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荷载与结构设计方法主讲：土木与建筑工程学院宫旭黎（土木楼406）主要内容1、荷载与作用（1）2、重力（6）3、侧压力（2）4、风荷载（5）5、地震荷载（3）6、荷载和结构抗力的统计分析（2）7、结构可靠度设计方法（5）自学内容：1、土的各种重度和人群荷载；2、自学波浪荷载、水压力、冰压力、冻胀力；3、其他作用考核方式考查课成绩组成：1、由平时表现成绩（出勤、课堂讨论、笔记等）占20%；2、平时小测验成绩占10%；3、作业成绩占20%；4、综合测试成绩占50%。第1章荷载与作用4一、结构设计原理5第1章荷载与作用独木桥的启示第1章荷载与作用一、结构设计原理6荷载效应S≤结构抗力R荷载材料抗力可靠度设计法荷载分项系数材料分项系数各专业课程学习第1章荷载与作用一、结构设计过程71、建立合理的力学计算模型（手算简化模型或者有限元建模）第1章荷载与作用一、结构设计过程82、合理准确地确定计算模型上的荷载3、计算荷载效应（如内力、变形、裂缝等）4、根据具体情况对所计算的内力进行组合和调整（如强柱弱梁）5、进行承载力计算并采取适当的构造措施6、绘制施工图第1章荷载与作用二、荷载与作用9施加在结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因，统称为结构上的作用。第1章荷载与作用二、荷载与作用10作用直接作用有外力和结构本身特性无关间接作用没有外力和结构本身特性有关从定义来看，作用包括两类：一个是力（集中力或分布力），另一个是引起结构变形的原因（外加变形或约束变形）。第1章荷载与作用二、荷载与作用11直接作用自重土压力水压力车辆风或浪浮冰撞击直接作用：直接施加在结构上的集中力和分布力。第1章荷载与作用二、荷载与作用12车辆荷载第1章荷载与作用二、荷载与作用13防护堤的防浪墙第1章荷载与作用二、荷载与作用14间接作用地基变形混凝土收缩温度变化地震焊接变形间接作用：引起结构外加变形或约束变形的原因称为间接作用。第1章荷载与作用二、荷载与作用15温度变化的变形作用第1章荷载与作用二、荷载与作用1、作用分类—按时间变异：永久作用16（1）恒载（永久荷载）：指使用期间永久施加在结构上，其值不随时间变化的荷载。第1章荷载与作用二、荷载与作用1、作用分类—按时间变异：可变作用17（2）活载（可变荷载）：指在使用期间施加在结构上，其值可随时间变化或移动的荷载。①使用活载：包括楼面活载、屋面活载。第1章荷载与作用二、荷载与作用1、作用分类—按时间变异：可变作用18②车辆活载：主要是铁路或公路车辆的荷载，包括工业厂房的行车（俗称天车）。第1章荷载与作用二、荷载与作用1、作用分类—按时间变异：可变作用19工业厂房的行车第1章荷载与作用二、荷载与作用1、作用分类—按时间变异：可变作用20公路车辆荷载第1章荷载与作用二、荷载与作用1、作用分类—按时间变异：可变作用21③风载：风是由大气压力不等引起的空气运动。由风的运动而施加在墙面或结构上的压力称为风载。第1章荷载与作用二、荷载与作用1、作用分类—按时间变异：偶然作用22（3）偶然荷载：在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。美国世贸中心大厦（撞击起火倒塌）包括：地震作用、爆炸力、台风、船只或漂流物等第1章荷载与作用二、荷载与作用1、作用分类—按时间变异：偶然作用23佛山九江大桥被撞百米墙面坠入江中第1章荷载与作用二、荷载与作用2、作用分类—按空间位置变异分类24固定作用结构自重固定设备自由作用车辆荷载吊车荷载固定作用自由作用第1章荷载与作用二、荷载与作用3、作用分类—按结构动力反应分类25静态作用：自重、土压力、雪荷载动态作用：以一定速度通过桥梁的汽车、地震作用、爆炸力两点说明：动态作用更不利，设计时×动力系数划分静态作用和动态作用的原则，不在于作用本身是否具有动力特征，而主要在于它是否使结构产生不可忽略的加速度。第1章荷载与作用判断下列作用属于动态的还是静态的26停在桥中间的汽车在桥梁上呼啸而过的火车吹在砖混结构上的风吹在高耸结构上的风二、荷载与作用3、作用分类—按结构动力反应分类第1章荷载与作用二、荷载与作用4、作用分类—按作用方向分类27竖向作用结构自重雪荷载水平作用风荷载水平地震作用竖向作用水平作用第1章荷载与作用三、荷载代表值28f平均值QpkOQTTQkoTt)(tQ1,50,1rp图7-6风、雪活荷载的实用化样本函数准确地确定荷载需要用统计学方法①麻烦②数据不全③没必要规定一些具体的数：混凝土自重25kN/m3这些具体的数就是代表值第1章荷载与作用三、荷载代表值29每个数都不仅代表它自己，背后都有统计工作和复杂运算他不是一个人第1章荷载与作用三、荷载代表值荷载代表值的分类30荷载代表值标准值频遇值组合值准永久值进行结构或构件设计时，要根据不同的设计目的和要求，对荷载采用不同的代表值，以便更准确地反映它在设计中的特点。第1章荷载与作用三、荷载代表值荷载代表值的分类31《荷载规范》规定：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。第1章荷载与作用三、荷载代表值1、标准值32f平均值QpkOQTTQkoTt)(tQ1,50,1rp图7-6风、雪活荷载的实用化样本函数荷载标准值：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。概率分布曲线（阴影面积为保证率）一般取95%保证率的荷载值为标准值第1章荷载与作用三、荷载代表值1、标准值33取值方法①分位值取值法：标准值为设计基准期内最大作用概率分布的某一分位值。荷载标准值是通过两个步骤得到的：①根据设计基准期内的最大荷载给出概率分布函数；②在这个函数上取一个分位值。第1章荷载与作用三、荷载代表值1、标准值34样本（每年一个最大雪荷载）F50个样本Op基本雪压最大雪压pkOT概率分布曲线年最大雪压的平均值年最大雪压的雪压的概率分布曲线设计基准期内最大大雪压的平均值设计基准期内最第1章荷载与作用三、荷载代表值1、标准值35一般情况ppkO平均值QTfQTQkQT：结构设计基准期内荷载的最大值，随机变量；fQT：QT的概率分布函数；概率分布曲线第1章荷载与作用三、荷载代表值1、标准值36一般情况ppkO平均值QTfQTQkQk：某一（偏于不利的）分位值；pk：Qk不被超越的概率，即标准值的保证率；概率分布曲线第1章荷载与作用三、荷载代表值1、标准值37②重现期Tk取值法:荷载值保证率pk（重现期50年）p50年一遇最大雪压O概率分布曲线年最大雪压的平均值年最大雪压的雪压的概率分布曲线设计基准期内最大雪压值pk=0.98pk=0.36472.6年一遇雪压值975年一遇雪压值第1章荷载与作用三、荷载代表值1、标准值38重现期为Tk在设计基准期T内荷载标准值的保证率pk=(1-1/Tk)T荷载标准值的重现期Tk和保证率pk（在给定的设计基准期内）有一一对应的关系。第1章荷载与作用三、荷载代表值1、标准值39永久荷载标准值一般情况取其概率分布的0.5分位值变异性不大，属于正态分布可变荷载标准值第1章荷载与作用三、荷载代表值2、频遇值40表示可变荷载超越某个值的方法超过Qx的时间：可以用设计基准期T内超过Qx的总持续时间Tx=Σti，或总持续时间与设计基准期的比值（相对超越时间）μx=Tx/T来表示；超过Qx的次数：nx，或平均跨阈率νx=nx/T（单位时间内超过Qx的平均次数）来表示。第1章荷载与作用三、荷载代表值2、频遇值41荷载频遇值：是指在设计基准期内结构上较频繁出现的较大荷载值。当设计的目的是为了防止结构功能降低时，在设计基准期内，有10%的时间荷载超过这个值，这个值就是荷载频遇值。当设计的目的是为了防止结构局部损坏时，主要是限制荷载超过某一限值的次数，这个时候用平均跨阈率νx来确定频遇值。第1章荷载与作用三、荷载代表值3、准永久值42荷载准永久值：指结构上经常达到和超越的荷载值，它是指μx＜0.5时的荷载值。在设计基准期内，有一半时间荷载超过这个值，这个值就是荷载的准永久值。第1章荷载与作用荷载代表值的分类-频遇值、准永久值TQQfQq超过Qf的持续时间超过Qq的持续时间43频遇荷载值和准永久荷载值第1章荷载与作用三、荷载代表值4、组合值44荷载组合值：两种以上的可变荷载同时作用时，各荷载同时达到最大值的概率很小。此时主导荷载（产生最大效应的荷载）取标准值，其他伴随荷载取组合值。采用组合值进行设计的实质是要求结构在单一可变荷载作用下的可靠度与在两个以上可变荷载作用下的可靠度保持一致。第1章荷载与作用三、荷载代表值4、组合值45两台吊车同时满载的概率很小，设计时要打折