工程荷载与可靠度设计原理A卷

工程荷载与可靠度设计原理A 卷一．单项选择题（每题1分，共15分）1．工程结构上的作用按时间分类可分为永久作用、可变作用和偶然作用，（ C ）内属于永久作用。

A ．雪荷载B ．人群荷载C ．混凝土收缩D ．温度变化2．可变荷载在结构使用期间经常达到和超过的值称为荷载（ C ）。

A ．标准值B ．组合值C ．准永久值D ．频遇值3．桥梁上作用的车辆冲击力和制动力属于（ B ）。

A ．永久作用B ．可变作用C ．偶然作用D ．自由作用4．国际标准ISO2103在计算梁的楼面活荷载效应时，对住宅、办公楼或其房间建议按下式（ A ）对楼面均布活荷载乘以折减系数λ。

A ． A .330+=λ （A>18m 2） B ． A .350+=λ （A>36m 2）C ．n ..6030+=λ （n ≥2） D ． n ..6050+=λ （n ≥2）5．桥梁结构整体计算采用采用车道荷载，车道荷载由（ D ）组成。

A ．均布荷载B ．集中荷载C ．车辆荷载D ．均布荷载和集中荷载6．位于流水中的桥墩，当桥墩迎水面为（ B ）时，受到的流水压力最小。

A ．方形B ．圆端形C ．矩形D ．尖端形7．大气以梯度风速度流动的起点高度称为梯度风高度，地面粗糙度越大，梯度风高度（ A ）。

A ．越高B ．越低C ．不变D ．说不清8．在风的作用下，单体矩形建筑物迎风面由于气流正面受阻产生 ，侧面和背风面由于漩涡作用引起 。

（ C ）A ．风吸力 风吸力B ．风压力 风压力C ．风压力 风吸力D ．风吸力 风压力9．涡流脱落振动特征可根据雷诺数R e的大小划分临界范围，对圆形截面的结构，当风速处于（ D ）时，结构极易发生强风共振。

A．临界范围（5≤R e＜40）B．亚临界范围（R e＜3.0×105）C．超临界范围（3.0×105≤R e＜3.5×106）D．跨临界范围（R e≥3.5×106）10．动力系数β是单自由度体系在地震作用下质点最大反应加速度与地面运动最大加速度的比值，其与结构的刚度有关，若结构的自振周期很大，则β值趋于（D）。

A．2 B．1 C．0.5 D．011．荷载效应组合时，将可变荷载效应乘以（ C ），以考虑各荷载最大值在同一时刻出现概率极小的现象。

A．荷载分项系数B．准永久值系数C．组合值系数D．结构重要性系数12．结构可靠性定义为：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。

其中，规定的时间是指（ D ）。

A．50年B．设计基准期C．100年D．设计使用年限13．下列四种现象中属于达到正常使用极限状态的是（ C ）。

A．雨棚倾覆B．构件丧失稳定C．混凝土腐蚀D．挡土墙滑移14．当功能函数服从（ B ）时，可靠指标与失效概率具有一一对应关系。

A．均匀分布B．正态分布C．极值分布D．指数分布15．考虑结构体系的可靠度时，静定结构的失效一般可用（ C ）体系表示。

A．并联B．串并联C．串联D．无法判断二．判断题（每题1分，共14分）1．永久荷载根据工程设计要求可采用标准值、组合值、准永久值或频遇值作为代表值。

（×）2．结构设计时，屋面活荷载应与雪荷载同时考虑。

（×）3．公路《桥规》给出的撞击力计算公式是假定船只或排筏作用于墩台上的有效动能全部转化为撞击力所做的功导出的。

（√）4．结构发生涡激共振后，漩涡脱落频率始终与结构自振频率保持一致，不再随风速变化。

（ × ）5．高层建筑群房屋相互间距较近时，由于尾流作用引起风压相互干扰，可以降低建筑物风效应。

（ × ）6．桥梁的自激振动属于发散振动，对桥梁危害最大。

（ √ ）7．由于水流和风的作用，推动大面积浮冰对结构产生静压力，该静压力大小与冰层面积成正比。

（ √ ）8．近堤破碎波是距直墙附近半个波长范围内发生的破碎波。

（ √ ）9．浅水推进波波浪运动不受海底摩阻力影响，海底处水质点处于相对宁静状态。

（ √ ）10．在结构可靠度分析时，考虑到研究简便，一般认为荷载效应与荷载具有线性关系，并且具有相同的统计特性。

（ √ ）11．对实际工程问题来说，由于抗力常用多个影响大小相近的随机变量相乘而得，则其概率分布一般来说是正态的。

（ × ）12．结构可靠度分析的验算点法中的验算点实质就是均值点。

（ × ）13．对于静定结构，结构体系的可靠度总大于或等于构件的可靠度。

（ × ）14．超静定结构体系的可靠度分析随构件的失效性质不同而存在较大差异。

（ √ ）三．名词解释（每题3分，共15分）1．偶然作用偶然作用是指在结构设计基准期内不一定出现，而一但出现其持续时间较短，且量值可能很大的作用。

例如地震作用、爆炸力、船只或漂流物撞击力等均属偶然作用。

2．基本风压基本风压是在规定的标准条件下得到的，基本风压值是在空旷平坦的地面上，离地面10m 高，重现期为50年的10min 平均最大风速。

3．动力系数动力系数β是单自由度体系在地震作用下最大反应加速度与地面运动加速度的比值，也就是质点最大加速度比地面最大加速度的放大倍数，即max a /g x S =β。

4．荷载效应作用在结构上的荷载Q 对结构产生不同的反应，称为荷载效应，记作S ，一般指结构中产生的内力、应力、变形等。

5．结构可靠性指安全性、适用性和耐久性的统称，可定义为：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。

四．问答题（每题7分，共56分）1．试述静止土压力、主动土压力和被动土压力产生的条件？比较三者数值的大小？答：当挡土墙在土压力作用下，不产生任何位移或转动，墙后土体处于弹性平衡状态，墙背所受的土压力称为静止土压力，可用E 0表示。

当挡土墙在土压力的作用下，向离开土体方向移动或转动时，作用在墙背上的土压力从静止土压力值逐渐减少，直至墙后土体出现滑动面。

墙背上的土压力减少到最小值，土体处于主动极限平衡状态，作用在墙背上的土压力称为主动土压力，可用E a 表示。

当挡土墙在外力作用下向土体方向移动或转动时，墙体挤压墙后土体，作用在墙背上的土压力从静止土压力值逐渐增大，墙后土体滑动面以上土体向上向后推出，墙背上的土压力增加到最大值，土体内应力处于被动极限平衡状态。

此时作用在墙背上的土压力称为被动土压力，可用E p 表示。

在相同的墙高和填土条件下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力，即：p 0a E E E <<2.试述公路桥梁汽车荷载的等级和组成？车道荷载的计算图式和标准值？ 答：公路桥梁汽车荷载分为公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级，由车道荷载和车辆荷载组成。

桥梁结构的整体计算采用车道荷载，车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。

桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。

车道荷载的计算图式见图1。

公路-Ⅰ级车道荷载的均布荷载的标准值为q k =10.5kN/m ；集中荷载标准值桥梁计算跨径L 0≤5m时，p k =270kN ；桥梁计算跨径L 0≥50m 时，p k =360kN ；桥梁计算跨径5m< L 0<50m 时，按p k =2（L 0 +130）kN求得。

计算剪力的效应时，p k 应乘以1.2的系数。

公路-Ⅱ级车道荷载的均布荷载标准值k q 和集中荷载标准值k p 按公路—Ⅰ级车道荷载的0.75倍采用。

3．试述波浪传播特征及推进过程？答：波浪是液体自由表面在外力作用下产生的周期性起伏波动，其中风成波影响最大。

在海洋深水区，波浪运动不受海底摩阻力影响，称为深水推进波；波 图1 车道荷载的计算图式浪推进到浅水地带，海底对波浪运动产生摩阻力，波长和波速缩减，波高和波陡增加，称浅水推进波；当浅水波向海岸推进，达到临界水深，波峰发生破碎，破碎后的波重新组成新的水流向前推移，而底层出现回流，这种波浪称为击岸波；击岸波冲击岸滩，对海边水工建筑施加冲击作用，即为波浪荷载。

4．结构横风向风振产生的原因是什么？什么是锁定现象？答：横风向风振是由不稳定的空气动力作用造成的，它与结构截面形状和雷诺数有关。

对于圆形截面，当雷诺数在某一范围内时，流体从圆柱体后分离的旋涡将交替脱落，形成卡门涡列，若旋涡脱落频率接近结构横向自振频率时会引起结构涡激共振。

在结构产生横向共振反应时，若风速增大，旋涡脱落频率仍维持不变，与结构自振频率保持一致，这一现象称为锁定。

在锁定区内，旋涡脱落频率是不变的。

只有当风速大于结构共振风速约1.3倍时，旋涡脱落才重新按新的频率激振。

5．温度应力产生的原因及产生的条件是什么？答：温度作用是指因温度变化引起的结构变形和附加力，当结构物所处环境温度发生变化，且当结构或构件的变形受到边界条件约束或相邻部分的制约，不能自由胀缩时，则在结构或构件内形成温度应力。

温度作用不仅取决于结构物环境温度变化，它还与结构或构件受到的约束条件有关。

约束条件大致可分为两类：一类是结构物的变形受到其它物体的阻碍或支承条件的制约，不能自由变形。

例如混凝土框架结构的基础梁嵌固在两柱基之间，基础梁的伸缩变形受到柱基约束。

另一类是构件内部各单元体之间相互制约，不能自由变形。

例如简支屋面梁，在日照作用下屋面温度升高，而室内温度相对较低，在梁中引起应力。

6．影响结构构件抗力主要有哪些因素？简述每种因素的含义？答：（1）影响结构构件抗力的不定性因素有三大类，即：材料性能的不定性、几何参数的不定性和计算模式的不定性。

（2）材料性能的不定性是指由于受材料品质、制作工艺、受荷情况、环境条件等因素的影响，材料性能存在不定性。

结构构件几何参数的不定性是指制作尺寸偏差和安装偏差等引起的几何参数变异性，它反映了所设计构件的和制作安装后的实际构件之间几何上的差异。

结构构件计算模式的不定性是指抗力计算中采用的某些基本假定不完全符合实际和计算公式不精确等引起的变异性，有时被称为“计算模型误差”。

7．何谓结构的可靠性和可靠度? 如何表征结构可靠度?答：结构的可靠性是安全性、适用性和耐久性的统称，可定义为：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。

结构可靠度是对结构可靠性的定量描述，亦即概率度量。

结构可靠性也可用结构的失效概率来度量，并且可靠度分析时也通常计算结构的失效概率，失效概率p f 越小，表明结构的可靠性越高；反之，失效概率p f 越大，则结构的可靠性越低。

实际在计算分析时，通过直接积分方法计算出p f 值是十分困难的，为便于工程应用，引入与失效概率有对应关系的可靠指标的概念，通过可靠指标代替失效概率来度量结构的可靠性。

8．结构概率可靠度直接设计法的基本思路是什么?答：结构概率可靠度直接设计法是基于结构可靠度分析理论的设计方法，能根据预先给定的目标可靠指标β 及各基本变量的统计特征，通过可靠度计算公式反求结构构件抗力，然后进行构件截面设计。