工程结构荷载与可靠度设计原理复习提纲[1]

工程结构荷载与可靠度设计原理复习题第一章荷载类型1荷载由爆炸、运动物体的冲击、制动或离心作用等产生的作用在结构上的其他物体的惯性力也均称为荷载。2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）的各种因素总称为作用。3荷载与作用的区别与联系区别荷载不一定能产生效应，但作用一定能产生效应。联系作用属于荷载的范畴。第二章重力1土是由土颗粒、水和气体组成的三项非连续介质。2雪压单位面积地面上积雪的自重。3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出现的最大雪压值。第三章侧压力1根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力。三种土压力的受力特点（1）静止土压力挡土墙在土压力作用下，不产生任何方向的位移或转动而保持原有的位置，墙后土体处于弹性平衡状态。（2）主动土压力挡土墙在土压力的作用下，背离墙背方向移动或转动时，墙后土压力逐渐减小，当达到某一位移量值时，墙后土体开始下滑，作用在挡土墙上的土压力达到最小值，滑动楔体内应力处于主动极限平衡状态。（3）被动土压力挡土墙在外力作用下向墙背方向移动或转动时，墙体挤压土体，墙后土压力逐渐增大，当达到某一位移时，墙后土体开始上隆，作用在档土墙上的土压力达到最大值，滑动楔体内应力处于被动极限平衡状态。2水对结构物的力学作用表现在对结构物表面产生静水压力和动水压力。静水压力可能导致结构物的滑动或倾覆；动水压力，会对结构物产生切应力和正应力，同时还可能引起结构物的振动，甚至使结构物产生自激振动或共振。3（1）冻胀力在封闭体系中，由于土体初始含水量冻结，体积膨胀产生向四面扩张的内应力，这个力称为冻胀力。（2）冻土具有负温度或零温度，其中含有冰，且胶结着松散固体颗粒的土，称为冻土。（3）冻胀现象冬季低温时结构物开裂、断裂，严重者造成结构物倾覆等；春融期间地基沉降，对结构产生形变作用的附加荷载。（4）影响冻土的因素土颗粒的大小和土颗粒外形。第四章风荷载1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称为基本风压。通常应符合以下五个规定标准高度的规定、地貌的规定、工称风速的时距、最大风速的样本时间和基本风速重现期。2风效应可以分为顺风向结构风效应和横风向结构风效应两种。3速度为的风流经任意截面物体，都将产生三个力物体单位长度上的顺风向力PD、横风向力PL以及扭力矩PM。第五章地震作用1地震按其产生的原因，可分为火山地震、陷落地震和构造地震。2（1）震源即发震点，是指岩层断裂处。（2）震中震源正上方的。（3）震源深度震中至震源的距离。（4）震中距地面某处到震中的距离。（5）震级衡量一次地震规模大小的数量等级。（6）地震能一次地震所释放的能量。3烈度与震级的关系烈度与震级虽是两个不同的概念，但一次地震发生，震级是一定的，对于确定地点上的烈度也是一定的，且定性上震级越大，确定地点上的烈度也越大。震中一般是一次地震烈度的最大地区，其烈度与震级和震源深度有关。在环境条件基本相同的情况下，震级越大、震源深度越小，则震中烈度越高。根据我国的地震资料，对于发生最多的浅源地震，可建立震中烈度I0与震级M的近似关系0213I对于非震中区，可利用烈度随震中距衰减的关系，建立烈度与震级的关系。一般烈度衰减关系为0LGICH式中震中距震源深度I震中距为处的烈度C烈度衰减参数由式知，地震烈度随震中距按0LG1ICH对数规律衰减。一般平原地区衰减快，山区衰减慢，则平原地区C值大于山区。另外，震级越大，烈度衰减越快。可见，参数C与地貌、震级等因素有关。将式代入式得0LG1IH023MI21LG13MICH上式为任意地点烈度与震级间的数值关系式。4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。第七章荷载的统计分析1平稳二项随机过程荷载模型的假定为（1）根据荷载每变动一次作用在结构上的时间长短，将设计基准期等分为个相等的时段，或认为设计基TR准期内荷载均匀变动次。/（2）在每个时段内，荷载出现（即）的概率Q0为，不出现（即）的概率为；P01QP（3）在每一时段内，荷载出现时，其幅值是非负的随机变量，且在不同时段上概率分布是相同的，记时段内的荷载概率分布（也称为任意时点荷载分布）为；,IFXPQTX（4）不同时段上的荷载幅值随机变量相互独立，且与在时段上是否出现荷载无关。2一般可变荷载有如下代表值标准值、准永久值、频遇值和组合值。3结构荷载效应是指作用在结构上的荷载所产生的内力、变形、应变等。第八章结构抗力的统计分析影响结构构件抗力的因素很多，主要因素有三种，即材料性能的不定性，几何参数的不定性，计算模MXAX式的不定性。形成原因P（1）材料性能的不定性是由于材料本身品质的差异，M以及制作工艺、环境条件等因素引起的材料性能的变异，导致了材料性能的不定性。（2）几何参数的不定性是由于制作和安装方面的原AX因，结构构件的尺寸会出现偏差，制作安装后的实际结构与设计中预期的构件几何特征会有差异。（3）计算模式的不定性主要是由抗力计算中采用的P基本假定不完全符合实际或计算公式的近似等引起的变异性。第九章结构可靠度分析1结构可靠度是指结构在规定的时间（一般指结构设计基准期，目前世界上大多数国家普通结构的设计基准期均为50年）内，在规定的条件（指正常设计、正常施工、正常使用条件，不考虑认为错误或过失因素）下，完成预定功能的概率。2结,ZGRS,ZGRS0Z构可靠；结构失效；结构处于极限状态003中心点法的优缺点P1464可靠指标和功能函数（P138P139）5结构体系失效模型（P152）第十章结构概率可靠度设计法1（1）荷载能力极限状态设计式式中结构重要性系数荷载效应0SR0S组合的设计值结构构件抗力的设计值，按不同结构的有关规范确定。说明荷载效应组合的设计值应从下列组合值中取最不利值S确定由可变荷载效应控制的组合12NGKQKQICIKIS由永久荷载效应控制的组合1NGKQICIKIS上述荷载效应组合中的荷载分项系数，按下列规定采用永久荷载的分项系数G1）当其效应对结构不利时对由可变荷载效应控制的组合，应取12；对由永久荷载效应控制的组合，应取135；2）当其效应对结构有利时一般情况应取10；对结构的倾覆、滑移或漂浮验算时，应取09可变荷载的分项系数QI一般应取14；对标准值大于的工业房屋楼面结构的活载应取24/KNM13（2）正常使用极限状态设计表达式式中结构或结构构件体达到正常使用要求SC的规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值。说明（1）对于标准组合12NGKQCIQKISS（2）对于频遇组合12NKFKQIKI（3）对于准永久组合1NGKQIQKISS其中可变荷载的组合值系数；可变荷载CIIQF的频遇值系数；可变荷载的准永久值系数IQQII对于一般住宅和办公楼的楼面活荷载，其组合值、频遇值和永久值系数分别为07、05、04；对于风荷载，其组合值、频遇值和永久值系数分别为06、04、02（1）由于各国荷载和抗力标准值确定的方式不同，设计目标可靠度的水准也有差异，因此不同国家结构设计表达式的分项数值取值均不一致。（2）各个国家的荷载分项系数、抗力分项系数和荷载标准值和抗力标准值是配套使用的，它们作为设计表达式中的一个整体有确定的概率可靠度意义。千万不能采用一个国家的荷载标准或抗力标准值，而套用另一个国家的设计表达式进行结构设计。计算题1已知某挡土墙高度80M,墙背竖直、光滑，填土表面H水平。墙后填土为无黏性中砂，重度180,有效3/MKN内摩擦角30。试计算作用在挡土墙上的静止土压力和主动土压力。0EAE【解】（1）静止土压力2880002KH218COS30KN/点位于距墙底/3267M处。（2）主动土压力A21192AE23045TAN8012MK/点位于距墙底/3267M处。H2已知一个三层剪切型结构，如图计21所示。已知该结构的各阶段周期和振型为、ST4301ST20、3016TS016801672，设计反应谱的有关参数为，0157243STG2，。（1）采用振型分解反应谱法求该9B6MAX三层剪切型结构在地震作用下的底部最大剪力和顶部最大位移。（2）采用底部剪力法计算地震作用下结构底部最大剪力和顶部最大位移。【解】1求有关参数各阶地震影响系数MAX901TG0798164329025906090163各阶振型参与参数2111IMM42130264805250293各阶振型地震作用第一振型地震作用KNGF6907830142891196052013第二振型地震作用KNF7421KNF71602K75023第三振型地震作用690315932NF143求最大底部剪力各振型地震作用产生的底部剪力为KNFV86013219523231通过振型组合求最大底部剪力12131104VVKN若只取前两阶振型反应组合，可得12118K求最大顶部位移各振型地震作用产生的顶部位移为2113213133286011260560FFUKKM32123232313081FFUMKK图计21三层剪切型结构3312332333081FFUMKK通过振型组合求最大顶部位移132335U若只取前两阶振型反应组合，可得3231310MU（2）求底部剪力MAX901TG07981643290结构总重力荷载为KNGE89025因结构质点数31，近似取，则N850KFVEK91271411各质点地震作用不考虑高阶振型影响，则1125291081903EKJGHFKN2592603K31910559FN顶部位移233132616180205460EKFUKM3求Q235沸腾钢屈服强度的统计参数已知试件材料屈服强度的平均值，标2/380MNYF准差。由于加荷速度及上、下屈服点的差2/31MNYF别，构件中材料的屈服强度低于试件材料的屈服强度，经统计，两者比值的均值，标准差。0X920X032X规范规定的构件材料屈服强度值为。4/KFNM【解】0763281YFF5900X076124380KFFSY084760352220YFXYF4已知一种钢管的外径D的均值为，变32DCM异系数，壁厚T的均值，变异系D15T数。求该钢管面积的统计参数。05T【解】钢管面积的表达式为224ADTTD钢管面积的均值为21253012537ATDTCM钢管面积的方差为222|AMTMDAT因T（DT）T则|MATDT（2）30215870CM|15T9C而206339TTDCM因此222248706065A钢管面积的变异系数为24250713A5一简支梁，如图计51所示。其中P为跨中集中荷载，Q为均部荷载，L为梁跨度。则该梁的承载功能函数为已知2148ZMPQL10,2/,PQKNM。L为常数，0,5,PQMKNM图计51简支梁及其受载。采用中心点法计算可靠指标。4LM【解】22141804ZPQMLKNM0PPKN2153/QQM809MK22248ZMPQL147322222091003由此计算可靠度指标427153ZL6一简支梁如图计61所示。此时梁的承受功能函数为已知2148PZWFPQL4