工程結構荷載與可靠度設計原理

1、工程結構荷載與可靠度設計原理復習資、判斷題1. 嚴格地講，狹義的荷載與直接作用等價，廣義的荷載與間接作用等價。（N2. 狹義的荷載與直接作用等價，廣義的荷載與作用等價。（Y）3. 廣義的荷載包括直接作用和間接作用。（Y）(N)4. 按照間接作用的定義，溫度變化、基礎不均勻沉降、風壓力、地震等均是間接作用。5. 由于地震、溫度變化、基礎不均勻沉降、 焊接等引起的結構內(nèi)力變形等效應的因素稱為間 接作用。（Y）6. 土壓力、風壓力、水壓力是荷載，由爆炸、離心作用等產(chǎn)生的作用在物體上的慣性力不是 荷載。（N）(N)7. 由于雪荷載是房屋屋面的主要荷載之一，所以基本雪壓是針對屋面上積雪荷載定義的。8.

2、雪重度是一個常量，不隨時間和空間的變化而變化。（N）9. 雪重度并非一個常量，它隨時間和空間的變化而變化。（N）10. 雖然最大雪重度和最大雪深兩者有很密切的關系，但是兩者不一定同時出現(xiàn)。（Y）12.烈度是指某一地區(qū)遭受一次地震影響的強弱程度，與震級和震源深度有關，一次地震有 多個烈度。（Y）14. 當樓面活荷載的影響面積超過一定數(shù)值需要對均布活荷載的取值進行折減。（Y）15. 土的側壓力是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的土壓力。（Y）18.在同一大氣環(huán)境中，各類地貌梯度風速不同，地貌越粗糙，梯度風速越小。（N）22. 朗肯土壓力理論中假設擋土墻的墻背豎直、光滑、填土面水平無超載

3、。（Y）23. 在朗肯土壓力理論的假設中，墻背與填土之間既無摩擦力也無剪力存在。（Y）24. 在朗肯土壓力理論的假設中，墻背與填土之間雖然無摩擦力，但仍有剪力存在。（25. 土的自重應力為土自身有效重力在土體中引起的應力。（Y）26. 不但風的作用會引起結構物的共振，水的作用也會引起結構物的共振。（Y）27. 平均風速越大，脈動風的幅值越大，頻率越高。（N）28. 風壓是指風以一定的速度向前運動受到阻塞時對阻塞物產(chǎn)生的壓力。（Y）29. 地震作用中的體波可以分為橫波和縱波，兩者均可在液體和固體中傳播。（N）二選擇題1. 車輛荷載屬于（2） （4） （ 7）。風荷載屬于（2） （4） （ 7）。

4、地震屬于（3） （ 5） （7）?；A沉降屬于（1） （6）。（1 ）永久作用（2）可變作用（3）偶然作用（4）直接作用（5）間接作用（6）靜態(tài)作用 （7）動態(tài)作用2.下面幾個物理量中，表征地面運動強弱程度的有（1）強度 （2）頻譜 （3）強烈振動的持續(xù)時間1) (2) ( 3) ( 4)(4)最大振幅3. 在相同基本風壓和高度的前提下，哪一種地理環(huán)境下風壓最大（1）海岸、湖岸、海島地區(qū)（2 ）中小城市（3）大城市市郊（4）大城市市區(qū)5. 當結構處在（1） （3）范圍，結構會發(fā)生橫向共振。（1）亞臨界范圍（2）超臨界范圍（3）跨臨界范圍（4 ）上述三種范圍均會發(fā)生6. 結構可靠度定義中所說的結

5、構規(guī)定的時間應為（4）。（1） 10 年（2） 30 年（3） 40 年（4） 50 年8.混凝土的徐變是（4）沿著受力方向發(fā)生的塑性變形。（1）在交變荷載作用下（2）在沖擊荷載作用下（3）在振動荷載作用下（4）在長期靜荷載作用下10. 測得某次地震的震級為M=3則下列哪一種說法是正確的？J3）（1） 震中處的地面運動幅值為0.001m（2） 距震中100Km處的地面運動幅值為 0.001m（3） 距震中100Km處的最大水平地面運動幅值為0.001m（4） 距震中100Km處的最大豎向地面運動幅值為0.001m11. 預應力屬于（A B C）。溫度變化屬于（B）。A永久作用B靜態(tài)作用C直接作

6、用D動態(tài)作用12. 我國建筑結構荷載規(guī)范規(guī)定的基本風壓的地貌為（C）。A空曠的山地丘陵 B中小城鎮(zhèn)B空曠平坦地面 C大城市市區(qū)14. 以下幾項中屬于間接作用的是（C）A 土壓力B離心力C地震D風壓力14.以下幾項中屬于間接作用的是（D）A風壓力B離心力C 土壓力D溫度變化16. 車輛荷載屬于（B C）?；A沉降屬于（A D）A永久作用B可變作用C直接作用D間接作用17. 設防烈度一般定義為設計基準期內(nèi)超越概率為（B）的水平A 5 % B 10 % C 15 % D 30 %18. 一般情況下，地下室外墻所受的土壓力為（C）A主動土壓力B被動土壓力C靜止土壓力D不能確定20. 以下幾項中屬于間接

7、作用的有（C）A離心力B 土壓力C基礎不均勻沉降 D水壓力21. 我國基本雪壓分布圖是按照（C） 一遇的重現(xiàn)期確定的。A 10 年 B 30 年 C 50 年 D 100 年22. 地震屬于（B）。風荷載屬于（C D）。A永久作用B偶然作用C可變作用D直接作用23. 當結構設計基準期為（D）時，中震即為基本烈度地震影響。A 10年B 30年C 40年D 50年24. 我國建筑結構荷載規(guī)范規(guī)定基本風壓的標準高度為（B）。A 5m B 10 m C 15 m D 20 m26. 在相同基本風壓和高度的前提下，（C）地理環(huán)境下的風壓最小。A海岸、湖岸、海島地區(qū)B中小城鎮(zhèn)C大城市中心D大城市市郊27.

8、 地震屬于（B E F ）,風荷載屬于（C D E ）。A永久作用B偶然作用C可變作用D直接作用E動態(tài)作用F間接作用G靜態(tài)作用28. 當（B）波的周期與場地土的特征周期一致時，會發(fā)生共振反應。A縱波B橫波C瑞雷波D洛夫波E以上四種波三填空題1. 我國“建筑荷載規(guī)范”規(guī)定：基本風壓的標準高度為10m,標準地貌為空曠平坦地貌，標準時距為10分鐘，最大風速的樣本時間為1年，重現(xiàn)期為50年。2. 世界上主要的地震帶主要環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶，這種地震帶狀分布可以通過板塊_構造理論來解釋。3. 爆炸的空氣沖擊波對結構產(chǎn)生的荷載主要有沖擊波超壓和沖擊波 4. 土的側向壓力分為靜止土壓力、主動土壓力和被

9、動土壓力。地下室外墻產(chǎn)生靜止土壓力， 拱橋橋臺背后的土產(chǎn)生被動土壓力，基坑開挖時，圍護結構背后的土產(chǎn)生主動土壓力。5. 一般直墻上的波浪荷載應按三中波浪進行設計，這三種波分別是立波、近區(qū)破碎波和遠_ 區(qū)破碎波。7. 地震波可以分為體波和面波，其中，體波又分為縱波和橫波，面波分為瑞雷波和洛夫波。8. 按照結構的反應分類，作用可以分為靜態(tài)作用和動態(tài)作用。9. 車輛重力荷載標準有兩種形式：分別為車列荷載和車道荷載。10. 造成屋面雪壓與地面積雪不同的主要原因有風對屋面積雪的影響、屋面坡度對積雪的影 響和屋面溫度對積雪的影響。11. 基本風壓通常應符合以下五個規(guī)定：標準高度的規(guī)定、地貌的規(guī)定、公稱風速

10、的規(guī)定、 最大風速的樣本時間和基本風速的重現(xiàn)期。12. 表征地面運動特征的主要物理量主要有：強度、頻譜和強震持續(xù)時間。14. 按荷載隨時間的變異，可把荷載分為永久作用、可變作用和偶然作用三種。15. 按荷載隨空間位置的變異，可把荷載分為固定作用和可動作用。四簡答題1. 荷載與作用在概念上有何不同？2. 計算樓面活荷載效應時， 為什么當活荷載影響面積超過一定數(shù)值需要對均布活荷載取值加以折減？3. 基本風壓是如何定義的？4. 說明影響基本風壓的主要因素。5. 計算順風向風效應時，為什么要區(qū)分平均風與脈動風？6. 說明風載體型系數(shù)、風壓高度變化系數(shù)、風振系數(shù)的意義。7. 解釋橫風向風振產(chǎn)生的原因。8

11、. 在什么條件下需要考慮結構橫風向風效應？10.震級與烈度有何差別？有何聯(lián)系？11. 地震反應譜的實際是什么？12. 影響地震反應譜的主要因素有哪些?地震烈度是某一特定地區(qū)遭受一次一次地震發(fā)生，震級只有一個，然而在不同地點卻會有不同的地震 定的，且定性上震級越大，確定地點上的烈度也越大。震在環(huán)境條件基本相同的情況下，震1 Io3;非震中區(qū)，1.簡要回答地震震級和烈度的差別與聯(lián)系 答：地震震級是衡量一次地震規(guī)模大小的數(shù)量等級。 地震影響的強弱程度。烈度，但確定地點上的烈度是 中一般是一次地震烈度最大的地區(qū)，其烈度與震級有關。級越大，震中烈度越高震中烈度與震級近似關系：M 1 一 I。 一 C l

12、g * 1烈度與震級的關系：33 y h3.簡要說明結構的荷載與荷載效應有何區(qū)別與聯(lián)系效應：作用在結構上的答：荷載是由各種環(huán)境因素產(chǎn)生的直接作用在結構上的各種力。荷載使結構產(chǎn)生內(nèi)力、變形。例：應力、應變、位移、速度。4. 說明基本風壓應符合的規(guī)定答：基本風壓通常應符合以下五個規(guī)定。標準高度的規(guī)定。我國建筑結構荷載規(guī)范規(guī)定以10m高為標準高度。地貌的規(guī)定。我國及世界上大多數(shù)國家規(guī)定，基本風速或基本風壓按空曠平坦地貌而定。公稱風速的時距。規(guī)定的基本風速的時距為10min。最大風速的樣本時間。我國取1年作為統(tǒng)計最大風速的樣本時間?；撅L速的重現(xiàn)期。我國規(guī)定的基本風速的重現(xiàn)期為 30年。6. 直接荷載

13、與間接荷載的區(qū)別答：能使結構產(chǎn)生效應得各種因素總稱為作用；將作用在結構上的因素稱為直接作用； 不是作用，但同樣引起結構效應的因素稱為間接作用； 直接荷載為狹義的荷載，廣義的荷載包括直接荷載和間接荷載。7. 簡述屋面形式對雪壓的影響答：風對屋面積雪的影響： 漂積作用：在下雪過程中，風會把部分將飄落在屋頂上的雪積到附近的地面上或其它較低的物體上。 具有高低跨屋面的情況下，高屋面的雪吹落在較低屋面上。在低屋面上形成局部較大 的漂積荷載。屋面坡度對積雪的影響：由于風的作用和雪的滑移特征，坡度越大，滑落的雪越多， 雪壓越小。受日照時間的不同，引進屋面積雪分布系數(shù)不同。屋面溫度對雞血的影響。8. 土壓力的

14、影響因素答：墻體的形式與剛度，墻背豎直、墻背傾斜受壓力形式不同。 不同剛度的墻體抵抗土壓力產(chǎn)生的變形不同； 墻后土體的性質(zhì)，墻后土體的重度不同，產(chǎn)生的應力不同； 填土面的形式，水平和傾斜不同，相當于水平地面上加一附加壓力； 外施荷載的形式，均布荷載，基坑側向地面上有已建建筑不同；例如：局部均布荷載，在基坑側的地面局部布建筑；可變荷載，地面施工機械、車輛荷載； 集中荷載，山坡建水塔，雷達站。9. 靜止土壓力、主動土壓力形成機理答：靜止土壓力：支擋結構在土壓力作用下不產(chǎn)生任何方向的位移或轉動，保持原有位置，墻后土體沒有破壞，土體處于彈性平衡狀態(tài)。此時墻背土壓力為靜止土壓力。主動土壓力：支擋結構在土

15、壓力作用下，向墻內(nèi)移動或轉動， 墻后土壓力逐漸減小，當達到某一位置時，墻后土體壓力減小，當達到某一位移時，墻后土體開始下滑，作用在擋土墻上的土壓力最小，滑動契體體內(nèi)應力處于主動極限平衡狀態(tài)，此時作用在墻背上的土壓力成為主動土壓力。10. 朗肯土壓力理論的基本假設答：朗肯土壓力理論的基本假設 ： 對象為彈性半空間土體； 地基土具有水平界面，一定的深度和廣度； 假定土體為彈性介質(zhì)，符合廣義虎克定律； 不考慮擋土墻及回填土的施工因素，不擾動土體，不改變其自然的應力狀態(tài)；擋土墻墻背豎直，光滑，填土面水平，無超載。墻背與土體不產(chǎn)生摩擦力，無剪應力作用， 無超載，水平向無剪應力，使土體在豎向和水平向應力的

16、主應力狀態(tài)。11. 風振形成機理答：橫風向力主要引起風振。對于高層結構風振是由氣流本身的動力特性形成的。在結構正面風速受到障礙減小，逐漸降低，風總要繞過建筑物，則沿AB繞行，風速逐漸增大在B點達最大值。繞過結構后，風要恢復自由狀態(tài)，沿BC流動，受摩擦風速減小，在某處摩擦力耗損使風速降為零，在BC段出現(xiàn)風停滯現(xiàn)象，形成漩渦，引起風振。當漩渦脫落頻率與結構自振頻率接近時，結構發(fā)生劇烈共振，產(chǎn)生橫風向風振。12. 我國烈度的分類答：根據(jù)超越概率將地震烈度分為以下幾類： 多遇地震烈度：在 50年內(nèi)，超越概率為 63.2 %對應的烈度。 基本烈度：在50年內(nèi)，超越概率為10%的地震烈度。每一地區(qū)的基本烈

17、度可查 中 國地震烈度表獲得。 罕遇地震烈度：在 50年內(nèi)，超越概率為 2-3 %的地震烈度； 設防烈度：是是否進行抗震設計的依據(jù)，是按國家批準權限審定的作為一個地區(qū)抗震設防 依據(jù)的地震烈度。13. 用公式表示單質(zhì)點體系的地震作用的受力情況答：當結構的質(zhì)量相對集中在某一確定位置，可將結構處理成單質(zhì)點體系進行地震反映分析。慣性力，fl EX Xg ；阻尼力，fcCX ；彈性恢復力，fkkX三力平衡得fi fc fk 0; mx cxkx mxg。14. 底部剪力法的原理及基本假設答：底部剪力法是振型分解反映譜法的簡化方法，首先計算地震產(chǎn)生的底部最大剪力,將剪力分配到結構各質(zhì)點上。兩個假設：ji

18、c H i 結構地震反應以第一振型為主； 任意質(zhì)點得振型坐標與該質(zhì)點離地面得高度成正比。四.計算題1. 某擋土墻高7m墻背豎直，光滑，填土面水平，墻后為粘性土，18.5kN /m330°C 10kpa ,求其主動土壓力E a和被動土壓力 p。解題思路：解：主動土壓力：被動土壓力：2. 設有一單質(zhì)點體系，質(zhì)點重為100KN體系自振周期為1.0秒，位于基本烈度8度區(qū),體系所在地設計反應譜特征周期Tg= 0.4s ,設計反應譜下降段指數(shù)為b=0.7 ,動力系數(shù)最大值 max 2.25 ,體系結構設計基準期為 50年，求體系所受小震烈度的水平地震作用。 解題思路：解：求地震系數(shù)。因小地震烈度

19、比基本地震烈度小1.5度，則計算地震烈度為：I=8-1.5 = 6.5地震系數(shù)公式 k=0.125 X 2I-7 =0.125 X 26.5-7 =0.088根據(jù)我國建筑抗震設計規(guī)范，地震系數(shù)取平均值的85%計算動力系數(shù)。因 T>Tg,則地震作用為3. 已知一矩形平面鋼筋多層建筑如圖1，位于城市中心，建筑高度27m,平面沿高度保持不變，迎風面寬 B= 40m地面粗糙度指數(shù)a °.2，基本風壓按地面粗糙度指數(shù)的地貌s 0.16，離地面10m高風速確定的基本風壓為0 0.55kN/m ,風振系數(shù)沿高1 0度不變?yōu)閦 ，求建筑物底部彎矩。（標準地貌的梯度風高為350m；該城市梯度風高

20、為400m建筑物沿高度劃分為三段計算）9m9m9m解題思路:解：叫zw0矩形結構，風載體形系數(shù)1.3 ；;風壓高度變化系數(shù)4. 已知一各三層剪切型結構，如圖2,m1=116kg,m2=110kg,m3=59kg,已知該結構的第一階周期為 T1= 0.617s，場地土為類，a max=0.16 ,場地土特征周期為 Tg=0.445s ,采 用底部剪力法計算地震作用產(chǎn)生的底部最大剪力及結構各層的地震作用。頂層放大系數(shù)3 n的取值:TgT1 > 1.4TgT1 w 1.4Tgw 0.350.08T1-0.0700.35 0.550.08T1-0.01>0.550.08T1-0.02解題思

21、路：解：確定地震影響系數(shù)a6mm3m26m Iml6.6mF Ge 1 ,因質(zhì)點數(shù)n= 3,3n 162 2n 170.85求底部最大剪力F各質(zhì)點地震作用：0.85(11611059) 9.8 0.11920.284 KN1.4Tg = 1.4 X 0.445 = 0.632>T1=0.617 不考慮其他振型影響。5. 某三層框架結構如圖 3,各質(zhì)量分別為 m仁300t、m2=300t、m3=220t;設防烈度為8度， max 0.16，第一組，n類場地，Tg 0.35g。阻尼比為0.05。用振型分解反應譜法計算框架層間地震力。該結構振型周期如下：圖3T1 5Tg解題思路：第二振型0.1

22、S T2Tg2max0.16第二振型0.1S T3Tg3max016各振型參與系數(shù)解：第一振型Tg根據(jù)地震力公式:Fji Gi j j ji為 0.16，確定共振Fi 0o11i 砒?5325EO3243O0oq9<8=84147KKn吒20.110.352 0.653 300 9.8285.5KNF30.110.352 1.000 220 9.8320.6KN冃10.160.411 0.729 300 9.8140.9KN冋20.160.411 0.762 300 9.8147.3KN冃30.160.411 ( 1.000) 220 9.8141.8KN洛0.160.060 4.416

23、 300 9.8124.6KN冃20.160.060 ( 3.218) 300 9.8 92.6KN330.160.060 1.000 220 9.820.7KN各層間剪力： 2 2 2FF 1 F 2 F 36.某鋼筋混凝土煙筒，平面為圓形，直徑7m,總高度H=100m地貌變化指數(shù)基本風壓0 為 0.55KN/m,基本風速 v 29.67m/s， T1 1.07s，0.05。區(qū)范圍。解題思路：解：橫風向風振的判斷Vh頂部風速29.67100100.1642.89m/s對應T1臨界風速:Ver5Df5 7132.59m/s1.074頂部風速大于臨界風速，發(fā)生共振。2H取3 處風速計算雷諾數(shù),V

24、2-H329.670.1667一 40.22m/s10Re 19.43 1063.5106會出現(xiàn)強共振。VerVh100132.590.1642.8918.02mH2共振范圍：1 .3VerV0101.3 32.5929.6710.1692.67m7.計算圖4中的土層各層底面處的自重應力。10E1VLJ解題思路:解：cziihi 17 2.0 34.0KPa計算題1.已知某擋土墻高度H =8.0m,墻背豎直、光滑，填土表面水平。墻后填土為無黏性中砂，重度 =18.0 kN/m3,有效內(nèi)摩擦角=30。試計算作用在擋土墻上的靜止土壓力Eo和主動土壓力Ea。【解】（1）靜止土壓力112 oE0 =

25、_H2Ko = 18.0 8（1 cos30°） =288.0 kN/m22Eo點位于距墻底H /3=2.67m處。（2）主動土壓力1 212230Ea=H Ka=18.0 8 tan （45） = 192 kN/m 丿2 a 2 2Ea點位于距墻底H /3=2.67m處。2. 已知一個三層剪切型結構，如圖計2-1所示。已知該結構的各階段周期和振型為0.3010.6762.470.433 s、T；0.202 s、T3 0.136s、 _0.648、 20.601、 32.57，設計1.0001.0001.00反應譜的有關參數(shù)為Tg0.2s，b 0.9，amax0.16。（ 1）采用振型分解反應譜法求該三層剪切型結構在地震作用下的底 圖計2- 1 1.5 0.648 2 0.301 2221.4211 11.5 0.6482 0.301 各階振型地震作用 第一振型地震作用 第二振型地震作用 第三振型地震作用 求最大底部剪力各振型地震作用產(chǎn)生的底部剪力為三層剪切型結構部最大剪力和頂部最大位移。（2）采用底部剪力法計算地震作用下結 構底部最大剪力和頂部最大位移?！窘狻浚?）求有關參數(shù) 各階地震影響系數(shù)3=0.16各階振型參與參數(shù)i M 1mi iii2"i M imi