作用及荷载设计 (2).ppt

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1、作用与结构设计方法主讲：王 俊王 俊：博士，副教授，郑州大学博士后流动站结构工程专业博士后；国家注册监理工程师；许昌学院优秀青年骨干教师；许昌学院土木工程专业学术带头人主讲人简介引 言 1、土木工程专业的课程设置如何实现与工程应用的链接？知识链一：I-S-O 知识体系 知识链二：RS 公式与土木工程的各门课程的关系？2、“作用与结构设计方法”课程的性质、地位和作用。第一章第一章 作用及其作用效应作用及其作用效应内容提要内容提要一、一、结构上的作用及其分构上的作用及其分类11、“结构上的作用构上的作用”的定的定义22、“结构上的作用构上的作用”的分的分类 33、荷、荷载的分的分类二、作用的代表二

2、、作用的代表值三、作用效三、作用效应一、一、结构上的作用及其分构上的作用及其分类 1 1、“结构上的作用构上的作用”的定的定义 施施加加在在结构构上上的的集集中中或或分分布布荷荷载，以以及及引引起起结构构外外加加变形形或或约束束变形形（地震、基（地震、基础沉降、温度沉降、温度变化、化、焊接等）接等）的原因的原因的的总称称 施加在施加在结构上的集中或分布荷构上的集中或分布荷载直接作用直接作用 引起引起结构外加构外加变形或形或约束束变形的原因形的原因间接作用接作用2 2、“结构上的作用构上的作用”的分的分类 按随按随时间的的变异分异分类 永久作用永久作用 在在结构构使使用用期期间，其其值不不随随时

3、间而而变化化，或或其其变化化值与与平平均均值相相比比可以忽略不可以忽略不计，或其或其变化是化是单调的并能的并能趋于限于限值的作用的作用【例例如如】结构构自自重重，土土压力力、预加加力力、基基础沉沉降降、焊接接、水水的的浮浮力力、混凝土收混凝土收缩及徐及徐变作用等作用等 可可变作用作用 在在结构构使使用用期期间，其其值随随时间而而变化化，且且其其变化化值与与平平均均值相相比比不不可以忽略不可以忽略不计的作用的作用【例例如如】安安装装荷荷载、楼楼面面活活荷荷载、吊吊车荷荷载、风荷荷载、雪雪荷荷载、汽汽车荷荷载、汽汽车离离心心力力、汽汽车制制动力力、流流水水压力力、冰冰压力力、温温度度作作用等用等

4、偶然作用偶然作用在在结构构使使用用期期间，不不一一定定出出现，但但一一旦旦出出现，其其量量值很很大大且且持持续时间较短的作用短的作用【例例如如】地地震震作作用用（地地震震力力和和地地震震加加速速度度等等）、爆爆炸炸、船船舶舶或或漂漂流流物的撞物的撞击作用、汽作用、汽车撞撞击作用等作用等【思考【思考题】水水压力属于何种作用？力属于何种作用？按随空按随空间位置的位置的变异分异分类 固定作用固定作用 在在结构空构空间位置上具有固定的分布位置上具有固定的分布【例如】【例如】工工业与民用建筑楼面上的固定与民用建筑楼面上的固定设备荷荷载、结构构件自重等构构件自重等 自由作用（自由作用（可可动作用）作用）在

5、在结构空构空间位置上的一定范位置上的一定范围内可以任意分布内可以任意分布【例如】【例如】工工业与民用建筑楼面上的人与民用建筑楼面上的人员荷荷载、吊、吊车荷荷载等等 按按结构的反构的反应分分类 静静态作用作用 不使不使结构或构或结构构件构构件产生加速度，或生加速度，或产生的加速度可以忽略不生的加速度可以忽略不计【例如】【例如】结构自重、住宅与构自重、住宅与办公楼的楼面活荷公楼的楼面活荷载等等 动态作用作用 使使结构或构或结构构件构构件产生不可忽略的加速度生不可忽略的加速度【例如】【例如】地震、吊地震、吊车荷荷载、设备振振动、作用于高、作用于高耸结构上的构上的风荷荷载等等3、荷、荷载分分类 按作用

6、按作用时间的的长短和性短和性质 永久荷永久荷载 在在结构构使使用用期期间，其其值不不随随时间而而变化化，或或虽有有变化化，但但变化化不不大大，且且其其变化化值与与平平均均值相相比比可可以以忽忽略略不不计，或或其其变化化是是单调的的并并能能趋于限于限值的荷的荷载。恒恒载 可可变荷荷载 在在结构构使使用用期期间，其其值随随时间而而变化化，且且其其变化化值与与平平均均值相相比比不不可以忽略不可以忽略不计的荷的荷载。活活载 偶然荷偶然荷载 在在结构构使使用用期期间不不一一定定出出现，但但一一旦旦出出现，其其值很很大大，作作用用时间则较短的荷短的荷载。永久荷永久荷载（恒（恒载）【例如例如】结构自重，土构

7、自重，土压力、力、预应力等力等 可可变荷荷载（活（活载）【例如例如】楼面活荷楼面活荷载、屋面活荷、屋面活荷载和和积灰荷灰荷载、吊、吊车荷荷载、风荷荷载、雪荷、雪荷载等等 偶然荷偶然荷载【例如例如】爆炸力、撞爆炸力、撞击力等力等1.21.2荷荷载（作用）的各种代表（作用）的各种代表值 荷荷载代代表表值 设计中中用用以以验证极极限限状状态所所采采用用的的荷荷载值，包包括括标准准值、组合合值、频遇遇值和准永久和准永久值一、一、标准准值(characteristicvaluecharacteristicvalue)按按设计基准期（基准期（T T=50=50年）内最大荷年）内最大荷载概率分布的某一分位概

8、率分布的某一分位值确定确定1 1、恒、恒载标准准值G Gk k 正正态分布分布N N(G、G)相相当当于于永永久久荷荷载概概率率分分布布（即即设计基基准准期期内内最最大大荷荷载概概率率分分布布）的的0.50.5分分位位值，即正，即正态分布的平均分布的平均值 G Gk=结构构设计规定的尺寸定的尺寸和和材料或材料或结构构件构构件单位体位体积的自重的自重平均平均值确定确定 对易于超重的易于超重的钢筋混凝土板筋混凝土板类（屋面板、楼板等）的（屋面板、楼板等）的标准准值 Gk=0.95 G 即即 G G=1.06=1.06G Gk k（由于存在超重（由于存在超重现象，象，实际的平均的平均值为G Gk k

9、的的1.061.06倍）倍）对截面截面较大的梁、柱等承重构件的大的梁、柱等承重构件的标准准值 Gk=1.0 G 对自重自重变异性异性较大的材料和构件（如屋面保温材料、防水材料、找大的材料和构件（如屋面保温材料、防水材料、找平平层以及以及钢筋混凝土薄板等），筋混凝土薄板等），为在在设计表达式中采用表达式中采用统一的永久一的永久荷荷载分分项系数而又能使系数而又能使结构构件具有构构件具有规定的可靠指定的可靠指标，其其标准准值应根据根据对结构的有利或不利状构的有利或不利状态，分，分别取其自重的下限取其自重的下限值或上限或上限值2 2、民用建筑楼面活、民用建筑楼面活载标准准值 极极值型型 Lk=LT+L

10、T 办公楼公楼 Lk=LT+1.5 LT Lk=1.5kN/m2 分位分位值 p=92.1%住住宅宅 Lk=LT+0.7 LT Lk=1.5kN/m2 分位分位值 p=79.1%住宅的活荷住宅的活荷载标准准值偏低偏低较多多 考考虑到建到建设工程量比工程量比较大的住宅和大的住宅和办公楼的荷公楼的荷载标准准值与国外相比与国外相比显然偏低然偏低 鉴于国内民用建筑楼面活荷于国内民用建筑楼面活荷载今后的今后的变化化趋势难以以预测 住宅、住宅、办公楼的楼面活荷公楼的楼面活荷载标准准值规定定L Lk k=2.0kN/m=2.0kN/m2 2 办公楼公楼 Lk=LT+3.16 LT 住住宅宅 Lk=LT+2.

11、38 LT3 3、风荷荷载标准准值 wk 极极值型型 不按不按风向向时 /wT=1.109wk wk =0.9 /wT 按按风向向时 wT=0.999wk wk =1.0 wT 即即规范范(GB50009)(GB50009)规定的定的风荷荷载标准准值w wk k接近于接近于设计基准期最大基准期最大风荷荷载的平均的平均值 wTwT。4 4、雪荷、雪荷载标准准值sok 设计基准期最大雪荷基准期最大雪荷载ST 极极值型型 平均重平均重现期期为R R的最大雪的最大雪压xR xR=u-lnln(R/R-1)/GB50009GB50009给出了重出了重现期期为1010年、年、5050年和年和100100年

12、的雪年的雪压值，其他重，其他重现期期R R的相的相应值按下式确定按下式确定 xR=x10+(x100-x10)(lnR/ln10-1)设计基准期内荷基准期内荷载达到和超达到和超过该值的的总持持续时间T Tq q=t ti i与整个与整个设计基准期基准期T T之比等于之比等于0.50.5确定。即确定。即T Tqq/T T=0.5=0.5可可变荷荷载准永久准永久值 Qx=q Qk q q 荷荷载的准永久的准永久值系数，且系数，且 q q=荷荷载准永久准永久值/荷荷载标准准值1.01.0 见GB50009GB50009表、表表、表tQ Tt i 准永久准永久值 Qx二、准永久二、准永久值(quasi

13、-permanentvaluequasi-permanentvalue)三、三、组合合值（当承受（当承受 2 2个可个可变荷荷载时）(com(combibinationvalue)nationvalue)考考虑施加在施加在结构上的各种可构上的各种可变荷荷载不可能同不可能同时达到各自的最大达到各自的最大值 确确定定原原则：要要求求结构构在在单一一可可变荷荷载作作用用下下的的可可靠靠度度与与在在两两个个及及其其以以上可上可变荷荷载作用下的可靠度保持一致作用下的可靠度保持一致 c Qk 可可变荷荷载组合合值四、荷四、荷载频遇遇值(frequentvaluefrequentvalue)设计基准期内荷基

14、准期内荷载达到和超达到和超过该值的的总持持续时间T Tq q=t ti i与整个与整个设计基基准期准期T T之比小于之比小于0.10.1确定。即确定。即T Tqq/T T0.10.1 f Qk 可可变荷荷载频遇遇值 c 荷荷载组合合值系数系数(见GB50009GB50009表、表表、表4.3.1)4.3.1)f 荷荷载频遇遇值系数系数(见GB50009GB50009表、表表、表4.3.1)4.3.1)准永久准永久值系数系数 q 组合合值系数系数 c 频遇遇值系数系数 f风荷载风荷载 0 0.6 0.4雪荷载雪荷载 0.5(I)0.2(II)0(III)0.7 0.6楼面活荷载楼面活荷载 见规范

15、见规范 0.7 见规范范 荷荷载代表代表值(representativevalueofaload)(representativevalueofaload)荷荷载标准准值 Gk、Qk 荷荷载组合合值 c Qk 荷荷载准永久准永久值 q Qk 荷荷载频遇遇值 f Qk 荷荷载的基本代表的基本代表值 荷荷载标准准值第三第三节荷荷载效效应和荷和荷载组合合 一、荷一、荷载效效应（S S）(effectofaloadeffectofaload)-由荷由荷载引起引起结构或构或结构构件的反构构件的反应,如内力、如内力、变形和裂形和裂缝等等最大弯矩最大弯矩:Mmax=q l 2/8=l 2/8 q最大剪力最大剪

16、力:Vmax=q l/2=l/2 q最大最大挠度度:fmax=5ql 4/384EI=5l 4/384EI q S(t)=荷荷载效效应系数系数CC 荷荷载Q Q(t)(t)反映荷反映荷载作用方式、作用方式、结构构计算算简图、几何特征等、几何特征等荷荷载效效应与荷与荷载呈呈线性关系性关系lq二、荷二、荷载效效应组合合（当（当结构上同构上同时作用有多种可作用有多种可变荷荷载时）与与计算算结构构可可靠靠度度方方法法（一一次次二二阶矩矩概概率率理理论）相相适适应，GB50068-GB50068-20012001采采用用JCSSJCSS（结构构安安全全度度联合合委委员会会）建建议的的一一种种近近似似的的

17、荷荷载组合合概率模型概率模型1 1、基本假定、基本假定 假定荷假定荷载Q Q(t)(t)是是等等时段的平段的平稳随机随机过程程 荷荷载Q Q(t)(t)与荷与荷载效效应S S(t)(t)满足足线性关系性关系，即即S S(t)=C(t)=C Q Q(t)(t)设计基准期基准期T=50T=50年年 相相互互排排斥斥的的随随机机荷荷载不不考考虑他他们的的组合合，仅考考虑在在00，TT 内内可可能能相相遇的各种可遇的各种可变荷荷载的的组合合 当当一一种种荷荷载取取设计基基准准期期内内最最大大荷荷载或或时段段最最大大荷荷载时，其其它它参参与与组合合的的荷荷载仅在在该最最大大荷荷载持持续时间内内取取相相对最最大大值，或或取取任任意意时点点荷荷载