工程结构荷载与作用
《工程荷载与可靠度设计原理》课后思考题及复习详解
《工程荷载与可靠度设计原理》---课后思考题解答1 荷载与作用1.1 什么是施加于工程结构上的作用？荷载与作用有什么区别？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。
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。
1.3 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和得到。
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。
2.1_结构上的荷载
准永久值 系数 ψq
0.5
0.7
0.5
0
2.0
0.7
0.5
0.4
3.0
0.7
0.6
0.5
注：1 不上人的屋面,当施工或维修荷载较大时,应按实际情况采用；对不同 结构应按有关设计规范的规定,将标准值作0.2kN/m2 的增减。
2 上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用。 3 对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载，应采取构造措施加 以防止；必要时，应按积水的可能深度确定屋面活荷载。
4 屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。
屋面活荷载
一般 上人屋面的活载标准值2.0kN/m2 不上人屋面的活载标准值0.5kN/m2 屋顶花园3.0kN/m2 （不包括池墙）
屋面活荷载不应于雪荷载同时考虑，取其较大者 屋面活荷载标准值与是否上人、屋面的结构形式有关；与面
风速 物体的形状
风流动模式的改变
力或风荷载
（二）可变荷载（活载）
2. 风荷载
作用在建筑物表面单位面积上的风荷载标准值wk：
wk z s z w0 (kN / m2 )
式中： w0——基本风压值，单位kN/m2 μz ——风压高度变化系数 μs ——风载体型系数 βz ——高度处的风震系数
使用荷载——直接、可变荷载
施工安装——直接、可变荷载
施工荷载——直接、可变荷载
钢材焊接——间接、永久荷载
气象
动力
雪荷载——直接、可变荷载
振动荷载——直接、可变荷载
风荷载——直接、可变荷载
冲击荷载——直接、可变荷载
冰荷载——直接、可变荷载
车辆荷载——直接、可变荷载
建筑结构的荷载和强度分析
建筑结构的荷载和强度分析对于建筑结构设计而言，荷载和强度分析是至关重要的步骤。
荷载是指作用在建筑物上的力或重量，而强度是指结构材料抵御这些荷载的能力。
准确的荷载和强度分析可以确保建筑结构的安全性和可靠性。
本文将介绍建筑结构荷载和强度分析的基本概念以及常用的分析方法。
一、荷载分析荷载分析是建筑结构设计的重要环节。
在荷载分析中，设计师需要考虑到建筑物所承受的各种荷载类型，包括恒载、可变载和临时荷载等。
恒载是指建筑物自身的重量，如屋面、墙体以及楼板的荷载。
可变载包括使用荷载和雪载等，这些荷载会根据建筑物的用途和地理环境而变化。
临时荷载则是一些短期内作用在建筑物上的荷载，如装修材料的重量等。
荷载分析中的一个重要概念是设计荷载。
设计荷载是根据建筑物的用途和所处地区的规范要求确定的，其目的是确保建筑物的安全性。
设计师需要根据规范要求确定设计荷载，并结合具体的建筑结构形式进行分析计算。
在荷载分析中，设计师可以使用各种工程软件进行模拟计算。
这些软件可以提供荷载分析结果，并根据计算结果进行结构设计的优化。
二、强度分析强度分析是建筑结构设计中的另一个重要环节。
在强度分析中，设计师需要考虑结构材料的强度参数以及荷载对结构的影响。
结构材料的强度参数包括抗弯强度、抗拉强度、抗压强度等。
这些参数需要根据实验或理论计算得出，并在强度分析中使用。
设计师可以根据荷载大小和结构形式，计算结构材料的强度是否满足荷载的要求。
强度分析中的一个重要方法是有限元分析。
有限元分析是一种数值计算方法，可以将结构分割成有限个小元素，从而快速计算结构的应力和变形状态。
有限元分析可以帮助设计师判断结构的强度是否满足要求，并进行结构设计的调整和改进。
除了强度分析，设计师还需要考虑结构的稳定性。
结构的稳定性指的是在荷载作用下结构是否发生失稳或破坏。
设计师可以通过分析结构的稳定性来确保结构在不同荷载作用下保持稳定。
三、分析方法在建筑结构的荷载和强度分析中，设计师可采用不同的分析方法进行计算和评估。
《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记
《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记第一章：荷载类型1.1 荷载与作用荷载是指作用在结构上的各种力，它们可以导致结构的变形、位移或破坏。
荷载通常分为两类：直接作用和间接作用。
1. 直接作用：指直接施加在结构上的力，如人的重量、家具、车辆等。
这些力可以直接作用在结构的某个部分，导致该部分产生应力、应变和变形。
2. 间接作用：指不是直接施加在结构上的力，但会通过结构的一部分传递到另一部分，如温度变化、地震等。
这些力不会直接导致结构产生应力，但会通过结构的变形和位移产生影响。
1.2 作用的分类荷载作用可以分为以下几类：1. 恒载：指在结构使用过程中始终存在的荷载，如结构自重、固定设备等。
恒载的大小和作用点一般不会发生变化。
2. 活载：指在结构使用过程中可能变化的荷载，如人的活动、车辆的行驶等。
活载的大小和作用点可能会随着时间发生变化。
3.偶然荷载：指在结构使用过程中可能发生，但发生概率较小的荷载，如意外事故、爆炸等。
偶然荷载的大小和作用点通常难以预测。
4.地震作用：指地震时地面的震动对结构产生的影响。
地震作用是一种特殊的偶然荷载，其大小和作用点取决于地震的强度和震中距离。
5.风荷载：指风对结构产生的影响。
风荷载的大小和作用点取决于风速、风向和地形等因素。
6.温度作用：指温度变化对结构产生的影响。
温度作用可能导致结构产生膨胀或收缩，从而产生应力、应变和变形。
7.变形作用：指由于地基沉降、结构老化等原因导致结构产生的变形。
变形作用可能会导致结构的应力、应变和位移发生变化。
8.爆炸作用：指由于爆炸事故对结构产生的影响。
爆炸作用通常会导致结构产生局部破坏或整体破坏。
9.浮力作用：指由于水的浮力对结构产生的影响。
浮力作用通常发生在水下结构或浮体结构中。
10.制动力、牵引力与冲击力：指由于车辆行驶、机械运动等原因对结构产生的影响。
这些力可能会导致结构产生振动、噪声和疲劳损伤。
11.预加力：指在施工过程中预先施加在结构上的力，如预应力混凝土结构中的预应力钢筋。
荷载值的定义及应用
荷载值的定义及应用荷载值是指结构物或工程设备所承受的外部荷载的大小或数量。
在工程设计中，荷载值是根据实际工况和设计要求确定的，对于不同类型的结构体，荷载值的定义和应用也有所不同。
以下将从结构工程和机械工程的角度分别介绍荷载值的定义和应用。
一、结构工程中的荷载值1.定义：在结构工程中，荷载值是指建筑物、桥梁、隧道等结构承受的各种外部力的大小或数量。
这些外部力包括静力荷载和动力荷载。
静力荷载主要有永久荷载、变动荷载和零散荷载，如自重、人员、家具、设备等。
动力荷载主要有风荷载、地震荷载和水荷载等。
2.应用：荷载值的应用是为了确保工程结构的安全性和稳定性。
在设计结构物时，根据结构的特点和使用要求，计算各种荷载的作用大小，并在结构的各个部分合理分配荷载，以保证结构物的正常运行和使用。
具体应用包括：（1）设计建筑物的主体结构时，需要考虑永久荷载，如自重、固定设备等。
（2）在设计桥梁时，需要考虑交通荷载、风荷载、雪荷载等。
（3）在设计隧道时，需要考虑土压力、地震荷载等。
（4）在设计钢结构时，需要考虑活荷载、零散荷载等。
（5）在设计混凝土结构时，需要考虑水平荷载、温度荷载等。
二、机械工程中的荷载值1.定义：在机械工程中，荷载值是指机械设备所承受的力或力矩的大小或数量。
机械设备的荷载主要包括静荷载和动荷载。
静荷载包括固定荷载和移动荷载，如设备本身的重量、支撑件的重量等。
动荷载包括振动荷载、冲击荷载和转矩荷载等。
2.应用：荷载值的应用是为了确保机械设备的正常运行和使用寿命。
在机械设计中，根据设备的类型和使用要求，计算各种荷载的作用大小，并在机械设备的结构中合理分配荷载，以保证设备的正常运行和使用寿命的延长。
具体应用包括：（1）在设计机械传动系统时，需要考虑传递功率所需的转矩荷载。
（2）在设计轴承时，需要考虑设备的重量和旋转时的离心力等。
（3）在设计机械支撑结构时，需要考虑设备的重量和振动荷载等。
（4）在设计机械运动轨迹时，需要考虑设备的移动荷载和冲击荷载等。
工程荷载与可靠度设计原理习题解答(终审稿)
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。
建筑结构上的荷载与作用
高湿度环境会加速建筑材料的腐蚀，如木材腐朽、金属锈蚀等。
腐蚀环境对结构影响
化学腐蚀
01
建筑物处于腐蚀性环境中，如酸雨、盐碱地等，会导致建筑材
料的化学腐蚀。
电化学腐蚀
02
不同金属间存在电位差，会导致电化学腐蚀的发生，如钢筋在
混凝土中的锈蚀。
生物腐蚀
03
微生物、昆虫等生物活动会对建筑材料造成破坏，如木材被白
智能化技术是当前科技发展的热点之 一，其在建筑结构工程领域的应用前 景广阔。通过引入智能化技术，可以 实现建筑结构的自适应、自修复和智 能化管理，提高结构的安全性和可靠 性。
随着环保意识的不断提高，绿色环保 理念将在建筑结构工程中得到更广泛 的推广和应用。在未来的发展中，应 注重环保材料的选择、节能减排措施 的实施以及建筑废弃物的回收利用等 方面，推动建筑结构工程向更加环保 、可持续的方向发展。
荷载分类
根据荷载的性质和变化规律，可分为 静力荷载和动力荷载；根据荷载的作 用时间和变化特点，可分为永久荷载 、可变荷载和偶然荷载。
作用在建筑结构上的力
风力
风对建筑结构产生的压力或吸 力，是可变荷载的一种。
雪荷载
积雪对建筑结构产生的压力， 是可变荷载的一种。
重力
建筑结构自身重量产生的重力 ，是永久荷载的主要来源。
影响
风荷载会对建筑物的稳定性和安全性 产生影响，特别是在高层建筑、大跨 度桥梁等结构中，风荷载的作用更加 显著。
雪荷载
定义
雪荷载是指降雪在建筑物顶部或屋面上堆积 产生的荷载。
影响
雪荷载会对建筑物的屋顶结构和承重墙等产生压力 ，可能导致结构变形或破坏。
计算方法
雪荷载的计算需要考虑降雪量、雪的密度、 建筑物的形状和坡度等因素，通常采用规范 规定的公式进行计算。
工程结构荷载与可靠度设计原理知识点
工程结构荷载与可靠度设计原理知识点荷载：由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力，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。
作用：将能使结构产生效应的各种因素称为作用。
直接作用：直接作用在各种结构上的各种荷载。
间接作用：能够引起结构内力，变形效应的非直接作用因素，如地震、温度变化、基础不均匀沉降。
作用的分类：随时间的变异分：永久作用、可变作用、偶然作用。
随空间位置的变异：固定作用、可变作用。
结构的反应分类：静态作用、动态作用。
注：1.严格意义上讲，只有直接作用才能称为荷载。
2.土压力、风压力和水压力是荷载，由爆炸、离心作用等产生的作用在物体上的惯性力也是荷载。
3.按照间接作用的定义，温度变化、基础不均匀沉降为间接作用。
4.直接作用和间接作用都能引起结构效应。
雪荷载：单位面积地面上积雪的自重。
基本雪压：指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。
（基本雪压是针对地面上的积雪荷载定义的）雪重度是一个随时间和空间变化的量。
最大雪深和最大雪重度不同时出现。
屋面血压影响因素:风、屋面形式、屋面散热。
汽车荷载：包括车辆荷载和车道荷载。
汽车荷载：考虑车的排列方式，以集中荷载形式作用于车轴位置。
车道荷载：不考虑车的排列方式，等效为均布荷载。
公路桥涵上的车辆荷载有车列荷载和车道荷载两种形式。
风压：当以一定速度向前运动遇到阻碍时，对阻碍物产生的压力。
基本风压：按规定的高度、地貌、时距、等量测的风速所确定的风压称为基本风压。
基本风压规定：1.标准高度：10m2.地貌:空旷平坦3.公称风速时距：10min4.最大风速的样本时间：1年5.基本风速的重现期：一般为几十年横向风风力系数：注：1.我国现行《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012规定基本风压的标准高度为10m。
2.地面越粗糙，风速变化越慢，梯度风高度越高；反之，风速变化越快，梯度风高度越小。
工程荷载习题答案
《荷载与设计原则》习题答案第1章荷载与作用一、填空题1．作用是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。
2．作用是使结构或构件产生效应的各种原因。
3．结构上的作用可分为直接作用和间接作用，荷载是直接作用。
4．施加在结构上的集中力或分布力称为直接作用,与结构本身性能无关;引起结构外加变形或约束的原因称为间接作用，该作用的大小与结构自身的性质有关.5．土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。
它既指工程建设的对象，也指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等专业技术。
6．土木工程结构是指由若干个构件组成的受力体系，是土木工程的骨架，也是它们赖以存在的基础。
它的主要功能是承受工程在使用期间可能出现的各种荷载并将它们传递给地基。
7．现代土木工程的建造必须经过论证策划、设计、施工 3个主要环节。
8．土木工程设计包括功能设计和结构设计 . 功能设计是实现工程建造的目的、用途；结构设计是决定采用怎样形式的骨架将其支撑起来，怎样抵御和传递作用力，各部分尺寸如何，用什么材料制造等等。
9．工程结构设计是在工程结构的可靠与经济、适用与美观之间,选择一种最佳的合理的平衡，使所建造的结构满足预定的各项功能要求 .10．工程结构的“功能要求”是指工程结构安全性、适用性和耐久性 ,统称为可靠性。
11．荷载效应和结构抗力之间最佳的合理的平衡，就是使工程结构既经济又具有一定的可靠度。
二、多项选择1、下列作用属于直接作用的为( A、B、E ）A．自重 B．土压力 C．混凝土收缩徐变 D．焊接变形 E、桥梁上的车辆重量2、下列作用属于间接作用的为( A、C、D ）A．地基变形B．水压力C．温度变化D．地震作用E．水中漂浮物对结构的撞击力3、荷载效应是指（A、C、D、E ）A．内力B．温度C．位移D．裂缝E．应力三、单项选择1、工程结构的“功能要求"(或“可靠性”）是指工程结构的( B ）A．可靠、经济、适用、美观B．安全性、适用性和耐用性C．安全性、经济、适用D．可靠、耐用、美观2、荷载取值和荷载计算正确与否直接影响( C )的计算A．结构抗力B．结构可靠度C．荷载效应D．结构尺寸四、简答题1、荷载与作用对土木工程设计有何意义？工程结构设计是在工程结构的可靠与经济、适用与美观之间，选择一种最佳的合理的平衡，使所建造的结构能满足预定的各项功能要求。
《工程荷载与可靠度设计原理》习题解答
《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。
荷载总结归纳
荷载总结归纳荷载是指施加到结构或系统上的外力、重力或其他载荷，它对于结构的安全性和稳定性至关重要。
在工程设计和分析中，对于各种类型的荷载进行系统的总结和归纳，可以为结构设计和评估提供重要的依据。
本文将对一些常见的荷载进行总结归纳，并分析其在工程中的应用。
一、静态荷载静态荷载是指施加到结构上的恒定或不随时间变化的荷载。
在结构分析和设计中，常见的静态荷载包括：1. 自重荷载：指物体本身所受的重力荷载。
自重荷载在各种结构分析和设计中都应被考虑，如建筑物的地基承载力计算、桥梁的强度设计等。
2. 弯矩荷载：指施加在结构上产生弯曲作用的荷载。
例如，悬臂梁的自重和外加重力荷载都可以产生弯矩荷载。
3. 剪力荷载：指施加在结构上产生剪切作用的荷载。
例如，剪力墙在地震作用下承受的剪力荷载。
4. 水平荷载：指施加在结构上产生水平力的荷载。
例如，风荷载和地震作用都是常见的水平荷载。
风荷载对于建筑物的抗风能力评估和设计非常重要。
5. 温度荷载：指由于温度变化引起的结构应力和变形。
温度荷载在管道、炉膛等工程中需要考虑。
二、动态荷载动态荷载是指施加到结构上的随时间变化的荷载。
常见的动态荷载包括：1. 振动荷载：指由于机械设备、交通运输等所产生的振动力。
例如，高速列车过境对桥梁结构所产生的振动荷载。
2. 冲击荷载：指短时间内施加到结构上的高冲击力。
例如，起重机吊车卸载时产生的冲击荷载。
3. 施工荷载：指在建筑物或其他结构施工过程中所施加的荷载。
例如，在大型施工项目中，施工机械和材料在施工过程中对结构的荷载。
三、变动荷载变动荷载是指随时间变化且具有不确定性的荷载。
常见的变动荷载包括：1. 雪荷载：指积雪对建筑物或其他结构的荷载。
根据地区和季节的不同，雪荷载会有所变化。
2. 沉积物荷载：指沉积物对河床、堤坝等水利工程的荷载。
沉积物荷载的变化会影响水利结构的稳定性。
3. 人员荷载：指人员在建筑物或其他结构上的荷载。
例如，楼梯、平台等人员活动区域的设计需要考虑人员荷载。
第一章 荷载与作用
3、偶然作用（accidental action）
在结构设计基准期内，不一定出现，但一旦出现，其量值很大且持续时间 较短的作用。
【例如】 地震作用、爆炸、船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用等。
§1.2 作用的分类 【注意】
由于可变作用的变异性比永久作用的变异性大， 可变作用的相对取值应比永久作用的相对取值大；
构上的集中力和分布力引起的直接作用有明显的变异性，在 设计时为了便于取值，通常是考虑荷载的统计特征赋予一个 规定的量值，这个量值称为荷载代表值。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；
荷载标准值（standard value） ：荷载在结构使用期间
可能出现的最大值，是荷载的基本代表值。
另外由于偶然作用的出现概率较小，结构抵抗偶然
作用的可靠度要求可比抵抗永久作用和可变作用的
可靠度低。
§1.2 作用的分类
二、按随空间位置的变异分类—固定作用、自由作用
1、固定作用（fixation action）
在结构空间位置上具有固定的分布，其值可能具有随机性。
【例如】工业与民用建筑楼面上的固定设备荷载、结构构件自重等。
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结构工程基础知识
结构工程专门知识
§1.1 工程荷载与作用
工程结构（Engineering Structures）:采用建筑材料（混 凝土、钢、木等）建造的能够承受各种作用的结构体系 （房屋、道路、桥梁、隧道、堤坝等工程设施）。
首先应满足自身功能要求; 其次工程结构需要形成一个坚实的骨架，承受使用过程中可能出 现的各种环境作用。
§1.3 荷载代表值
对一些可以放松正常使用功能控制要求的，例
如二级裂缝控制等级的预应力构件，可采用荷 载效应准永久组合；在控制钢筋混凝土受弯构 件挠度时，也要考虑荷载效应准永久组合对刚 度有降低的影响，此时可以通过荷载效应标准 组合和准永久组合弯矩设计值的比值确定刚度 的折减系数；
工程结构荷载与可靠度设计原理-完整版
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
桥梁工程中的荷载与结构关系分析
桥梁工程中的荷载与结构关系分析桥梁是人类工程学中的伟大成果，它们连接着大地和人们的生活，承载着巨大的荷载。
荷载与结构的关系是桥梁工程中重要的研究内容，对于建造安全耐用的桥梁至关重要。
一、荷载的种类及其特点荷载是指施加在桥梁结构上的力的作用。
在桥梁工程中，主要有静载荷和动载荷两种类型。
静载荷是桥梁底部受力的主要来源，包括自重荷载、活载荷载和附加荷载等。
自重荷载是因桥梁本身的质量而产生的，是静载荷中最基本的一种。
活载荷载是指由行驶的车辆、人以及其他外部载荷所产生的力。
附加荷载则主要指由自然环境和人为因素带来的额外荷载，如风、冰、雪等。
动载荷主要指桥梁结构受到的频繁变化的荷载，如行驶车辆的冲击和震动。
二、荷载与桥梁结构的关系荷载与桥梁结构的关系紧密相连，正确分析和评估荷载对桥梁结构的影响，是保证桥梁工程安全可靠的关键。
首先，荷载对桥梁结构产生的作用是不可忽视的。
荷载会直接或间接地作用于桥梁各构件上，通过构件的传力和承载机理，进一步传递到整个桥梁结构上。
桥梁结构的抗震性能、稳定性和安全性等都与荷载有着密切关系。
其次，荷载对桥梁结构设计的影响很大。
合理的荷载设计可以降低荷载对桥梁结构的不利影响，提高桥梁的承载能力和使用寿命。
荷载设计要充分考虑实际使用环境和预测未来的荷载，合理选择设计参数和结构形式，确保桥梁在不同荷载下的安全可靠性。
最后，荷载分析对于桥梁结构的监测和维护也非常重要。
通过监测荷载，可以及时发现桥梁结构的异常变化，采取相应的措施进行维护和修复。
合理维护和保养桥梁结构，能够延长其使用寿命，保证交通安全。
三、荷载与结构关系分析的方法在荷载与结构关系分析中，常用的方法有理论分析和实验验证两种。
理论分析通过建立数学模型，利用力学原理和结构力学理论，推导出结构的应力、变形等参数。
通过这些参数的计算和分析，可以获得结构在荷载作用下的响应情况。
实验验证则是通过搭建物理模型、进行试验加载或采集实测数据，验证理论分析的正确性。
荷载和作用
1.2
作
图1-13地面运动时建筑物
用
的相应运动
图1-14 荷载和作用分类
1.2 作 用
谢谢观看！
1.2
作
图1-11 温差作用
用
2.外加变形作用
外加变形作用以地基的沉陷作用最为典型。土木工程的结构 是构筑在土层上的，土层受力后总会产生不均匀沉陷，但过 大的不均匀沉陷会引起结构产生不小的内力，甚至可使结构 开裂或倒塌。
1.2
作
图1-12 沉陷作用
用
3.惯性作用
惯性作用以地震作用最为典型。地震引起的地面运动会使土 木工程结构在水平和竖向产生加速度反应，这种加速度反应 值与土木工程设施本身质量的乘积就形成了地震施加给结构 的力，即地震作用。
荷载和作用
1.永久荷载 永久荷载也称恒载，指在使用期间永久施加在结构上上的荷载
荷
1—风载（压力，+）；2—承重结构自重；3—墙面、屋面、地面
载
（含顶棚）恒载；4—雪载；5—楼面活载；6—风载（吸力，-）
2.可变荷载
1.1 荷 载
图1-10 桥梁上的汽车荷载
T1、T2、T3、T4—汽车轴重；b1、b2、c—不同规范规定的车轴间距离
1.1
荷
载
3.偶然荷载 偶然荷载是指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，如撞击荷载、爆炸荷载等。
1.1 荷 载
1.约束变形作用 约束变形作用以温差作用为典型。土木工程中的结构构件因 昼夜和季节温差，每时每刻都在改变着形状和尺寸。当这种 改变受到约束时会使结构受到内力，这就是温差作用。
《工程结构荷载与可靠度分析》李国强(第四版)课后习题答案教学内容
《工程结构荷载与可靠度分析》李国强(第四版)课后习题答案第一章荷载类型1、荷载与作用在概念上有何不同？荷载：是由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力。
作用：能使结构产生效应的各种因素总称。
2、说明直接作用和间接作用的区别。
将作用在结构上的力的因素称为直接作用，将不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作用，如温度改变，地震，不均匀沉降等。
只有直接作用才可称为荷载。
3、作用有哪些类型？请举例说明哪些是直接作用？哪些是间接作用？①随时间的变异分类：永久作用、可变作用、偶然作用②随空间位置变异分类：固定作用、可动作用③按结构的反应分类：静态作用、动态作用。
4、什么是效应？是不是只有直接作用才能产生效应？效应：作用在结构上的荷载会使结构产生内力、变形等。
不是。
第二章重力1、结构自重如何计算？将结构人为地划分为许多容易计算的基本构件，先计算基本构件的重量，然后叠加即得到结构总自重。
2、土的重度与有效重度有何区别？成层土的自重应力如何计算？土的天然重度即单位体积中土颗粒所受的重力。
如果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。
3、何谓基本雪压？影响基本雪压的主要因素有哪些？基本雪压是指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。
主要因素：雪深、雪重度、海拔高度、基本雪压的统计。
4、说明影响屋面雪压的主要因素及原因。
主要因素：风的漂积作用、屋面坡度对积雪的影响（一般随坡度的增加而减小，原因是风的作用和雪滑移）、屋面温度（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）。
5、说明车列荷载与车道荷载的区别。
车列荷载考虑车的尺寸及车的排列方式，以集中荷载的形式作用于车轴位置；车道荷载则不考虑车的尺寸及车的排列，将车道荷载等效为均布荷载和一个可作用于任意位置的集中荷载形式。
第三章侧压力1.什么是土的侧压力？其大小与分布规律与哪些因素有关？土的侧向压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的土压力。
建筑结构设计中涉及的作用或荷载说明书
建筑结构设计中涉及的作用或荷载说明书1总则1.0.1 为了适应建筑结构设计的需要，以符合安全适用、经济合理的要求，制定本规范。
1.0.2 本规范适用于建筑工程的结构设计。
1.0.3本规范是根据《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068－2001）规定的原则制订的。
1.0.4建筑结构设计中涉及的作用包括直接作用（荷载）和间接作用（如地基变形、混凝土收缩、焊接变形、温度变化或地震等引起的作用）。
本规范仅对有关荷载作出规定。
1.0.5本规范采用的设计基准期为50 年。
1.0.6建筑结构设计中涉及的作用或荷载，除按本规范执行外，尚应符合现行的其他国家标准的规定。
2.1 术语2.1.1永久荷载permanent load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。
2.1.2 可变荷载variable load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。
2.1.3 偶然荷载accidental load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。
2.1.4荷载代表值representative values of a load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。
2.1.5 设计基准期design reference period为确定可变荷载代表值而选用的时间参数。
2.1.6 标准值characteristic value/nominal value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)。
2.1.7组合值combination value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。
2.1.8频遇值frequent value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。
《工程结构荷载与可靠度分析》李国强(第四版)课后习题答案
第一章荷载类型1、荷载与作用在概念上有何不同？荷载：是由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力。
作用：能使结构产生效应的各种因素总称。
2、说明直接作用和间接作用的区别。
将作用在结构上的力的因素称为直接作用，将不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作用，如温度改变，地震，不均匀沉降等。
只有直接作用才可称为荷载。
3、作用有哪些类型？请举例说明哪些是直接作用？哪些是间接作用？①随时间的变异分类：永久作用、可变作用、偶然作用②随空间位置变异分类：固定作用、可动作用③按结构的反应分类：静态作用、动态作用。
4、什么是效应？是不是只有直接作用才能产生效应？效应：作用在结构上的荷载会使结构产生内力、变形等。
不是。
第二章重力1、结构自重如何计算？将结构人为地划分为许多容易计算的基本构件，先计算基本构件的重量，然后叠加即得到结构总自重。
2、土的重度与有效重度有何区别？成层土的自重应力如何计算？土的天然重度即单位体积中土颗粒所受的重力。
如果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。
3、何谓基本雪压？影响基本雪压的主要因素有哪些？基本雪压是指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。
主要因素：雪深、雪重度、海拔高度、基本雪压的统计。
4、说明影响屋面雪压的主要因素及原因。
主要因素：风的漂积作用、屋面坡度对积雪的影响（一般随坡度的增加而减小，原因是风的作用和雪滑移）、屋面温度（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）。
5、说明车列荷载与车道荷载的区别。
车列荷载考虑车的尺寸及车的排列方式，以集中荷载的形式作用于车轴位置；车道荷载则不考虑车的尺寸及车的排列，将车道荷载等效为均布荷载和一个可作用于任意位置的集中荷载形式。
第三章侧压力1.什么是土的侧压力？其大小与分布规律与哪些因素有关？土的侧向压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的土压力。
结构的计算简图及受力分析—荷载的简化(建筑力学)
3 按荷载作用的范围分 分布荷载 满布在结构的整个体积内或表面上的的荷载
体积分布荷载，N/m3或kN/m3 作用于整个体积内的分布荷载——结构自重
面分布荷载，N/m2或kN/m2 作用于结构表面的分布荷载——压力
集中荷载 当荷载的分布范围面积远小于结构的尺寸时，则可认为此荷载作 用在结构的一点。单位是N，常用字母F表示。
荷载的分类
荷 载：作用在结构上的主动力 荷载与支座反力都是其他物体作用在结构上的力，统称为作用在结构上的外力。 在外力作用下，结构内各构件之间将产生相互作用的力——内力。 结构或构件的承载能力都直接与内力有关，而内力又是由外力所引起和确定的。 在结构设计中，首先要分析和计算作用在结构上的外力，然后计算结构的内力。 因此，确定结构所受的荷载是对进行受力分析的前提，必须慎重对待。 如将荷载估计过大，则设计的结构尺寸将偏大，造成浪费；如将荷载估计过小， 则设计的结构不够安全。
荷载的分类
在工程实际中，结构所受到的荷载是多种多样的，为了便于分析，将从不 同的角度对荷载进行分类。 1 按作用在结构上的时间分 恒 载 ——长期作用在结构上的不变荷载
恒载的大小和作用位置都不发生变化。如结构的自重、土压力、预应力等。
活 载 ——暂时作用在结构上的可变荷载。 如列车、汽车、吊车、人群、风、雪荷载等。
荷载的简化
作用于实际结构上的荷载可分为体积力和表面力两大类 体积力是作用在构件整个体积内每一点处的，如自重或惯性力等。 表面力则是由其他物体通过接触面传给结构的作用力，如土压力、车辆的轮压力等。 在杆系结构的计算简图中，将杆件简化为轴线，因此不管是体积力还是表面力都简 化为作用在轴线上的力。 荷载按分布情况可简化成线分布荷载、集中荷载和集中力偶。
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第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
（3）荷载准永久值 ——可变荷载在结构使用期间经常达到和超过的值。
可变荷载准永久值通过标准值乘以准永久值系数得到。
（4）荷载频遇值 ——可变荷载在结构上频繁出现且量值较大的值。可变
荷载频遇值可通过标准值乘以频遇值系数得到。
第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
（2）间接作用：
不是直接以力出现（外加变形和约束变 形），但对结构产生内力，例如：基础 沉降、温度变化等。
“作用”泛指结构产生内力、变形的所有原因，包括直 接作用和间接作用，而“荷载”仅指结构上的直接作用。
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
为便于考虑不同的作用所产生的效应，可将结构上的作用按 随时间或空间位置的变异分类，或按结构的反应性质分类。
（1）工程结构应满足自身功能要求，例如建造房屋遮风蔽 雨形成人类活动空间，架桥铺路为人群和车辆提供通道。
（2）工程结构需要形成一个坚实的骨架承受使用过程中可 能出现的各种外力和环境作用。
房屋结构：承受自身重量、人群和家具重量、风压力和 雪重等作用；
道路桥梁：承受车辆重量、车辆制动力和冲击力、水压 力和土压力等作用；
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
二、按随空间位置的变异分类
（1）固定作用
——在结构上出现的空间位置固定不变，但其量值可 能具有随机性。
例如：结构自重、固定设备自重、屋顶水箱重量等。
（2）自由作用
——在结构上的一定空间任意分布，出现的位置和量 值都可能是随机的。
例如：车辆荷载、吊车荷载等，需要考虑其位置变化引 起的最不利效应。
（1）结构可靠度不足，影响正常使用，使用寿命缩短，危及 结构安全；
（2）结构可靠度过高，浪费材料，工程造价提高。
准确合理地确定结构上的作用是结构物具有足够 的可靠度并且造价经济合理的保证。
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
二、结构上的作用 （1）直接作用：
直接以力的不同集结形式（集中力和分 布力）作用于结构，例如：结构自重、 风荷载等；
在地震区的工程结构：承受地震作用。
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
工程结构设计的过程和目的：
确定外界作用对结构产生的效应（应力、位移、应变等） 确定结构本身的抵抗能力（承载能力、刚度、延性等）
> 结构的抗力
外力
保证结构具有足够的承载能力，将结构变形控制 在满足正常使用的范围内。
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
三、按结构的动力反应分类
（1）静态作用
——逐渐地、缓慢地施加在结构上，作用过程中不产生 加速度或加速度甚微可以忽略不计。
例如：楼面上人员荷载、雪荷载、土压力等。
（2）动态作用
——使结构产生显著的加速度。 例如：地震作用、设备振动、阵风脉动、打桩冲击等。
动态作用应当考虑其动力效应，一般采用乘以动力系 数，将动态作用等效为静态作用的简化设计方法。
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
荷载确定不当或结构抗力不 足就会导致结构倒塌破坏
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
结构设计的第一步就是要确定结构上的作用。
结构上的作用——指能使结构产生效应（内力、应力、位移、 应变、裂缝等）的各种原因的总称。
一、确定作用的重要性 作用确定不准确的后果：
一、按随时间的变异分类 （1）永久作用
其中的直接作 用为恒荷载
——在结构设计基准期内，其值不随时间变化，或者变 化的量值相对平均值而言可以忽略不计。
例如：结构自重、土的侧压力、静水压力、预加应力、 混凝土收缩和徐变、基础不均匀沉降等（后两者随时间单调 变化而趋于限值）第二节 作用分类
四、按作用方向分类 竖向作用（例如结构自重、楼面荷载等） 水平作用（例如风荷载、水平地震作用等）
作用按时间的变异分类
最主要的分类 （应用最多）
第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
在设计时为了便于取值，考虑荷载变异的统计特征赋予 一个规定的量值，称为荷载代表值。
荷载与结构设计方法
第一章 荷载与作用
第一章 荷载与作用
本章内容 第一节 工程结构荷载与作用 第二节 作用分类 第三节 荷载代表值
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
工程结构：指用建筑材料建造的房屋、道路、桥梁、隧道、 堤坝、塔架等工程设施。
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
荷载代表值
标准值 组合值 频遇值 准永久值
第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
（1）荷载标准值 ——荷载在结构使用期间可能出现的最大值，通过对某
类荷载长期观察和实际调查，经统计分析给出。
（2）荷载组合值 ——两种或两种以上可变荷载同时作用于结构，主导荷
载取标准值，伴随荷载取小于标准值的组合值。可变荷载组 合值通过标准值乘以组合值系数得到。
在进行工程结构设计时：
永久荷载采用标准值作为代表值； 可变荷载可采用标准值、组合值、准永久值或频遇值作为
代表值； 偶然荷载可依据观察资料、试验数据以及工程经验来确定
其代表值。
（2）可变作用
其中的直接作 用为活荷载
——在结构设计基准期内，其值随时间发生变化，变化 的量值相对平均值而言不可忽略不计。
例如：楼面活荷载、车辆荷载、风荷载、雪荷载、流水 压力、温度变化等。
（3）偶然作用
——在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现其持续 时间较短，量值可能很大。
例如：地震作用、爆炸力、船只或漂流物撞击力等。