工程结构荷载与可靠度设计方法复习资料

一、填空题（每空1分，共20分）1．作用按时间的变异分为:永久作用,可变作用,偶然作用_2．影响结构抗力的因素有：材料性能的不定性,几何参数的不定性,计算模式的不定性..3．冻土的四种基本成分是_固态的土颗粒,冰,液态水,气体和水汽.4．正常使用极限状态对应于结构或者构件达到_正常使用或耐久性能_的某项规定限值.5．结构的可靠性是_安全性,适用性,耐久性__的总称.6．结构极限状态分为_承载能力极限状态,正常使用极限状态_.7．结构可靠度的确定应考虑的因素,除了公众心理外,还有结构重要性,社会经济承受力,结构破坏性质二.名词解释(10分)1.作用：能使结构产生效应(内力,应力,位移,应变等)的各种因素总称为作用（3分）2.地震烈度：某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度.（3分）3.承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形,这种状态称为承载能力极限状态.（4分）三.简答题.(共20分)1.结构抗力的不定性的影响有哪些?答：①结构材料性能的不定性、②结构几何参数的不定性、③结构计算模式的不定性。（每点1分）2.基本风压的5个规定.答：基本风压通常应符合以下五个规定。①标准高度的规定。我国《建筑结构荷载规范》规定以10m高为标准高度。②地貌的规定。我国及世界上大多数国家规定，基本风速或基本风压按空旷平坦地貌而定。③公称风速的时距。规定的基本风速的时距为10min。④最大风速的样本时间。我国取1年作为统计最大风速的样本时间。⑤基本风速的重现期。我国规定的基本风速的重现期为30年。（每点1分）(5)3.简要回答地震震级和烈度的差别与联系(6)答：①地震震级是衡量一次地震规模大小的数量等级。②地震烈度是某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度。③一次地震发生，震级只有一个，然而在不同地点却会有不同的地震烈度，但确定地点上的烈度是一定的，且定性上震级越大，确定地点上的烈度也越大。④震中一般是一次地震烈度最大的地区，其烈度与震级有关。在环境条件基本相同的情况下，震级越大，震中烈度越高⑤震中烈度与震级近似关系：0321IM；非震中区，烈度与震级的关系：1lg323210hCIM。（前2点1分，后2点2分）4.简述直接作用和间接作用的区别.(6)答：①将能使结构产生效应得各种因素总称为作用；将作用在结构上的因素称为直接作用，②将不是作用，但同样引起结构效应的因素称为间接作用。③直接荷载为狭义的荷载，广义的荷载包括直接荷载和间接荷载。（每点2分）四、计算题（50分）1.计算下图中的土层各层底面处的自重应力。（10分）解：aczKPh0.340.217111（2分）aczKPhh2.1068.3190.21722112（2分）aczKPhhh6.1402.4102.188.3190.2173322113（3分）aczKPhhhh8.1590.2106.192.4102.188.3190.217443322114（3分）2.设标准地貌为空旷地面，标准高度为10m，条件下测得的风速变化指数15.0s，梯度风高mHTS365，基本风压20/7.0mKNw。计算某市中心3.0a，mHa390，高度为25m处的风压。（10分）解：根据非标准条件下风压的换算公式：2soaazzwzw（2分）已知：mz25，mzs10，3.0，将高度为25m处的风压换算成该地貌标准高度处的风压则：3.02102525oaawwoaaww73.125（1）（2分）又根据非标准地貌的风压换算公式：asaTssTsooazHzHww22（2分）已知：2/7.0mKNwo，15.0s，365TsH，30.0a，390TaH，将该地貌处得基本风压换算成标准地貌的基本风压。则：30.0215.0225390103657.0oaw（2分）2/393.0mKNwoa（1）（2）代入（1）得2/68.0393.073.1mKNwwaa（1分）答：上海市中心某地的标准风压为0.68KN/m2。3.设有一单质点体系，质点重为100KN，体系自振周期为1.0秒，位于基本烈度8度区，体系所在地设计反应谱特征周期Tg＝0.4s，设计反应谱下降段指数为b=0.7，动力系数最大值25.2max，体系结构设计基准期为50年，求体系所受小震烈度的水平地震作用。（10分）解：求地震系数。因小地震烈度比基本地震烈度小1.5度，则计算地震烈度为：I=8-1.5＝6.5(2分)地震系数公式k=0.125×2I-7=0.125×26.5-7=0.088(2分)根据我国建筑抗震设计规范，地震系数取平均值的85％075.0088.085.0k(2分)计算动力系数。因TTg，则18.10.14.025.27.0T(2分)地震作用为KNTkGF85.818.1075.0100(2分)4.已知一各三层剪切型结构，如下图，已知该结构的第一阶周期为T1＝0.433s，设计反应谱的有关参数Tg=0.2s、b=0.9、αmax=0.16，采用底部剪力法计算地震作用产生的底部最大剪力及结构各层的地震作用。（20分）解：确定地震影响系数α0798.016.0433.02.09.0max9.0TTg(2分)求底部最大剪力1EGF,因质点数n＝3，85.07612213nn(2分)KNF991.20798.08.90.25.10.185.0(4分)各质点地震作用：KNFHGHGFEKii819.0991.2130.195.15252111(4分)KNFHGHGFEKii106.1991.2130.195.15295.1222(4分)KNFHGHGFEKii065.1991.2130.195.152130.1333(4分)一、填空题（20分）8．作用按时间的变异分为:永久作用,可变作用,偶然作用.9．土的侧压力分为_静止土压力,主动土压力,被动土压力_.10．冻土的四种基本成分是__固态的土颗粒,冰,液态水,气体和水汽_.11．预应力构件按预应力施加先后分为__先张法,后张法12．目前国际上采用的抗震设计原则是_小震不坏,中震可修,大震不倒13．结构极限状态分为_承载能力极限状态,正常使用极限状态_.14．由风力产生的_结构位移,速度,加速度响应__称为结构风效应.二.名词解释(3+3+4=.10分)1.作用：能使结构产生效应(内力,应力,位移,应变等)的各种因素总称为作用2.震级：衡量一次地震规模大小的数量等级,国际上常用里氏震级3.震中距：地面某处到震中的距离称为震中距三.简答题.(5x4=20分)5.结构可靠度是怎么定义的?6.什么叫基本风压?怎样定义.7..写出单质点体系在单向水平地面运动作用下的运动方程.8.简述直接作用和间接作用的区别.四计算题（50分）1.设有一单质点体系，质点重为100KN，体系自振周期为1.0秒，位于基本烈度8度区，体系所在地设计反应谱特征周期Tg＝0.4s，设计反应谱下降段指数为b=0.7，动力系数最大值25.2max，体系结构设计基准期为50年，求体系所受小震烈度的水平地震作用。（10分）解：求地震系数。因小地震烈度比基本地震烈度小1.5度，则计算地震烈度为：I=8-1.5＝6.51′地震系数公式k=0.125×2I-7=0.125×26.5-7=0.0883′根据我国建筑抗震设计规范，地震系数取平均值的85％075.0088.085.0k1′计算动力系数。因TTg，则18.10.14.025.27.0T2′地震作用为KNTkGF85.818.1075.01003′2.已知一矩形平面钢筋多层建筑，位于城市中心，建筑高度45m，平面沿高度保持不变，迎风面宽B＝20m地面粗糙度指数2.0a，基本风压按地面粗糙度指数的地貌16.0s，离地面10m高风速确定的基本风压为20/55.0mkN，风振系数沿高度不变为0.1z，求建筑物底部弯矩。（标准地貌的梯度风高为350m；该城市梯度风高为400m，建筑物沿高度划分为三段计算）（20分）解：0wzzzwzsgk2′矩形结构，风载体形系数3.1s；1′20/55.0mkN1′0.1z1′风压高度变化系数z4.02.022.0216.0222222210713.0101040010350101010zzzHHzzZHZHzTaTSsTaSTSzaaSaaS2′838.01106.12301.133′kpa592.055.0828.00.13.112′kpa79.055.0106.10.13.122′kpa93.055.0301.10.13.132′mkNHHHM43.744593.03079.015592.03322114′一概念理解题（共计70分）：1在结构荷载计算中，一般主要考虑的有哪些荷载？（5分）答：一般考虑的荷载为恒载和活载两类，对于偶然荷载（特殊荷载考虑较少）。2基于可靠度的结构设计（概率极限状态设计）与传统的安全系数设计有何区别？对于功能函数（以两个变量为例），当变量为正态分布时，可靠度指标有何含义，试作图表示；（10分）答：可靠度设计是考虑荷载和抗力是一种随机变量，而传统的安全系数设计方法则将这些参数看作固定值，前者更为合理。对于0),(SRSRgZ，在SOR坐标系，首先将变量进行标准化变换，对基本变量作标准化变换SSSS，RRRR，此时将变量转化成了)1,0(N分布，形成新的坐标系ROS'，原坐标与新坐标的关系为：15m15m15m20mSSSS，RRRR，得出新坐标系的极限状态方程：0SRSRSR，令22cosSRRR，22cosSRSS，22SRSR于是有：0coscosSRSR，如图所示ROS'坐标系，于是可得：RRPORcoscos*'*，SSPOScoscos*'*进行变换到原坐标系，于是RRRRRRRcos**，SSSSSSScos**，已知坐标系SOR中，极限状态方程：0SR，显然此时其上一点：0**SR，由此可求出可靠指标，验算点*R，*S。3为何对于不同的荷载在进行荷载效应组合时，取一定的分项系数？（5分）答：主要是考虑到不同荷载的概率分布形式不一致，而为了计算的简便，将各种荷载的概率分布的不同通过的荷载分项系数以使按极限状态设计表达式设计的各种结构可靠指标与规定的设计可靠指标0之间在总体上误差最小。4计算风荷载时需要考虑几个方面的因素；（5分）答：风荷载的计算主要与三种独立的因素有关：基本风压、风压高度变化系数、房屋体型系数有关。5设计基准期和设计使用寿命的概念，两者有何区别；（5分）答：设计基准期是统计各种荷载（作用）和抗力随机变量的年限，一般取50年，而设计使用寿命则是结构物使用年限，一般为20、50、100年，当超过设计基准期之后，结构物的可靠度会降低。6荷载代表值的类型及含义；（10分）答：荷载代表值包括荷载的标准值、组