工程結(jié)構(gòu)荷載和可靠度設(shè)計(jì)原理

2024/12/1工程結(jié)構(gòu)荷載與

可靠度設(shè)計(jì)原理2024/12/1第1章荷載類型§1.1荷載與作用§1.2作用的分類2024/12/1§1.1荷載與作用荷載—由各種環(huán)境因素產(chǎn)生的直接作用在結(jié)構(gòu)上的各種力,例如重力、土壓力、水壓力、風(fēng)壓力；效應(yīng)—結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移、變形、應(yīng)力、應(yīng)變、裂縫、速度、加速度等；作用—能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)的各種因素總稱為作用；直接作用—直接作用在結(jié)構(gòu)上的各種荷載；間接作用—能引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形等效應(yīng)的非直接作用因素,如地震、溫度變化、基礎(chǔ)不均勻沉降等。2024/12/1§1.1荷載與作用

直接作用狹義荷載作用廣義荷載間接作用2024/12/1§1.2作用的分類1.按隨時(shí)間的變異分類（1）永久作用:在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)。例如，結(jié)構(gòu)自重、土壓力、水壓力、預(yù)加應(yīng)力、基礎(chǔ)沉降、焊接等。（2）可變作用:在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其值隨時(shí)間變化，且其變化與平均值相比不可忽略。例如，車輛重力、人員設(shè)備重力、風(fēng)荷載、雪荷載、溫度變化等。（3）偶然作用:在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)而一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時(shí)間較短。例如，地震。2024/12/1§1.2作用的分類2.按隨空間位置的變異性分類（1）固定作用:在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定的分布。例如，結(jié)構(gòu)自重、結(jié)構(gòu)上的固定設(shè)備荷載等。（2）可動(dòng)作用:在結(jié)構(gòu)空間位置上的一定范圍內(nèi)可以任意分布。例如，房屋中的人員、家具荷載、橋梁上的車輛荷載等。2024/12/1§1.2作用的分類3.按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類（1）靜態(tài)作用:對(duì)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不產(chǎn)生加速度或其加速度可以忽略不計(jì)。例如，結(jié)構(gòu)自重、土壓力、溫度變化等。（2）動(dòng)態(tài)作用:對(duì)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不可忽略的加速度。例如，地震、風(fēng)、沖擊和爆炸等。2024/12/1第2章重力§2.1結(jié)構(gòu)自重§2.2土的自重應(yīng)力§2.3雪荷載§2.4車輛荷載§2.5樓面活荷載§2.6人群荷載2024/12/1§2.1結(jié)構(gòu)自重構(gòu)件的自重（kN）式中構(gòu)件材料的重度（kN/m3）構(gòu)件的體積,一般按設(shè)計(jì)尺寸確定（m3）2024/12/1§2.1結(jié)構(gòu)自重按面積分布自重F2024/12/1§2.1結(jié)構(gòu)自重按長(zhǎng)度分布自重f2024/12/1§2.1結(jié)構(gòu)自重均質(zhì)土中豎向自重應(yīng)力分布2024/12/1§2.1結(jié)構(gòu)自重成層土中豎向自重應(yīng)力沿深度的分布2024/12/1§2.1結(jié)構(gòu)自重成層土深度z處的豎直有效自重應(yīng)力式中從天然地面起到深度z處的土層數(shù)第i層土的厚度（m）第i層土的天然重度,若土層位于地下水位以下,計(jì)算土的自重應(yīng)力時(shí)應(yīng)取土的有效重度2024/12/1§2.1結(jié)構(gòu)自重土的有效重度若土層位于地下水位以下,由于受到水的浮力作用,單位體積中,土顆粒所受的重力扣除浮力后的重度稱為土的有效重度,是土的有效密度與重力加速度的乘積水的重度,一般取10kN/m32024/12/1§2.3雪荷載2024/12/1§2.3雪荷載一、基本雪壓定義: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。式中:雪壓(N/m2)雪重度(N/m3)雪深(m)2024/12/1§2.3雪荷載雪重度隨雪深的變化:2024/12/1§2.3雪荷載雪密度隨時(shí)間的變化:基本雪壓最好是直接量測(cè),即直接記錄地面雪壓值。最大雪深與最大雪重度兩者并不一定同時(shí)出現(xiàn)。2024/12/1§2.3雪荷載二、屋面的雪壓影響屋面雪壓的因素:①風(fēng)；②屋面形式；③屋面散熱。風(fēng)對(duì)屋面積雪的影響—漂積作用在下雪過(guò)程中,風(fēng)會(huì)把部分本將飄落在屋面上的雪吹積到附近的地面上或其他較低的物體上,這種影響稱為風(fēng)的漂積作用。2024/12/1§2.3雪荷載漂積作用的影響:使敞風(fēng)較好的平屋面或小坡度屋面上的雪壓小于鄰近地面上的雪壓；在高低跨屋面的情況下，在低屋面形成局部較大的漂積荷載；高低屋面上漂積雪的分布2024/12/1§2.3雪荷載對(duì)多跨屋面及曲線型屋面,屋谷附近區(qū)域的積雪比屋脊區(qū)大。多跨屋面上的積雪分布2024/12/1§2.3雪荷載屋面坡度對(duì)積雪的影響當(dāng)屋面坡度大到某一角度時(shí),積雪就會(huì)在屋面上產(chǎn)生滑移或滑落,坡度越大滑落的雪越多,使屋面雪載越小。屋面坡度對(duì)屋面積雪分布系數(shù)的影響2024/12/1§2.3雪荷載單跨雙坡屋面雪載分布2024/12/1§2.3雪荷載屋面散熱的影響

屋面散發(fā)的熱量使部分積雪融化,同時(shí)也使雪滑移更易發(fā)生,故采暖房屋的積雪一般比非采暖房屋小。2024/12/1§2.4車輛荷載定義對(duì)于公路橋,車輛荷載是指汽車、掛車、履帶車等；對(duì)于鐵路橋,車輛荷載是指列車。車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)車列荷載車道荷載2024/12/1§2.4車輛荷載公路車輛荷載汽車荷載分為兩個(gè)等級(jí):公路Ⅰ級(jí)和公路Ⅱ級(jí)；對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算，汽車荷載采用車道荷載；對(duì)于橋梁的局部加載；對(duì)于涵洞、橋臺(tái)和擋土墻壓力等的計(jì)算，汽車荷載采用車輛荷載。對(duì)于多車道橋涵，可根據(jù)多個(gè)車道上同時(shí)出現(xiàn)最大汽車荷載的概率大小，對(duì)荷載效應(yīng)進(jìn)行折減。車道數(shù)越多，折減率越大。2024/12/1§2.4車輛荷載車輛荷載布置圖單位（m）2024/12/1§2.4車輛荷載列車荷載列車荷載應(yīng)采用中華人民共和國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載,及“中-活載”。我國(guó)城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的城-A級(jí)車道荷載2024/12/1§2.5樓面活荷載定義樓面活荷載指房屋中生活或工作的人群、家具、用品、設(shè)施等產(chǎn)生的重力荷載。工程處理考慮到樓面活荷載在樓面位置上的任意性,工程設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí),一般將其處理為樓面均布荷載。折減計(jì)算結(jié)構(gòu)或構(gòu)件樓面活荷載效應(yīng)時(shí),如引起效應(yīng)的樓面活荷載面積超過(guò)一定的數(shù)值,則應(yīng)對(duì)樓面均布活荷載折減。2024/12/1§2.5樓面活荷載一些國(guó)家樓面均布活荷載取值（kN/m2）2024/12/1§2.6人群荷載公路橋梁設(shè)計(jì)中人群荷載一般取值為3kN/m2,市郊行人密集區(qū)域取值為3.5kN/m2。在有人行道的橋梁上,人群荷載與汽車荷載同時(shí)考慮。城市橋梁設(shè)計(jì)中需考慮人群荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的作用,①人行道板的人群荷載取5kN/m2的均布荷載或1.5kN的集中豎向力作用在構(gòu)件上進(jìn)行計(jì)算,取其不利值；②梁、桁架、拱及其他大跨結(jié)構(gòu)的人群荷載可按書中公式計(jì)算,但不得小于2.4kN/m2。人行天橋的人群荷載與城市橋梁的人群荷載取值方法差不多。2024/12/1第3章側(cè)壓力§3.1土的側(cè)向壓力§3.2水壓力及流水壓力§3.3波浪荷載§3.4凍脹力§3.5冰壓力§3.6撞擊力2024/12/1§3.1土的側(cè)向壓力一、基本概念定義土的側(cè)向壓力是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對(duì)墻背產(chǎn)生的土壓力。土壓力是擋土墻的主要外荷載,設(shè)計(jì)擋土墻時(shí)首先要確定土壓力的性質(zhì)、大小、方向和作用點(diǎn)。土壓力的大小及分布規(guī)律受到墻體可能的移動(dòng)方向、墻后填土的性質(zhì)、填土面的形式、墻的截面剛度和地基的變形等一系列因素的影響。2024/12/1§3.1土的側(cè)向壓力分類根據(jù)擋土墻的位移情況和墻后土體所處的應(yīng)力狀態(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。2024/12/1§3.1土的側(cè)向壓力二、基本原理一般土的側(cè)向壓力計(jì)算采用朗肯土壓力理論或庫(kù)倫土壓力理論,前者應(yīng)用較為普遍。朗肯土壓力理論的基本假設(shè):（1）對(duì)象為彈性半空間土體；（2）不考慮擋土墻及回填土的施工因素；（3）擋土墻墻背豎直、光滑、填土面水平，無(wú)超載。根據(jù)這些假設(shè)，墻背與填土之間無(wú)摩擦力，因而無(wú)剪應(yīng)力，即墻背為主應(yīng)力面。2024/12/1§3.1土的側(cè)向壓力彈性靜止?fàn)顟B(tài)豎向應(yīng)力:水平應(yīng)力:塑性主動(dòng)狀態(tài)豎向應(yīng)力:水平應(yīng)力:2024/12/1§3.1土的側(cè)向壓力塑性被動(dòng)狀態(tài)豎向應(yīng)力:水平應(yīng)力:2024/12/1§3.1土的側(cè)向壓力三、土壓力的計(jì)算靜止土壓力2024/12/1§3.1土的側(cè)向壓力主動(dòng)土壓力2024/12/1§3.1土的側(cè)向壓力被動(dòng)土壓力2024/12/1§3.2水壓力及流水壓力一、靜水壓力定義靜止的液體對(duì)其接觸面產(chǎn)生的壓力。規(guī)律靜水壓力的水平分力是水深的直線函數(shù)關(guān)系。特點(diǎn)靜水壓力總是作用在結(jié)構(gòu)物表面的法線方向。計(jì)算2024/12/1§3.2水壓力及流水壓力水壓力的分布圖水壓力的豎向分布其他幾種水壓力在結(jié)構(gòu)物上的分布模式2024/12/1§3.2水壓力及流水壓力二、動(dòng)水壓力當(dāng)水流過(guò)結(jié)構(gòu)物表面時(shí)，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生切應(yīng)力和正應(yīng)力。切應(yīng)力只有在水高速流動(dòng)時(shí)，才表現(xiàn)出來(lái)。正應(yīng)力=靜水壓力+動(dòng)水壓力。即:時(shí)段平均動(dòng)壓力（Pa）;脈動(dòng)壓力（Pa）;2024/12/1§3.3波浪荷載波浪的性質(zhì)成波原因:風(fēng)、潮汐波浪特性:波長(zhǎng)λ、周期τ、波幅h—波浪參數(shù)2024/12/1§3.3波浪荷載影響波浪特性的主要因素:風(fēng)速v，風(fēng)的持續(xù)時(shí)間t，水深H和吹程D波浪荷載的計(jì)算構(gòu)筑物的分類2024/12/1§3.3波浪荷載直墻上的波浪荷載—按三種波浪設(shè)計(jì)（1）立波；（2）近區(qū)破碎波,即構(gòu)筑物附近半個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)生破碎的波；（3）遠(yuǎn)區(qū)破碎波,及距直墻半個(gè)波長(zhǎng)以外發(fā)生破碎的波。立波的壓力波峰壓強(qiáng)、波谷壓強(qiáng)簡(jiǎn)化的Sainflow壓強(qiáng)分布2024/12/1§3.3波浪荷載遠(yuǎn)區(qū)破碎波的壓力

遠(yuǎn)區(qū)破碎波在直墻上的壓強(qiáng)分布2024/12/1§3.3波浪荷載近區(qū)破碎波的壓力

近區(qū)破碎波在直墻上的壓強(qiáng)分布2024/12/1§3.3波浪荷載圓柱體上的波浪荷載（1）小圓柱體的波浪荷載計(jì)算（2）大圓柱體的波浪荷載計(jì)算2024/12/1§3.4凍脹力凍土的概念、性質(zhì)及與結(jié)構(gòu)物的關(guān)系凍土的概念具有負(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。凍土的基本成分固態(tài)的土顆粒、冰、液態(tài)水、氣體和水汽。凍土的性質(zhì)凍土是一種復(fù)雜的多相天然復(fù)合體,結(jié)構(gòu)構(gòu)造上也是一種非均質(zhì)、各相異性的多孔介質(zhì)。其中,冰與土顆粒之間的膠結(jié)程度及其性質(zhì)是評(píng)價(jià)凍土性質(zhì)的重要因素。2024/12/1§3.4凍脹力凍土的分類（根據(jù)凍土存在的時(shí)間）（1）多年凍土（或稱永凍土）—凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)三年以上的土層；（2）季節(jié)凍土—每年冬季凍結(jié),夏季全部融化的土層；（3）瞬時(shí)凍土—冬季凍結(jié)狀態(tài)僅持續(xù)幾個(gè)小時(shí)至數(shù)日的土層。

每年冬季凍結(jié),夏季融化的地表（淺層土體）,在多年凍土地區(qū)稱之為季節(jié)融化層；在季節(jié)凍土地區(qū)稱之為季節(jié)凍結(jié)層（即季節(jié)凍土層）。2024/12/1§3.4凍脹力凍土與結(jié)構(gòu)物的關(guān)系凍土抵抗外力的強(qiáng)度提高；季節(jié)凍土與結(jié)構(gòu)物的關(guān)系非常密切,在季節(jié)凍土地區(qū)修建的結(jié)構(gòu)物由于土的凍脹作用而造成各種不同程度的凍脹破壞。主要表現(xiàn)在冬季低溫時(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。2024/12/1§3.4凍脹力土的凍脹原理土凍脹三要素:水分、土質(zhì)、負(fù)溫度。水分由下部土體向凍結(jié)鋒面遷移，使在凍結(jié)面上形成了冰夾層和冰透鏡體，導(dǎo)致凍層膨脹，地層隆起。含水量越大，地下水位越高，凍脹程度越大。土體凍結(jié)時(shí)，土顆粒之間相互隔離，產(chǎn)生位移，使土體體積產(chǎn)生不均勻膨脹。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，凍脹力隨著土體溫度的變化而變化。2024/12/1§3.4凍脹力在開放體系中,分凝冰的劈裂作用,使地下水源源不斷的補(bǔ)給孔隙水而侵入到土顆粒中間,使土顆粒被迫移動(dòng)而產(chǎn)生凍脹力。當(dāng)凍脹力使土顆粒擴(kuò)展受到束縛時(shí),這種反束縛的凍脹力就表現(xiàn)出來(lái),束縛力越大,凍脹力也就越大。當(dāng)凍脹力達(dá)到一定界限時(shí),就不產(chǎn)生凍脹,這時(shí)的凍脹力就是最大凍脹力。建筑在凍脹土上的結(jié)構(gòu)物,使地基上的凍脹變形受到約束,使得地基土的凍結(jié)條件發(fā)生改變,進(jìn)而改變著基礎(chǔ)周圍土體溫度,并且將外部荷載傳遞到地基土中改變地基土凍結(jié)時(shí)的束縛力。地基土凍結(jié)時(shí)產(chǎn)生的凍脹力將反映在對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用上,引起結(jié)構(gòu)物的位移、變形。2024/12/1§3.4凍脹力凍脹力的分類及其計(jì)算土體凍結(jié)時(shí),體積膨脹產(chǎn)生向四周擴(kuò)張的內(nèi)應(yīng)力,這個(gè)力稱為凍脹力。凍脹力的分類（1）切向凍脹力；（2）法向凍脹力；（3）水平凍脹力。2024/12/1§3.4凍脹力作用在結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)上的凍脹力分類示意圖2024/12/1§3.4凍脹力凍脹力的計(jì)算（1）切向凍脹力計(jì)算2024/12/1§3.4凍脹力（2）法向凍脹力計(jì)算2024/12/1§3.4凍脹力（3）水平凍脹力計(jì)算2024/12/1§3.5冰壓力冰壓力概念及分類冰壓力概念位于冰凌河流和水庫(kù)中的結(jié)構(gòu)物,如橋梁墩臺(tái),由于冰層的作用對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的壓力,稱此壓力為冰壓力。冰壓力分類（1）河流流冰產(chǎn)生的沖擊動(dòng)壓力；（2）冰堆整體推移的靜壓力；（3）風(fēng)和水流作用于大面積冰層而產(chǎn)生的靜壓力；（4）冰覆蓋層受溫度影響膨脹時(shí)產(chǎn)生的靜壓力；（5）冰層因水位升降產(chǎn)生的豎向作用力。2024/12/1§3.5冰壓力冰壓力的計(jì)算冰的破壞力取決于結(jié)構(gòu)物的形狀、氣溫及冰的抗壓極限強(qiáng)度等因素，可按下式計(jì)算:2024/12/1§3.6撞擊力船只或水中漂流物對(duì)橋梁墩臺(tái)的撞擊力:船只或水中漂流物的重量（kN）；水流速度（m/s）；撞擊時(shí)間（s）,若無(wú)船只實(shí)測(cè)資料,一般取1s。重力加速度（m/s2）

；2024/12/1§3.6撞擊力2024/12/1第4章風(fēng)荷載§4.1風(fēng)的有關(guān)知識(shí)§4.4順風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)§4.3結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念§4.2風(fēng)壓§4.5橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)2024/12/1§4.1風(fēng)的有關(guān)知識(shí)§4.1風(fēng)的有關(guān)知識(shí)4.1.1風(fēng)的形成4.1.2兩類性質(zhì)的大風(fēng)4.1.3我國(guó)的風(fēng)氣候總況4.1.4風(fēng)級(jí)2024/12/1§4.1風(fēng)的有關(guān)知識(shí)4.1.1風(fēng)的形成風(fēng)是空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動(dòng)而形成的。2024/12/1§4.1風(fēng)的有關(guān)知識(shí)4.1.2兩類性質(zhì)的大風(fēng)臺(tái)風(fēng)弱的熱帶氣旋引入暖濕空氣在漩渦內(nèi)部產(chǎn)生上升和對(duì)流運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)渦旋……臺(tái)風(fēng)季風(fēng)冬季:大陸冷，海洋暖，風(fēng):大陸海洋夏季:大陸熱，海洋涼，風(fēng):海洋大陸2024/12/1§4.1風(fēng)的有關(guān)知識(shí)4.1.3我國(guó)的風(fēng)氣候總況臺(tái)灣、海南和南海諸島東南沿海地區(qū)東北、華北、西北地區(qū)青藏高原長(zhǎng)江、黃河中下游地區(qū)云貴高原風(fēng)力大小2024/12/1§4.1風(fēng)的有關(guān)知識(shí)4.1.4風(fēng)級(jí)根據(jù)風(fēng)對(duì)地面（或海面）物體影響程度,將風(fēng)劃分為13個(gè)等級(jí)。2024/12/14.1.4風(fēng)級(jí)2024/12/14.1.4風(fēng)級(jí)從國(guó)際空間站拍攝的颶風(fēng)伊萬(wàn)云圖最高風(fēng)速214km/h(59.4m/s)2024/12/14.1.4風(fēng)級(jí)颶風(fēng)伊萬(wàn)造成的損失在30億至100億美元之間2024/12/14.1.4風(fēng)級(jí)颶風(fēng)伊萬(wàn)摧毀的房屋2024/12/14.1.4風(fēng)級(jí)美國(guó)佛羅里達(dá)州彭薩科拉市附近的一座大橋被颶風(fēng)伊萬(wàn)摧毀2024/12/14.1.4風(fēng)級(jí)臺(tái)風(fēng)云娜登錄時(shí)衛(wèi)星云圖2024/12/14.1.4風(fēng)級(jí)臺(tái)風(fēng)云娜襲擊浙江2024/12/14.1.4風(fēng)級(jí)2019年第9號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“梅花”8月8日18時(shí)30分前后登陸朝鮮西海岸北部沿海2024/12/14.1.4風(fēng)級(jí)2024/12/14.1.4風(fēng)級(jí)2024/12/14.1.4風(fēng)級(jí)2024/12/14.1.4風(fēng)級(jí)2024/12/14.1.4風(fēng)級(jí)2024/12/14.1.4風(fēng)級(jí)2024/12/14.1.4風(fēng)級(jí)2024/12/1§4.2風(fēng)壓§4.2風(fēng)壓4.2.1風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系4.2.2基本風(fēng)壓4.2.3非標(biāo)準(zhǔn)條件下的風(fēng)速或風(fēng)壓的換算2024/12/1§4.2風(fēng)壓4.2.1風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系風(fēng)壓的定義當(dāng)風(fēng)以一定的速度向前運(yùn)動(dòng)遇到阻塞時(shí),將對(duì)阻塞物產(chǎn)生壓力,即風(fēng)壓。風(fēng)壓的產(chǎn)生2024/12/1§4.2風(fēng)壓風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系2024/12/1§4.2風(fēng)壓4.2.2基本風(fēng)壓基本風(fēng)壓的定義按規(guī)定的地貌、高度、時(shí)距等量測(cè)的風(fēng)速所確定的風(fēng)壓稱為基本風(fēng)壓?；撅L(fēng)壓應(yīng)符合5個(gè)規(guī)定(1)標(biāo)準(zhǔn)高度的規(guī)定:一般取為10m。(2)地貌的規(guī)定:空曠平坦。(3)公稱風(fēng)速的時(shí)距10min~1h的平均風(fēng)速基本穩(wěn)定我國(guó)取基本風(fēng)速的時(shí)距為10min2024/12/1§4.2風(fēng)壓(4)最大風(fēng)速的樣本時(shí)間風(fēng)有它的自然周期,每年季節(jié)性的重復(fù)一次一般取1年為統(tǒng)計(jì)最大風(fēng)速的樣本時(shí)間。(5)基本風(fēng)速的重現(xiàn)期基本風(fēng)速出現(xiàn)一次所需的時(shí)間基本風(fēng)壓是根據(jù)規(guī)定的高度、規(guī)定的地貌、規(guī)定的時(shí)距和規(guī)定的樣本時(shí)間所確定的最大風(fēng)速的概率分布,按規(guī)定的重現(xiàn)期（或年保證率）確定的基本風(fēng)速,然后依據(jù)風(fēng)速和風(fēng)壓的關(guān)系所定義的。2024/12/1§4.2風(fēng)壓4.2.3非標(biāo)準(zhǔn)條件下的風(fēng)速或風(fēng)壓的換算非標(biāo)準(zhǔn)高度換算實(shí)測(cè)表明,風(fēng)速沿高度呈指數(shù)函數(shù)變化,即

2024/12/1§4.2風(fēng)壓非標(biāo)準(zhǔn)地貌的換算不同粗糙度影響下的風(fēng)剖面

2024/12/1§4.2風(fēng)壓地面越粗糙,風(fēng)速變化越慢（α越大）,梯度風(fēng)高度將越高；反之,地面越平坦,風(fēng)速變化將越快（α越?。?；梯度風(fēng)高度將越小。

2024/12/1§4.2風(fēng)壓任意地貌的基本風(fēng)壓與標(biāo)準(zhǔn)地貌的基本風(fēng)壓的關(guān)系為:

2024/12/1§4.2風(fēng)壓不同時(shí)距的換算

2024/12/1§4.2風(fēng)壓不同重現(xiàn)期的換算

2024/12/1§4.3結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念§4.3結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念4.3.1結(jié)構(gòu)的風(fēng)力與風(fēng)效應(yīng)4.3.2順風(fēng)向平均風(fēng)與脈動(dòng)風(fēng)4.3.3橫風(fēng)向風(fēng)振2024/12/1§4.3結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念4.3.1結(jié)構(gòu)的風(fēng)力與風(fēng)效應(yīng)風(fēng)力:風(fēng)速風(fēng)壓風(fēng)力風(fēng)效應(yīng):由風(fēng)力產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)位移、速度、加速度響應(yīng)在結(jié)構(gòu)物表面沿表面積分流經(jīng)任意截面物體所產(chǎn)生的力2024/12/1§4.3結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念4.3.2順風(fēng)向平均風(fēng)與脈動(dòng)風(fēng)風(fēng)有兩種成分構(gòu)成=平均風(fēng)+脈動(dòng)風(fēng)平均風(fēng)速和脈動(dòng)風(fēng)速2024/12/1§4.3結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念平均風(fēng)—靜力風(fēng)效應(yīng)脈動(dòng)風(fēng)—?jiǎng)恿︼L(fēng)效應(yīng)地面粗糙度的影響:地面越粗糙，v越小，vf的幅值越大且頻率越高。脈動(dòng)風(fēng)的特性①幅值特性為一隨機(jī)過(guò)程幅值服從正態(tài)分布2024/12/1§4.3結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念②頻率特性可用功率譜密度描述功率譜密度的定義:脈動(dòng)風(fēng)振動(dòng)的頻率分布2024/12/1§4.3結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念Davenport水平脈動(dòng)風(fēng)速功率譜密度2024/12/1§4.3結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念4.3.3橫風(fēng)向風(fēng)振雷諾數(shù)對(duì)于空氣:Re=69000vB如果Re<1/1000，以粘性力為主，為高粘性流體；如果Re>1000，則以慣性力為主，為低粘性流體。2024/12/1§4.3結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念Strouhal數(shù)氣流沿上風(fēng)面AB速度逐漸增大,之后沿下風(fēng)面BC速度逐漸減小。由于在邊界層內(nèi)氣流對(duì)柱體表面的摩擦,氣流在BC中間某點(diǎn)S處停滯,生成旋渦,并以一定的周期（或頻率fs）脫落。2024/12/1§4.3結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念Strouhal數(shù)定義橫風(fēng)向共振實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)3.0x102≤Re<3.0x105時(shí)(亞臨界范圍)，St≈0.2;當(dāng)3.0x105≤Re<3.0x106時(shí)(超臨界范圍)，St較離散;當(dāng)Re≥3.0x106時(shí)(跨臨界范圍)，St≈0.27~0.3。2024/12/1§4.3結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念當(dāng)St=常值時(shí),fs=常值,則當(dāng)結(jié)構(gòu)的橫向自振頻率=fs時(shí),將產(chǎn)生共振。工程設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)跨臨界范圍的橫風(fēng)向共振問(wèn)題應(yīng)特別注意。2024/12/1§4.3結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念2024/12/1§4.3結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念2024/12/1§4.3結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念2024/12/1§4.4順風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)§4.4順風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)4.4.1順風(fēng)向平均風(fēng)效應(yīng)4.4.2順風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)效應(yīng)4.4.3順風(fēng)向總風(fēng)效應(yīng)4.4.4示例2024/12/1§4.4順風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)4.4.1順風(fēng)向平均風(fēng)效應(yīng)風(fēng)載體形系數(shù)

風(fēng)載體形系數(shù)2024/12/1§4.4順風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)氣流通過(guò)拱形屋頂房屋示意圖2024/12/1§4.4順風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)雙坡屋頂房屋風(fēng)載體形系數(shù)2024/12/1§4.4順風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)風(fēng)壓高度變化系數(shù)或2024/12/1§4.4順風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)平均風(fēng)下結(jié)構(gòu)的靜力風(fēng)載2024/12/1§4.4順風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)4.4.2順風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)效應(yīng)假定:在脈動(dòng)風(fēng)作用下，結(jié)構(gòu)主要按第一振型振動(dòng)。脈動(dòng)風(fēng)下等效風(fēng)作用力2024/12/1§4.4順風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)4.4.3順風(fēng)向總風(fēng)效應(yīng)其中,風(fēng)振系數(shù)或2024/12/1§4.5橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)§4.5橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)4.5.1流經(jīng)任意截面物體的風(fēng)力4.5.2結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)力4.5.3結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)效應(yīng)4.5.4結(jié)構(gòu)總風(fēng)效應(yīng)4.5.5結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向馳振（galloping）2024/12/1§4.5橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)4.5.1流經(jīng)任意截面物體的風(fēng)力速度為v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(zhǎng)度上的順風(fēng)向力PD；橫風(fēng)向力PL；扭力矩PM。2024/12/1§4.5橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)4.5.2結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)力橫風(fēng)向風(fēng)力系數(shù)亞臨界范圍（3x102≤Re<3x105）

=0.2~0.6超臨界范圍（3x105≤Re<3x106）

不確定（隨機(jī)）跨臨界范圍（Re≥3x106）

=0.15~0.22024/12/1§4.5橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)圓形平面結(jié)構(gòu)與Re的關(guān)系結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向共振現(xiàn)象及鎖住區(qū)域2024/12/1§4.5橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)4.5.3結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)效應(yīng)一般可忽略一般情況下，≤0.4，而=1.3大于的3倍以上，故一般情況下，結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向效應(yīng)與順風(fēng)向效應(yīng)相比可以忽略下列情況不可忽略在亞臨界范圍，特別在跨臨界范圍，橫風(fēng)向風(fēng)力為周期性荷載，即:其中，2024/12/1§4.5橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)力分布2024/12/1§4.5橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向共振計(jì)算簡(jiǎn)圖及等效共振風(fēng)力2024/12/1§4.5橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)當(dāng)與結(jié)構(gòu)基本頻率接近時(shí)，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生共振。共振位移反應(yīng)為其中，H1~H2為按確定的共振風(fēng)速高度。此時(shí)，橫風(fēng)向共振力為:2024/12/1§4.5橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)4.5.4結(jié)構(gòu)總風(fēng)效應(yīng)2024/12/1§4.5橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)4.5.5結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向馳振（galloping）馳振（galloping）在某些情況下,外界激勵(lì)可能產(chǎn)生負(fù)阻尼成分,當(dāng)負(fù)阻尼大于正阻尼時(shí),結(jié)構(gòu)振動(dòng)將不斷加劇,直到達(dá)到極限幅值而破壞。這種現(xiàn)象稱為馳振。顫振（flutter）當(dāng)物體截面的旋轉(zhuǎn)中心與空氣動(dòng)力的作用中心不重合時(shí),將產(chǎn)生截面的平移和扭轉(zhuǎn)耦合振動(dòng),對(duì)于這種振動(dòng)形式,也會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定振動(dòng)現(xiàn)象,稱其為顫振。2024/12/1第5章地震作用§5.1地震基本知識(shí)§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用§5.3多質(zhì)點(diǎn)體系地震作用2024/12/1第5章

地震作用日本神戶大地震對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的破壞發(fā)生日期:2019年17日震源深度:14km震級(jí):7.2破壞的主要原因是抵抗水平地震力的剪切抗力不足地震導(dǎo)致傾覆的城市高架道路（1969年建成）2024/12/1第5章

地震作用日本神戶大地震對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的破壞由于液化引起地面的下沉2024/12/1第5章

地震作用日本神戶大地震對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的破壞橋梁鋼筋混凝土墩的剪切破壞2024/12/1第5章

地震作用日本神戶大地震對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的破壞日本Nishinomiya港口橋震落的橋跨2024/12/1第5章

地震作用日本神戶大地震對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的破壞由于柱的剪切破壞引起的鐵路框架橋的坍塌2024/12/1第5章

地震作用日本神戶大地震對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的破壞鐵路鋼筋混凝土框架高架橋的剪切破壞槽形鋼骨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中間層（第二層）的破壞2024/12/1第5章

地震作用日本神戶大地震對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的破壞在日本Higashikobe輪渡破壞的碼頭墻2024/12/1第5章

地震作用日本神戶大地震對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的破壞剪壓破壞的槽形鋼骨鋼筋混凝土柱破壞的柱基礎(chǔ)2024/12/1第5章

地震作用日本神戶大地震對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的破壞普通木結(jié)構(gòu)房屋的典型破壞地震縱向力引起具有樁基礎(chǔ)的鋼筋混凝土建筑的傾斜2024/12/1第5章

地震作用日本神戶大地震對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的破壞地震破壞的公路2024/12/1第5章

地震作用2019年3月11日下午2時(shí)46分左右（日本時(shí)間）,日本東北部的太平洋發(fā)生了一場(chǎng)里氏8.9/9.0級(jí)的巨大地震,并引發(fā)了停電、火災(zāi)和海嘯等災(zāi)難。2024/12/1第5章

地震作用2024/12/1第5章

地震作用2024/12/1第5章

地震作用2024/12/1第5章

地震作用2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)§5.1地震基本知識(shí)5.1.1地震的類型與成因5.1.2地震分布5.1.3震級(jí)與烈度5.1.4地震波與地面運(yùn)動(dòng)2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)5.1.1地震的類型與成因地球的構(gòu)造2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)地震類型火山地震、陷落地震、構(gòu)造地震構(gòu)造地震的成因地幔熱對(duì)流、地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)、月球和太陽(yáng)引力地幔熱對(duì)流地殼巖層變形應(yīng)力累積巖層斷裂巖層震動(dòng)地震2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)地震術(shù)語(yǔ)地震術(shù)語(yǔ)示意圖2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)震源:即發(fā)震點(diǎn)，是指巖層斷裂處；震中:指震源正上方的地面地點(diǎn)；震源深度:指震中至震源的距離；震中距:指地面某處到震中的距離。淺源地震（h≤60km）中源地震（60＜h≤300km）深源地震（h＞300km）2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)5.1.2地震分布世界地震分布

兩大地震帶:環(huán)太平洋地震帶歐亞地震帶公元前2000年~公元1979年世界中大地震分布2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)原因:板塊構(gòu)造理論六大板塊歐亞板塊、太平洋板塊、美洲板塊、非洲板塊、印澳板塊、南極洲板塊。中國(guó)地震分布①臺(tái)灣地區(qū)②喜馬拉雅山地區(qū)③西北地區(qū)④天山地區(qū)⑤華北地區(qū)⑥東南沿海地區(qū)2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)中國(guó)的地震活動(dòng)區(qū)2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)5.1.3震級(jí)與烈度震級(jí)定義:衡量一次地震規(guī)模大小的數(shù)量等級(jí)。里氏震級(jí):A:距震中100km處的最大水平地面位移(μm)地震能一個(gè)7級(jí)地震，約相當(dāng)于30枚2萬(wàn)噸TNT的原子彈爆炸所釋放的能量。2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)烈度某一特定地區(qū)遭受一次地震影響的強(qiáng)烈程度。2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)烈度與震級(jí)的關(guān)系一次地震只有一個(gè)震級(jí)，但不同的地點(diǎn)將有不同的烈度。震中烈度與震級(jí)關(guān)系:烈度衰減關(guān)系:Δ:震中距h:震源深度2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)5.1.4地震波與地面運(yùn)動(dòng)地震波體波:縱波（P波）、橫波（S波）面波:瑞雷波（R波）、洛夫波（L波）2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)體波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向（P波）（S波）2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)面波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向（R波）（L波）2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)地震地面運(yùn)動(dòng)對(duì)于地面上的某一點(diǎn),當(dāng)?shù)卣痼w波到達(dá)該點(diǎn)或面波經(jīng)過(guò)該點(diǎn)時(shí),就會(huì)引起該點(diǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng),此即地震地面運(yùn)動(dòng)。因波的折射,體波傳播到地面時(shí),其行進(jìn)方向?qū)⒔婆c地面垂直。體波的折射2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)P波上下運(yùn)動(dòng)S波前后、左右運(yùn)動(dòng)R波上下、前后運(yùn)動(dòng)L波左右運(yùn)動(dòng)三向地面運(yùn)動(dòng)上下運(yùn)動(dòng):由P波和R波引起前后運(yùn)動(dòng):由S波和R波引起左右運(yùn)動(dòng):由S波和L波引起2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)地震地面運(yùn)動(dòng)加速度記錄地面運(yùn)動(dòng)三要素強(qiáng)度、頻譜、強(qiáng)震時(shí)間2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)一般兩個(gè)方向水平地面運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度相等,而豎向地面運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度一般小于水平地面運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度。震中附近,體波成分較多,面波成分較少,隨著震中距增加,體波成分減少,面波成分增加。地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與烈度的關(guān)系平均關(guān)系2024/12/1§5.1地震基本知識(shí)影響地面運(yùn)動(dòng)頻譜的主要因素兩個(gè)因素:震中距、場(chǎng)地條件周期短的波在有阻尼介質(zhì)中傳播較易衰減場(chǎng)地卓越周期vsm:場(chǎng)地土平均剪切波速dov:場(chǎng)地土覆蓋層厚度2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用5.2.1單質(zhì)點(diǎn)體系地震反應(yīng)5.2.2地震作用與地震反應(yīng)譜5.2.3設(shè)計(jì)反應(yīng)譜5.2.4地震作用的計(jì)算2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用5.2.1單質(zhì)點(diǎn)體系地震反應(yīng)單質(zhì)點(diǎn)體系

當(dāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量相對(duì)集中在某一個(gè)確定位置時(shí),可將結(jié)構(gòu)處理成單質(zhì)點(diǎn)體系。單質(zhì)點(diǎn)體系簡(jiǎn)圖2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用單質(zhì)點(diǎn)體系地震反應(yīng)

質(zhì)點(diǎn)上三種力:

慣性力阻尼力彈性力2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用單質(zhì)點(diǎn)體系地震反應(yīng)運(yùn)動(dòng)方程初始條件2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用方程的解2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用ζ值很小時(shí),簡(jiǎn)化如下其中自振圓頻率阻尼比2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用5.2.2地震作用與地震反應(yīng)譜地震作用定義:質(zhì)點(diǎn)的最大慣性力意義2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用即由運(yùn)動(dòng)方程2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用地震反應(yīng)譜定義地震加速度反應(yīng)譜2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用影響因素①是ζ、ω的函數(shù),一般固定ζ,則或②與有關(guān)Sa的大小與的幅值成正比Sa的形狀與的主要周期成分有關(guān)

2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用不同場(chǎng)地條件的地震反應(yīng)譜不同震中距條件的地震反應(yīng)譜2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用5.2.3設(shè)計(jì)反應(yīng)譜用于設(shè)計(jì)應(yīng):規(guī)定的幅值考慮的周期成分考慮的變異性地震加速度反應(yīng)譜動(dòng)力系數(shù)地震系數(shù)2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用地震系數(shù)

地震系數(shù)與烈度的關(guān)系

I:基本烈度（設(shè)防烈度）2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用動(dòng)力系數(shù)

根據(jù)場(chǎng)地條件和震中距將地震地面運(yùn)動(dòng)記錄分類,計(jì)算每一類地震記錄的地震反應(yīng)譜。2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用相近場(chǎng)地及相近震中距的規(guī)則化地震反應(yīng)譜（不同地震記錄）2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用同類地震記錄的平均動(dòng)力系數(shù)譜2024/12/1§5.2單質(zhì)點(diǎn)體系地震作用5.2.4地震作用的計(jì)算地震影響系數(shù)2024/12/1§5.3多質(zhì)點(diǎn)體系地震作用§5.3多質(zhì)點(diǎn)體系地震作用5.3.1多質(zhì)點(diǎn)體系地震反應(yīng)5.3.2振型分解反應(yīng)譜法5.3.3底部剪力法2024/12/1§5.3多質(zhì)點(diǎn)體系地震作用5.3.1多質(zhì)點(diǎn)體系地震反應(yīng)多質(zhì)點(diǎn)體系多質(zhì)點(diǎn)體系簡(jiǎn)圖2024/12/1§5.3多質(zhì)點(diǎn)體系地震作用多質(zhì)點(diǎn)體系地震反應(yīng)運(yùn)動(dòng)方程自由振動(dòng)特性頻率:振型:2024/12/1§5.3多質(zhì)點(diǎn)體系地震作用振型的正交性2024/12/1§5.3多質(zhì)點(diǎn)體系地震作用地震反應(yīng)的振型分解2024/12/1§5.3多質(zhì)點(diǎn)體系地震作用5.3.2振型分解反應(yīng)譜法質(zhì)點(diǎn)i的j振型地震作用2024/12/1§5.3多質(zhì)點(diǎn)體系地震作用振型組合振型地震作用振型最大反應(yīng)振型最大反應(yīng)不在同一時(shí)刻發(fā)生平方和開方法結(jié)構(gòu)的低階振型反應(yīng)比高階振型反應(yīng)大。一般情況下,振型反應(yīng)隨振型階數(shù)的增大而減小。2024/12/1§5.3多質(zhì)點(diǎn)體系地震作用5.3.3底部剪力法計(jì)算假定（1）結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)以第一振型為主,忽略其他振型反應(yīng)。（2）結(jié)構(gòu)第一振型為線性倒三角分布。則任一質(zhì)點(diǎn)的振型坐標(biāo)與該質(zhì)點(diǎn)離地面的高度成正比,即其中,c為常數(shù)2024/12/1§5.3多質(zhì)點(diǎn)體系地震作用底部剪力GE:結(jié)構(gòu)總重力荷載n＝1時(shí)，χ=1；n＞1時(shí)，χ=0.75~0.90，可近似取χ=0.85。2024/12/1§5.3多質(zhì)點(diǎn)體系地震作用地震作用分布高階振型影響底部剪力法地震作用分布2024/12/1第6章其他作用§6.1溫度作用§6.2變形作用§6.6離心力§6.3爆炸作用§6.4浮力作用§6.7預(yù)加力§6.5制動(dòng)力、牽引力與沖擊力2024/12/1§6.1溫度作用§6.1溫度作用基本概念及溫度作用原理固體的溫度發(fā)生變化時(shí),會(huì)產(chǎn)生熱變形。如果熱變形受到約束,固體內(nèi)部將產(chǎn)生應(yīng)力,這個(gè)應(yīng)力稱為溫度應(yīng)力或熱應(yīng)力。因此溫度變化是一種作用。溫度變化季節(jié)變化室內(nèi)外溫差變化混凝土水化熱（大壩、大體積基礎(chǔ)）火災(zāi)2024/12/1§6.1溫度作用溫度的變化對(duì)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部產(chǎn)生一定的影響,其影響的計(jì)算應(yīng)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)類型區(qū)別對(duì)待。靜定結(jié)構(gòu)在溫度變化時(shí)不對(duì)溫度變形產(chǎn)生約束,故不產(chǎn)生內(nèi)力,但由于材料具有熱脹冷縮的性質(zhì),可使靜定結(jié)構(gòu)自由地產(chǎn)生符合其約束條件的位移,這種位移可由變形體系的虛功原理計(jì)算。對(duì)超靜定結(jié)構(gòu),由于存在多余約束,當(dāng)溫度改變時(shí)引起的溫度變形會(huì)受到約束,從而在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)力,這也是超靜定結(jié)構(gòu)不同于靜定結(jié)構(gòu)的特征之一。超靜定結(jié)構(gòu)的溫度作用效應(yīng),一般可根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件,按結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算。2024/12/1§6.1溫度作用超靜定結(jié)構(gòu)溫度作用效應(yīng)的計(jì)算方法方法Ⅰ:將多余約束釋放掉，利用溫度變形等于約束力變形條件。方法Ⅱ:將溫度變化當(dāng)做等效力作用于結(jié)構(gòu)。2024/12/1§6.2變形作用§6.2變形作用對(duì)于超靜定結(jié)構(gòu),如果結(jié)構(gòu)的約束處或非約束處被迫發(fā)生變形,這一變形將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力。常見的變形作用支座移動(dòng)基礎(chǔ)不均勻沉降混凝土結(jié)構(gòu)的徐變與收縮2024/12/1§6.2變形作用變形作用的計(jì)算將多余約束釋放掉,利用被迫變形等于約束力變形條件。2024/12/1§6.3爆炸作用§6.3爆炸作用爆炸作用的概念在足夠小的容積內(nèi)以極短的時(shí)間突然釋放出的能量，以致產(chǎn)生一個(gè)從爆源向有限空間傳播開去的一定幅度的壓力波（沖擊波）。爆炸作用的種類沖擊波對(duì)結(jié)構(gòu)的作用有兩種:沖擊波超壓和沖擊波動(dòng)壓總壓=超壓+動(dòng)壓2024/12/1§6.3爆炸作用沖擊波對(duì)地面結(jié)構(gòu)物的作用最大的反射超壓ΔPf(kPa)--入射波波陣面上的最大超壓(kPa)--反射系數(shù),取值2~82024/12/1§6.3爆炸作用沖擊波對(duì)地下結(jié)構(gòu)物的作用深度h處壓縮波峰值壓力Ph(kPa)

--深度(m)

--地面空氣沖擊波超壓(kPa)2024/12/1§6.3爆炸作用地下結(jié)構(gòu)頂蓋動(dòng)載峰值P1(kPa)--綜合反射系數(shù),取1.8地下結(jié)構(gòu)側(cè)墻動(dòng)載峰值P2(kPa)--壓縮波作用下的側(cè)壓系數(shù)2024/12/1§6.3爆炸作用2024/12/1§6.3爆炸作用地下結(jié)構(gòu)底板動(dòng)載峰值P3(kPa)--底壓系數(shù),對(duì)非飽和土中結(jié)構(gòu)=0.5~0.75對(duì)飽和土=0.8~1.02024/12/1§6.4浮力作用§6.4浮力作用地下水或地表水能否通過(guò)土的孔隙,連通或溶入到結(jié)構(gòu)基底,決定了能否達(dá)到完全浮力狀態(tài)。當(dāng)不能確定地基是否透水時(shí),應(yīng)將透水和不透水兩種情況與其他荷載組合,取其最不利者。2024/12/1§6.5制動(dòng)力、牽引力與沖擊力§6.5制動(dòng)力、牽引力與沖擊力制動(dòng)力汽車制動(dòng)力:一列汽車總重量的10%。吊車制動(dòng)力:縱向—一側(cè)輪壓的10%橫向—αH(小車+吊重)2024/12/1§6.5制動(dòng)力、牽引力與沖擊力汽車沖擊力豎向沖擊力橫向撞擊力2024/12/1§6.6離心力§6.6離心力--計(jì)算車速（km/h）--彎道半徑（m）--車輛重力（kN）2024/12/1§6.7預(yù)加力§6.7預(yù)加力目的通過(guò)預(yù)加力產(chǎn)生與構(gòu)件所承受的外荷載效應(yīng)相反的應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)用常用于混凝土結(jié)構(gòu)。因混凝土抗拉強(qiáng)度低,預(yù)先使混凝土受壓,可提高混凝土的抗拉承載力。2024/12/1§6.7預(yù)加力預(yù)加力方式外部預(yù)加力和內(nèi)部預(yù)加力先張法預(yù)加力和后張法預(yù)加力預(yù)彎梁預(yù)加力2024/12/1§6.7預(yù)加力先張法:先張拉鋼筋，后澆筑混凝土后張法:先澆筑混凝土（留孔道），后張拉鋼筋有粘結(jié)和無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施加有粘結(jié):靠鋼筋與混凝土的粘結(jié)施加預(yù)應(yīng)力無(wú)粘結(jié):靠錨具施加預(yù)應(yīng)力有粘結(jié)和無(wú)粘結(jié)方法選擇有粘結(jié):先張、后張無(wú)粘結(jié):后張2024/12/1§6.7預(yù)加力預(yù)彎鋼梁預(yù)彎梁的預(yù)加力施加過(guò)程2024/12/1第7章荷載的統(tǒng)計(jì)分析§7.1荷載的概率模型§7.2荷載的各種代表值§7.3荷載效應(yīng)及荷載效應(yīng)組合2024/12/1§7.1荷載的概率模型§7.1荷載的概率模型荷載類型永久荷載（如自重）持久荷載（如建筑樓面活荷載）2024/12/1§7.1荷載的概率模型短時(shí)荷載（如風(fēng)載）2024/12/1§7.1荷載的概率模型荷載的隨機(jī)過(guò)程模型任意時(shí)點(diǎn)荷載相同條件下的同類結(jié)構(gòu)上作用的以上各類荷載在任一確定時(shí)刻的量值,為隨機(jī)變量。隨機(jī)過(guò)程不同時(shí)刻任意時(shí)點(diǎn)荷載將不同,因此荷載實(shí)際上是一個(gè)隨時(shí)間變化的隨機(jī)變量,在數(shù)學(xué)上可用隨機(jī)過(guò)程模型來(lái)描述。2024/12/1§7.1荷載的概率模型平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過(guò)程荷載模型假定（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(zhǎng)短,將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T等分為r個(gè)相等的時(shí)段τ,或認(rèn)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T內(nèi)荷載均勻變動(dòng)r=T/τ；（2）在每個(gè)時(shí)段τ內(nèi),荷載Q出現(xiàn)（即Q＞0）的概率為p,不出現(xiàn)（即Q＜0）的概率為q=1-p；2024/12/1§7.1荷載的概率模型（3）在每一時(shí)段τ內(nèi)，荷載出現(xiàn)時(shí)，其幅值是非負(fù)的隨機(jī)變量，在不同的時(shí)段上的概率分布是相同的，記時(shí)段τ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τ上的荷載幅值隨機(jī)變量相互獨(dú)立，且與在時(shí)段τ上是否出現(xiàn)荷載無(wú)關(guān)。2024/12/1§7.1荷載的概率模型隨機(jī)過(guò)程荷載模型2024/12/1§7.1荷載的概率模型各類荷載模型系數(shù)永久荷載:p=1,τ=T=50年持久荷載:按實(shí)際情況確定如樓面活載τ=10年，r=5，p=1短時(shí)荷載:一般取τ=1年，r=50，p=1荷載在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T內(nèi)的最大值的概率分布FT(x)2024/12/1§7.1荷載的概率模型FT(x)與Fi(x)統(tǒng)計(jì)參數(shù)關(guān)系Fi(x)為正態(tài)分布情況2024/12/1§7.1荷載的概率模型Fi(x)為極值Ⅰ型分布情況2024/12/1§7.2荷載的各種代表值§7.2荷載的各種代表值各種荷載的最大值QT一般為隨機(jī)變量，為實(shí)際設(shè)計(jì)方便，采用具體數(shù)值代表QT，稱為代表值?？勺兒奢d代表值:標(biāo)準(zhǔn)值、準(zhǔn)永久值、頻遇值、組合值永久荷載代表值:標(biāo)準(zhǔn)值2024/12/1§7.2荷載的各種代表值荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qk—基本代表值定義我國(guó)現(xiàn)行各種荷載標(biāo)準(zhǔn)值的pk2024/12/1§7.2荷載的各種代表值重現(xiàn)期Tk

Qk也可用Tk年一遇來(lái)定義標(biāo)準(zhǔn)值定義的統(tǒng)一取相同的pk或Tk值2024/12/1§7.2荷載的各種代表值準(zhǔn)永久值荷載的準(zhǔn)永久值Qx指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常作用的可變荷載值,它在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)具有較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間Tx,其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響相似于永久荷載。2024/12/1§7.2荷載的各種代表值荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)2024/12/1§7.2荷載的各種代表值荷載組合值當(dāng)作用在結(jié)構(gòu)上有兩種或兩種以上的可變荷載時(shí),由于同時(shí)以最大值出現(xiàn)的概率很小,可采用其組合值。2024/12/1§7.3荷載效應(yīng)及荷載效應(yīng)組合§7.3荷載效應(yīng)及荷載效應(yīng)組合荷載效應(yīng)結(jié)構(gòu)上的荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力、變形、應(yīng)變等,為荷載效應(yīng)。荷載效應(yīng)系數(shù)S=CQ2024/12/1§7.3荷載效應(yīng)及荷載效應(yīng)組合荷載與荷載效應(yīng)統(tǒng)計(jì)參數(shù)關(guān)系2024/12/1§7.3荷載效應(yīng)及荷載效應(yīng)組合荷載效應(yīng)組合當(dāng)結(jié)構(gòu)承受兩種以上可變荷載時(shí),應(yīng)考慮荷載效應(yīng)組合規(guī)則。Turkstra組合規(guī)則2024/12/1§7.3荷載效應(yīng)及荷載效應(yīng)組合三種不同荷載的組合2024/12/1§7.3荷載效應(yīng)及荷載效應(yīng)組合JCSS組合規(guī)則2024/12/1§7.3荷載效應(yīng)及荷載效應(yīng)組合不同組合規(guī)則的優(yōu)缺點(diǎn)Turkstra組合規(guī)則易理解,便于應(yīng)用,但可能遺漏更不利組合。JCSS組合規(guī)則可考慮所有不利組合,但組合數(shù)較多。2024/12/1第8章結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計(jì)分析§8.1影響結(jié)構(gòu)抗力的不定性§8.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料性能的不定性§8.3結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)的不定性§8.4結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算模式的不定性§8.5結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計(jì)特征2024/12/1§8.1影響結(jié)構(gòu)抗力的不定性§8.1影響結(jié)構(gòu)抗力的不定性關(guān)于結(jié)構(gòu)抗力的一些概念結(jié)構(gòu)抗力的定義抗力:抵抗結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)的能力兩種抗力承載力—抵抗荷載作用內(nèi)力剛度—抵抗荷載作用變形2024/12/1§8.1影響結(jié)構(gòu)抗力的不定性結(jié)構(gòu)抗力的層次整體結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力構(gòu)件截面抗力截面各點(diǎn)抗力目前設(shè)計(jì)變形抗力要求主要針對(duì)整體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件,而承載力抗力要求主要針對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或構(gòu)件截面（將兩者統(tǒng)稱為構(gòu)件抗力）。由于承載力抗力更重要,主要討論承載力抗力的統(tǒng)計(jì)分析。2024/12/1§8.1影響結(jié)構(gòu)抗力的不定性影響抗力的主要因素材料性能的不定性Xm幾何參數(shù)的不定性Xa計(jì)算模式的不定性Xp2024/12/1§8.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料性能的不定性§8.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料性能的不定性產(chǎn)生原因:材料品質(zhì)、制作工藝、環(huán)境條件等的差異。定義:Xm=fc/(k0fk)fc:材料性能實(shí)際值；fk:規(guī)范規(guī)定值（標(biāo)準(zhǔn)值）；k0:反應(yīng)實(shí)際值與實(shí)驗(yàn)值差異的系數(shù)。2024/12/1§8.3結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)的不定性§8.3結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)的不定性產(chǎn)生原因:結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作的不完全精確。定義:XA=a/(ak)a:幾何參數(shù)的實(shí)際值（實(shí)測(cè)值）；ak:幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值（一般取設(shè)計(jì)值）。2024/12/1§8.4結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算模式的不定性§8.4結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算模式的不定性產(chǎn)生原因:計(jì)算假定、計(jì)算模型、計(jì)算簡(jiǎn)化等與實(shí)際不完全一致。定義:Xp=R0/(RC)R0:結(jié)構(gòu)的實(shí)際抗力（可取實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)值或精確計(jì)算值）；RC:按規(guī)范公式的抗力計(jì)算值。2024/12/1§8.5結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計(jì)特征§8.5

結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計(jì)特征結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計(jì)參數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的分布類型2024/12/1第9章結(jié)構(gòu)可靠度分析§9.1結(jié)構(gòu)可靠度基本概念§9.2結(jié)構(gòu)可靠度分析的實(shí)用方法§9.3隨機(jī)變量間的相關(guān)性對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度的影響§9.4結(jié)構(gòu)體系的可靠度2024/12/1§9.1結(jié)構(gòu)可靠度基本概念§9.1結(jié)構(gòu)可靠度基本概念結(jié)構(gòu)的功能要求—四項(xiàng)基本功能（1）能承受在正常施工和正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種作用；（2）在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；（3）在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能；（4）在偶然事件發(fā)生時(shí)（如地震、火災(zāi)等）及發(fā)生后,仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。2024/12/1§9.1結(jié)構(gòu)可靠度基本概念(1)、(4)為結(jié)構(gòu)的安全性(2)為結(jié)構(gòu)的適用性統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)的可靠性(3)為結(jié)構(gòu)的耐久性結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)令Z=R-SR:結(jié)構(gòu)抗力；S:結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)。2024/12/1§9.1結(jié)構(gòu)可靠度基本概念有三種情況:(1)Z>0結(jié)構(gòu)可靠(2)Z<0結(jié)構(gòu)失效(3)Z=0結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)稱Z=R-S為結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)Z=R-S=0為結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程由于影響荷載效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R都有很多基本的隨機(jī)變量，則結(jié)構(gòu)功能函數(shù)的一般形式為2024/12/1§9.1結(jié)構(gòu)可靠度基本概念結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)定義:如果整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，則此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。兩類極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)2024/12/1§9.1結(jié)構(gòu)可靠度基本概念承載能力極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。（1）整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度被超過(guò)而破壞（包括疲勞破壞）,或因過(guò)度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載；（3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；（4）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）。2024/12/1§9.1結(jié)構(gòu)可靠度基本概念正常使用極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。（1）影響正常使用或外觀的變形；（2）影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；（3）影響正常使用的振動(dòng)；（4）影響正常使用的其他特定狀態(tài)。2024/12/1§9.1結(jié)構(gòu)可靠度基本概念結(jié)構(gòu)可靠度定義:結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。是結(jié)構(gòu)可靠性的概率量度。規(guī)定的時(shí)間—一般指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。在同樣的條件下，規(guī)定時(shí)間越長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)的可靠度越低。規(guī)定的條件—指正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用條件，排除人為錯(cuò)誤或過(guò)失因素。2024/12/1§9.1結(jié)構(gòu)可靠度基本概念基本計(jì)算公式

可靠度失效概率或如果S與R相互獨(dú)立,則2024/12/1§9.1結(jié)構(gòu)可靠度基本概念此時(shí)2024/12/1§9.1結(jié)構(gòu)可靠度基本概念結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)如果S和R為兩個(gè)相互獨(dú)立的正態(tài)隨機(jī)變量,則其中2024/12/1§9.1結(jié)構(gòu)可靠度基本概念令

標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)隨機(jī)變量則Φ(·):標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)2024/12/1§9.1結(jié)構(gòu)可靠度基本概念β與Pf的關(guān)系β越大,Pf越小,Ps越大2024/12/1§9.1結(jié)構(gòu)可靠度基本概念β與Pf的數(shù)值關(guān)系2024/12/1§9.2結(jié)構(gòu)可靠度分析的實(shí)用方法§9.2結(jié)構(gòu)可靠度分析的實(shí)用方法中心點(diǎn)法特點(diǎn):僅利用基本隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)（均值和方差）計(jì)算結(jié)構(gòu)的可靠度，因此實(shí)用方便。假定:根據(jù)概率中心極限定理，Z的分布隨功能函數(shù)中自變量數(shù)n的增加而漸進(jìn)于正態(tài)分布。2024/12/1§9.2結(jié)構(gòu)可靠度分析的實(shí)用方法情況Ⅰ:結(jié)構(gòu)功能函數(shù)為線性函數(shù)情況則2024/12/1§9.2結(jié)構(gòu)可靠度分析的實(shí)用方法情況Ⅱ:結(jié)構(gòu)功能函數(shù)為非線性函數(shù)情況在各個(gè)變量的中心點(diǎn)（均值點(diǎn)）展開成泰勒級(jí)數(shù)，僅取線性項(xiàng)則2024/12/1§9.2結(jié)構(gòu)可靠度分析的實(shí)用方法可靠指標(biāo)β的幾何意義2024/12/1§9.2結(jié)構(gòu)可靠度分析的實(shí)用方法2024/12/1§9.2結(jié)構(gòu)可靠度分析的實(shí)用方法結(jié)論中心點(diǎn)法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)2024/12/1§9.2結(jié)構(gòu)可靠度分析的實(shí)用方法驗(yàn)算點(diǎn)法驗(yàn)算點(diǎn)法對(duì)中心點(diǎn)法的改進(jìn)驗(yàn)算點(diǎn)法計(jì)算步驟2024/12/1§9.3隨機(jī)變量間的相關(guān)