工程结构荷载和可靠度设计原理
工程结构荷载与可靠度设计原理结构抗力统计分析
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影响结构抗力的不定性
影响构件抗力的不定性因素
材料性能(如强度、弹性模量、泊松比等)
几何参数(如宽度、高度、面积、惯性矩等)
计算模式的精确度
Z g(X 1,X 2, ,X n)
Z g( X1, X2, , Xn)
误差传递公式
g X i 1 i
结构抗力的统计特征
结构抗力的统计参数
单一材料构件:钢、木、砖等组成的结构构件
R f c a Ωp (Ωf k0 f k ) (Ωa ak ) Ωp Ωf Ωa Ωp Rk
Rk k0 f k ak
Rk:按规范规定的材料性能和几何参数标准值及抗力计算公式 求得的抗力标准值。
考虑材料性能及几何参数不定性后,有
Rp R(Ωf 1k01 f k1 Ωa1ak 1, ,Ωfn k 0n f kn Ωan ak n)
RP=R():由计算公式确定的构件抗力值,它是各种材料性 能和几何参数不定性的函数。 RP的平均值 R p R(fc1 a1, ,fcn an) RP的方差
函数Z=∑Xi(Z=X1
+X2 +….+Xn )的分布近似于正态分布
函数Z= X1 X2 X1 (即lnZ=lnX1 +lnX1 +….+lnX1) 的分布近似于对数正态分布
结构构件抗力的统计特征
结构抗力的概率分布
抗力R的计算模式多为 R = X1X2X3…或R = X1X2 +X3X4X5 + X6X7 +…等形式,因此可近似认为:无论X1,X2,…,Xn为何 种概率分布,结构构件抗力 R的概率分布类型均可假定为对数 正态分布。 对数正态分布概率密度函数
工程结构荷载与结构可靠度设计原理
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工程结构荷载与结构可靠度设计原理1、背景介绍在工程领域中,结构可靠度设计是一项非常重要的任务。
结构可靠度设计原理是指在工程结构设计过程中,通过合理的荷载计算和结构分析,确保工程结构在预定使用寿命内能够满足安全可靠的要求。
本文将详细探讨工程结构荷载与结构可靠度设计原理的相关内容。
2、工程结构荷载的分类2.1 永久荷载永久荷载是指不随时间变化的静态荷载,包括结构自重、固定设备和附加设备的重量等。
在结构设计过程中,需要准确计算永久荷载的大小,以便正确评估结构的强度和稳定性。
2.2 变动荷载变动荷载是指随时间变化的荷载,包括活荷载、温度荷载、风荷载等。
这些荷载会对结构产生不同程度的影响,因此在设计中需要合理估计和考虑这些荷载的作用。
2.3 异常荷载异常荷载是指不常见但可能发生的荷载,如地震荷载、爆炸荷载等。
这些荷载通常具有较高的能量,并可能导致结构发生破坏。
在结构可靠度设计中,需要对这些异常荷载进行详细的分析和评估,以确保结构能够承受其作用。
3、工程结构荷载计算方法3.1 荷载标准工程结构荷载的计算需要依据相应的荷载标准。
不同国家和地区的荷载标准可能有所不同,设计者需要根据实际情况选择合适的荷载标准进行计算。
常见的荷载标准包括国家标准、行业标准和国际标准等。
3.2 荷载计算原理荷载计算是工程结构设计的关键步骤之一。
荷载计算的原理是根据结构的力学性质和荷载作用原理,通过建立合适的数学模型和计算方法,确定结构所受荷载的大小和作用方式。
在荷载计算过程中,需要合理选择荷载组合,并考虑荷载的不确定性因素,如荷载的变化范围、荷载作用时间等。
4、结构可靠度设计原理4.1 可靠度概念结构可靠度是指结构在使用寿命内满足安全可靠的要求的能力。
结构可靠度设计的目的是使结构在设计寿命内具有足够的可靠性,能够承受荷载的作用而不发生失效。
可靠度的计算可以采用不同的方法,如概率方法、极限状态设计方法等。
4.2 可靠度分析方法可靠度分析是结构可靠度设计的重要工具之一。
工程荷载与可靠度设计原理
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工程荷载与可靠度设计原理1. 引言工程荷载与可靠度设计原理是工程设计中的重要内容,它涉及到工程结构的安全性和可靠性。
本文将从工程荷载和可靠度设计原理两个方面进行探讨,并介绍其在工程设计中的应用。
2. 工程荷载设计原理2.1 荷载类型工程荷载可以分为静载和动载两种类型。
静载是指固定在结构上的荷载,如自重、建筑物的永久荷载等;动载是指在结构上产生的变动荷载,如风荷载、地震荷载等。
2.2 荷载计算方法荷载计算是工程设计中的重要环节,它涉及到结构的稳定性和安全性。
常用的荷载计算方法有确定性设计方法和概率设计方法。
确定性设计方法是根据规范中给出的荷载数值进行计算,它适用于荷载具有确定性的情况。
概率设计方法则考虑了荷载的不确定性,通过概率统计的方法来确定荷载的设计值。
2.3 荷载标准荷载标准是指规范中对荷载进行规定的标准。
不同类型的工程有不同的荷载标准,如建筑物的荷载标准、桥梁的荷载标准等。
荷载标准的制定是为了保证工程结构的安全性和可靠性。
3. 可靠度设计原理3.1 可靠度概念可靠度是指工程结构在设计使用寿命内不发生失效的概率。
可靠度设计是为了保证工程结构在使用寿命内具有足够的可靠性。
3.2 可靠度设计方法可靠度设计方法主要有确定性设计方法和概率设计方法。
确定性设计方法是根据规范中给出的设计要求进行设计,它适用于可靠度要求较低的情况。
概率设计方法则考虑了结构的不确定性,通过概率统计的方法来确定结构的可靠度。
3.3 可靠度评估可靠度评估是对工程结构进行可靠度分析和评估,以确定其可靠性是否满足设计要求。
常用的可靠度评估方法有静态可靠度分析、动态可靠度分析等。
4. 工程荷载与可靠度设计的应用4.1 建筑结构设计在建筑结构设计中,工程荷载与可靠度设计是不可或缺的环节。
通过合理计算荷载和确定可靠度要求,可以保证建筑物的结构安全可靠。
4.2 桥梁设计桥梁是工程结构中的重要组成部分,其设计需要考虑荷载和可靠度。
合理计算桥梁荷载和进行可靠度评估,可以确保桥梁的安全性和使用寿命。
工程结构荷载与可靠度设计原理
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工程结构荷载与可靠度设计原理工程结构荷载与可靠度设计原理是工程设计中非常重要的一个环节,它直接关系到工程结构的安全性和可靠性。
在工程结构设计中,荷载是指作用在结构上的外部力和力矩,而可靠度设计原理则是指在结构设计中考虑结构的荷载和材料的强度等因素,从而确保结构在使用过程中能够满足安全可靠的要求。
首先,工程结构荷载包括静荷载和动荷载两种类型。
静荷载是指作用在结构上的恒定力或力矩,如自重、建筑物本身的重量、墙体的荷载等;动荷载是指作用在结构上的变化力或力矩,如风荷载、地震荷载、交通荷载等。
在设计工程结构时,需要对不同类型的荷载进行准确的计算和分析,以确保结构在受到各种荷载作用时能够保持稳定和安全。
其次,可靠度设计原理是指在结构设计中考虑结构的荷载和材料的强度等因素,从而确保结构在使用过程中能够满足安全可靠的要求。
在工程结构设计中,需要对结构的荷载、材料的强度、结构的变形、破坏机制等因素进行全面的分析和计算,以确定结构的安全系数和可靠度水平。
通过合理的设计和施工措施,可以提高工程结构的安全性和可靠性,减少事故的发生概率,保障人员和财产的安全。
此外,工程结构荷载与可靠度设计原理还涉及到结构的设计标准、设计规范和检验方法等方面。
在设计工程结构时,需要严格遵守相关的设计标准和规范,对结构的荷载和可靠度进行评估和检验。
同时,需要采用先进的计算方法和分析工具,对结构的受力性能和可靠度进行全面的评估和验证,以确保结构在使用过程中能够满足安全可靠的要求。
总之,工程结构荷载与可靠度设计原理是工程设计中至关重要的一个环节,它直接关系到工程结构的安全性和可靠性。
只有充分理解和应用这些设计原理,才能够设计出安全可靠的工程结构,为人们的生活和生产提供更加稳定和可靠的保障。
因此,在工程设计中需要高度重视工程结构荷载与可靠度设计原理,不断提高设计水平和技术水平,为社会的可持续发展做出积极的贡献。
工程荷载与可靠度设计原理习题解答(终审稿)
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工程荷载与可靠度设计原理习题解答公司内部档案编码:[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]《工程荷载与可靠度设计原理》习题解答1 荷载与作用什么是施加于工程结构上的作用荷载与作用有什么区别结构上的作用是指能使结构产生效应的各种原因的总称,包括直接作用和间接作用。
引起结构产生作用效应的原因有两种,一种是施加于结构上的集中力和分布力,例如结构自重,楼面的人群、家具、设备,作用于桥面的车辆、人群,施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等,它们都是直接施加于结构,称为直接作用。
另一种是施加于结构上的外加变形和约束变形,例如基础沉降导致结构外加变形引起的内力效应,温度变化引起结构约束变形产生的内力效应,由于地震造成地面运动致使结构产生惯性力引起的作用效应等。
它们都是间接作用于结构,称为间接作用。
“荷载”仅指施加于结构上的直接作用;而“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因。
结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用和偶然作用;按空间位置变异可分为固定作用和自由作用;按结构反应性质可分为静态作用和动态作用。
什么是荷载的代表值它们是如何确定的荷载代表值是考虑荷载变异特征所赋予的规定量值,工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值:标准值,组合值,频遇值和准永久值。
荷载可根据不同设计要求规定不同的代表值,其中荷载标准值是荷载的基本代表值,其它代表值都可在标准值的基础上考虑相应的系数得到。
2 重力作用成层土的自重应力如何确定地面以下深度z处的土体因自身重量产生的应力可取该水平截面上单位面积的土柱体的重力,对于均匀土自重应力与深度成正比,对于成层土可通过各层土的自重应力求和得到。
土压力有哪几种类别土压力的大小及分布与哪些因素有关根据挡土墙的移动情况和墙后土体所处应力状态,土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类别。
土的侧向压力的大小及分布与墙身位移、填土性质、墙体刚度、地基土质等因素有关。
工程结构荷载与可靠度设计原理
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工程结构荷载与可靠度设计原理工程结构荷载设计原理是指根据工程所受到的外部荷载及其影响,在设计中合理确定各种荷载的作用方式、计算方法和作用大小,以确保结构的安全可靠性。
在荷载设计原理中,结构荷载主要包括恒载、活载和自重荷载。
恒载是指结构在使用过程中持续存在的荷载,如自重、固定设备和常设荷载等。
活载是指结构所受到的可变荷载,如人员、设备、风荷载和流体荷载等。
自重荷载是指结构自身的重量所引起的荷载。
恒载的设计原理是根据结构本身的质量和统计数据确定荷载的大小。
常见的恒载有自重、固定设备质量、楼板养护荷载等。
活载的设计原理是根据实际使用情况及相关规范给出的活载标准确定荷载的大小。
常见的活载有人员荷载、设备荷载、风荷载和流体荷载等。
自重荷载的设计原理是根据结构的材料和形状确定其自身的重量,并将其作为荷载计算时考虑。
在可靠度设计原理中,考虑工程结构荷载的可靠度是确保结构安全可靠的重要步骤。
可靠度设计原理主要包括可靠度指标的选择、荷载概率分布的确定和可靠度分析方法的应用。
可靠度指标是衡量结构安全可靠性的一个重要指标,常用的指标有可靠系数、可靠指标和可靠指数等。
荷载概率分布是指荷载的大小在一定区间内发生的概率分布情况,常用的分布有正态分布和广义极值分布等。
可靠度分析方法是根据荷载概率分布和结构响应的关系,通过数学模型和统计方法计算结构的可靠度。
常用的可靠度分析方法有可靠指数法、蒙特卡洛模拟法和极限状态法等。
综上所述,工程结构荷载与可靠度设计原理是确保结构安全可靠性的基础。
在设计中,通过合理确定荷载的作用方式、计算方法和作用大小,以及考虑荷载的可靠度指标和概率分布,可以保证结构在荷载作用下具有足够的安全可靠性。
《工程荷载与可靠度设计原理》习题解答
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《工程荷载与可靠度设计原理》习题解答1 荷载与作用1、1 什么就是施加于工程结构上的作用?荷载与作用有什么区别?结构上的作用就是指能使结构产生效应的各种原因的总称,包括直接作用与间接作用。
引起结构产生作用效应的原因有两种,一种就是施加于结构上的集中力与分布力,例如结构自重,楼面的人群、家具、设备,作用于桥面的车辆、人群,施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等,它们都就是直接施加于结构,称为直接作用。
另一种就是施加于结构上的外加变形与约束变形,例如基础沉降导致结构外加变形引起的内力效应,温度变化引起结构约束变形产生的内力效应,由于地震造成地面运动致使结构产生惯性力引起的作用效应等。
它们都就是间接作用于结构,称为间接作用。
“荷载”仅指施加于结构上的直接作用;而“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因。
1、2 结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类?结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用与偶然作用;按空间位置变异可分为固定作用与自由作用;按结构反应性质可分为静态作用与动态作用。
1、3 什么就是荷载的代表值?它们就是如何确定的?荷载代表值就是考虑荷载变异特征所赋予的规定量值,工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值:标准值,组合值,频遇值与准永久值。
荷载可根据不同设计要求规定不同的代表值,其中荷载标准值就是荷载的基本代表值,其它代表值都可在标准值的基础上考虑相应的系数得到。
2 重 力 作 用2、1 成层土的自重应力如何确定?地面以下深度z 处的土体因自身重量产生的应力可取该水平截面上单位面积的土柱体的重力,对于均匀土自重应力与深度成正比,对于成层土可通过各层土的自重应力求与得到。
2、2 土压力有哪几种类别?土压力的大小及分布与哪些因素有关?根据挡土墙的移动情况与墙后土体所处应力状态,土压力可分为静止土压力、主动土压力与被动土压力三种类别。
土的侧向压力的大小及分布与墙身位移、填土性质、墙体刚度、地基土质等因素有关。
工程结构荷载与可靠度设计原理复习提纲
![工程结构荷载与可靠度设计原理复习提纲](https://img.taocdn.com/s3/m/711b49f9910ef12d2af9e7a4.png)
第二章重力1.土是由土颗粒、水和气体组成的三相非连续介质。
2.雪压:单位面积地面上积雪的自重。
3.基本雪压: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。
(50年)地形空旷平坦;积雪分布均匀;观察地点与设计地点有相同的地形。
第三章侧压力1.根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态,土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力。
三种土压力的受力特点:(1)静止土压力:挡土墙在土压力作用下,不产生任何方向的位移或转动而保持原有的位置,墙后土体处于弹性平衡状态。
(2)主动土压力:挡土墙在土压力的作用下,背离墙背方向移动或转动时,墙后土压力逐渐减小,当达到某一位移量值时,墙后土体开始下滑,作用在挡土墙上的土压力达到最小值,滑动楔体内应力处于主动极限平衡状态。
(3)被动土压力:挡土墙在外力作用下向墙背方向移动或转动时,墙体挤压土体,墙后土压力逐渐增大,当达到某一位移时,墙后土体开始上隆,作用在档土墙上的土压力达到最大值,滑动楔体内应力处于被动极限平衡状态。
2.水对结构物的力学作用表现在对结构物表面产生静水压力和动水压力。
静水压力可能导致结构物的滑动或倾覆;动水压力,会对结构物产生切应力和正应力,同时还可能引起结构物的振动,甚至使结构物产生自激振动或共振。
3.(1)冻胀力:在封闭体系中,由于土体初始含水量冻结,体积膨胀产生向四面扩张的内应力,这个力称为冻胀力。
(2)冻土:具有负温度或零温度,其中含有冰,且胶结着松散固体颗粒的土,称为冻土。
(3)冻胀现象:冬季低温时结构物开裂、断裂,严重者造成结构物倾覆等;春融期间地基沉降,对结构产生形变作用的附加荷载。
(4)影响冻土的因素:土颗粒的大小和土颗粒外形。
第四章 风荷载1.基本风压:按规定的地貌、高度、时距等量测的风速所确定的风压称为基本风压。
第七章 荷载的统计分析1.平稳二项随机过程荷载模型的假定为:(1)根据荷载每变动一次作用在结构上的时间长短,将设计基准期T 等分为r 个相等的时段τ,或认为设计基准期T 内荷载均匀变动/r T τ=次。
工程荷载与可靠度设计原理概念(精选)
![工程荷载与可靠度设计原理概念(精选)](https://img.taocdn.com/s3/m/34868ce3f71fb7360b4c2e3f5727a5e9856a2709.png)
极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求,此特定状态称为该功能的极限状态。
(l)承载能力极限状态这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。
(2)正常使用极限状态这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。
设计使用年限设计使用年限为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。
设计基准期所谓设计基准期,是为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数。
基本雪压所谓雪压是指单位水平面积上积雪重量,而基本雪压是指当地空旷平坦地面上根据气象记录瓷料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值作用能使结构产生效应(结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等)的各种因素的总称。
1.按作用形式分类直接作用间接作用2.按随时间的变异分类永久作用可变作用偶然作用3.按随空间位置的变异分类固定作用自由作用4.按结构的反应特点分类静态作用动态作用任何结构都因地球引力而受重力的影响,同时也受使用荷载和由自然环境因素引起的各种荷载或力的作用建筑结构中常遇的荷载和作用主要有:结构自重、楼面与屋面活荷载、雪荷载、风荷载,地震作用、吊车荷载和吊车制动力(工业建筑中)、温度作用、地基变形、混凝土收缩徐变、预应力等。
除结构自重、风荷载、地震作用等常见荷载或作用外,桥梁结构中典型的荷载类型主要有:车辆荷载、人群荷载、冲击力、撞击力、制动力、离心力等;水工结构、港口工程、海岸与海洋工程中典型的荷载类型主要有:水压力、波浪荷载、浮力作用等。
永久荷载也可称为恒载,可变荷载也可称为活载结构材料的重度、几何参数(高度、形状等)以及外部环境情况的变异性必然导致荷载具有随机特性。
对永久荷载的代表值为标准值;对可变荷载的代表值则有标准值、频遇值、准永久值和组合值四类,工程结构设计的目的就是要保证结构具有足够的抵抗环境中各种作用的能力,满足预定的功能要求。
工程结构荷载与可靠度设计原理-完整版
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2021/5/9
§2.3 雪荷载
漂积作用的影响: • 使敞风较好的平屋面或小坡度屋面上的雪压小于
邻近地面上的雪压; • 在高低跨屋面的情况下,在低屋面形成局部较大
其他几种水压力在结构物上的分布模式
§3.2 水压力及流水压力
二、动水压力
➢ 当水流过结构物表面时,会对结构物产生切应力 和正应力。
➢ 切应力只有在水高速流动时,才表现出来。
➢ 正应力=静水压力+动水压力。
即:
p p静 p动
p p静 p动 p'
p动 时段平均动压力(Pa);
p'
2021/5/9
大汽车荷载的概率大小,对荷载效应进行折减。 车道数越多,折减率越大。
2021/5/9
§2.4 车辆荷载 车辆荷载布置图
2021/5/9
单位(m)
§2.4 车辆荷载 ➢ 列车荷载 • 列车荷载应采用中华人民共和国铁路标准活载, 及“中-活载”。
我国城市桥梁设计荷载标准规定的城-A级车道荷载
2021/5/9
hi
i
2021/5/9
第i层土的厚度(m)
第i层土的天然重度,若土层位
于地下水位以下,计算土的自
重应力时应取土的有效重度
' i
§2.1 结构自重
土的有效重度
' i
若土层位于地下水位以下,由于受到水的 浮力作用,单位体积中,土颗粒所受的重 力扣除浮力后的重度称为土的有效重度, 是土的有效密度与重力加速度的乘积
2021/5/9
工程结构荷载与可靠度设计原理
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工程荷载与可靠度原理设计原理1、震级与烈度的区别和关系(P73)①地震震级是衡量一次地震规模大小的数量等级,用"级"表示。
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,用"度"表示。
③震级反映地震本身的大小,只跟地震释放能量的多少有关,而烈度则表示地面受到的影响和破坏的程度。
④一次地震只有一个震级,而烈度则各地不同。
⑤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⑥烈度不仅跟震级有关,同时还跟震源深度、距离震中的远近以及地震波通过的介质条件(如岩石的性质、岩层的构造)等多种因素有关。
2、确定基本风压所规定的条件(P40)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,同一高度的风速还与地貌和地面粗糙程度有关③:公称风速的时距,我国《建筑结构荷载规范》规定基本风速的时距为10分钟④:最大风速的样本时间,世界各国基本上取1年作为统计最大风速的样本时间⑤:基本风速的重现期,一般以30、50作为重现期3、对于不同荷载组合时,要取一定的分项系数,为什么?(P174)主要是考虑到不同荷载的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荷载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之间在总体上误差最小。
4、计算顺风向风荷载时,需要考虑哪几方面的因素?(P51)①:风荷载体系系数②:风压力变化高度系数③:平均风下结构的静力风载5、设计基准期与设计使用年限的概念,二者的区别。
(P136)设计基准期:是为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数。
设计使用年限:设计的结构或结构构件不需要进行大修的使用年限。
设计基准期是为了确定各种荷载标准值所用的时间;设计使用年限不仅会影响设计基准期的多少,还会影响到结构的各项耐久性指标。
工程结构荷载与结构可靠度设计原理
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工程结构荷载与结构可靠度设计原理工程结构荷载是指在结构设计中所考虑的各种外部荷载,包括自重、活载、风荷载、地震荷载等。
这些荷载对于结构的安全性和可靠性有着至关重要的影响。
因此,在结构设计中,必须充分考虑荷载的大小、方向、作用时间等因素,以确保结构的安全性和可靠性。
结构可靠度设计原理是指在结构设计中,要考虑结构的可靠性,即在设计中要充分考虑各种不确定因素,如荷载、材料强度、结构几何形状等因素的不确定性,以确保结构在使用过程中的安全可靠性。
结构可靠度设计原理是结构设计的重要原则之一,它是保证结构安全可靠的基础。
在结构设计中,荷载是影响结构安全可靠性的重要因素之一。
荷载的大小、方向、作用时间等因素都会对结构的安全性和可靠性产生影响。
因此,在结构设计中,必须充分考虑荷载的大小、方向、作用时间等因素,以确保结构的安全性和可靠性。
除了荷载外,材料强度也是影响结构安全可靠性的重要因素之一。
材料强度的不确定性会对结构的安全性和可靠性产生影响。
因此,在结构设计中,必须充分考虑材料强度的不确定性,以确保结构的安全性和可靠性。
此外,结构几何形状也是影响结构安全可靠性的重要因素之一。
结构几何形状的不确定性会对结构的安全性和可靠性产生影响。
因此,在结构设计中,必须充分考虑结构几何形状的不确定性,以确保结构的安全性和可靠性。
综上所述,工程结构荷载与结构可靠度设计原理是结构设计中的重要原则之一。
在结构设计中,必须充分考虑荷载的大小、方向、作用时间等因素,以及材料强度和结构几何形状的不确定性,以确保结构的安全性和可靠性。
只有在结构设计中充分考虑这些因素,才能保证结构在使用过程中的安全可靠性。
工程荷载与可靠度设计原理
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工程荷载与可靠度设计原理工程荷载与可靠度设计原理1. 引言工程荷载与可靠度设计原理是在工程设计中非常重要的一部分。
在工程中,荷载是指在结构体上作用的力、力矩或其他外部作用。
可靠度设计原理是指在工程设计中考虑到结构的可靠性和安全性的设计原则。
本文将对工程荷载与可靠度设计原理进行解释。
2. 工程荷载工程荷载是指在工程中作用在结构体上的力、力矩或其他外部作用。
工程荷载包括静载荷和动载荷两种类型。
静载荷是指作用在结构上的静态力、力矩或其他力的作用,如自重、外部荷载等。
动载荷是指作用在结构上的动态力、力矩或其他力的作用,如风荷载、地震荷载等。
3. 荷载的分类荷载可以按照不同的分类方式进行划分,常见的分类方式有静态荷载和动态荷载,永久荷载和可变荷载等。
静态荷载是指在结构体上作用的静态力、力矩或其他外部作用。
静态荷载是恒定的,不会随时间变化。
动态荷载是指在结构体上作用的动态力、力矩或其他外部作用。
动态荷载是随时间变化的,如风荷载、地震荷载等。
永久荷载是指在结构体上永久存在的荷载,如自重、地基压力等。
永久荷载在结构设计中需要充分考虑,因为它们对结构的稳定性和承载能力有重要影响。
可变荷载是指在结构体上随时间变化的荷载,如人员活动荷载、交通荷载等。
可变荷载在结构设计中也需要考虑,因为它们会对结构的疲劳性能和动力响应产生影响。
4. 荷载计算与规范荷载计算是指根据工程实际情况和规范要求,对结构体上的荷载进行计算和分析的过程。
荷载计算需要考虑结构的承载能力、安全性和可靠性等因素。
荷载计算需要参考相关的规范和标准,如国家标准、行业标准等。
这些规范和标准提供了荷载计算的方法和要求,以确保结构的安全性和可靠性。
在荷载计算中,通常需要考虑不同荷载的组合作用,如永久荷载和可变荷载的组合、静态荷载和动态荷载的组合等。
这些组合荷载需要根据规范要求进行计算和分析。
5. 可靠度设计原理可靠度设计原理是指在工程设计中考虑结构的可靠性和安全性的设计原则。
工程结构荷载与结构可靠度设计原理
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工程结构荷载与结构可靠度设计原理在工程设计中,结构的可靠性是一个非常重要的考虑因素。
结构的可靠性设计能够保证结构在设计寿命内能够安全可靠地承受荷载。
而荷载是指作用在结构上的外力,包括静荷载和动荷载。
本文将介绍工程结构荷载的分类以及结构可靠度设计的原理。
我们来看一下工程结构荷载的分类。
根据荷载的性质和作用方式,可以将工程结构荷载分为以下几类:1. 常规荷载:常规荷载是指在结构设计中必须考虑的荷载,包括自重、活载和风荷载等。
自重是指结构本身的重量,活载是指移动在结构上的荷载,如人员、设备、货物等,而风荷载是指风对结构产生的作用力。
2. 临时荷载:临时荷载是指在特定情况下结构承受的临时荷载,包括施工荷载和地震荷载等。
施工荷载是指在结构施工过程中作用在结构上的荷载,地震荷载是指地震时地震波对结构产生的作用力。
3. 异常荷载:异常荷载是指结构设计中可能遇到的非常规荷载,如爆炸荷载、冲击荷载等。
这些荷载需要特殊考虑和设计,以保证结构的安全可靠性。
接下来,我们来介绍结构可靠度设计的原理。
结构可靠度是指结构在设计寿命内能够安全可靠地承受荷载的能力。
结构可靠度设计的原理包括以下几个方面:1. 设计荷载的确定:设计荷载是指在结构设计中考虑的荷载。
确定设计荷载需要考虑结构所处的环境条件、使用要求和设计寿命等因素,以确保结构在设计寿命内能够承受预期的荷载。
2. 荷载效应的计算:荷载效应是指荷载对结构产生的影响。
荷载效应的计算需要考虑结构的几何形状、材料特性和边界条件等因素,以确定结构在荷载作用下的变形、应力和位移等。
3. 结构的可靠性分析:结构的可靠性分析是指通过对结构的荷载效应和结构的可靠性要求进行综合分析,以确定结构的可靠度。
可靠性分析需要考虑荷载的不确定性和结构的不确定性,以保证结构的可靠性。
4. 结构的可靠性设计:结构的可靠性设计是指根据结构的可靠性分析结果,对结构进行合理的设计和优化。
可靠性设计需要考虑结构的材料、截面形状和连接方式等因素,以保证结构在设计寿命内能够安全可靠地承受荷载。
工程荷载与可靠度设计原理
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工程荷载与可靠度设计原理[填空题]1什么是施加于工程结构上的作用?荷载与作用有什么区别?参考答案:结构上的作用是指能使结构产生效应的各种原因的总称,包括直接作用和间接作用。
引起结构产生作用效应的原因有两种,一种是施加于结构上的集中力和分布力,例如结构自重,楼面的人群、家具、设备,作用于桥面的车辆、人群,施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等,它们都是直接施加于结构,称为直接作用。
另一种是施加于结构上的外加变形和约束变形,例如基础沉降导致结构外加变形引起的内力效应,温度变化引起结构约束变形产生的内力效应,由于地震造成地面运动致使结构产生惯性力引起的作用效应等。
它们都是间接作用于结构,称为间接作用。
“荷载”仅指施加于结构上的直接作用;而“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因。
[填空题]2结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类?参考答案:结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用和偶然作用;按空间位置变异可分为固定作用和自由作用;按结构反应性质可分为静态作用和动态作用。
[填空题]3什么是荷载的代表值?它们是如何确定的?参考答案:荷载代表值是考虑荷载变异特征所赋予的规定量值,工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值:标准值,组合值,频遇值和准永久值。
荷载可根据不同设计要求规定不同的代表值,其中荷载标准值是荷载的基本代表值,其它代表值都可在标准值的基础上考虑相应的系数得到。
[填空题]4成层土的自重应力如何确定?参考答案:地面以下深度z处的土体因自身重量产生的应力可取该水平截面上单位面积的土柱体的重力,对于均匀土自重应力与深度成正比,对于成层土可通过各层土的自重应力求和得到。
[填空题]5土压力有哪几种类别?土压力的大小及分布与哪些因素有关?参考答案:根据挡土墙的移动情况和墙后土体所处应力状态,土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类别。
土的侧向压力的大小及分布与墙身位移、填土性质、墙体刚度、地基土质等因素有关。
工程荷载与可靠度设计原理
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工程荷载与可靠度设计原理
工程荷载是指在工程建设过程中,作用在结构物上的各种力、力矩和反力。
在工程设计中,合理地确定工程荷载是确保工程结构安全可靠的重要因素。
可靠度设计则是指在进行工程设计时,考虑到各种可能出现的不确定因素,通过一定的数学方法和技术手段,使工程结构的可靠度达到规定的要求。
在工程设计中,确定工程荷载的过程是十分复杂的。
因为在实际工程中,荷载的大小和作用的方式往往是不确定的,而且还受到环境、材料和施工等多种因素的影响。
因此,在确定工程荷载时,需要考虑到可能的不确定因素和风险,以及可能的荷载变化情况。
在此基础上,通过一定的计算方法和技术手段,确定工程结构所需的荷载,以保证工程结构的安全可靠性。
而可靠度设计则是指在进行工程设计时,考虑到各种不确定因素和风险因素,以及工程结构的可靠度要求,确定工程设计方案。
在可靠度设计中,需要进行可靠度分析,以评估工程结构的可靠度。
可靠度分析通常采用概率统计方法,通过对各种因素和风险的计算和分析,确定工程结构的可靠度,并进行相应的设计调整和优化。
总之,工程荷载和可靠度设计是工程设计中不可或缺的两个方面,它们的确定和分析对于工程结构的安全可靠性至关重要。
通过合理地确定工程荷载和进行可靠度设计,可以有效地提高工程结构的安全性和可靠性,确保工程的长期稳定运行。
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§3.4 冻胀力
• 冻土与结构物的关系 ✓ 冻土抵抗外力的强度提高; ✓ 季节冻土与结构物的关系非常密切,在季节冻土
地区修建的结构物由于土的冻胀作用而造成各种 不同程度的冻胀破坏。主要表现在冬季低温时结 构物开裂、断裂,严重者造成结构物倾覆等;春 融期间地基沉降,对结构产生形变作用的附加荷 载。
大汽车荷载的概率大小,对荷载效应进行折减。 车道数越多,折减率越大。
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§2.4 车辆荷载 车辆荷载布置图
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单位(m)
§2.4 车辆荷载 ➢ 列车荷载 • 列车荷载应采用中华人民共和国铁路标准活载, 及“中-活载”。
我国城市桥梁设计荷载标准规定的城-A级车道荷载
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§2.3 雪荷载
➢雪重度随雪深的变化:
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§2.3 雪荷载
➢雪密度随时间的变化:
• 基本雪压最好是直 接量测,即直接记 录地面雪压值。
• 最大雪深与最大雪 重度两者并不一定 同时出现。
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§2.3 雪荷载
二、屋面的雪压 影响屋面雪压的因素: ①风;②屋面形式;③屋面散热。
静止的液体对其接触面产生的压力。 ➢ 规律
静水压力的水平分力是水深的直线函数关系。 ➢ 特点
静水压力总是作用在结构物表面的法线方向。 ➢ 计算
pA p0 hA
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§3.2 水压力及流水压力 水压力的分布图
水压力的竖向分布
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其他几种水压力在结构物上的分布模式
§3.2 水压力及流水压力
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§2.5 楼面活荷载 一些国家楼面均布活荷载取值(kN/m2)
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§2.6 人群荷载
➢ 公路桥梁设计中人群荷载一般取值为3kN/m2,市 郊行人密集区域取值为3.5kN/m2。在有人行道的 桥梁上,人群荷载与汽车荷载同时考虑。
➢ 城市桥梁设计中需考虑人群荷载对结构的作用, ①人行道板的人群荷载取5kN/m2的均布荷载或1. 5kN的集中竖向力作用在构件上进行计算,取其 不利值;②梁、桁架、拱及其他大跨结构的人群 荷载可按书中公式计算,但不得小于2.4kN/m2 。
§2.5 楼面活荷载
➢ 定义 楼面活荷载指房屋中生活或工作的人群、家具、 用品、设施等产生的重力荷载。
➢ 工程处理 考虑到楼面活荷载在楼面位置上的任意性,工程 设计应用时,一般将其处理为楼面均布荷载。
➢ 折减 计算结构或构件楼面活荷载效应时,如引起效应 的楼面活荷载面积超过一定的数值,则应对楼面 均布活荷载折减。
的波。 ✓ 立波的压力
波峰压强、波谷压强
简化的Sainflow压强分布
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§3.3 波浪荷载 ✓ 远区破碎波的压力
远区破碎波在直墙上的压强分布
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§3.3 波浪荷载 ✓ 近区破碎波的压力2
§3.3 波浪荷载 • 圆柱体上的波浪荷载 (1)小圆柱体的波浪荷载计算 (2)大圆柱体的波浪荷载计算
工程结构荷载与 可靠度设计原理
2023/5/12
第1章 荷载类型
§1.1 荷载与作用 §1.2 作用的分类
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§1.1 荷载与作用
• 荷载—由各种环境因素产生的直接作用在结构上的 各种力,例如重力、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;
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§2.3 雪荷载
单跨双坡屋面雪载分布
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§2.3 雪荷载 ➢ 屋面散热的影响 屋面散发的热量使部分积雪融化,同时也使 雪滑移更易发生,故采暖房屋的积雪一般比非采 暖房屋小。
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§2.4 车辆荷载
定义 • 对于公路桥,车辆荷载是指汽车、挂车、履带车
等; • 对于铁路桥,车辆荷载是指列车。
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§3.4 冻胀力
• 冻土的分类(根据冻土存在的时间) (1)多年冻土(或称永冻土) —冻结状态持续三
年以上的土层; (2)季节冻土—每年冬季冻结,夏季全部融化的土
层; (3)瞬时冻土—冬季冻结状态仅持续几个小时至数
日的土层。
每年冬季冻结,夏季融化的地表(浅层土体), 在多年冻土地区称之为季节融化层;在季节冻土 地区称之为季节冻结层(即季节冻土层)。
§2.5 楼面活荷载
§2.3 雪荷载
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§2.6 人群荷载
§2.1 结构自重
Gb V
式中 G b
构件的自重(kN) 构件材料的重度(kN/m3)
V
构件的体积,一般按设计
尺寸确定(m3)
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§2.1 结构自重 按面积分布自重F
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§2.1 结构自重 按长度分布自重f
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§3.4 冻胀力
➢ 土的冻胀原理 • 土冻胀三要素:水分、土质、负温度。 • 水分由下部土体向冻结锋面迁移,使在冻结面上
形成了冰夹层和冰透镜体,导致冻层膨胀,地层 隆起。 • 含水量越大,地下水位越高,冻胀程度越大。 • 土体冻结时,土颗粒之间相互隔离,产生位移, 使土体体积产生不均匀膨胀。 • 在封闭体系中,由于土体初始含水量冻结,体积 膨胀产生向四面扩张的内应力,这个力称为冻胀 力,冻胀力随着土体温度的变化而变化。
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§3.4 冻胀力
➢ 冻土的概念、性质及与结构物的关系 • 冻土的概念
具有负温度或零温度,其中含有冰,且胶结着松 散固体颗粒的土。 • 冻土的基本成分 固态的土颗粒、冰、液态水、气体和水汽。 • 冻土的性质 冻土是一种复杂的多相天然复合体,结构构造上 也是一种非均质、各相异性的多孔介质。其中, 冰与土颗粒之间的胶结程度及其性质是评价冻土 性质的重要因素。
3. 按结构的反应分类 (1)静态作用:对结构或结构构件不产生加速度或
其加速度可以忽略不计。例如,结构自重、土压 力、温度变化等。 (2)动态作用:对结构或结构构件产生不可忽略的 加速度。例如,地震、风、冲击和爆炸等。
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第2章 重力
§2.1 结构自重
§2.4 车辆荷载
§2.2 土的自重应力
第i层土的厚度(m)
第i层土的天然重度,若土层位
于地下水位以下,计算土的自
重应力时应取土的有效重度
' i
§2.1 结构自重
土的有效重度
' i
若土层位于地下水位以下,由于受到水的 浮力作用,单位体积中,土颗粒所受的重 力扣除浮力后的重度称为土的有效重度, 是土的有效密度与重力加速度的乘积
i' i w
二、动水压力
➢ 当水流过结构物表面时,会对结构物产生切应力 和正应力。
➢ 切应力只有在水高速流动时,才表现出来。
➢ 正应力=静水压力+动水压力。
即:
p p静p动
pp静p动p'
p动
时段平均动压力(Pa);
p'
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脉动压力(Pa);
§3.3 波浪荷载 ➢ 波浪的性质 • 成波原因:风、潮汐 • 波浪特性:波长λ、周期τ、波幅h—波浪参数
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§3.3 波浪荷载 • 影响波浪特性的主要因素: 风速v,风的持续时间t,水深H和吹程D ➢ 波浪荷载的计算 构筑物的分类
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§3.3 波浪荷载
• 直墙上的波浪荷载—按三种波浪设计 (1)立波; (2)近区破碎波,即构筑物附近半个波长范围内发
生破碎的波; (3)远区破碎波,及距直墙半个波长以外发生破碎
w 水的重度,一般取10kN/m3
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§2.3 雪荷载
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§2.3 雪荷载
一、基本雪压
➢ 定义: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。
S d
式中: S
d
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雪压(N/m2) 雪重度(N/m3) 雪深(m)
水平应力: x 1 p
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§3.1 土的侧向压力 三、土压力的计算 ➢ 静止土压力
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0 K0 z
K0 1sin'
§3.1 土的侧向压力 ➢ 主动土压力
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§3.1 土的侧向压力 ➢ 被动土压力
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§3.2 水压力及流水压力
一、静水压力 ➢ 定义
车辆荷载标准 • 车列荷载 • 车道荷载
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§2.4 车辆荷载
➢ 公路车辆荷载 • 汽车荷载分为两个等级:公路Ⅰ级和公路Ⅱ级; • 对于桥梁结构的整体计算,汽车荷载采用车道荷
载;对于桥梁的局部加载; • 对于涵洞、桥台和挡土墙压力等的计算,汽车荷
载采用车辆荷载。 • 对于多车道桥涵,可根据多个车道上同时出现最
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§3.1 土的侧向压力 ➢ 分类 根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力状 态,土压力可分为静止土压力、主动土压力和被 动土压力。
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§3.1 土的侧向压力
二、基本原理 一般土的侧向压力计算采用朗肯土压力理论或库 伦土压力理论,前者应用较为普遍。
朗肯土压力理论的基本假设: (1)对象为弹性半空间土体; (2)不考虑挡土墙及回填土的施工因素; (3)挡土墙墙背竖直、光滑、填土面水平,无超载。
➢ 风对屋面积雪的影响—漂积作用 在下雪过程中,风会把部分本将飘落在屋面上的 雪吹积到附近的地面上或其他较低的物体上,这 种影响称为风的漂积作用。
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§2.3 雪荷载
漂积作用的影响: • 使敞风较好的平屋面或小坡度屋面上的雪压小于