荷载与结构设计原理 (16)
工程结构荷载与可靠度设计原理
解决手段：模糊集合理论、模糊随机过程理论。
知识的不完善性：由于(yóuyú)人类认识上的局限性而造成的， 所以又叫主观认识的未确定性，如“人体有多少根头发”等。
解决手段：灰色系统理论。
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在结构(jiégòu)可靠性理论中以随机性为研究重点
第三页，共44页。
结构设计中的不确定性因素(yīn sù)
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第十九页，共44页。
验算(yàn suàn)点法基本原理
正态随机变量的情况
结构(jiégòu) Z gX1, X 2 ,....X n
功能函数
将Z在各变量的验算点X* （X1*, X2*,·····, Xn*）处展开成泰勒级数
Z
g(
X
1
,
X
2 ,,
X
n
)
n
(Xi
i 1
X
可靠度
失效概率
Ps PZ 0
0 f z (Z )dZ
Pf PZ 0
0
f z (Z )dZ
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Ps Pf 1
•结构可靠度满足： Z>0具有相当大的概率或 Z<0 具有相当小的概率； •通常采用失效概率来度量结构的可靠度。
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可靠(kěkào)指标
基本概念
i
)
g X i
X*
均值 (jū n
Z
g
(
X
1
,
X
2
,,
X
n
)
0
n
( X i
i 1
X
i
)
g X i
X*
zhí)
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结构设计原理课后习题答案
1 配置在混凝土截面受拉区钢筋的作用是什么？混凝土梁的受拉能力很弱，当荷载超过c f 时，混凝土受拉区退出工作，受拉区钢筋承担全部荷载，直到达到钢筋的屈服强度。
因此，钢筋混凝土梁的承载能力比素混凝土梁提高很多。
2解释名词：混凝土立方体抗压强度：以边长为150mm 的混凝土立方体为标准试件，在规定温度和湿度下养护28天，依照标准制作方法，标准试验方法测得的抗压强度值。
混凝土轴心抗压强度：采用150*150*300的混凝土立方体为标准试件，在规定温度和湿度下养护28天，依照标准制作方法和试验方法测得的混凝土抗压强度值。
混凝土抗拉强度：采用100*100*150的棱柱体作为标准试件，可在两端预埋钢筋，当试件在没有钢筋的中部截面拉断时，此时的平均拉应力即为混凝土抗拉强度。
混凝土劈裂抗拉强度：采用150mm 立方体试件进行劈裂抗拉强度试验，按照规定的试验方法操作，按照下式计算AF A F 673.02f ts ==π 3 混凝土轴心受压的应力—应变曲线有何特点？影响混凝土轴心受压应力—应变曲线有哪几个因素？完整的混凝土轴心受压的应力-应变曲线由上升段OC ，下降段CD,收敛段DE 组成。
0~时呈直线；~曲线偏离直线。
之后，塑性变形显著增大，曲线斜率急速减小，fc 点时趋近于零，之后曲线下降较陡。
D 点之后，曲线趋于平缓。
因素：混凝土强度，应变速率，测试技术和试验条件。
4 什么叫混凝土的徐变？影响徐变有哪些主要原因？在荷载的长期作用下，混凝土的变形随时间增长，即在应力不变的情况下，混凝土应变随时间不停地增长。
这种现象称为混凝土的徐变。
主要影响因素：混凝土在长期荷载作用下产生的应力大小，加载时龄期，混凝土结构组成和配合比，养生及使用条件下的温度和湿度。
5 混凝土的徐变和收缩变形都是随时间而增长的变形，两者有和不同之处？徐变变形是在长期荷载作用下变形随时间增长，收缩变形是混凝土在凝结和硬化的物理化学反应中体积随时间减小的现象，是一种不受外力的自由变形。
荷载与结构设计方法试题B卷答案
西南科技大学2009——2010学年第二学期《荷载及结构设计原理》期末考试试卷答案（ B卷）学院:_______________班级:_____________姓名:_______________学号:____________一、选择题（本大题共10小题，每题2分，共20分）1.A2.B3.B4.C5.D6.D7.C8.B9.A 10.D二、判断题，认为正确的打√，认为错误的打×（本大题共10小题，每题1.5分，共15分）1.×2.×3.√4.√5.×6.×7.√8.√9.× 10.×三、填空题（本大题共15空，每空1分，共15分）1.基本，偶然；2.0.25s，30；3.冲击系数；4.安全、适用、耐久；5.标准值、频遇值、准永久值；6.被动，主动；7.几何参数，计算模式；四、简答题（本大题共25分，其中1、2题每题8分，3题9分）1. 屋面雪荷载与地面上的积雪荷载是否相同？如若不同，请指出原因。
答：不同。
（1分）原因：一是风对积雪的影响（1分），风的漂积作用改变积雪的分布（2分）；一是屋面坡坡对积雪的影响（2分）；一是屋面温度对积雪的影响。
（2分）2.定义结构可靠度时，为什么要明确规定的时间和规定的条件？答：由于荷载效应一般随设计基准期增大而增大，而影响结构抗力的材料性能指标则随设计基准期的增大而减小，（2分）“规定的时间越长，结构的可靠度越低”，因此结构可靠度与“规定的时间”有关。
（2分）“规定的条件”指正常设计、正常施工、正常使用条件，不考虑人为错误或过失因素，（2分）条件的不同会对具体的可靠度的取定有很大影响，因而，必须明确规定的条件。
（2分）3. 荷载有哪些代表值？分别指什么？答：代表值有，一是荷载标准值，一是荷载组合值，一是荷载准永久值，一是荷载频遇值。
（4分）荷载标准值是指在结构使用期间可能出现的最大值；（1分）荷载组合值是指当有两种或两种以上的可变荷载同时作用于结构上，所有可变荷载同时达到其最大值的概率极小，此时主导荷载（产生最大效应的荷载）取标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组合值；（2）荷载准永久值是指可变荷载在结构使用期间经常达到和超过的值；（1）荷载频遇值是指可变荷载在结构上较频繁出现且量值较大的值，主要用于荷载短期效应中。
工程结构荷载与可靠度设计原理知识点
工程结构荷载与可靠度设计原理知识点荷载：由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力，如重力、土压力、水压力、风压力。
效应：结构的内力、位移、变形、应力、应变、裂缝、速度、加速度等。
作用：将能使结构产生效应的各种因素称为作用。
直接作用：直接作用在各种结构上的各种荷载。
间接作用：能够引起结构内力，变形效应的非直接作用因素，如地震、温度变化、基础不均匀沉降。
作用的分类：随时间的变异分：永久作用、可变作用、偶然作用。
随空间位置的变异：固定作用、可变作用。
结构的反应分类：静态作用、动态作用。
注：1.严格意义上讲，只有直接作用才能称为荷载。
2.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也是荷载。
3.按照间接作用的定义，温度变化、基础不均匀沉降为间接作用。
4.直接作用和间接作用都能引起结构效应。
雪荷载：单位面积地面上积雪的自重。
基本雪压：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。
（基本雪压是针对地面上的积雪荷载定义的）雪重度是一个随时间和空间变化的量。
最大雪深和最大雪重度不同时出现。
屋面血压影响因素:风、屋面形式、屋面散热。
汽车荷载：包括车辆荷载和车道荷载。
汽车荷载：考虑车的排列方式，以集中荷载形式作用于车轴位置。
车道荷载：不考虑车的排列方式，等效为均布荷载。
公路桥涵上的车辆荷载有车列荷载和车道荷载两种形式。
风压：当以一定速度向前运动遇到阻碍时，对阻碍物产生的压力。
基本风压：按规定的高度、地貌、时距、等量测的风速所确定的风压称为基本风压。
基本风压规定：1.标准高度：10m2.地貌:空旷平坦3.公称风速时距：10min4.最大风速的样本时间：1年5.基本风速的重现期：一般为几十年横向风风力系数：注：1.我国现行《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012规定基本风压的标准高度为10m。
2.地面越粗糙，风速变化越慢，梯度风高度越高；反之，风速变化越快，梯度风高度越小。
荷载与与结构设计原则复习
荷载与与结构设计原则复习第一章荷载类型1．荷载类型：1．荷载与作用：荷载、直接作用、间接作用、效应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例如：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。
(√)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。
(×)3、什么是荷载? (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。
4、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载。
(×)5、什么是效应?答：作用在结构上的荷载使结构产生的内力、变形、裂缝等就叫做效应。
6、什么是作用?直接作用和间接作用?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)的各种因素总称为作用。
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起结构效应的因素称为间接作用。
7、只有直接作用才能引起结构效应，间接作用并不能引起结构效应。
(×)8、严格意义上讲，只有直接作用才能称为荷载。
(√)9、以下几项中属于间接作用的是C C10、预应力属于 A 。
温度变化属于 B 。
A、永久作用B、静态作用C、直接作用D、动态作用第二章重力1．重力(静载)1）结构自重2）土的自重应力3）雪荷载（基本雪压、雪重度、屋面的雪压）例如：1、基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。
(√)2、我国基本雪压分布图是按照 C 一遇的重现期确定的。
A、10年B、30年C、50年D、100年3、虽然最大雪重度和最大雪深两者有很密切的关系，但是两者不一定是同时出现。
(√)4、造成屋面积雪与地面积雪不同的主要原因有：风、屋面形式和屋面散热等。
2．重力(活载)1）车辆荷载：公路车辆荷载（车道荷载、车列荷载）、列车荷载2）楼面活荷载例如：1、车列荷载与车道荷载有什么区别?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。
工程荷载与可靠度设计原理
第一章荷载：将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。
将能使结构产生效应(内力、应力、位移、应变、裂缝、挠度等)的因素统称为作用将可归结为作用在结构上的力的因素成为直接作用(荷载)；将不是作用力但同样引起结构效应的其他因素称为间接作用。
1.按随时间的变异分类：永久荷载/作用(permanent load/action )设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽视不计可变荷载/作用(VariabIe load/action)设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平均值相比不行忽视偶然荷载/作用(accidental load/action)设计基准期内消失或不肯定消失，而一旦消失其量值很大且持续时间很短2.按随空间位置的变异分类固定作用一在结构空间位置上固定分布可动作用一在结构空间位置上的肯定范围内任意分布3.按结构的反应分类静态荷载/作用(static load/action)对结构或结构部件不产生加速度或其加速度可忽视动态荷载/作用(Dynamic load/action)对结构或结构部件产生的加速度不行忽视效应：各种作用使结构构件所产生的内力、应力、位移、应变、裂缝等其次章重点：自重的计算结拓自重：是由地球引力产生的组成结构的材料重力，一般而言，只要知道结构各部件或构件的尺寸及所使用的材料资制，就可以依据材料的重度，算出构件的自重。
结构脚全小H荷载警域内’的结构自重转化为平均楼面恒载Z=I4.95- 7.43kN∕m2 钢筋砂结构一般砖18kN∕m3土的自重应力即为土自身有效重力在土体中所引起的应力地下水位以下土的重度采用土也有逐重度上的饱和重度-水的重度雪重度S =雪压：单位面积地面上积雪的自重一般将楼面活荷载处理为楼面均布荷载。
第三章重点：土压力的计算土的侧压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用，对墙背所产生的压力静止土压力：假如挡土墙在土压力作用下，不产生任何方向的位移和转动，则墙后土体处于弹性平衡状态，此时，挡土墙所受的土压力为静止土压力，用EO表示。
(整理)《荷载与结构设计方法》试题+参考答案4.
《荷载与结构设计方法》试题+参考答案4一、填空题（每空1分，共计20分）1. 当功能函数服从 正态分布 时，可靠指标与失效概率具有一一对应关系。
2结构构件可靠度计算的一次二阶矩法包括 中心点法 和 验算点法 。
3. 结构可靠指标β的几何意义是 随机变量空间坐标原点到极限状态曲面的最短距离。
随机变量标准空间坐标原点到极限状态曲面的最短距离。
4. 荷载简单组合是 恒荷载 与 可变荷载 的组合。
5. 确定结构目标可靠度水准的方法有 事故对比法 、 校准法 和 优化法 。
6. 荷载的代表值一般包括 标准值 、 组合值 、 频遇值 和 准永久值 。
7. 荷载效应组合规则一般有 、 、和 。
8. 我国“建筑结构可靠度设计统一标准”（GB50068—2001）将设计状况分为 、 和 。
9. 荷载效应组合问题的实质是 综合荷载效应最大值的概率分布问题 。
二、判断对错（在括号内：对的画“√”，错的画“×”） （每空2分，共计16分）1. 可靠指标β越大，结构可靠程度越高。
（ 对 ）2. 结构可靠度设计的基准期就是结构的使用期。
（ 错 ）3. 结构的失效概率f P 等于结构抗力R 和荷载效应S 的概率密度干涉面积。
（ 错 ）4. 极限状态方程表达了结构荷载效应与抗力之间的平衡关系。
（ 对 ）5. 结构重要性系数是用来调整不同安全等级结构的目标可靠指标的。
（ 对 ）6. 延性破坏构件的目标可靠指标要大于脆性破坏构件的相应值。
（ 错 ）7. 荷载标准值是设计基准期内在结构上时而出现的较大可变荷载值。
（ 错 ）（最大荷载）8. 对于结构不同的设计状况，均应进行正常使用极限状态设计。
（ 错 ）三、简述题（每小题8分，共计24分）1. 简述结构设计方法经历了哪几个发展阶段，并说明每个阶段结构设计方法的主要特点。
2. 简述影响结构构件抗力随机性的几类因素，并说明每一类因素主要包括哪些内容。
3. 简述结构构件可靠度设计的实用表达式包括哪些内容，并列出具体表达式。
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荷载与结构设计原理总复习题一、判断题1.严格地讲，狭义的荷载与直接作用等价，广义的荷载与间接作用等价。
（N）2.狭义的荷载与直接作用等价，广义的荷载与作用等价。
（Y）3.广义的荷载包括直接作用和间接作用。
（Y）4.按照间接作用的定义，温度变化、基础不均匀沉降、风压力、地震等均是间接作用。
（N）5.由于地震、温度变化、基础不均匀沉降、焊接等引起的结构内力变形等效应的因素称为间接作用。
（Y）6.土压力、风压力、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载。
（N）7.由于雪荷载是房屋屋面的主要荷载之一，所以基本雪压是针对屋面上积雪荷载定义的。
（N）8.雪重度是一个常量，不随时间和空间的变化而变化。
（N）9.雪重度并非一个常量，它随时间和空间的变化而变化。
（N）10.虽然最大雪重度和最大雪深两者有很密切的关系，但是两者不一定同时出现。
（Y）11.汽车重力标准是车列荷载和车道荷载，车列荷载是一集中力加一均布荷载的汽车重力形式。
（N）12.烈度是指某一地区遭受一次地震影响的强弱程度，与震级和震源深度有关，一次地震有多个烈度。
（Y）13．考虑到荷载不可能同时达到最大，所以在实际工程设计时，当出现两个或两个以上荷载时，应采用荷载组合值。
（N）14.当楼面活荷载的影响面积超过一定数值需要对均布活荷载的取值进行折减。
（Y）15.土的侧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。
（Y）16.波浪荷载一般根据结构型式不同，分别采用不同的计算方法。
（Y）17.先张法是有粘结的预加力方法，后张法是无粘结的预加力方法。
（Y）18.在同一大气环境中，各类地貌梯度风速不同，地貌越粗糙，梯度风速越小。
（N）19.结构构件抗力R是多个随机变量的函数，且近似服从正态分布。
（N）20.温度作用和变形作用在静定结构中不产生内力，而在超静定结构中产生内力。
（Y）21.结构可靠指标越大，结构失效概率越小，结构越可靠。
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1.1 重要结构
1.0 一般结构
0.9 次要结构
γ0 安全等级
破坏后果 建筑物类型 一级
很严重 重要的房屋 二级
严重 一般的房屋 三级 不严重 次要的房屋
2、承载能力极限状态设计式
γ0S≤R （非抗震） = 建筑结构安全等级
1）荷载效应基本组合设计值
①可变荷载效应起控制作用的组合
可变荷载效应起控制作用
永久荷载效应起控制作用
S= max N 、M 、V 、T…
QiK
ci n 2
i Qi k 1Q 1Q GK G S S S S ψγγγ∑=++=（2001老规范） k i Q n 2=i i c L i Q k Q L Q k G Gj m
1j S γ+S γ+S γ=S i 111j ∑∑=ψγγ（2012新规范）
考虑实际使用年限的调整系数
i L γ——第i 个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数。
结构设计使用年限（年） 5 50 100
调整系数 0.9 1.0 1.1
楼面和屋面活荷载考虑设计使用年限的调整系数
永久荷载效应分项系数: 可变荷载效应分项系数: 住宅、宿舍、商店…等绝大多数楼面活载 0.7
书库、档案库、电梯机房 0.9
风荷载 0.6
可变荷载Qi 的组合值系数:
1.2 对结构不利时
1.0 对结构有利时
0.9（砌体0.8） 倾覆、滑移或漂浮验算等
γG = 1.4 一般情况下
1.3 工业楼面且 γQi =
(i=1,2,3…n) Ψci ≤1
一般框、排架结构：
②由永久荷载效应起控制作用的组合
对结构不利时
S= max 式中： k i Q n
2=i i c L i Q k G Gj m 1j S γ+S γ=S i j ∑∑=ψγ（2001老规范）
（2012新规范）
2）荷载效应偶然组合设计值
S≤R/γRE （抗震） 重力荷载代表值引起的效应
水平地震 引起的效应 竖向地震 引起的效应
由材料变异性而确定，构件抗力标准值除以该分项系数后成为抗力设计值。
3）构件抗力分项系数
砼结构 砌体结构：1.6
钢结构 γR = γR
砼：1.4
钢筋：1.111~1.119
Q235钢：1.087
Q345，Q390，Q420钢：1.111
一钢筋砼屋面简支梁，跨度为6m ，截面尺寸为：250mm ×500mm ，梁的负荷宽度为3.6m ，已知屋面板自重标准值为3kN/m 2，上人屋面活荷载标准值为2kN/m 2，积灰荷载标准值为0.5kN/m 2，屋面活荷载和积灰荷载组合系数分别为0.7和0.9, 试求梁跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值。
m 6m
6k q 1k
q 2k g 梁计算简图 屋面结构布置图
m 6.3m 6.3m 6.3m 6.3m
6.3受荷宽度
例 题 1
解：
q
2
82
ql V ql M == ，1、计算g k 、 q 1k 、 q 2k 梁自重 0.25×0.5×25=3.125kN/m 板自重 3×3.6=10.8 kN/m g k =13.93kN/m
q 1k =2×3.6=7.2 kN/m
q 2k =0.5×3.6=1.8 kN/m
m
kN 1.8868.18L q M m kN 4.32862.78L q M m
kN 7.628693.138L g M 2
2k 2k 2q 2
2
k 1k 1q 2
2k gk ⋅=⨯==⋅=⨯==⋅≈⨯==2、跨中弯矩标准值
3、跨中弯矩设计值 m
kN M M ·8.1301==4、支座边缘截面剪力设计值
同理： kN V 2.87=可变荷载控制： 永久荷载控制： m
kN M M M M Qik
c Q k Q Q Gk G ·8.1301.89.04.14.324.17.622.122111≈⨯⨯+⨯+⨯=ψγ+γ+γ=m
kN M M M Qik
ci Qi Gk G ·6.1261.89.04.14.327.04.17.6235.12≈⨯⨯+⨯⨯+⨯=ψγ+γ=∑。