试题：工程结构荷载与可靠度设计原理

1、1 c?lg( 1)代入 Mh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：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（结构或构件的内力、应力、 位移、应变、裂缝等）的各种因素总称。3荷载与作用的区别与联系 区别：荷载不一定产生效应，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

2、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

3、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

4、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、公称风速的时距、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

5、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Io与震级M的近似关系：M 1 2 Io3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： 1 Io 叫 1）式中震中距h-震源深度I-震中距为 处的烈度 c-烈度衰减参数由式I I。 c?lg（1）知，地震烈度随震中距按对h数规律衰减

6、。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IM 1 -I3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T等分为r个相等的时段 ，或认为设计基准期 T内荷载均匀变动r T /次。（2）在每个时段 内，荷载Q出现（即Q 0 ）的概率为p，不出现（即Q 0 ）的概率为q 1 p ；（3）在每一时段 内，荷载出现时，其幅值是非负的随机 变量

7、，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F/x) PQ(t) x,t ；（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 Xm，几何参数的不定性 Xa，计算模式的 可靠；Z 0结构失效；Z 0结构处于极限状态3中心点法的优缺点：P1464可靠指标和功能函数（P138-P139）5结构体系失效模型（P152 ）

8、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oS R 式中结构重要性系数S荷载效应组合的设计值R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S应从下列组合值中取最不利值确定: 由可变荷载效应控制的组合nSGSGkQ1 SQ1kQi ci SQiki 2 由永久荷载效应控制的组合nSGSGkQi ciSQiki 1上述荷载效应组合中的荷载分项系数，按下列规定采用：不定性Xp。形成原因：（1）材料性能的不定性 Xm是由于材料本身品质的差异，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 XA是由于

9、制作和安装方面的原 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 Xp主要是由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。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1.2 ；对由永久荷载效应控制的组合，应取1.35 ；2）当其效应对结

10、构有利时一般情况应取1.0;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1.4 ； 对标准值大于 4kN / m2的工业房屋楼面结构的活载应取1.3.（2）正常使用极限状态设计表达式S C 式中C 结构或结构构件体达到正常使用要求 的规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的 限值。说明：n（1）对于标准组合S SGkSQ1kCiSQiki 22.Z g(R,S) R S Z g(R,S) R S Z 0结构2）对于频遇组合S SGkf1SQ1kqi SQiki2n3）对于准永久组合S SGkqiSQiki1其中 ci 可变荷载 Qi 的组合值系数； f 1可变

11、荷载 Qi的频遇值系数； qi 可变荷载 Qi 的准永久值系数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 0.7、 0.5、 0.4；对于风荷载，其 组合值、频遇值和永久值系数分别为0.6、 0.4、0.2. （ 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。

12、Tg0.9max0.160.07980.160.159计算题1已知某挡土墙高度 H =8.0m,墙背竖直、光滑，填土表面 水平。墙后填土为无黏性中砂，重度=18.0 kN /m3,有效内摩擦角 =30。试计算作用在挡土墙上的静止土压力Eo和主动土压力Ea。【解】（1）静止土压力Eo= 1 H 2Ko = - 18.0 82 （1 cos30） =288.0 kN/m2 2E0点位于距墙底 H/3=2.67m处。（2）主动土压力Ea= 1 H 2Ka = ! 18.0 82 tan2（45 3）=192 kN / m2 a 2 2Ea点位于距墙底H/3=2.67m处。2.已知一个三层剪切型结构，

13、如图计2-1所示。已知该结构的各阶段周期和振型为T10.433 s、 T20.202s、0.3010.6762.47T3 0.136s、 10.648 、 20.601、 32.571.0001.0001.00设计反应谱的有关参数为Tg0.2s， b 0.9，amax 0.16 o（ 1）采用振型分解反应谱法求该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。1 fVLli用 2 hOCkg崩=60CkN/ mffll=2000kg=120QkX/m77V777图计2-1三层剪切型结构【解】（1）求有关参数 各阶地震影

14、响系数0.90.20.4330.90.20.2023=0.16各阶振型参与参数11 M 1mi 1i1 1 5 0.648 2 0.3。114211 M 1mi 121121.50.64822 0.301220.51030.090各阶振型地震作用第-振型地震作用F11G 1 11 12 9.8 1.4210.3010.07980.669kNF121.59.81.4210.648 0.07981.080kNF131.09.81.4211.000 0.07981.111kN第二振型地震作用F211.074kNF220.716kN F230.795kN第三振型地震作用F310.697kNF320.5

15、29kN F33 0.141kN 求最大底部剪力各振型地震作用产生的底部剪力为V11F11F12F132.860kNV21F21F22F230.995 kNV31F 31F 32F 330.309kN通过振型组合求最大底部剪力I 222乂 V V V 3.043kN.112131若只取前两阶振型反应组合，可得V1. V11 V2；3.028kN V1 求最大顶部位移各振型地震作用产生的顶部位移为F21 F12F2F13F32.8601.080 1.1111.111U13k1k2k3180012006005.266 103mF FFFFFU130.83810 mkk3F31F32F33F2F33

16、F33u33 0.083 10 mKk3通过振型组合求最大顶部位移U3222313 u23 U335.333 10 m若只取前两阶振型反应组合,可得fy0skofk22f y、X0fy2 2U3 rUi3 U235.33210 3mU3(2)求底部剪力09TgT1max0.90.20.4330.160.0798结构总重力荷载为Ge (1.0 1.5 2.0) 9.8 44.1kN因结构质点数n =31，近似取0.85，则V1FEkGe 10.85 44.1 0.0798 2.991 kN各质点地震作用不考虑高阶振型影响，则GH25F,-FEk2.9910.819kNG H2 5 1.59 1.

17、0 13F1.5 92.9911.106kN51.51.09131.0132F32.9911.065kN251.591.013顶部位移FEkF2 F3F32.991 1.065 1.106 1.065U3k k2 k31800120060035.246 10 m3.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fy 280.3N/mm2，标准差fy 21.3N/mm2。由于加荷速度及上、下屈服点的差别,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X。的均值X0 0.92，标准差 X0 0.032。规范规2定的构件材料屈服强度值为 kofk 240N/mm 。【

18、解】fyfy21.30.076X0x。X00.0320.92280.30.03592 2831.0762400.035220.07620.0844.已知：一种钢管的外径D的均值为D 30.2cm，变异系数D0.03，壁厚t的均值t 1.25 cm，变异系数t 0.05。求该钢管面积的统计参数。【解】钢管面积的表达式为2 2A - D (D 2t) t(D t)4钢管面积的均值为1.25 (30.21.25)2113.7cm钢管面积的方差为A Im因此Im(D-2t)22 ImDd-2287.0t)= (30.2-21.25)=87.0cm1.25=3.9cm1.25 0.050.063cm30.20.030.906cm20.06323.9240.90642.5cm钢管面积的变异系数为、42.50.057113.75.简支梁，如图计 5-1所示。其