《工程结构荷载与可靠度分析》李国强(第四版)课后习题答案

第一章荷载类型1、荷载与作用在概念上有何不同？荷载：是由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力。作用：能使结构产生效应的各种因素总称。2、说明直接作用和间接作用的区别。将作用在结构上的力的因素称为直接作用，将不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作用，如温度改变，地震，不均匀沉降等。只有直接作用才可称为荷载。3、作用有哪些类型？请举例说明哪些是直接作用？哪些是间接作用？①随时间的变异分类：永久作用、可变作用、偶然作用②随空间位置变异分类：固定作用、可动作用③按结构的反响分类：静态作用、动态作用。4、什么是效应？是不是只有直接作用才能产生效应？效应：作用在结构上的荷载会使结构产生内力、变形等。不是。第二章重力1、结构自重如何计算？将结构人为地划分为许多容易计算的根本构件，先计算根本构件的重量，然后叠加即得到结构总自重。2、土的重度与有效重度有何区别？成层土的自重应力如何计算？土的天然重度即单位体积中土颗粒所受的重力。如果土层位于地下水位以下，由于受到水的浮力作用，单位体积中，土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称为土的有效重度。3、何谓根本雪压？影响根本雪压的主要因素有哪些？根本雪压是指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。主要因素：雪深、雪重度、海拔高度、根本雪压的统计。4、说明影响屋面雪压的主要因素及原因。主要因素：风的漂积作用、屋面坡度对积雪的影响〔一般随坡度的增加而减小，原因是风的作用和雪滑移〕、屋面温度〔屋面散发的热量使局部积雪融化，同时也使雪滑移更易发生〕。5、说明车列荷载与车道荷载的区别。车列荷载考虑车的尺寸及车的排列方式，以集中荷载的形式作用于车轴位置；车道荷载则不考虑车的尺寸及车的排列，将车道荷载等效为均布荷载和一个可作用于任意位置的集中荷载形式。第三章侧压力什么是土的侧压力？其大小与分布规律与哪些因素有关？土的侧向压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的土压力。受到墙体可能的移动方向、墙后填土的性质、填土面的形式、墙的截面刚度和地基的变形等一系列因素的影响。土压力如何分类？分为几类？举例说明。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。朗肯土压力的根本假设：〔1〕对象为弹性半空间土体；〔2〕不考虑挡土墙及回填土的施工因素；〔3〕挡土墙墙背竖直、光滑，填土面水平，无超载。静水压力可能导致结构物的滑动或倾覆；动水压力的作用可能引起结构物的振动，甚至使结构物产生自激振动〔同风第四章〕或共振。修筑在流水中的结构物，在确定流水对结构物的荷载时，为什么考虑较多的是正应力？切应力只有在水高速流动时才能表现出来；正应力是由于水的重量和水的流速方向发生改变而产生的，当水流过结构物时，水流的方向会被结构物的构件改变。如果波浪发生破碎的位置距离直墙在半个波长以内，这种破碎波就称为近区破碎波。〔Y〕请简述土的冻胀原理，土的冻胀对结构物产生何种作用？〔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〕对建筑物：造成不同程度的冻胀破坏，表现在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。〔5〕冻胀原理：土体产生冻胀的主要因素是水分、土质和负温度，即土中含有足够的水分、水结晶成冰后能导致土颗粒发生位移、有能够使水变成冰的负温度。水分由下部土体向冻结锋面迁移，使土在冻结面上形成了冰夹层和冰透镜体，导致冻层膨胀。第四章风荷载1、根本风压的定义：按规定的地貌、高度、时距等量测的风速所确定的风压。2、根本风压应符合以下五个规定A标准高度的规定：以10m高为标准高度。B地貌的规定：按空旷平坦地貌而定。C公称风速的时距：时距为10分钟。D最大风速的样本时间：取一年作为最大风速的样本时间。E根本风速的重现期：五十年为重现期。3、计算顺风向风效应时，为什么要区分平均风和脉动风？在风的顺风向风速时程曲线中，包括两种成分：一种是长周期成分，其值在10min以上；另一种是短周期成分，一般只有几秒。根据这个特点，把顺风向的风效应分解为平均风和脉动风。脉动风是引起结构顺风向振动的主要原因。4、说明风载体型系数μs，风压高度变化系数μz，风振系数β的意义。一般结构物所受的风压不能够按“风速与风压〞的关系式W=Wm-Wb=1/2pv2=rv2/2g直接计算，而需对其进行修正，其修正系数与结构物的体型有关，故称风载体型系数。任意粗糙度任意高度处的风压力Wa(z)将与其标准粗糙度下标准高度处的根本风压之比定义为风压高度系数。其一为平均风压加上由脉动风引起导致结构风振的等效风压；另一种为平均风压乘以风振系数。由于在结构的风振计算中，一般往往是第1振型起主要作用，因而我国与大多数国家相同，采用后一种表达形式，即采用风振系数。5、在什么条件下需考虑结构横风向风效益？对于一些细长的柔性结构，例如高耸塔架、烟囱、缆绳等。产生横风向风振〔与结构截面形状及雷诺数有关〕6、顺风向脉动风效应：对于一般竖向悬臂形结构均可仅考虑结构第一振型的影响。第五章地震1、地震按其产生原因可分为：火山地震、陷落地震、构造地震。2、陷落地震：地下空洞突然塌陷而引起的地震。3、构造地震：由于地质构造变化而引起的地震。〔地壳岩层应力积累造成岩层破坏引起的，故震源总是位于岩层最薄弱处〕4、地质运动的主要原因：地幔的热对流。5、全球地震带状分布是地质学上的板块构造理论的有力佐证，板块构造理论是全球地震带状分布现象的解释。6、震级：衡量一次地震大小的数量等级。〔M<2，微震；2<M<4，有感地震；M>5，破坏地震；M>7，大地震；M>8，特大地震〕烈度：某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度。所以一次地震只有一个震级，而在不同的地点却会有不同的地震烈度。7、在环境条件根本相同的情况下，震级越大、震源深度越小，则震中烈度越高。8、地震波分为在地球内部传播的体波〔纵波P、横波S〕和在地面附近传播的面波〔瑞雷波R、洛夫波L〕。S波比面波传播速度快。9、竖向地面运动强度一般小于水平地面运动的强度。10、影响地震反响谱的因素：结构阻尼比〔阻尼比越小、Sa越大〕和地面运动〔地面运动幅值：幅值越大、Sa越大；地面运动频谱〕。11、国际上一般采用“小震不坏、中震可修、大震不倒〞的抗震设计标准。第六章其他作用1、温度作用和变形作用是如何产生的？在工程上往往是如何处理？温度作用：固体的温度发生变化时，体内任一点〔微小单元体〕的热变形〔膨胀或收缩〕由于受到周围相邻单元体的约束或固体的边界受其他构件约束，使体内该点形成一定的应力。静定结构在温度变化时不对温度变形产生约束，故不产生内力，由于材料热胀冷缩，可使静定结构自由地产生符合其约束条件的位移。对超静定结构，由于存在多余约束，温度作用产生内力。处理：设置伸缩缝〔温度缝〕。变形作用：由于外界因素的影响，如结构支座移动或不均匀沉降等，使得结构物被迫发生变形。静定结构产生位移不产生内力，超静定结构产生内力。处理：设置沉降缝、抗震缝。2、地基不均匀沉降对结构产生什么样的影响？举例说明。假设体系为超静定结构，多余约束会限制结构自由变形，使得上部结构产生附加变形和附加应力。引起结构房屋裂缝。3、对于有热源的生产车间中的钢筋混凝土大梁，一般为什么不将钢筋配置在结构的高温区？4、试解释混凝土结构的徐变和收缩变形作用。混凝土的徐变：混凝土在长期外力作用下产生随时间而增长的变形。混凝土的收缩：混凝土在空气中结硬时体积会缩小。5、爆炸是如何产生的？爆炸作用对地面结构物和地下结构物有何不同？爆炸：如果在足够小的容积内以极短的时间突然释放出能量，以致产生一个从爆源向有限空间传播出去的一定幅度的压力波。对地面结构物：主要分为两种，即冲击波超压和冲击波动压。对地下结构物：①地面空气冲击波参数，它引起岩土压缩波向下传播；②压缩波在自由场中传播时的参数变化；③压缩波遇到结构物时产生反射，这个反射压力取决于波与结构物的相互作用。6、施加预应力的目的是什么？预应力的施加方式有几种？目的：在混凝土构件上，在受载受拉区预加压力能延缓构件的开裂，从而提高构件的截面刚度和正常使用阶段的承载能力，降低截面高度，减少构件自重，增加构件的跨越能力。施加方法：外部预加力和内部预加力、先张法预加力和后张法预加力、预弯梁预加力。第九章结构可靠度根本概念1、结构有哪些根本功能要求？①能承受在正常施工和正常使用时出现的各种作用；②在正常维护下具有良好的工作性能；③在正常维护下具有足够的耐久性能；④在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体稳定性。2、结构有哪些极限状态？试举例说明。承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态是结构或结构构件到达最大承载能力或不适于继续承载的变形的状态；〔倾覆、疲劳破坏〕正常使用极限状态是结构或结构构件到达正常使用或耐久性能的某项规定的限值的状态。〔裂缝〕3、结构可靠性与平安性有何区别？可靠性是平安性、适用性、耐久性的总称。4、结构可靠度的定义。结构可靠性的概率量度，其定义是：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。结构可靠度与规定时间有关，规定的时间越长，结构的可靠度越低。5、说明可靠度指标的几何意义。6、结构构件的失效性质对结构体系可靠度有何影响？根据其材料和受力性质的不同可分成脆性和延性两类构件：脆性构件一旦失效立即完全丧失功能的构件。延性构件：失效后仍能维持原有功能的构件，构件失效的性质不同，其可靠度的影响也不同。构件失效的性质不同，其对结构体系可靠度的影响也将不同。7、结构体系的失效模型。〔1〕串联模型：假设结构中任一构件失效，则整个结构也失效。〔对于静定结构，无论构件是脆性还是延性，对结构体系的可靠度没有影响〕〔2〕并联结构：假设结构中有一个或一个以上的构件失效，剩余的构件或与失效的延性构件，仍能维持结构的功能。〔超静定结构的失效〕〔3〕串-并联模型：在延性构件组成的超静定结构中，假设结构的最终失效形态不限于一种。第十章结构概率可靠度设计法1、怎样确定结构设计的目标可靠度？应该以到达结构可靠与经济上的最正确平衡为原则，需要考虑的因素有：①公众心理②结构重要性③结构破坏性质④社会经济承受力2、结构设计的标准表达式是怎样表达可靠度设计要求的？当恒荷载与可变荷载效应符号相反时，可通过调整分项系数而到达较好的可靠度一致性；当有多个可变荷载时，通过采用可变荷载的组合值系数，使结构设计的可靠度保持一致；对于重要性不同的结构，通过采用结构重要性指数，使非同等重要的结构可靠度水准不同；对于不同材料工作性质的结构，通过