荷载与与结构设计原则复习

1、荷载与与结构设计原则复习荷载与与结构设计原则复习荷载与与结构设计原则复习荷载与与结构设计原则复习荷载与与结构设计原则复习荷载与与结构设计原则复习荷载与与结构设计原则复习荷载与与结构设计原则复习 1 2 第一章荷载类型第一章荷载类型 1 1 1 1荷载类型：荷载类型： 1 1 1 1荷载与作用：荷载、直接作用、间接作用、效应荷载与作用：荷载、直接作用、间接作用、效应 2 2 2 2作用的分类：按随时间的变异、随空间位置的变异和结构的反应分类作用的分类：按随时间的变异、随空间位置的变异和结构的反应分类 例如：例如： 1 1 1 1、由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力称为荷载。、由各种环境

2、因素产生的直接作用在结构上的各种力称为荷载。 ( ( ( () ) ) ) 2 2 2 2、由各种环境因素产生的间接作用在结构上的各种力称为荷载。、由各种环境因素产生的间接作用在结构上的各种力称为荷载。 ( ( ( () ) ) ) 3 3 3 3、什么是荷载、什么是荷载? (? (? (? (荷载的定义是什么荷载的定义是什么?)?)?)?) 答：由各种环境因素产生的直接作用在结构的各种力称为荷载。答：由各种环境因素产生的直接作用在结构的各种力称为荷载。 4 4 4 4、土压力、风、土压力、风压力和水压力是荷载，由爆炸、离心作用等产生的作用在物体上的惯性力不是荷压力和水压力是荷载，由爆炸、离心

3、作用等产生的作用在物体上的惯性力不是荷 载。载。 ( ( ( () ) ) ) 3 5 5 5 5、什么是效应什么是效应? ? ? ? 答：作用在结构上的荷载答：作用在结构上的荷载使使结构产生的内力、变形、裂缝等就叫做效应。结构产生的内力、变形、裂缝等就叫做效应。 6 6 6 6、什么是作用什么是作用? ? ? ?直接作用和间接作用直接作用和间接作用? ? ? ? 答：使结构产生效应答：使结构产生效应( ( ( (结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等) ) ) )的各种因素总称为作的各种因素总称为作 用。用。 可归结为作用在结构上的力的因素称为直

4、接作用可归结为作用在结构上的力的因素称为直接作用； 不是作用力但同样引不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作起结构效应的因素称为间接作用用。 7 7 7 7、 只有直接只有直接作作用才能引起结构效应，间接作用并不能引起结构效应。用才能引起结构效应，间接作用并不能引起结构效应。 ( ( ( () ) ) ) 8 8 8 8、 严格意义上讲，只有严格意义上讲，只有直直接作用接作用才才能称为荷载。能称为荷载。 ( ( ( () ) ) ) 9 9 9 9、以下几项中属于间接作用的是以下几项中属于间接作用的是 C C C C 10101010、预应力属于预应力属于 A A A A 。温度变化属于

5、。温度变化属于 B B B B 。 A A A A、 永久作用永久作用 B B B B、 静态作用静态作用 C C C C、 直接作用直接作用 D D D D、 动态作动态作用用 4 第二章重力第二章重力 1 1 1 1重力重力( ( ( (静载静载) ) ) ) 1 1 1 1）结构自重）结构自重 2 2 2 2）土的自重应力）土的自重应力 3 3 3 3）雪荷载（基本雪压、雪重度、屋）雪荷载（基本雪压、雪重度、屋面的雪压）面的雪压） 例如：例如： 1 1 1 1、基本雪压是指当地空旷基本雪压是指当地空旷平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坦地面上根据气象记录资料经

6、统计得到的在结构使用期间可能出现 的最大雪压值。的最大雪压值。 ( ( ( () ) ) ) 2 2 2 2、我国基本雪压分布图是按照我国基本雪压分布图是按照 C C C C 一遇的重现期确定的。一遇的重现期确定的。 A A A A、 10101010 年年 B B B B、 30 30 30 30 年年 C C C C、 50 50 50 50 年年 D D D D、 100100100100 年年 3 3 3 3、虽然虽然最大最大雪重度和最雪重度和最大大雪深两者有很密切的关系，但是两者不一定是同时出现。雪深两者有很密切的关系，但是两者不一定是同时出现。 ( ( ( () ) ) ) 4 4

7、 4 4、造成屋面积雪与地面积雪不同的主要原因有：造成屋面积雪与地面积雪不同的主要原因有：风风、屋面形式屋面形式 和和屋面散热屋面散热等等。 5 2 2 2 2重力重力( ( ( (活载活载) ) ) ) 1 1 1 1）车辆）车辆荷载荷载：公路车辆：公路车辆荷载荷载（车道（车道荷载荷载、车列、车列荷载荷载） 、列车） 、列车荷载荷载 2 2 2 2）楼面活荷载楼面活荷载 例如：例如： 1 1 1 1、车列荷载与车道荷载有什么区别车列荷载与车道荷载有什么区别? ? ? ? 答答：车列荷载是把大量经常出现的汽车荷载排列成车列的形式作为设计荷载。车列荷载是把大量经常出现的汽车荷载排列成车列的形式作

8、为设计荷载。 而车道荷载则是一集中力加一均布荷载的汽车重力荷载形式。而车道荷载则是一集中力加一均布荷载的汽车重力荷载形式。 2 2 2 2、计算楼面活荷载计算楼面活荷载效应时，为什么当活荷载影响面积超过一定数值须对均布活荷载取值加以折效应时，为什么当活荷载影响面积超过一定数值须对均布活荷载取值加以折 减减? ? ? ? 答：由于楼而均布活答：由于楼而均布活荷荷载可以理解为楼而总活荷载按楼面面积平均，因此一般情况下，所考虑载可以理解为楼而总活荷载按楼面面积平均，因此一般情况下，所考虑 的楼面面积越人，实际干摊的楼面活荷载越小。故计算楼面活荷载效应时，当活荷载影响的楼面面积越人，实际干摊的楼面活荷

9、载越小。故计算楼面活荷载效应时，当活荷载影响 面积面积 超过一定数值须对均布活荷载取值加以折超过一定数值须对均布活荷载取值加以折减减? ? ? ? 6 第三章侧压力第三章侧压力 1 1 1 1侧压力侧压力( ( ( (土土) ) ) )：静止土压力：静止土压力 、主动土压力、主动土压力、 被动土压力被动土压力 2 2 2 2侧压力侧压力( ( ( (水水) ) ) )：静压力：静压力 和和 动压力动压力 3 3 3 3波浪荷载：波浪荷载：直墙上的波浪荷载：立波直墙上的波浪荷载：立波 、近区破碎波、远区破碎波、近区破碎波、远区破碎波 4 4 4 4冻胀力：切向冻胀力、法向冻胀力和水平冻胀力冻胀力

10、：切向冻胀力、法向冻胀力和水平冻胀力 5 5 5 5冰压力冰压力 6 6 6 6撞击撞击力力 7 例如：例如： 1 1 1 1、一般情况一般情况下下被动土压力最被动土压力最大大，主动土压力最小，静止土压力介于二者之间。，主动土压力最小，静止土压力介于二者之间。 ( ( ( () ) ) ) 2 2 2 2、虽然水压力总是虽然水压力总是作作用在结构物表面的法线方向，但是水压力沿结构物表面分布图的外包线并用在结构物表面的法线方向，但是水压力沿结构物表面分布图的外包线并 非总是为直线。非总是为直线。 ( ( ( () ) ) ) 3 3 3 3、般直墙上的波浪荷载应按三种波浪进行设计， 这般直墙上的

11、波浪荷载应按三种波浪进行设计， 这三三种波分别是：种波分别是： 立波立波 、 近区破碎波、近区破碎波、 远远 区破碎波区破碎波 。 4 4 4 4、如果波浪发生破碎的位置距离直墙在半个波氏以外，这种破碎波就称为远区破碎波。如果波浪发生破碎的位置距离直墙在半个波氏以外，这种破碎波就称为远区破碎波。 ( ( ( () ) ) ) 5 5 5 5、简述土体的冻胀原理简述土体的冻胀原理? ? ? ? 答：答： 土土产设冻胀首先要具备三要素：水分、土质产设冻胀首先要具备三要素：水分、土质和和负温度。当十中所含的水分在温度低于负温度。当十中所含的水分在温度低于 零摄氏度以后就会结晶成冰零摄氏度以后就会结晶

12、成冰，下部水，下部水分不断向冻结封面迁移，在冻结层面上形分不断向冻结封面迁移，在冻结层面上形成冰夹层和冰透成冰夹层和冰透 镜体，镜体，导致冻层膨胀，地层隆起。导致冻层膨胀，地层隆起。 8 第九章第九章 结结构可靠度分构可靠度分析析 1 1 1 1结构可结构可靠度靠度基本概念基本概念 结构的功能要求、结构的功能函数、结构极限状态（结构的功能要求、结构的功能函数、结构极限状态（承载承载能力极能力极限状限状 态态和和正常正常使用极使用极限状态限状态） 、结构可靠度、可靠度指标；） 、结构可靠度、可靠度指标； 2 2 2 2结构可靠度分析的实用方法：中心点法和演算点法结构可靠度分析的实用方法：中心点法

13、和演算点法 3 3 3 3随机变量间的相关性对机构可靠度的影响随机变量间的相关性对机构可靠度的影响 4 4 4 4结构体系的可靠度：串联模型、并结构体系的可靠度：串联模型、并联模型、串联模型、串- - - -并联模型并联模型、结构体、结构体 系可靠度的上下系可靠度的上下界界 9 例如：例如： 1 1 1 1、结构有结构有哪些哪些基本功能要求基本功能要求? ? ? ? 答：答：必须满足必须满足的四项基本功能要求是：的四项基本功能要求是： ( ( ( (1)1)1)1)能能承受在承受在正常施正常施工工和正常使和正常使用时用时可能可能出出现的各种作用现的各种作用； ( ( ( (2)2)2)2)在在

14、正常使用正常使用时几有良好的时几有良好的工工作性能；作性能； ( ( ( (3)3)3)3)在在正常维护下正常维护下具有足够的耐久性能；具有足够的耐久性能； ( ( ( (4)4)4)4)在在偶然事件偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的发生时及发生后，仍能保持必需的整体整体稳定性。稳定性。 2 2 2 2、何谓结构的极限状态何谓结构的极限状态? ? ? ? 结构极限状态的分类和主要内容是什么结构极限状态的分类和主要内容是什么? ? ? ? 答：答：结构的极结构的极限状态限状态是是结构由可靠变为失效的临界状态。可分为：承载能力极限状态结构由可靠变为失效的临界状态。可分为：承载能力极限状态和正常

15、和正常 使用极限使用极限状态。状态。 承载承载能力极能力极限状态对应于结构或结构构限状态对应于结构或结构构件件达到最达到最大大承承载能力或不适于继续承载的变形。载能力或不适于继续承载的变形。 正常正常使用极使用极限状态对应于结构或结构构限状态对应于结构或结构构件件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值时的状态达到正常使用或耐久性能的某项规定限值时的状态。 10 第九章第九章 结构可靠度分析结构可靠度分析 1 1 1 1结构可靠度基本概念结构可靠度基本概念 结构的功能要求、结构的功能函数、结构极限状态（承载能力极限状结构的功能要求、结构的功能函数、结构极限状态（承载能力极限状 态和正常使用极限状态

16、） 、结构可靠度、可靠度指标；态和正常使用极限状态） 、结构可靠度、可靠度指标； 2 2 2 2结构可靠度分析的实用方法：中心点法和演算点法结构可靠度分析的实用方法：中心点法和演算点法 3 3 3 3随机变量间的相关性对机构可靠度的影响随机变量间的相关性对机构可靠度的影响 4 4 4 4结构体系的可靠度：串联模型、并联模型、串结构体系的可靠度：串联模型、并联模型、串- - - -并联模型、结构体并联模型、结构体 系可靠度的上下界系可靠度的上下界 11 4 4 4 4、 “经设计后的结构，若结构抗力大于荷载效应，即：、 “经设计后的结构，若结构抗力大于荷载效应，即：R R R R S S S S

17、，则该结构是完全安全的 ”，则该结构是完全安全的 ” 这个观点是否正确这个观点是否正确? ? ? ?请从可靠度的角度阐述你的观点请从可靠度的角度阐述你的观点 答： 不完全止确， 因为答： 不完全止确， 因为R R R R和和S S S S都是随机变量， 因此绝对的可靠度是不存在的。 从概率的观点，都是随机变量， 因此绝对的可靠度是不存在的。 从概率的观点， 结构设计的目标就是保障结构的可靠度结构设计的目标就是保障结构的可靠度P P P Ps s s s足够大或失效概率足够大或失效概率P P P Pf f f f足够小， 达到人们可接受的程度。足够小， 达到人们可接受的程度。 R R R R S

18、 S S S，只能说明该结构在一定的概率保证下是安全的，而不能保证结构，只能说明该结构在一定的概率保证下是安全的，而不能保证结构 100100100100的安全。的安全。 5 5 5 5、采用中心点法计算可靠度指标的前提是什么、采用中心点法计算可靠度指标的前提是什么? ? ? ? 答：答： 前提是：前提是：(1)(1)(1)(1)基本变量分布类型为正态分布。基本变量分布类型为正态分布。(2)(2)(2)(2)功能函数为线性分布。功能函数为线性分布。 6 6 6 6、计算可靠指标的验算点法克服了中心点法的哪些不足、计算可靠指标的验算点法克服了中心点法的哪些不足? ? ? ? 答：计算可靠指标的验

19、算点法：答：计算可靠指标的验算点法： (1) (1) (1) (1)：当功能函数为非线性函数时，不以通过中心点的切平面作为线性近似，而以过函数曲线：当功能函数为非线性函数时，不以通过中心点的切平面作为线性近似，而以过函数曲线 上某一点的切平面为线性近似，以减小中心点的误差。上某一点的切平面为线性近似，以减小中心点的误差。 (2) (2) (2) (2)：当基本变量：当基本变量X X X Xi i i i具有分布类型的信息时，将具有分布类型的信息时，将X X X Xi i i i的分布在的分布在X X X Xi i i i* * * *处变换为当量正态分布，以考处变换为当量正态分布，以考 虑变量

20、分布对可靠度计算结构的影响。虑变量分布对可靠度计算结构的影响。 12 7 7 7 7、影响结构功能的随机变量是否存在相关的情况，对结构的可靠度是否有影响、影响结构功能的随机变量是否存在相关的情况，对结构的可靠度是否有影响 ? ? ? ? 答：相关：答：相关： 有影响，结构功能函数中随机变量间的相关性对结构可靠度有较大影响。有影响，结构功能函数中随机变量间的相关性对结构可靠度有较大影响。 8 8 8 8、根据失效性质，结构构件可以分成、根据失效性质，结构构件可以分成 脆性构件脆性构件 和和 延性构件延性构件 两类。结构体系的失效模型主两类。结构体系的失效模型主 要有要有 串联模型串联模型 、并联

21、模型、并联模型 及及 串串并联模型并联模型。 9 9 9 9、对于静定结构，结构体系的可靠度总小于或等于构件的可靠度。、对于静定结构，结构体系的可靠度总小于或等于构件的可靠度。 ( ( ( () ) ) ) 10101010、对于超静定结构，当结构的失效形态唯一时，结构体系的可靠度总大于或等于构件的可靠、对于超静定结构，当结构的失效形态唯一时，结构体系的可靠度总大于或等于构件的可靠 度。度。 13 第第十十章章 结构结构概率可靠度设计概率可靠度设计法法 1 1 1 1结构结构设计结构结构设计的的目标目标：设计要求、目标可靠度：设计要求、目标可靠度 2 2 2 2结构结构概概率可靠度率可靠度的直

22、接的直接设计设计法法 3 3 3 3结构结构概率可靠度设计概率可靠度设计的实用表达式：的实用表达式： 1 1 1 1）单一系数设计表达式）单一系数设计表达式 2 2 2 2）分项系数设计表达式）分项系数设计表达式 3 3 3 3）规范设计表达式）规范设计表达式 4 4 4 4）我国建筑结构设计表达）我国建筑结构设计表达式式 14 例如：例如： 1 1 1 1、结构设计的总要求是什么、结构设计的总要求是什么? ? ? ? 答：结构设计的总要求是：结构的抗力答：结构设计的总要求是：结构的抗力 R R R R 应大于或等于结构的综合荷载效应。即应大于或等于结构的综合荷载效应。即R R R RS S

23、S S 更明确的讲就是：在一定的可靠度更明确的讲就是：在一定的可靠度P P P Ps s s s 或失效概率或失效概率P P P Pf f f f条什下，进行结构设计，使得结构的条什下，进行结构设计，使得结构的 抗力大于或等于结构的综合荷载效应。抗力大于或等于结构的综合荷载效应。 2 2 2 2、怎样确定结构设计的目标可靠度、怎样确定结构设计的目标可靠度? ? ? ? 答：结构设计的总要求是：结构的抗力答：结构设计的总要求是：结构的抗力 R R R R 应大于或等于结构的综合荷载效应。结构设计目应大于或等于结构的综合荷载效应。结构设计目 标可靠度的确定应以达到结构可靠与经济上的最佳平衡为原则，

24、一般需考虑以下四个因素：公标可靠度的确定应以达到结构可靠与经济上的最佳平衡为原则，一般需考虑以下四个因素：公 众心理、结构重要性、结构破坏性质及社会经济承受能力。众心理、结构重要性、结构破坏性质及社会经济承受能力。 3 3 3 3、确定结构设计的可靠度，可以采用校准法，其主要内容是什么确定结构设计的可靠度，可以采用校准法，其主要内容是什么? ? ? ? 答：所谓校准法是承认传统设计对结构安全性要求的合理性，通过采用结构可靠度分析理答：所谓校准法是承认传统设计对结构安全性要求的合理性，通过采用结构可靠度分析理 论对传统设计方法所具有的可靠度进行分析， 以结构传统设计方法的可靠度水平作为结构概率论

25、对传统设计方法所具有的可靠度进行分析， 以结构传统设计方法的可靠度水平作为结构概率 可靠度及计方法的目标可靠度。可靠度及计方法的目标可靠度。 15 4 4 4 4、承载能力极限状态设计表达式是什么、承载能力极限状态设计表达式是什么? ? ? ?试说明该表达式中个符号表达的意义。试说明该表达式中个符号表达的意义。 答：表达式为：答：表达式为： 式中：式中：表示结构重要性系数，表示结构重要性系数， G 表示恒载分项系数，表示恒载分项系数， R 表示结构构件抗力分项系数表示结构构件抗力分项系数 ，表示表示 第一个可变荷载标准值效应第一个可变荷载标准值效应 ， Ci 表示第表示第i i i i个可变荷

26、载的组合系数。个可变荷载的组合系数。 5 5 5 5、为什么不能采用中国的荷载标准值按照美国的规范设计表达式进行结构设计、为什么不能采用中国的荷载标准值按照美国的规范设计表达式进行结构设计? ? ? ? 答：这是因为中国荷载和抗力标准值确定的方式与美国的不同，设计目标可靠度的水准也有差异，因答：这是因为中国荷载和抗力标准值确定的方式与美国的不同，设计目标可靠度的水准也有差异，因 此两国结构设计表达式的分项系数取值均不一致。同时这些分项系数是配套使用的，它们作为设计表达此两国结构设计表达式的分项系数取值均不一致。同时这些分项系数是配套使用的，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故而，不能采用中国的荷