荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法重點(diǎn)概念總結(jié)

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。 如重力、土壓力、水壓力、風(fēng)壓力。作用能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)的各種因素總稱為作用。效應(yīng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形, 應(yīng)力、應(yīng)變, 速度、加速度等。作用：直接作用 （狹義）荷載：廣義荷載 間接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、地基不均勻沉降等。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)。(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的作用。(3)偶然作用：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)

2、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)間很短的作用。如地震、爆破。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。如結(jié)構(gòu)自重、固定設(shè)備的荷載等。（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。如房屋中的人員、家具荷載，橋梁上的車輛荷載等。3.按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類（1）靜態(tài)作用：對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不產(chǎn)生加速度或其加速度可以忽略不計(jì)。 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)或構(gòu)件產(chǎn)生不可忽略的加速度。 如地震、風(fēng)、沖擊和爆炸等。重 力1結(jié)構(gòu)自重自重由地球引力產(chǎn)生的組成結(jié)構(gòu)的材料的重力。2土的自重應(yīng)力土是由土顆粒、水和氣組成的三相非連續(xù)介質(zhì)。土的自

3、重應(yīng)力為自身有效重力在土體中引起的應(yīng)力。雪荷載1雪壓：?jiǎn)挝坏孛嫔戏e雪的自重。2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。2. 影響屋面雪壓的因素。（1） 風(fēng)對(duì)屋面的影響漂積作用。（2） 屋面坡度對(duì)積雪的影響。（3） 屋面溫度對(duì)積雪的影響。樓面和屋面活荷載由于樓面均布活荷載可理解為樓面總活荷載按樓面面積平均，因此一般情況下，所考慮的樓面面積越大，實(shí)際平攤的樓面活荷載越小。故計(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一定的數(shù)值則應(yīng)對(duì)樓面均布活荷載折減。土的側(cè)向壓力定義：土的側(cè)壓力是指擋土墻后的填土自重或外荷載作用對(duì)墻背產(chǎn)生的土壓

4、力。土壓力是擋土墻的主要外荷載，設(shè)計(jì)時(shí)需確定其性質(zhì)、大小、方向和作用點(diǎn)。土壓力的大小和分布規(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。分類：靜止土壓力 被動(dòng)土壓力 主動(dòng)土壓力風(fēng)荷載兩類性質(zhì)的大風(fēng)：臺(tái)風(fēng) 季風(fēng)風(fēng)壓當(dāng)風(fēng)以一定的速度向前運(yùn)動(dòng)遭到阻塞時(shí)，將對(duì)阻塞物產(chǎn)生壓力，即風(fēng)壓。流速快，壓力小，流速慢，壓力大?；撅L(fēng)壓基本風(fēng)壓是根據(jù)規(guī)定的高度（10m）、規(guī)定的地貌（空曠平坦）、規(guī)定的時(shí)距（10min）和規(guī)定的樣本時(shí)間（1a）所確定的最大風(fēng)速的概率分布，按規(guī)定的重現(xiàn)期（30 or 50a）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。 （五

5、個(gè)規(guī)定）風(fēng)載體形系數(shù)一般結(jié)構(gòu)不能理想的使自由氣流停滯，而是讓氣流以不同方式在結(jié)構(gòu)表面繞過，因此實(shí)際結(jié)構(gòu)所受的風(fēng)壓并不能直接按式計(jì)算，而需對(duì)其進(jìn)行修正，其修正系數(shù)與結(jié)構(gòu)物體型有關(guān)，故稱為體形系數(shù)。風(fēng)壓高度變化系數(shù)將任意粗糙度任意高度處的風(fēng)壓為標(biāo)準(zhǔn)粗糙度下標(biāo)準(zhǔn)高度處的基本風(fēng)壓之比定義為風(fēng)壓高度變化系數(shù)。風(fēng)振系數(shù)地震作用地震作用 由地震動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)作用，包括水平地震作用和豎向地震作用?？拐鹪O(shè)防烈度按國(guó)家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)作為一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度。設(shè)計(jì)基本地震加速度50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期超越概率10%的地震加速度的設(shè)計(jì)取值。荷載的統(tǒng)計(jì)分析任意時(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

6、定時(shí)刻的量值，稱為任意時(shí)點(diǎn)荷載。為隨機(jī)變量，記為Q。隨機(jī)過程不同時(shí)刻任意時(shí)點(diǎn)荷載是不同的，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)上可采用隨機(jī)過程模型來描述。平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過程為便于對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的荷載最大值QT的統(tǒng)計(jì)分析，通常將荷載處理成平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過程（4個(gè)假定）。確定FT(x)需有三個(gè)量：荷載在T內(nèi)變動(dòng)次數(shù)r或變動(dòng)一次的時(shí)間 ；在每個(gè)時(shí)段內(nèi)荷載出現(xiàn)的概率p；以及荷載任意時(shí)點(diǎn)概率分布Fi(x)荷載的各種代表值在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，各種荷載的最大值QT為一隨機(jī)變量，但為實(shí)際設(shè)計(jì)方便，采用具體數(shù)值。這些具體的數(shù)值，為荷載的各種代表值?？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

7、載僅有一個(gè)代表值：標(biāo)準(zhǔn)值1、標(biāo)準(zhǔn)值 定義：是荷載的基本代表值，為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載概率分布的某一分位置（是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)、正常情況下可能出現(xiàn)的最大值）。數(shù)值定義：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T內(nèi)，具有不被超越概率p k的荷載值。2、準(zhǔn)永久值 定義：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)被超越的總時(shí)間為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期一半的荷載值。 它在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)具有較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間，其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響相似于永久荷載。3、荷載的頻遇值 在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)被超越的總時(shí)間僅為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的一小部分（<50%）的荷載值，或在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其超越頻率為某一給定頻率（<50%）的荷載值。4、荷載的組合值 當(dāng)作用在結(jié)構(gòu)上有兩種或兩種以上可變荷載時(shí)，它們同時(shí)以最大值出

8、現(xiàn)的概率很小。此時(shí)，采用組合值作為代表值荷載效應(yīng)荷載作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力(M,N,Q),變形(線、角位移),應(yīng)變等荷載效應(yīng)系數(shù)線彈性結(jié)構(gòu)中荷載效應(yīng)S與荷載Q之間的線性比例關(guān)系Turkstra組合輪流以一個(gè)荷載效應(yīng)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期 T 內(nèi)的最大值與其余荷載的任意時(shí)點(diǎn)荷載值進(jìn)行組合JCSS組合A. 假定可變荷載的樣本為平穩(wěn)二項(xiàng)過程B. 求得某一荷載Q1(t)在T內(nèi)的最大效應(yīng)（持續(xù)時(shí)間為 tao1）C. 與另一荷Q2(t)在tao時(shí)段內(nèi)的局部最大效應(yīng)組合（持續(xù)時(shí)間為tao2）D. 余此類推結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計(jì)分析1、抗力結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力。2、抗力的兩種形式 抗力是與作用效應(yīng)相對(duì)應(yīng)的 承載力：作用

9、效應(yīng)為內(nèi)力（抵抗內(nèi)力） 剛 度：作用效應(yīng)為變形（抵抗變形）3、結(jié)構(gòu)抗力的四個(gè)層次 整體結(jié)構(gòu)抗力、結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力、構(gòu)件截面抗力以及 截面各點(diǎn)抗力。目前：變形驗(yàn)算時(shí)，主要針對(duì)整體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件 承載力驗(yàn)算，主要針對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其截面影響抗力的主要因素1）材料性能的不確定性Xm；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2）幾何參數(shù)的不確定性Xa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，制作和安裝后的實(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)算模式的不確定性Xp抗力計(jì)算中采用的基本假定不完全復(fù)合實(shí)際或計(jì)算公式的近似等引起的變異性。結(jié)構(gòu)可靠度分析土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

10、方法的發(fā)展1、容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法截面內(nèi)任一點(diǎn)的應(yīng)力不超過材料的容許應(yīng)力。2、破損階段設(shè)計(jì)法3、多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法4、基于可靠理論的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法結(jié)構(gòu)可靠度基本概念統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，應(yīng)滿足下列功能：1）在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(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4）在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。1和4為結(jié)構(gòu)的安全性 ，2）為結(jié)構(gòu)的適用性，3）為結(jié)構(gòu)的耐久性 統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)的可靠性設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期： 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)。 一般建筑結(jié)構(gòu)為50年，橋梁100年設(shè)

11、計(jì)使用年限 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期。即在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)下所應(yīng)達(dá)到的年限。 普通房屋和構(gòu)筑物：50年 紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)：100年結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)整個(gè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，該特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)承載力極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)最大承載力或不適于繼續(xù)承載的變形 1）整個(gè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆） 2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度被超過而破壞 3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系 4）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（地基承載力）正常使用極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)正常使用或耐久性能 1）影響正常使用或外觀的變形

12、 2）影響正常使用或耐久性能的局部損壞（裂縫） 3）影響正常使用的震動(dòng) 4）影響正常使用的其它特定狀態(tài)結(jié)構(gòu)可靠性與可靠度可靠性：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)定功能的能力（統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）?？煽慷龋航Y(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（統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)） 。是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，在同樣條件下，規(guī)定時(shí)間越長(zhǎng)，荷載效應(yīng)越大，而影響結(jié)構(gòu)抗力的材料性能指標(biāo)越小，則結(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，不考慮人為錯(cuò)誤或過失因素。結(jié)構(gòu)可靠度分析的實(shí)用方法僅依據(jù)各基本隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)以及各自的概率分布函數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠度分析。中心點(diǎn)法的優(yōu)缺點(diǎn) 1）僅利用基本隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)（均值和方差） 實(shí)用方便 2）沒有考慮有關(guān)基本變量分布類型的信息 3）由于在中心點(diǎn)處取功能函數(shù)的線性近似，由此得到的可靠指標(biāo)一般不為標(biāo)準(zhǔn)空間原點(diǎn)到極限狀態(tài)曲面的最短距離。結(jié)構(gòu)體系