总结：荷载与结构设计

1 荷载与结构设计荷载与结构设计 第一章第一章 1 荷载 由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力 2 作用 能使结构产生效应的各种因素总称 3 效应 结构或构件的内力 应力 位移 应变 裂缝 速度 加速度等 4 直接作用 作用在结构上的力的因素 称为荷载 5 荷载与作用的区别与联系 区别 作用的范围比更大 包括各种间接作用 联系 荷载属于作用的范畴 是直接作用 6 结构设计的目标就是确保结构的承载能力足以抵抗内力 而变形控制在结构 能正常使用的范围内 7 间接作用 能够引起结构内力 变形等效应的非直接作用因素 地震 温度 变化 基础的不均匀沉降 焊接等 称为直接作用 8 作用分类 按时间变异分类 永久永久 焊接 可变可变 车辆人员风雪温度 偶然偶然 地震爆炸 按空间位置分类 固定固定 可动可动 按结构反应分类 静态静态 动态动态 第二章第二章 2 1 1 结构的自重 由地球引力产生的组成结构的材料重力 Gb V 或 G iVi 2 土是由土颗粒 水和气所组成的三相非连续介质 有效重度 i i w 3 深度 Z 处水平面上的竖直自重应力 cz z 2 4 2 3 1 雪压 单位面积底面上积雪的自重 s d 2 基本雪压 当地空旷平坦地面上 根据气象记录资料经统计得到的 在结构 使用期间可能会出现的最大雪压值 3 雪的重度是随雪深和时间变化的 为工程应用方便 将雪重度定为常值 即 以某地区的气象记录资料经统计后所得雪重度平均值或某分位值作为该地区的 雪度 4 海拔高度对基本雪压的影响 一般山上的积雪比附近平原地区的积雪要大 而且随山区地形海拔高度增加 而增大 原因 温度低 降雪机会多 积雪的融化延缓 5 影响屋面雪压的三个因素 风 屋面形式 屋面散热 6 风对屋面积雪的影响 飘积作用 1 风把部分本将飘落在屋面上的雪吹积到附近地面或其他较低的物体上 2 屋面雪荷载小于地面雪荷载 3 风的漂积作用大小衡量 e 平屋面雪压 地面雪压 e随风速增大而 减小 4 高低跨屋面 低屋面上形成局部较大的飘积荷载 至多 3 倍于地面 5 多跨坡屋面及曲线型屋面 屋谷附近区域的积雪比屋脊区大 7 屋面坡度对积雪坡度对积雪的影响 风的作用 雪滑移 坡度越大 屋面雪荷载越小 屋面积雪分布系数 r 屋面雪载 地面雪载 3 8 屋面温度对积雪的影响 1 采暖房屋积雪更小 散发的热量使部分积雪融化 雪滑移更易发生 2 不连续加热会造成重新冻结 产生附加荷载 降低雪滑移能力 3 檐口处不加热 出现冰凌和冰坝 堵塞排水 附加荷载 2 4 1 车辆荷载的形成与区别 1 车列荷载 考虑车的尺寸以及车的排列方式 以集中荷载的形式 作用 于车轴位置 设计荷载 大量经常出现的汽车荷载 验算荷载 偶然出现的车辆荷载 2 车道荷载 不考虑车的尺寸以及车的排列方式 将车辆荷载等效为均布 荷载和一个可用于任意位置的集中荷载形式 求弯矩和剪力分别加不同的均布荷载和集中荷载 均布荷载和集中荷载 随荷载等级而异 连续梁求最大正负弯矩 考虑均布荷载的最不利分布 对于不包括冲击效应的车辆荷载 可称之为静活载 2 为什么桥涵设计车道数大于等于 2 时要进行横 纵折减 横向折减 对于多车道桥涵 每车道不一定同时出现最不利荷载效应 应每车道不一定同时出现最不利荷载效应 应 根据多个车道同时出现 最大汽车荷载概率进行折减 根据多个车道同时出现 最大汽车荷载概率进行折减 纵向折减 当桥梁跨径大于 150m 时 出现最不利荷载效应的可能性会减少 应根据不同段跨径同时出现最大汽车荷载概率进行折减 3 楼面活荷载 指房屋中生活或工作的人群 家具 设施等产生的重力荷载 工程上处理为均布荷载 与使用功能有关 若楼面面积超过 一定值 楼面活荷载要乘以折减系数 b 4 从属面积的计算 梁两侧各延伸 1 2 梁间距范围内的实际面积 比如梁 A 长 3m 它距离左边梁 B 有 4 米 距离右边梁 C 有 5m 那么从属 面积 3 4 5 2 5 为什么楼面活荷载面积超过一定值要拆减 楼面活荷载可理解为楼面总活荷载按楼面面积平均 活荷载不可能以统计 的最大荷载同时布满所有的楼面上 因此在设计梁 墙 柱和基础时 还 要考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况一般情况下 考虑的楼面面积越大 实际平摊的楼面活荷载面积越小 4 第三章第三章 1 土的侧向压力 挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对高墙背产生的土压力 土压力 挡土墙主要外荷载 分为 静止土压力 Eo 主动土压力 Ea 被动土压力 Ep Ea Eo Ep 2 3 4 水压力 水对结构的力学作用 分类 静水压力和动水压力 5 静水压 静止液体对其接触面产生的压力 非自由液面下压强 pA P0 hA 6 水流过结构物表面时 对结构物产生切应力和正应力 荷载计算考虑正应力正应力 5 7 波浪的分类三方式 1 按海洋表面的波浪按频率 或周期 排列来分类 2 根据干扰力分 风风波 潮汐潮汐波等 3 把波分成自由波 波动与干扰无关只受水质影响 和强迫波 波的传播 既受干扰力影响又受水质影响 4 根据波浪前进时是否有流量产生 输移波 有流量 振动波 没有流 量 振动波又分为 推进波 有水平方向的运动 立波 没有水平方向 的运动 8 影响波浪特性的因素 风速 v 风的持续时间 t 水深 H 和吹程 D 岸边到构 筑物的直线距离 9 一般波浪荷载应按三种波浪进行设计 1 立波 2 近区破碎波 建筑物附近半个波长范围内发生破碎的波 3 远区破碎波 距离墙半个波长以外范围内发生破碎的波 第四章第四章 1 风是空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的 分类 台风 季风 2 风级 13 个 根据风对地面 或海面 物体影响程度划分 3 风压 当风以一定的速度向前运动遇到阻碍时 将对阻塞物产生的压力 m b 2 2g 在 101 325kpa 常温 15 纬度 45 风压 1630 kN m2 m 最大气流压强 b 原先压力强度 空气单位体积的重力 g 重力加速度 4 基本风压 按规定的地貌 高度 时距等量测的风速所确定的风压 5 个规定 标准高度 zs 10m 地貌 空旷平坦 公称风速的时距 t 10 分钟 最大风速的样本时间 1 年 基本风速的重现期 50 年 5 非标准高度换算 6 6 不同粗糙度影响下的风剖面 1 呈指数函数化 高度 2 地面粗糙 高度越大 3 出现梯度风的风速相同 7 非标准地貌换算 8 不同重现期的拟合公式 与 50 年比较 r 0 336logTo 0 429 9 风力三成分 顺风向力 PD 横风向力 PL 扭力矩 PM 10 结构风效应 由风力产生的结构位移 速度 加速度响应等 11 顺风向风的两种成分 平均风 脉动风 平均风 稳定风 长周期成分 10min 以上 相对稳定 对结构的动力影响 很小 可忽略 可等效为静力作用 7 脉动风 阵风脉动 短周期成分 只有几秒 是由于风的不规则性引起的 其强度随时间随机变化 是因其结构顺风向振动的主要原因 12 地面粗糙程度大的上空 平均风速小 而脉动风的幅值大且频率高 地面粗糙程度小的上空 平均风速大 而脉动风的幅值小且频率低 脉动风特性 幅值特性 正态分布 频率特性 功率谱密度 13 横风向风振是由不稳定的空气动力特性形成的 与结构截面形状及雷诺数有 关 14 如果雷诺数小于 1 1000 则惯性力与黏性力相比 可忽略 即高黏性行为 一般情况 雷诺数很大 大于雷诺数很大 大于 1000 黏性力影响很小 如空气流动 黏性力影响很小 如空气流动 惯性 惯性 力起主要作用力起主要作用 15 风载体型系数 风作用在建筑物表面上所引起的实际压力或吸力与来流风的 速度压的比值 8 16 高度变化系数 任意粗糙任意高度处的风压为 将它与标准粗度下标准粗糙 度下标准高度处的基本风压之比 17 风振系数 结构总响应与平均风压引起的结构响应的比值 9 第五章第五章 1 欧亚地震带 环太平洋地震带 2 地面运动三要素 强度 频谱 强震时间 强烈震动的持续时间 3 烈度与震级的关系 震级越大 确定地点上的烈度也越大 震级越大 震源 深度越小 震中烈度衰减越快 4 震中一般指一次地震烈度最大地区 震级越大 震源深度越小 震中烈度越 高 5 地震波分为 在地球内部传播的体波和在地面附近传播的面波 6 地震各种波的特点 纵波速度快 周期短 振幅小 横波速度较快 周期较长 振幅较大 面波速度慢 周期长 振幅大 7 影响地震反应谱的特征量 1 地面运动幅值 2 地面运动频谱 第七章第七章 1 可变荷载有如下代表值 标准值 准永久值 频遇值和组合值 永久荷载 恒载 仅有一个代表值 标准值 2 结构荷载效应 S CQ C 荷载效应系数 Q 荷载 第八章第八章 1 结构抗力 1 四层次 整体结构抗力 结构构件抗力 构件截面抗力 截面各点抗力 2 三因素 a 材料性能的不定性 Xm 由于材料本身品质差异以及制作工艺 环境条件等因素引起的性能变异 b 几何参数的不定性 Xa 由于制作和安 装方面的原因 结构的尺寸会出现偏差 c 计算模式的不定性 Xp 主要由 于抗力计算中采用的基本假定不完全符合实际 或计算公式的近似值等引 起的变异性 3 P 130 8 5 2 结构构件抗力 R 均近似服从对数正态分布 10 第九章第九章 1 结构的功能要求 1 能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用 2 在正常使用时具有良好的工作性能 3 在正常维护下具有足够耐久性能 4 在偶然事件发生时及发生后 仍能保持必须的整体稳定性 2 结构的极限状态分为 承载能力极限状态 正常使用状态 3 结构可靠性的概率度量 结构在规定的时间内 即结构设计基准期 50 年 在规定条件下 正常设计 正常施工 正常使用条件 不考虑人为错误过失因 素 完成预定功能的概率 4 荷载效应一般随设计基准期的增长而增大 而影响结构抗力的材料性性能指 标则随设计基准期的增大而减小 因此结构可靠度与 规定时间 有关 规