2012--设计基本原则资料

土工程设计基本原则2012年3月岩土工程设计基本原则2.0引言2.1设计荷载2.2设计状态2.3安全度2.4往年真题+答案2.0岩土工程设计基本原则—引言考试大纲的要求新大纲考试科目：1．岩土工程勘察2．岩土工程设计基本原则3．浅基础4．深基础5．地基处理6．土工结构与边坡防护7．基坑工程与地下工程8．特殊条件下的岩土工程9．地震工程10．岩土工程检测与监测11．工程经济与管理以上各科目均为必答题。原大纲考试科目：1.岩土工程勘察2.浅基础3.深基础4.地基处理5.土工建筑物、边坡、基坑与地下工程6.特殊条件下的岩土工程7.地震工程8.工程经济与管理以上各科目均为必答题。2.0岩土工程设计基本原则—引言考试大纲的要求——2．岩土工程设计基本原则■2.1设计荷载了解各类土木工程对设计荷载的规定及其在岩土工程中的选用原则。■2.2设计状态了解岩土工程各种极限状态和工作状态的设计方法。■2.3安全度了解各类土木工程的安全度控制方法；熟悉岩土工程的安全度准则。2.0岩土工程设计基本原则参考资料：■《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）■有关设计规范，如《建筑地基基础设计规范》等*《工程结构可靠度设计统一标准》GB50153*《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068*《岩土工程手册》第8章岩土工程设计准则2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载大纲要求：了解各类土木工程对设计荷载的规定及其在岩土工程中的选用原则2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载容许应力法总安全系数法概率极限状态法KSRK荷载取值与安全度0,RSg2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载荷载的分类：◆按随时间的变化分类（永久作用、可变作用、偶然作用）◆按随空间的变化分类（固定作用、自由作用）◆按结构的反应特点分类（静态作用、动态作用）◆按有无限值分类（有界作用、无界作用）2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载荷载的分类：结构上的荷载可分为下列三类：永久荷载例如结构自重、土压力、预应力等。可变荷载例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。偶然荷载例如爆炸力、撞击力等。注：自重是指材料自身重量产生的荷载（重力）（《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）3.1.1）2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载永久荷载：定义：在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。特点：◆在任一时刻，发生的概率接近或等于1；◆在结构使用期间，荷载值随时间的变化通常可以忽略；◆荷载值的不确定性的量级与其他荷载类型相比小很多。2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载永久荷载：确定方法：永久荷载的概率分布，一般采用正态分布，其标准值可直接由其总体分布的平均值确定可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重（或单位面积的自重）平均值确定2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载可变荷载：定义：在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。特点：◆在任一时刻，荷载出现与否是随机事件；◆在结构使用期间，荷载的量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载可变荷载：确定方法：可变荷载的概率分布，一般采用极值Ⅰ型统计参数:以观测数据为基础可变荷载的标准值：可根据它在设计基准期内最大值概率分布的某个分位值来确定，如取其统计特征值或某个分位值(90%分位值或95%分位值等)；有时可以通过平均重现期的规定来定义。2.2岩土工程设计基本原则—设计状态设计基准期：为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数；设计使用年限：设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期；2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载楼面活荷载的统计2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载楼面活荷载的取值荷载规范：民用建筑楼面均布活荷载标准值规范提供的荷载标准值，若属于强制性条款，则在设计中必须作为荷载最小值采用；若不属于强制性条款，则应由业主认可后采用，并在设计文件中注明。2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载风荷载的确定垂直作用于建筑物表面上的风荷载标准值：0wwzszk基本风压的确定：根据规定的高度、规定的地貌、规定的时距和规定的样本时间所确定的最大风速的概率分布，按规定的重现期(或年保证率)确定基本风速，然后依据风速与风压的关系得到基本风压。0021vw2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载不同重现期风压的确定风速的年最大值概率模型：极值Ⅰ型分布函数：◆根据统计数据，确定平均重现期为R的最大风速◆根据规范查表，10年，50年，100年◆根据规范规定换算：1lnln1RRuxR)110/ln)(ln(1010010RxxxxR}expexp{uxxF2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载雪荷载的确定屋面水平投影面上的雪荷载标准值按下式计算：式中——雪荷载标准值；——屋面积雪分布系数；——基本雪压雪压s：可根据雪深和积雪的密度计算得出即基本雪压：当地空旷平坦地面上的积雪荷载0ssrkksr0sghS2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载不同重现期雪压的确定◆根据统计数据，确定平均重现期为R的最大雪压◆根据规范查表，10年，50年，100年◆根据规范规定换算：1lnln1RRuxR)110/ln)(ln(1010010RxxxxR2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载地震作用地震作用的随机性——时间、空间、强度作用效应——强度、频谱、持续时间工程抗震——设计反应谱2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载偶然荷载：定义：在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。包括撞击、爆炸、火灾、龙卷风等。特点：偶然荷载出现是罕遇事件，概率极小，能够收集的资料非常有限取值：一般都是根据工程经验，考虑结构的使用特点，进行综合判断分析，确定一个量值作为代表值。表4．1．1桥涵荷载荷载分类荷载名称荷载分类荷载名称主力恒载结构构件及附属设备自重预加力混凝土收缩和徐变的影响土压力静水压力及水浮力基础变位的影响附加力制动力或牵引力风力流水压力冰压力温度变化的作用冻胀力活载列车竖向静活载公路活载(需要时考虑)列车竖向动力作用长钢轨纵向水平力(伸缩力和挠曲力)离心力横向摇摆力活载土压力人行道人行荷载特殊荷载列车脱轨荷载船只或排筏的撞击力汽车撞击力施工临时荷载地震力长钢轨断轨力2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载荷载分类的意义出现的概率变异性概率模型标准值的选取荷载组合设计的安全度2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载荷载的选用：任何荷载都具有不同性质的变异性，但在设计中，不可能直接引用反映荷载变异性的各种统计参数，通过复杂的概率运算进行具体设计。因此，在设计时，除了采用能便于设计者使用的表达式外，对荷载仍应赋予一个规定的量值，称为荷载代表值。2.1.4荷载代表值：设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值，例如标准值、组合值、频遇值和准永久值.2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载标准值：荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（例如均值、众值、中值或某个分位值）.*荷载标准值是指设计基准期内可能出现的最大荷载值。由于荷载本身的随机性，因而使用期间的最大荷载也是随机变量，其统计参数和概率分布类型，可以观测数据为基础，运用参数估计和概率分布的假设检验方法确定。荷载标准值则可根据它在设计基准期内最大值概率分布的某个分位值来确定，如取其统计特征值(平均值、众值、中值等)或某个分位值(90%分位值或95%分位值等)。*对于可变作用的标准值，有时可以通过平均重现期的规定来定义。*当对某种作用无法取得充分数据资料时，只能根据已有的工程实践经验，经分析判断后，协议一个公称值作为代表值。2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载组合值：对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。*当有两种或两种以上的可变荷载在结构上要求同时考虑时，由于所有可变荷载同时达到其单独出现时可能达到的最大值的概率极小，因此在结构按承载能力极限状态设计时，除主导荷载（产生最大效应的荷载）采用标准值为代表值外，其他伴随荷载均应采用相应于主导荷载出现时段内的最大量值，也即以小于其标准值的组合值为荷载代表值。*可变荷载组合值，应为可变荷载标准值乘以荷载组合值系数。2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载频遇值：对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。*当允许某些极限状态在一个较短的持续时间内被超过，或在总体上不长的时间内（如超过的总持续时间与设计基准期之比不大于0.1）被超过，就可以采用相应的较小数值作为荷载的代表值。它相当于在结构上时而出现的较大荷载值，但总是小于荷载的标准值。*可变荷载频遇值应取可变荷载标准值乘以荷载频遇值系数。2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载准永久值：对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。*它相当于可变荷载在整个变化过程中的中间值。对于在结构上经常作用的可变荷载，应以准永久值为代表值。*可变荷载准永久值应取可变荷载标准值乘以荷载准永久值系数。2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载荷载的选用原则3.1.2建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值。对永久荷载应采用标准值作为代表值。对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载荷载设计值荷载代表值与荷载分项系数的乘积。2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载荷载组合：按极限状态设计时，为保证结构的可靠性而对同时出现的各种荷载设计值的规定。2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载原因：作用在结构物上的各类荷载中，除永久荷载以外，可变荷载、偶然荷载是否出现以及出现时量值的大小，都具有随机性。这些随机出现的荷载之间，有些是相互独立的，有些是密切相关的，有些是几乎不会同时出现的。2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载目的：保证在各种可能出现的荷载组合情况下，通过设计，都能使结构具有不低于规范规定的而且大致相同的可靠度水平，并对可能同时出现的各种荷载作用的设计值做出合理的规定。2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载方法1峰值叠加法对于同时作用的种荷载，设在设计基准期内的最大值分别为，则荷载组合最大值取为：maxiSniiMSS1max2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载方法2Turkstra组合规则轮流以一个荷载效应在设计基准期内的最大值与其余荷载的任意时点值组合；荷载效应组合取上列诸组合的最大值0010101,0maxtStStStStSSniiiTtCiCnCCCSSSS,,,max212.1岩土工程设计基本原则—设计荷载方法2Turkstra组合规则2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载方法3JCSS组合规则该规则是国际结构安全度联合委员会(JCSS)建议的荷载组合规则，要点是：1.荷载的样本函数为平稳二项随机过程；2.荷载与荷载效应之间满足线性关系；3.根据经验与分析，确定可能相遇的荷载种类；不可能同时出现的荷载不考虑其间的组合；4.当一种荷载取设计基准期最大荷载或时段最大荷载时，其他参与组合的荷载仅在该最大荷载的持续时段内取相对最大荷载，即：11,0,02,01maxmaxmaxnitntTtMtStStSS2.1岩土工程设计基本原则—设计荷载方法3JCSS组合规则按该规则确定荷载效应组合的最大值时，