工程荷载与可靠度设计原理 概念.doc

极限状态 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。 (l)承载能力极限状态 这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。 (2)正常使用极限状态 这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。设计使用年限 设计使用年限为设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。设计基准期 所谓设计基准期，是为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数。基本雪压 所谓雪压是指单位水平面积上积雪重量，而基本雪压是指当地空旷平坦地面上根据气象记录瓷料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值作用能使结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等）的各种因素的总称。1按作用形式分类 直接作用 间接作用2.按随时间的变异分类 永久作用 可变作用 偶然作用3.按随空间位置的变异分类 固定作用 自由作用 4.按结构的反应特点分类 静态作用 动态作用任何结构都因地球引力而受重力的影响，同时也受使用荷载和由自然环境因素引起的各种荷载或力的作用建筑结构中常遇的荷载和作用主要有：结构自重、楼面与屋面活荷载、雪荷载、风荷载，地震作用、吊车荷载和吊车制动力（工业建筑中）、温度作用、地基变形、混凝土收缩徐变、预应力等。除结构自重、风荷载、地震作用等常见荷载或作用外，桥梁结构中典型的荷载类型主要有：车辆荷载、人群荷载、冲击力、撞击力、制动力、离心力等；水工结构、港口工程、海岸与海洋工程中典型的荷载类型主要有：水压力、波浪荷载、浮力作用等。永久荷载也可称为恒载，可变荷载也可称为活载结构材料的重度、几何参数（高度、形状等）以及外部环境情况的变异性必然导致荷载具有随机特性。对永久荷载的代表值为标准值；对可变荷载的代表值则有标准值、频遇值、准永久值和组合值四类， 工程结构设计的目的就是要保证结构具有足够的抵抗环境中各种作用的能力，满足预定的功能要求。 由于结构在设计基准期内，可能承受两种或两种以上的可变荷载，且荷载具有随机特性，因此需要在分析各种荷载同时出现的几率基础上，对各种荷载效应进行组合以确定出最不利的组合进行结构设计。 抗力主要受结构材料性能 和 结构构件的几何参数影响。此外，在计算力时，基本假定的近似性和计算公式的不精确性会造成对结构构件抗力估计的不定性。 工程结构安全等级是根据结构破坏造成的后果，即危害人的生命、造成经济损失、产生不良社会影响的严重程度划分的。可靠性：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。“规定条件”是指结构的正常设计、正常施土、正常使用的条件“规定时间”一般是指结构的计基准期，“预定功能”是指结构的安全性、适用性和耐久性。根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，可将土压力分为 静止土压力、主动土压力和被动土压力三种。1静止土压力 如果挡土墙体具有足够的截面，并且建立在坚实的地基上，墙在墙后填土的推力作用下不发生任何移动或滑动，这时墙背上的土压力，称为静止土压力，常用Eo表示。 2主动土压力 如果挡土墙受到墙后填土的作用绕墙踵向外转动或者平行移动，作用在墙背上的土压力从静止土压力值开始逐渐减小，当墙的移动或转动达到某一数量时，填土内出现滑动面，土体处于极限平衡状态。这时，墙背上的土压力减少到最小值，称为主动土压力，常用Ea表示。 3被动土压力如果挡土墙受外力作用向着填土方向移动或转动，挤压墙后填土，填土对墙身的土压力，从静止土压力值开始逐渐增大，当墙的移动或转动量足够大时，填土内出现滑动面。土体内的应力处于被动极限平衡状态。此时，作用在墙背上的土压力，增加到最大值，称为被动土压力。根据冻土存在的时间可将其分为以下三类：多年冻土（或称永冻土）冻结状态持续两年或两年以上的土（岩）；季节冻土地表层每年冬季冻结、夏季全部融化的土（岩）；瞬时冻土冬季冻结状态仅持续几个小时至数日的土层。每年寒季冻结、暖季融化，其年平均地温小于O的地表层，称为季节融化层（季节活动层），其下卧层为多年冻土层；生平均地温大于O的地表层，称为季节冻结层，其下卧层为非冻结层或不衔接多年冻土层。风是空气相对于地面的运动，它是空气从气压（大气压力）大的地方向气压小的地方流动而形成的。风压是风以一定的速度向前运动时，对阻碍物产生的压力。标准条件下确定的风压称之为基本风压 1标准高度的规定 规定以lOm高为标准高度，并定义标准高度处的最大风速为基本风速。对桥梁结构则规定标准高度为20m。 2标准地貌的规定 同一高度的风速还与地貌或地面粗糙程度有关。我国及世界上大多数国家都规定，基本风速或基本风压按空旷平坦地貌而定。 3.平均风的时距 4.最大风速的样本时间 5.基本风速的重现期，对一般结构基本风速重现期为50年，但是 桥梁是交通命脉，其安全度要高一些，基本风速重现期为100年。地震按其成因可分为：构造地震、火山地震、陷落地震和诱发地震四种。其中，构造地震主要由地壳运动挤压地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的；火山地震是由火山爆发引起的；陷落地震是由于地表或地下岩层突然发生大规模的陷落或崩塌引起的；诱发地震是由水库蓄水或深井注水等引起的。在这四种类型的地震中，构造地震分布最广，危害最大，约占地震总量的90%以上；虽然火山地震造成的破坏性也较大，但在我国不常见；其他两种类型的地震一般震级较小，破坏性也不大。地震分布(l)环太平洋地震带(2)欧亚地震带(3）沿北冰洋、大西洋和印度洋中主要山脉的狭窄浅震活动带(4)地震相当活跃的断裂谷：如东非洲和夏威夷群岛等。 我国地震分布(1)南北地震带：北起贺兰山，向南经六盘山，穿越秦岭沿川西至云南省东北，纵贯南北。地震带宽度各处不一，大致在数十至百余公里左右，分界线是由一系列规模很大的断裂带和断陷盆地组成，构造相当复杂。(2)东西地震带：主要的东西构造带有两条，北面的一条沿陕西、山西、河北北部向东延伸，直至辽宁北部的千山一带；南面的一条自帕米尔起，经昆仑山、秦岭，直到大别山。 据此，我国大致可划分成6个地震活动区：台湾及其附近海域；喜马拉雅山活动区；南北地震带；天山地震活动区；华北地震活动区；东南沿海地震活动区。 (1)地震烈度 地震烈度是指某一地区的地面和各类建筑物、构筑物遭受到一次地震影响的强弱程度，也是用来反映地震强度大小的指标。对于一次地震，其释放的能量是一个定值，因此只有一个震级，但由于各地区距震中的距离不同，地质情况不同，所以各个地区所遭受的地震破坏程度也不同。因此，一次地震对于不同的地区有多个地震烈度。 (2)基本烈度 地震基本烈度，指某地区在今后一定时间（我国取50年）内，在一般场地条件下，按一定的超越概率（我国取10%）可能遭受的最大地震烈度，它是一个地区进行抗震设防的依据。 (3)抗震设防烈度 抗震设防烈度是按国家规定的权限批准，用来作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。一般情况下取50年内超越概率为10%的基本烈度。但还须根据建筑物所在城市的大小，建筑物的类别、高度以及当地的抗震设防小区规划进行确定。 地震波当地震产生时，地下储存的变形能以弹性波的形式从震源向四周传播，这就是地震波。它包含在地球内部传播的体波和只限于在地球表面传播的面波。 1体波 体波包括纵波和横波两种。 (l)纵波（P波），其介质质点的振动方向与波的前进方向一致，使介质不断地压缩和疏松，故又称压缩波或疏密波。其特点是周期短、振幅小。 (2)横波（S波），其介质质点的振动方向与波的前进方向相垂直，故又称剪切波或等容波。其特点是周期较长、振幅大。 2面波 当体波从基岩传播到上层土时，经地质界面的多次反射和折射，在地表面形成一种次生波，这就是面波，它主要由两种成分组成：瑞雷波(R波)；洛夫波（L波）。破坏作用最大地震作用 地震释放的能量以地震波的形式传至地面，从而使建筑物上部结构因基础运动而产生受迫振动，从而引起地震反应。结构的地震反应主要是指其产生的位移、速度与加速度。其中，地震作用则是指与加速度密切相关的惯性力。抗震设防目标与标准 抗震设防是对可能发生的地震灾害采取以防为主的措施。即在现有科学技术水平和经济条件下，通过结构的抗震设计来减轻地震破坏，避免人员伤亡，减少经济损失，同时便于震后对结构进行修复。地震作用的计算与结构的抗震设防目标和标准相关。抗震设防目标 小震不坏，中震可修 大震不倒建筑工程抗震设防分类标准(GB 50223)对各抗震设防类别建筑规定了不同的设防标准，具体要求如下： 甲类建筑：地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；当抗震设防烈度为68度时，其抗震措施应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当抗震设防烈度为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。 乙类建筑：地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求。当抗震设防烈度为68度时，一般情况下，其抗震措施应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当抗震设防烈度为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采用抗震措施。 丙类建筑：地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求。 丁类建筑：一般情况下，地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施应允比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低。抗震设防烈度为6度时，除另有规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。温度作用 当某一结构或构件的温度发生变化时，体内任一点（单元体）的热变形（膨胀或收缩）由于受到周围相邻单元体的约束（内约束）或其边界受到其他结构或构件的约束（外约束），使体内该点产生一定的应力，这种应力称为温度应力，或称热应力。因而从广义上来说，温度变化也是一种荷载作用。变形作用 这里的变形是指由于外界因素的影响，如结构或构件的支座移动或地基发生不均匀沉降等，使得结构物被迫产生的变形。因而从广义上讲，这种变形作用也是荷载作用。 爆炸就是物质运动急剧增速，由一种状态迅速转变成另一种状态，并将其内含的能量，在瞬时集中释放的现象。 (1)燃料爆炸(2)工业粉尘爆炸(3)武器爆炸(4)定向爆破爆炸的破坏作用 当爆炸发生在等介质的自由空间时，从爆炸的中心点起，在一定范围内，破坏力能均匀地传播出去，并使在这个范围内的物体粉碎、飞散，使结构进入塑性屈服状态，产生较大的变形和裂缝，甚至局部损坏或倒塌。爆炸的破坏作用大体有以下几个方面：(1) 震荡作用(2)冲击波作用(3)碎片的冲击作用(4)热作用（火灾）浮力作用 水浮力为作用于建筑物基底面由下向上的水压力，等于建筑物排开同体积的水重力。地表水或地下水通过土体孔隙连通并传递水压力。