荷载与结构设计复习

土木工程专业2008年《荷载与结构设计方法》（时间120分钟）一、填空题（每空1分，共计20分）1. 当功能函数服从正态分布时，可靠指标与失效概率具有一一对应关系。

2.结构构件可靠度计算的一次二阶矩法包括和。

3. 结构可靠指标β的几何意义是。

4. 荷载简单组合是与的组合。

5. 确定结构目标可靠度水准的方法有、和。

6. 荷载的代表值一般包括、、和。

7. 荷载效应组合规则一般有、、和。

8. 我国“建筑结构可靠度设计统一标准”（GB50068—2001）将设计状况分为、和。

9. 荷载效应组合问题的实质是。

二、判断对错（在括号内：对的画“√”，错的画“×”）（每空2分，共计16分）1. 可靠指标β越大，结构可靠程度越高。

（）2. 结构可靠度设计的基准期就是结构的使用期。

（）3. 结构的失效概率f P等于结构抗力R和荷载效应S的概率密度干涉面积。

（）4. 极限状态方程表达了结构荷载效应与抗力之间的平衡关系。

（）5. 结构重要性系数是用来调整不同安全等级结构的目标可靠指标的。

（）6. 延性破坏构件的目标可靠指标要大于脆性破坏构件的相应值。

（）7. 荷载标准值是设计基准期内在结构上时而出现的较大可变荷载值。

（）8. 对于结构不同的设计状况，均应进行正常使用极限状态设计。

（）三、简述题（每小题8分，共计24分）1. 简述结构设计方法经历了哪几个发展阶段，并说明每个阶段结构设计方法的主要特点。

2. 简述影响结构构件抗力随机性的几类因素，并说明每一类因素主要包括哪些内容。

3. 简述结构构件可靠度设计的实用表达式包括哪些内容，并列出具体表达式。

土木工程专业2008年《荷载与结构设计方法》答案（时间120分钟）一、填空题（每空1分，共计20分）1. 正态分布2. 中心点法，验算点法3. 随机变量空间坐标原点到极限状态曲面的最短距离4. 恒荷载，可变荷载5. 事故对比法，校准法，优化法6. 特征值，频遇值，准永久值，组合值。

7. Turkstra 组合方法，Ferry Borges- Castanheta 组合方法，JCSS 组合方法，简单组合方法（任意三个）8. 持久状况，短暂状况，偶然状况9. 综合荷载效应最大值的概率分布问题二、判断对错（在括号内：对的画“√”，错的画“×”）（每空2分，共计16分）1. 对，2. 错，3. 错，4. 对，5. 对，6. 错，7. 错，8. 错三、简述题（每小题8分，共计24分）1. 简述结构设计方法经历了哪几个发展阶段，并说明每个阶段结构设计方法的主要特点。

1. 容许应力设计法：max []/K σσσ≤=，采用线弹性理论，所有影响结构安全的各种可能影响因素都集中在单一的安全系数K 中考虑，安全系数K 靠经验估计。

2. 破损阶段设计法：kS R ≤，考虑构件截面的全部应力状态，无法对不同变异特性的荷载区别对待，荷载标准值的取法没有明确的理论基础。

3. 极限状态设计法：水准一 — 半概率设计法，包括多系数极限状态设计法和单系数极限状态设计法，明确规定结构按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计进行设计，材料强度系数及某些荷载系数用数理统计方法确定。

水准二 — 近似概率设计法，赋予结构可靠度以概率含义，建立了结构可靠度与极限状态方程之间的数学关系，用概率论和数理统计方法确定基本变量的概率分布类型及统计参数，采用分项系数的实用设计表达式。

2. 简述影响结构构件抗力随机性的几类因素，并说明每一类因素主要包括哪些内容。

影响结构构件抗力随机性的主要影响因素有：材料性能的随机性：0///m r k r t t k f f f f f f f ξξξ==⋅=⋅几何参数的随机性：/g k a a ξ=计算模式的随机性：/p cR R ξ=结构构件抗力的概率模型：11(,,,,,)n p c r r l R R f f a a ξ=⋅3. 简述结构构件可靠度设计的实用表达式包括哪些内容，并列出具体表达式。

1. 承载能力极限状态设计表达式 1102()(,,,)i i in G Gk Q Q k Q C Q k R k k i S S S R f a γγγγψγ=++≤∑ 01()(,,,)i i i nG Gk Q C Q k R k k i S S R f a γγγψγ=+≤∑2. 正常使用极限状态设计表达式（1） 标准组合设计表达式112[]i i nGk Q k C Q k i S S S f ψ=++≤∑（2） 频遇组合设计表达式122[]i i i nGk f Q k q Q k i S S S f ψψ=++≤∑（3） 准永久组合设计表达式31[]i i nGk q Q k i S S f ψ=+≤∑理论与应用力学专业与岩土工程专业2009年秋季《荷载与结构设计方法》试题参考答案一、简答题（每小题6分，共计36分）1. 试绘图说明结构可靠指标β的几何意义。

可靠指标β是标准空间R S ''-坐标系中坐标原点到极限状态曲面0Z =的最短距离。

0S =2. 试绘图说明非正态随机变量当量正态化的两个基本条件，并列出当量正态化随机变量的均值和标准差的计算公式。

非正态随机变量当量正态化的两个基本条件：在设计点*i x 处，（1）当量正态分布变量与原非正态分布变量的概率分布值（尾部面积）相等，即**()()i i X i X i F x F x '=（2）当量正态分布变量与原非正态分布变量的概率密度函数值（纵坐标）相等，即**()()i i X i X i f x f x '=当量正态化随机变量的均值和标准差的计算公式分别为：*1*()i i iX i X i X x F x μσ-''⎡⎤=-Φ⎣⎦ {}1**()()i i i X i X X i F x f x ϕσ-'⎡⎤Φ⎣⎦=3. 简述结构构件可靠度设计的实用表达式包括哪些内容，并列出具体表达式。

(1) 承载能力极限状态设计表达式1102()(,,,)i i in G Gk Q Q k Q C Q k R k k i S S S R f a γγγγψγ=++≤∑ 01()(,,,)i i i nG Gk Q C Q k R k k i S S R f a γγγψγ=+≤∑(2) 正常使用极限状态设计表达式1) 标准组合设计表达式112[]i i nGk Q k C Q k i S S S f ψ=++≤∑2) 频遇组合设计表达式122[]i i i nGk f Q k q Q k i S S S f ψψ=++≤∑3) 准永久组合设计表达式31[]i i nGk q Q k i S S f ψ=+≤∑4. 简述荷载代表值有哪些类型，并说明每种代表值的确定方法。

标准值（或特征值）：设计基准期内结构上可能出现的最大荷载值。

有两种确定方法：根据设计基准期内荷载最大值概率分布的某一分位数确定，或者根据荷载值的重现期确定。

频遇值：设计基准期内结构上时而出现的较大可变荷载值。

可根据可变荷载超越频率值的持续期或次数来确定。

准永久值：设计基准期内结构上经常出现的可变荷载值。

可根据可变荷载达到或超过准永久值的总持续时间来准永久值系数。

组合值：作用在结构上有两种或两种以上的可变荷载时，荷载的代表值可采用其组合值，组合值系数可根据校准法来确定。

5. 简述影响结构构件抗力随机性的几类因素，并说明每一类因素主要包括哪些内容。

影响结构构件抗力随机性的主要影响因素有：材料性能的随机性：0///m r k r t t k ff f f f f f ξξξ==⋅=⋅几何参数的随机性：/g k a a ξ=计算模式的随机性：/p c R R ξ=结构构件抗力的概率模型：11(,,,,,)n p c r r l R R f f a a ξ=⋅6. 列出具有正相关的串联系统和并联系统的一阶界限公式，并说明每个界限值的物理意义。

具有正相关的串联系统：1max 1(1)i i n f f f i i P P P =--∏≤≤，下限是所有单元完全相关时系统的失效概率，上限是所有单元完全独立时系统的失效概率。

具有正相关的并联系统：1min i i nf f f i i P P P =∏≤≤，下限是所有单元完全独立时系统的失效概率，上限是所有单元完全相关时系统的失效概率。

三、简述题（共计14分）简述结构设计方法经历了哪几个发展阶段，并说明每个阶段结构设计方法的主要特点。

结合学过的专业课程，试论述结构可靠度与结构设计之间的关系。

1. 简述部分参考答案（9分）：（1）容许应力设计法：max []/K σσσ≤=，采用线弹性理论，所有影响结构安全的各种可能影响因素都集中在单一的安全系数K 中考虑，安全系数K 靠经验估计。

（2）破损阶段设计法：kS R ≤，考虑构件截面的全部应力状态，无法对不同变异特性的荷载区别对待，荷载标准值的取法没有明确的理论基础。

（3）极限状态设计法：水准一 — 半概率设计法，包括多系数极限状态设计法和单系数极限状态设计法，明确规定结构按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计进行设计，材料强度系数及某些荷载系数用数理统计方法确定。

水准二 — 近似概率设计法，赋予结构可靠度以概率含义，建立了结构可靠度与极限状态方程之间的数学关系，用概率论和数理统计方法确定基本变量的概率分布类型及统计参数，采用分项系数的实用设计表达式。

2. 发挥部分参考答案（5分）：根据答题者的发挥情况，适当给分。

若能够结合所学专业课程，阐述结构可靠度和结构设计关系得比较恰当者，可给5分，一般者给4分。

若没有结合所学专业课程，但也阐述了结构可靠度和结构设计关系，较好者给3分，一般者给2分，较差者给1分。

不能阐述两者之间的关系，按0分处理。

荷载与结构设计方法模拟试题-01 参考答案一、填空题（题1－10，每小题2 分，共20 分）1．我国民用建筑结构的设计基准期是 50 年。

2．产生地震的最主要原因是地壳岩层应力累积造成岩层断裂引起的。

3．台风是热带洋面上形成的低压气旋。

4．风速与风压的关系公式是w=yv2/2g 。

5．现行荷载规范规定，办公楼、住宅楼楼面的均布活荷载均为 2.0 kN/m2。

6．我国目前的结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计方法。

7．钢材的材料标准值具有 97.73 ％的保证率，相当于取值为屈服强度减去 2 倍标准差。

8．影响结构抗力不定性的主要因素有结构构件材料性能的不定性、结构构件几何参数的不定性、结构构件计算模式的不定性。

9．砼的材料标准值具有 95 ％的保证率，相当于取值为屈服强度减去1.645 倍标准差。

10．我国建筑结构的安全等级分为三级，对于二级安全等级的一般性结构，其结构重要系数的取值规定为γ0 ≥ 1.0。