一般可變荷載有如下代表值

7、：標(biāo)準(zhǔn)值、準(zhǔn)永久值、頻遇值和組合值。3.結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)是指作用在結(jié)構(gòu)上的荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力、變形、應(yīng)變等。第八章 結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計(jì)分析影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的因素很多，主要因素有三種，即：材料性能的不定性，幾何參數(shù)的不定性，計(jì)算模式的不定性。形成原因：（1）材料性能的不定性是由于材料本身品質(zhì)的差異，以及制作工藝、環(huán)境條件等因素引起的材料性能的變異，導(dǎo)致了材料性能的不定性。（2）幾何參數(shù)的不定性是由于制作和安裝方面的原因，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸會(huì)出現(xiàn)偏差，制作安裝后的實(shí)際結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)中預(yù)期的構(gòu)件幾何特征會(huì)有差異。（3）計(jì)算模式的不定性主要是由抗力計(jì)算中采用的基本假定不完全符合實(shí)際或計(jì)算公式的近似等引起的變異性。第九章

8、 結(jié)構(gòu)可靠度分析1.結(jié)構(gòu)可靠度是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間（一般指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，目前世界上大多數(shù)國家普通結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期均為50年）內(nèi)，在規(guī)定的條件（指正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用條件，不考慮認(rèn)為錯(cuò)誤或過失因素）下，完成預(yù)定功能的概率。2. 結(jié)構(gòu)可靠；結(jié)構(gòu)失效； 結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)3.中心點(diǎn)法的優(yōu)缺點(diǎn)：P1464.可靠指標(biāo)和功能函數(shù)（P138-P139）5.結(jié)構(gòu)體系失效模型（P152）第十章 結(jié)構(gòu)概率可靠度設(shè)計(jì)法1.（1）荷載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)式 式中 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計(jì)值，按不同結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)范確定。說明：荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值應(yīng)從下列組合值中取最不利值確定：由可變荷

9、載效應(yīng)控制的組合由永久荷載效應(yīng)控制的組合上述荷載效應(yīng)組合中的荷載分項(xiàng)系數(shù)，按下列規(guī)定采用：永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)1）當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.2；對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.35；2）當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)一般情況應(yīng)取1.0；對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)取0.9.可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)一般應(yīng)取1.4；對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活載應(yīng)取1.3.（2）正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 式中 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件體達(dá)到正常使用要求的規(guī)定限值，例如變形、裂縫、振幅、加速度、應(yīng)力等的限值。說明：（1）對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)組合 （2）對(duì)于頻遇組合 （3）對(duì)于準(zhǔn)永久組合 其中 可變荷載的組合

10、值系數(shù)；可變荷載的頻遇值系數(shù)；可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)對(duì)于一般住宅和辦公樓的樓面活荷載，其組合值、頻遇值和永久值系數(shù)分別為0.7、0.5、0.4；對(duì)于風(fēng)荷載，其組合值、頻遇值和永久值系數(shù)分別為0.6、0.4、0.2.（1）由于各國荷載和抗力標(biāo)準(zhǔn)值確定的方式不同，設(shè)計(jì)目標(biāo)可靠度的水準(zhǔn)也有差異，因此不同國家結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表達(dá)式的分項(xiàng)數(shù)值取值均不一致。（2）各個(gè)國家的荷載分項(xiàng)系數(shù)、抗力分項(xiàng)系數(shù)和荷載標(biāo)準(zhǔn)值和抗力標(biāo)準(zhǔn)值是配套使用的，它們作為設(shè)計(jì)表達(dá)式中的一個(gè)整體有確定的概率可靠度意義。千萬不能采用一個(gè)國家的荷載標(biāo)準(zhǔn)或抗力標(biāo)準(zhǔn)值，而套用另一個(gè)國家的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。計(jì)算題1.已知某擋土墻高度=8.0m,墻

11、背豎直、光滑，填土表面水平。墻后填土為無黏性中砂，重度=18.0,有效內(nèi)摩擦角=30°。試計(jì)算作用在擋土墻上的靜止土壓力和主動(dòng)土壓力?！窘狻浚?）靜止土壓力=288.0點(diǎn)位于距墻底/3=2.67m處。（2）主動(dòng)土壓力=192點(diǎn)位于距墻底/3=2.67m處。2.已知一個(gè)三層剪切型結(jié)構(gòu)，如圖計(jì)2-1所示。已知該結(jié)構(gòu)的各階段周期和振型為、，設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的有關(guān)參數(shù)為，。（1）采用振型分解反應(yīng)譜法求該三層剪切型結(jié)構(gòu)在地震作用下的底部最大剪力和頂部最大位移。（2）采用底部剪力法計(jì)算地震作用下結(jié)構(gòu)底部最大剪力和頂部最大位移。圖計(jì)2-1 三層剪切型結(jié)構(gòu)【解】(1)求有關(guān)參數(shù)各階地震影響系數(shù)=0.16各

12、階振型參與參數(shù)=各階振型地震作用第一振型地震作用第二振型地震作用 第三振型地震作用 求最大底部剪力各振型地震作用產(chǎn)生的底部剪力為通過振型組合求最大底部剪力若只取前兩階振型反應(yīng)組合，可得求最大頂部位移各振型地震作用產(chǎn)生的頂部位移為通過振型組合求最大頂部位移若只取前兩階振型反應(yīng)組合，可得（2）求底部剪力結(jié)構(gòu)總重力荷載為因結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)數(shù)=3>1，近似取，則各質(zhì)點(diǎn)地震作用不考慮高階振型影響，則頂部位移3.求Q235沸騰鋼屈服強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)參數(shù)已知：試件材料屈服強(qiáng)度的平均值，標(biāo)準(zhǔn)差。由于加荷速度及上、下屈服點(diǎn)的差別，構(gòu)件中材料的屈服強(qiáng)度低于試件材料的屈服強(qiáng)度，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，兩者比值的均值，標(biāo)準(zhǔn)差。規(guī)范規(guī)定的構(gòu)件材料屈服強(qiáng)度值為?！窘狻?.已知：一種鋼管的外徑D的均值為，變異系數(shù)，壁厚t的均值，變異系數(shù)。求該鋼管面積的統(tǒng)計(jì)參數(shù)?！窘狻夸摴苊娣e的表達(dá)式為鋼管面積的均值為鋼管面積的方差為因 則=而因此鋼管面積的變異系數(shù)為5