荷载与结构设计原创

结构上的作用及作用效应工程结构设计理论演变简况术语和概率极限状态的实用设计表达式思考题本章内容一、结构上的作用

结构上的作用是指施加在结构上的集中或分布力，以及引起结构外加变形或约束变形的原因。1、作用就其形式而言，可分为以下两类。

(1)直接作用。当以力的形式作用于结构上时，称为直接作用，习惯上称为荷载。

(2)间接作用。当以变形的形式作用于结构上时，称为间接作用。

2、作用按时间不同可分为以下3类。

(1)永久作用。在结构使用年限内，其值不随时间变化，或其变化的量值相对于平均值而言可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的作用。

(2)可变作用。在结构使用年限内，其值随时间变化，且其变化的量值与平均值不可忽略不计的作用。结构上的作用及作用效应

(3)偶然作用。在结构使用年限内不一定出现，但一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。3、作用按空间位置不同可分为以下两类。

(1)固定作用。在结构空间位置上具有固定不变的分布，但其量值可能具有随机性。

(2)自由作用。在结构空间位置上一定范围内可以任意分布，出现的位置和量值都可能是随机的。

4、作用按结构反应不同可分为以下两类。

(1)静态作用。不使结构或结构构件产生加速或产生的加速度很小可以忽略不计的作用。

(2)动态作用。使结构或结构构件产生不可忽略的加速度的作用。结构上的作用及作用效应二、作用效应S

由于直接作用或间接作用于结构构件上，在结构内产生的内力(如轴力、弯矩、剪力、扭矩等)和变形(如挠度、转角、裂缝等)，被称为“作用效应”，用S表示。当作用为直接作用(荷载)时，其效应也被称为“荷载效应”。荷载Q与荷载效应之间，一般近似按线性关系考虑：

（1-1）常数C为荷载效应系数如简支梁受均布荷载，其跨中弯矩

2

M=ql/8

其中即为荷载效应系数

结构上的作用及作用效应一、容许应力设计法容许应力设计法是建立在弹性理论基础上的设计方法。其表达式为：（1-2） 式中，－构件在使用阶段(使用荷载作用下)截面上的最大应力； －材料的容许应力。 容许应力设计法计算简单，但其有许多问题：①没有考虑材料塑性性质。②没有对作用阶段给出明确的定义，也就是使用期间荷载的取值原则规定得不明确。③把影响结构可靠的各种因素(荷载的变异、施工的缺陷、计算公式的误差等)统统归结在反映材料性质的容许应力上，显然不够合理。④的取值无科学根据，纯属经验的，历史上曾多次提高过材料的容许应力值。⑤按容许应力法设计的构件是否安全可靠，无法用实验来验证。

工程结构设计理论演变简况我国的工程结构设计方法经历了容许应力设计法、破损阶段设计法、多系数极限状态设计法和概率极限状态设计法4个阶段。工程结构设计理论演变简况二、破损阶段设计法1、针对容许应力设计法存在的缺陷，之后出现了假定材料均已达到塑性状态，依据截面所能抵抗的破损内力建立的计算公式。其设计表达式为： （1-3） 式中，——构件最终破坏时的承载能力；——安全系数，用来考虑影响结构安全的所有因素。优点为：①它可以反映材料的塑性性质，结束了长期以来假定混凝土为弹性体的局面。②采用一个安全系数，使构件有了总的安全度的概念。③它以承载能力值(如)为依据，其计算值是否正确可由实验检验。工程结构设计理论演变简况破损阶段理论仍存在一些重大缺点：①破损阶段计算，构件的承载力是得以保证，但却无法了解构件在正常使用时能否满足正常使用要求。②安全系数K的取值仍须经验确定，并无严格的科学依据。③采用笼统的单一安全系数，无法就不同荷载、不同材料结构件安全的影响加以区别对待，不能正确地度量结构的安全度。④荷载的取值仍然也是经验值；⑤表达式中采用的材料强度是平均值，它不能正确反映材料强度的变异程度，显然也是不够合理的。工程侧结构骗设计暑理论挣演变鹊简况三、珍多扩系数而极限场状态新设计忌法由于债破损咳阶段允理论何仍有纷许多场缺点秀，进眉一步增发展坟的极兽限状盯态理脚论便漠应运早而生罪。极妇限状筝态的辅主要蒸概念支是明粱确结酸构或杜构件祥进入筛某种图状态患后就防丧失绳其原躬有功外能，直这种迈状态应被称焦为极榨限状倘态。当时爹曾提援出了3种极肚限状功态：与承载欺力极腔限状耍态、郑挠度简极限饺状态堵、裂晓缝开目展宽倘度极饺限状慈态。岛其表悲达式戴分别框为：M≤Mu(1墨-4刺)ma惕xli塘mf≤f(1怎-5虹)ma护xli陕mW≤W(1雷-6匪)这样器，它尺就克佛服了岛破损年阶段谨理论煮无法杂了解坡构件呀在正趁常使仁用时温能否按满足锡正常渐使用杰要求暂的缺辞陷。四、概率着极限坛状态程设计攻法概率狭极限轧状态悔设计轧法是扭以概率翁理论为基昂础，旋将作为用效应钩和影誉响结非构抗嫌力长的主度要因厚素作抱为随佛机变饿量，肾根据馋统计友分析宣确定掘可靠潮概率盾来度拴量结嫂构可耍靠性的结撇构设支计方冲法。普国际候上把色处理泡可靠聋度的氧精确岔程度辱分为3个水撤准。(1丹)水准I—扫—半概颗率方图法。念对荷较载效冠应和酸结构凝抗力无的基验本变渡量部分其地进拳行数愁理统掩计分葬析，并寇与工堪程经贪验结回合引柴入某专些经验步系数，所狠以尚尺不能米定量絮地估毒计结社构的颤可靠结性。(2桂)水准II驴——近似反概率慌法。暗该法耀对结萝构可南靠性月赋予点概率薪定义驴，以受结构漂的失凉效概牌率或延可靠搏指标杰来度栽量结丧构可液靠性筋，并疼建立烫了结絮构可哄靠度川与结坑构极携限状炎态方海程之佳间的筝数学邮关系条，在拘计算骗可靠晚指标稿时考鹿虑了基本搏变量闻的概序率分故布型袜，工程迷结构谦设计炊理论祸演变何简况工程鸦结构漂设计董理论升演变娘简况并采议用了撞线性违化的竭近似傲手段，在狼设计隐截面牙时一效般采茫用分然项系杨数的边实用贼设计正表达告式。尿目前觉我国斜的《工程潮结构朱可靠盟度设渴计统哨一标输准》(懒GB园5电01犯53扁—1房诚99治2)、《建筑昂结构正可靠胜度设艘计统段一标枪准》(锈GB家5淹00备68诞—2某00垒1)都采介用了隔这种碧近似本概率步法，口在此坝基础闸上颁滤布了夸各种捏结构泛设计盾的规凭范。(3础)水准II膝I—胁—全概调率法零。这来是完全界基于穗概率乎论的俯结构踪蝶整体痒优化振设计究方法岗，要耗求对惊整个迎结构挥采用妖精确铃的概状率分食析，求剩得结贵构最帽优失架效概唤率作榴为可毙靠度雅的直碑接度孝量，靠由于啦这种骡方法疗无论配在基洞础数绿据的估统计肌方面擦还是剩在可辆靠度顷计算雾方面陪都不刷成熟加，目观前尚浊处于研究艇探索阶段厚。术语惧和概做率极岁限状屋态的缠实用鼓设计滤表达漏式一、础术语稻（据GB计50能00奶9-条20绢01共)术语覆和概曲率极额限状擦态的丙实用粘设计易表达葡式二、概率直极限逐状态遇的实荐用设破计表常达式（按GB芦50狐00峰9-适20擦01斗)Ⅰ、承选载能禽力极祸限状钱态设图计表沿达式裙：结构柴构件搏的承原载力柄计算纹，应卧采用区如下平承载惠力极蜂限状亡态设豪计表佣达式度：r0S≤R式中才：r0——结构批重要沈系数栋；S——承载来能力精极限雀状态铺的荷高载（恭基本著组合恢或偶哄然组踢合）鄙效应惠组烧合宝设计洪值；R——结构含构件先抗力退的设哑计值逆，应构按各遍有关饺建筑祝结构脆设计坦规范贪的规兵定确量定。术语早和概经率极肥限状舅态的址实用润设计吵表达立式承载攀能力诊极限顿状态墙的荷喝载效随应组看合的袖设计累值S的确推定：1.基本砌组合对于寄基本持组合滴，荷均载效带应组砌合的江设计涨值S应从服下列残组合录值中爱取最仅不利钉值确律定。(1帽)由可隶变荷日载效寇应控的制的类组合荣：(3孩)式中亏：术语蹄和概率完极限扔状态然的实倍用设唯计表食达式(2范)由永羡久荷牙载效塘应控毙制的滩组合判：(4头)注：摇①基痕本组吧合中彩的设搭计值尺仅适蹈用于随荷载腿与荷者载效嫌应为俯线性删的情奏况。窃②灶当对SQ拉1K无法挽明显巴判断昌时，港轮次组以各珠可变大荷载芹效应浓为SQ料1K，选附其中愿最不仆利降的荷境载效仔应组汤合。2、对休于一阿般排诉架、喜框架叙结构锄，基粥本组钟合可升采用尼简化离规则跨，并告应按剩下列乓组合营值中铜取最豪不利保的值蚊确定断。(1庸)由可犯变荷绘载效昨应控啄制的售组合茶：(5碗)(2叶)由永临久荷昨载效网应控黑制的扣组合坦仍按婶式(4拉)采用草。术语持和概率教极限钉状态疲的实扰用设杀计表辽达式术语垮和概箩率极激限状湾态的氏实用催设计浸表达挺式3、基缩慧本组政合的请荷载疼分项艰系数蒙，应馒按下牛列规柿定采项用：熄（1）永甚久荷宇载的墓分项猾系数豪：1)当其武效应鉴对结浅构不妖利时程对由叉可变腊荷载狠效应摔控制磁的组闲合，赢应取1.把2；森对怒由永之久荷摔载效敬应控全制的晕组合剥，应谅取1.硬35；2)当其诸效应墓对结硬构有肺利时腥的组队合，炼应取1.雅0。（2）各可变岸荷载僚的分幕项系描数：卡一般泻情况指下取1.潜4；佛对直标准甘值大动于4k败N／m2的工遇业房驰屋楼席面结世构的盆活荷蜂载取1.塑3。（3）巩对结凯构的准倾覆句、滑随移或著漂浮颗验算县，荷汉载的桶分项刑系数脑应按敌有关谁的结腹构设猴计饮规范蔑的规踪蝶定采匆用。4、对省于偶园然组乌合，崭荷载章效应毛组合飘的设领计值收宜按哗下列自规定蹈确定绳：偶特然荷钉载的狡代表护值不划乘分崇项系布数；号与偶崇然荷茶载同纺时出拐现的链其他钱荷载泊可根句据观火测资躬料和餐工程兵经验灶采用浊适当危的代英表值解。各闸种情合况下裹荷载怀效应销的设撒计值愤公式倘，可雁由有很关规旧范另唇行规搜定。Ⅱ、正常寄使用列极限助状态房诚设计腊表达稍式1、对艇于正倾常使摄用极段限状嫁态，捡结构乘构件龄应根挺据不罩同的戒设计酒要求蛾，分切别采太用荷栏载效吴应的哈标准狸组合贫、频敌遇组身合和刃准永犁久组郑合，恶并用圆按下挺列设孤计表连达式如进行匆设计：(6倾)式中练，S——正常盼使用凶极限军状态厅的荷捷载效长应组笔合值膏；C——结构便或结花构构够件达谊到正骂常使袍用要疲求的背规定技限值俩，例遇如变美形、裤裂缝田、振袋幅、扫加速郊度、怨应力史等的岁限值滔，应姿按各瞒有关评建筑卷结构取设计址规范躲的规蚊定采窗用。2、对于狠荷载龄效应幻玉标准敬组合臂的设达计值S应按但下式琴采用(7搞)注：阶组合穴中的赚设计猴值仅凡适用松于荷孩载与因荷载美效应熟为线搬