荷載及結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課后思考題答案

1、-. z.荷載與構(gòu)造設(shè)計方法習(xí)題解答1 荷載與作用1.1 什么是施加于工程構(gòu)造上的作用？荷載與作用有什么區(qū)別？構(gòu)造上的作用是指能使構(gòu)造產(chǎn)生效應(yīng)的各種原因的總稱，包括直接作用和間接作用。引起構(gòu)造產(chǎn)生作用效應(yīng)的原因有兩種，一種是施加于構(gòu)造上的集中力和分布力，例如構(gòu)造自重，樓面的人群、家具、設(shè)備，作用于橋面的車輛、人群，施加于構(gòu)造物上的風(fēng)壓力、水壓力、土壓力等，它們都是直接施加于構(gòu)造，稱為直接作用。另一種是施加于構(gòu)造上的外加變形和約束變形，例如根底沉降導(dǎo)致構(gòu)造外加變形引起的力效應(yīng)，溫度變化引起構(gòu)造約束變形產(chǎn)生的力效應(yīng)，由于地震造成地面運動致使構(gòu)造產(chǎn)生慣性力引起的作用效應(yīng)等。它們都是間接作用于構(gòu)造，稱

2、為間接作用。荷載僅指施加于構(gòu)造上的直接作用；而作用泛指使構(gòu)造產(chǎn)生力、變形的所有原因。1.2 構(gòu)造上的作用如何按時間變異、空間位置變異、構(gòu)造反響性質(zhì)分類？構(gòu)造上的作用按隨時間變化可分永久作用、可變作用和偶然作用；按空間位置變異可分為固定作用和自由作用；按構(gòu)造反響性質(zhì)可分為靜態(tài)作用和動態(tài)作用。1.3 什么是荷載的代表值？它們是如何確定的？荷載代表值是考慮荷載變異特征所賦予的規(guī)定量值，工程建立相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)給出了荷載四種代表值：標(biāo)準(zhǔn)值，組合值，頻遇值和準(zhǔn)永久值。荷載可根據(jù)不同設(shè)計要求規(guī)定不同的代表值，其中荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載的根本代表值，其它代表值都可在標(biāo)準(zhǔn)值的根底上考慮相應(yīng)的系數(shù)得到。2 重 力 作

3、用2.1 成層土的自重應(yīng)力如何確定？地面以下深度z處的土體因自身重量產(chǎn)生的應(yīng)力可取該水平截面上單位面積的土柱體的重力，對于均勻土自重應(yīng)力與深度成正比，對于成層土可通過各層土的自重應(yīng)力求和得到。2.2 土壓力有哪幾種類別？土壓力的大小及分布與哪些因素有關(guān)？根據(jù)擋土墻的移動情況和墻后土體所處應(yīng)力狀態(tài)，土壓力可分為靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力三種類別。土的側(cè)向壓力的大小及分布與墻身位移、填土性質(zhì)、墻體剛度、地基土質(zhì)等因素有關(guān)。2.3 試述靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力產(chǎn)生的條件？比擬三者數(shù)值的大??？當(dāng)擋土墻在土壓力作用下，不產(chǎn)生任何位移或轉(zhuǎn)動，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)，此時墻背所受的土壓力

4、稱為靜止土壓力，可用E0表示。當(dāng)擋土墻在土壓力的作用下，向離開土體方向移動或轉(zhuǎn)動時，作用在墻背上的土壓力從靜止土壓力值逐漸減少，直至墻后土體出現(xiàn)滑動面?；瑒用嬉陨系耐馏w將沿這一滑動面向下向前滑動，在滑動楔體開場滑動的瞬間，墻背上的土壓力減少到最小值，土體應(yīng)力處于主動極限平衡狀態(tài)，此時作用在墻背上的土壓力稱為主動土壓力，可用Ea表示。當(dāng)擋土墻在外力作用下向土體方向移動或轉(zhuǎn)動時，墻體擠壓墻后土體，作用在墻背上的土壓力從靜止土壓力值逐漸增大，墻后土體也會出現(xiàn)滑動面，滑動面以上土體將沿滑動方向向上向后推出，在滑動楔體開場隆起的瞬間，墻背上的土壓力增加到最大值，土體應(yīng)力處于被動極限平衡狀態(tài)。此時作用在墻

5、背上的土壓力稱為被動土壓力，可用Ep表示。在一樣的墻高和填土條件下，主動土壓力小于靜止土壓力，而靜止土壓力又小于被動土壓力，即：2.4 如何由朗金土壓力理論導(dǎo)出土的側(cè)壓力計算方法？郎金土壓力理論假定土體為半空間彈性體，擋土墻墻背豎直光滑，填土面水平且無附加荷載，根據(jù)半空間土體的應(yīng)力狀態(tài)和極限平衡條件導(dǎo)出了土壓力計算方法。當(dāng)填土外表受有連續(xù)均布荷載或局部均布荷載，擋土墻后有成層填土或填土處有地下水時，還應(yīng)對側(cè)向土壓力進展修正。2.5 試述填土外表有連續(xù)均布荷載或局部均布荷載時土壓力的計算？當(dāng)擋土墻后填土外表有連續(xù)均布荷載q作用時，可將均布荷載換算成當(dāng)量土重，其土壓力強度比無均布荷載時增加一項qK

6、a 即可。墻底的土壓力強度為：，實際的土壓力分布圖為梯形abcd局部；土壓力作用點在梯形的重心。當(dāng)填土外表承受有局部均布荷載時，通常可采用近似方法處理，從局部均布荷載的兩端o點及m點作兩條輔助線oa和mc，且與水平面成角。認(rèn)為a點以上和c點以下的土壓力都不受地面荷載影響，ac間的土壓力按均布荷載對待，對墻背產(chǎn)生的附加土壓力強度為qKa ，ac墻面上的土壓力分布如下圖。cm填土外表有連續(xù)均布荷載 填土外表有局部均布荷載2.6 試述民用建筑樓面活荷載的取值方法？民用建筑樓面活荷載在樓面上的位置是任意布置的，為方便起見，工程設(shè)計時一般可將樓面活荷載處理為等效均布荷載，均布活荷載的量值與房屋使用功能有

7、關(guān)，根據(jù)樓面上人員活動狀態(tài)和設(shè)施分布情況，在調(diào)查和統(tǒng)計的根底上，劃分檔次，確定取值。1活動的人較少，如住宅、旅館、醫(yī)院、教室等，活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值可取2.0kN/m2。2活動的人較多且有設(shè)備，如食堂、餐廳在*一時段有較多人員聚集，辦公樓的檔案室、資料室可能堆積較多文件資料，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值可取2.5kN/m2。3活動的人很多且有較重的設(shè)備，如禮堂、劇場、影院、體育館看臺人員可能十分擁擠，無固定座位時可取3.5kN/m2；有固定座位時可取3.0kN/m2。4活動的人很集中，有時很擁擠或有較重的設(shè)備，如商店、展覽廳既有擁擠的人群，又有較重的物品，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值可取3.5kN/m2。5人員活動的性質(zhì)比擬劇烈，

8、如健身房、舞廳由于人的跳躍、翻滾會引起樓面瞬間振動，通常把樓面靜力荷載適當(dāng)放大來考慮這種動力效應(yīng)，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值可取4.0kN/m2;6儲存物品的倉庫，如藏書庫、檔案庫、貯藏室等，柜架上往往堆滿圖書、檔案和物品，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值可取5.0kN/m2。采用無過道的密集書柜時，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取為12.0kN/m2。7有大型的機械設(shè)備，如建筑物的通風(fēng)機房、電梯機房，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值可取6.0kN/m27.5kN/m2。8在禮堂、影劇院、教室、辦公樓等場所，散場、散會或下課之后，樓梯、走廊、和門廳等處人流集中，擁擠堵塞，停留時間較長，其樓面活荷載取值應(yīng)大于相鄰房間的荷載值0.5kN/m2。基于上述方法，荷載規(guī)給出

9、了民用建筑樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)，設(shè)計時可直接取用所給數(shù)值。2.7 當(dāng)樓面面積較大時，樓面均布活荷載為什么要折減？民用建筑的樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值是建筑物正常使用期間可能出現(xiàn)的最大值，當(dāng)樓面面積較大時，作用在樓面上的活荷載不可能同時布滿全部樓面，在計算樓面梁等水平構(gòu)件樓面活荷載效應(yīng)時，假設(shè)荷載承載面積超過一定的數(shù)值，應(yīng)對樓面均布活荷載予以折減。同樣，樓面荷載最大值滿布各層樓面的時機更小，在構(gòu)造設(shè)計時，對于墻、柱等豎向傳力構(gòu)件和根底應(yīng)按構(gòu)造層數(shù)予以折減。2.8 工業(yè)建筑樓面均布活荷載是如何確定的？工業(yè)建筑樓面上荷載的分布形式不同，生產(chǎn)設(shè)備的動力性質(zhì)也不盡一樣，安裝在樓

10、面上的生產(chǎn)設(shè)備是以局部荷載形式作用于樓面，而操作人員、加工原料、成品部件多為均勻分布；另外，不同用途的廠房，工藝設(shè)備動力性能各異，對樓面產(chǎn)生的動力效應(yīng)也存在差異。為方便起見，常將局部荷載折算成等效均布荷載，并乘以動力系數(shù)將靜力荷載適當(dāng)放大，來考慮機器上樓引起的動力作用。2.9 如何將樓面局部荷載換算為樓面等效均布活荷載？板面等效均布荷載按板分布彎矩等效的原則確定，即簡支板在實際的局部荷載作用下引起的絕對最大彎矩，應(yīng)等于該簡支板在等效均布荷載作用下引起的絕對最大彎矩。單向板上局部荷載的等效均布活荷載，可按下式計算：。式中：l為板的跨度；B為板上荷載的有效分布寬度；Mma*為簡支單向板的絕對最大彎

11、矩，按設(shè)備的最不利布置確定，設(shè)備荷載應(yīng)乘以動力系數(shù)。2.10 屋面活荷載有哪些種類？如何取值？房屋建筑的屋面分為上人屋面和不上人屋面，上人屋面應(yīng)考慮可能出現(xiàn)的人群聚集，活荷載取值較大；不上人屋面僅考慮施工或維修荷載，活荷載取值較小。屋面設(shè)有屋頂花園時，尚應(yīng)考慮花池砌筑、苗圃土壤等重量。屋面設(shè)有直升機停機坪時，則應(yīng)考慮直升機總重引起的局部荷載和飛機起降時的動力效應(yīng)。機械、冶金、水泥等行業(yè)在生產(chǎn)過程中有大量排灰產(chǎn)生，易在廠房及鄰近建筑屋面形成積灰荷載，設(shè)計時也應(yīng)加以考慮。2.11 什么情況下會產(chǎn)生屋面積灰荷載？影響屋面積灰荷載取值有哪些因素？冶金、鑄造、水泥等行業(yè)在生產(chǎn)過程中有大量排灰產(chǎn)生，易于在

12、廠房及其鄰近建筑屋面堆積，形成積灰荷載。當(dāng)房屋離灰源較近，且位于不利風(fēng)向下的屋面天溝、凹角和上下跨處，常形成嚴(yán)重的灰堆現(xiàn)象。設(shè)計時應(yīng)考慮屋面積灰情況，合理確定積灰荷載，以保證構(gòu)造的平安性。影響積灰厚度的主要因素有除塵裝置的使用、清灰制度的執(zhí)行、風(fēng)向和風(fēng)速、煙囪高度、屋面坡度和屋面擋風(fēng)板等。2.12 計算挑檐、雨蓬承載力時，如何考慮施工、檢修荷載？設(shè)計屋面板、檁條、鋼筋混凝土挑檐、雨蓬和預(yù)制小梁時，除了考慮屋面均布活荷載外，還應(yīng)驗算在施工、檢修時可能出現(xiàn)在最不利位置上，由人和工具自重形成的集中荷載。屋面板、檁條、鋼筋混凝土挑檐和預(yù)制小梁，施工或檢修集中荷載應(yīng)取1.0kN，并應(yīng)作用在最不利位置處進

13、展驗算；計算挑檐、雨蓬承載力時，應(yīng)沿板寬每隔1.0m取一個集中荷載；在驗算挑檐、雨蓬傾覆時，應(yīng)沿板寬每隔2.53.0m的取一個集中荷載，集中荷載的位置作用于挑檐、雨蓬端部。2.13試述公路橋梁汽車荷載的等級和組成？車道荷載的計算圖式和標(biāo)準(zhǔn)值？公路橋梁汽車荷載分為公路級和公路級兩個級別，分別由車道荷載和車輛荷載組成。橋梁構(gòu)造的整體計算采用車道荷載，車道荷載由均布荷載和集中荷載組成。橋梁構(gòu)造的局部加載、涵洞、橋臺和擋土墻土壓力等的計算采用車輛荷載。車輛荷載和車道荷載的作用不得疊加。車道荷載是個虛擬荷載，它的荷載標(biāo)準(zhǔn)值和是在不同車流密度、車型、車重的公路上，對實際汽車車隊車重和車間距的測定和效應(yīng)分析

14、得到。車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)滿布于使構(gòu)造產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號影響線上；集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只作用于相應(yīng)影響線中一個最大影響線峰值處。圖2.28 車道荷載的計算圖式車道荷載的計算圖式見圖2.28。公路級車道荷載的均布荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為；集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值按以下的規(guī)定選取：橋梁計算跨徑小于或等于5m，；橋梁計算跨徑等于或大于50m時，；橋梁的計算跨徑在5m50m之間時，值采用直線插求得。計算剪力的效應(yīng)時，上述集中荷載的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)乘以1.2的系數(shù)。 公路級車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值和集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值按公路級車道荷載的0.75倍采用。車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)滿布于使構(gòu)造產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號影響線上；集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只

15、作用于相應(yīng)影響線中一個最大影響線峰值處。2.14車道荷載為什么要沿橫向和縱向折減？橋梁設(shè)計時各個車道上的汽車荷載都是按最不利位置布置的，多車道橋梁上的汽車荷載同時處于最不利位置可能性隨著橋梁車道數(shù)的增加而減小。在計算橋梁構(gòu)件截面產(chǎn)生的最大效應(yīng)力、位移時，應(yīng)考慮多車道折減。當(dāng)橋涵設(shè)計車道數(shù)等于或大于2時，由汽車荷載產(chǎn)生的效應(yīng)應(yīng)進展折減。大跨徑橋梁隨著橋梁跨度的增加橋梁上實際通行的車輛到達較高密度和滿載的概率減小，應(yīng)考慮計算跨徑進展折減。2.15 城市橋梁在設(shè)計中如何考慮作用于橋面的車輛荷載取值？我國城市橋梁的荷載設(shè)計，依據(jù)城市橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)CJJ77-98，該標(biāo)準(zhǔn)適用于城市新建、改建的永久性橋

16、梁與涵洞、高架道路及承受機動車的構(gòu)造物的荷載設(shè)計。標(biāo)準(zhǔn)中采用兩級荷載標(biāo)準(zhǔn)，即城-A級、城-B級。城-A級汽車荷載適用于快速路及主干路。城-B級汽車荷載適用于次干路及支路。2.16 橋梁設(shè)計時，人行道上的人群荷載如何考慮？公路橋規(guī)人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值按以下規(guī)定采用：當(dāng)橋梁計算跨徑小于或等于50m時，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.0kN/m2；當(dāng)橋梁計算跨徑等于或大于150m時，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.5 kN/m2；當(dāng)橋梁計算跨徑在50m150m之間時，可由線性插得到人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值。對跨徑不等的連續(xù)構(gòu)造，以最大計算跨徑為準(zhǔn)。人群荷載在橫向應(yīng)布置在人行道的凈寬度，在縱向施加于使構(gòu)造產(chǎn)生最不利荷載效應(yīng)的區(qū)段。公路橋梁人

17、行道板局部構(gòu)件可以一塊板為單元，按標(biāo)準(zhǔn)值4.0kN/m2的均布荷載作用在一塊板上進展力計算。計算人行道欄桿時，作用在欄桿立柱頂上的水平推力標(biāo)準(zhǔn)值取0.75kN/m；作用在欄桿扶手上的豎向力標(biāo)準(zhǔn)值取1.0kN/m。我國城市人口密集，人行交通繁忙，城市橋梁人群荷載的取值較公路橋梁規(guī)定的要大。對于人行道板的人群荷載應(yīng)按5kN/m2的均布荷載或1.5kN的豎向集中荷載分別計算，并作用在一塊構(gòu)件上，取其受力不利者。對于梁、桁架、拱及其他大跨構(gòu)造的人群荷載，需根據(jù)加載長度及人行道寬來確定，可按以下公式計算，且人群荷載在任何情況下不得小于2.4kN/m2。2.17 廠房吊車縱向和橫向水平荷載如何產(chǎn)生？其取值

18、如何確定？吊車縱向水平荷載是由吊車的大車運行機構(gòu)在啟動或制動時引起的水平慣性力，慣性力為運行重量與運行加速度的乘積，此慣性力通過制動輪與鋼軌間的摩擦傳給廠房構(gòu)造。吊車水平荷載取決于制動輪的輪壓和它與鋼軌間的滑動摩擦系數(shù)，該摩擦系數(shù)一般取0.10。因此，吊車縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按作用在一邊軌道上所有剎車輪的最大輪壓之和的10%采用。吊車橫向水平荷載是當(dāng)小車吊有額定最大起重量時，小車運行機構(gòu)啟動或剎車所引起的水平慣性力，它通過小車制動輪與橋架軌道之間的摩擦力傳給大車，等分于橋架兩端，分別由大車兩側(cè)的車輪平均傳至吊車梁上的軌道，再由吊車梁與柱的聯(lián)接鋼板傳給排架。吊車橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按下式取值：

19、T=Q+Q1；式中：Q為吊車的額定起吊重量；Q1為橫行小車的重量；g為重力加速度；為橫向水平荷載系數(shù)。橫向水平荷載系數(shù)對于軟鉤吊車，當(dāng)額定起重量不大于100kN時，橫向水平荷載系數(shù)應(yīng)取0.12；當(dāng)為160500kN時，應(yīng)取0.10；當(dāng)不小于750kN時，應(yīng)取0.08。硬鉤吊車橫向水平荷載系數(shù)取為0.20。2.18 廠房設(shè)有多臺吊車時，如何考慮吊車荷載組合？當(dāng)廠房設(shè)有多臺吊車時，考慮到各臺吊車同時聚集在同一柱圍的可能性較小，各臺吊車同時處于最不利位置且同時滿載的概率更小。在計算吊車豎向荷載時，單跨廠房設(shè)計時最多考慮2臺吊車；多跨廠房最多只考慮4臺吊車。在計算吊車水平荷載時，不管單跨還是多跨廠房最

20、多只考慮2臺吊車。2.19 什么叫根本雪壓？它是如何確定的？雪壓是指單位水平面積上的雪重，雪壓值的大小與積雪深度和積雪密度有關(guān)。根本雪壓是在空曠平坦的地面上，積雪分布均勻的情況下，經(jīng)統(tǒng)計得到的50年一遇的最大雪壓。屋面的雪荷載由于受到屋面形式、積雪漂移等因素的影響，往往與地面雪荷載不同，需要考慮一換算系數(shù)將地面根本雪壓換算為屋面雪荷載。2.20 我國的根本雪壓分布有哪些特點？我國根本雪壓分布呈如下特點：1*北部是我國突出的雪壓高值區(qū)。該地區(qū)雪量豐富，加上溫度低，積雪可以保持整個冬季不溶化，新雪覆老雪，形成了特大雪壓。2東北地區(qū)冬季多降雪天氣，同時氣溫較低，有利于積雪。因此大興安嶺及長白山區(qū)是我

21、國另一個雪壓高值區(qū)。3長江中下游及淮河流域是我國稍南地區(qū)一個雪壓高值區(qū)。該地區(qū)冬季積雪情況很不穩(wěn)定，有些年份一冬無積雪，而有些年份遇到寒潮南下，冷暖氣流僵持，即降大雪。但積雪期較短。4川西、滇北山區(qū)的雪壓也較高，該地區(qū)海拔高，氣溫低，濕度大，降雪較多而不易溶化。但該地區(qū)氣溫相對較高，積雪不多。5華北及西北大部地區(qū)，冬季溫度雖低，但空氣枯燥。水汽缺乏，降雪量較少。南嶺、武夷山脈以南、冬季氣溫高，很少降雪，根本無積雪。2.21 試述風(fēng)對屋面積雪的漂移作用及其對屋面雪荷載取值的影響？風(fēng)對雪的漂積作用是指下雪過程中，風(fēng)會把局部將要飄落或者已經(jīng)漂積在屋面上的雪吹移到附近地面或鄰近較低的屋面上，對于平屋面

22、和小坡度屋面，風(fēng)對雪的漂移作用會使屋面上的雪壓一般比鄰近地面上的雪壓要??；對于雙坡屋面、上下跨屋面，迎風(fēng)面吹來的雪往往在背風(fēng)一側(cè)屋面上漂積，引起屋面不平衡雪荷載。風(fēng)對積雪的漂移影響可通過屋面積雪分布系數(shù)加以考慮。3 水 作 用3.1 靜水壓強具有哪些特征？如何確定靜水壓強？靜水壓力是指靜止液體對其接觸面產(chǎn)生的壓力，具有兩個特性：一是靜水壓強垂直于作用面，并指向作用面部；二是靜止液體中任一點處各方向的靜水壓強均相等，與作用的方位無關(guān)。確定靜水壓強時常以大氣壓強為基準(zhǔn)點，靜水壓強與水深呈線性關(guān)系，隨水深按比例增加；水壓力作用在構(gòu)造物外表法線方向，水壓力分布與受壓面形狀有關(guān)。如果受壓面為垂直平面，底

23、部深度h，則可按求得底部壓強，再作頂部和底部壓強連線便可得到擋水構(gòu)造側(cè)向壓強分布規(guī)律。3.2 試述等速平面流場中，流體受阻時邊界層別離現(xiàn)象及繞流阻力的產(chǎn)生？*一流速為v的等速平面流場，流線是一互相平行的水平線，在該流場中放置一個固定的圓柱體(橋墩)，流線在接近圓柱體時流動受阻，在到達圓柱體外表a點時，該流線流速減至為零，壓強增到最大。繼續(xù)流來的流體質(zhì)點在a點較高壓強作用下，沿圓柱面兩側(cè)向前流動，即從a點開場形成邊界層流動。在圓柱面a點到b點區(qū)間，邊界層流動處于加速減壓狀態(tài)。過了b點流線擴散，邊界層流動呈現(xiàn)相反態(tài)勢，處于減速加壓狀態(tài)，繼續(xù)流來的流體質(zhì)點脫離邊界向前流動，出現(xiàn)邊界層別離現(xiàn)象。置于河

24、流中的橋墩邊界層別離現(xiàn)象，還會導(dǎo)致橋墩繞流阻力，繞流阻力是構(gòu)造物在流場中受到流動方向上的流體阻力，繞流阻力由摩擦阻力和壓強阻力兩局部組成。邊界層別離3.3 實際工程中為什么常將橋墩、閘墩設(shè)計成流線型？在實際工程中，為減小繞流阻力，常將橋墩、閘墩設(shè)計成流線型，以縮小邊界層別離區(qū)，到達降低阻力的目的。3.4 試述波浪傳播特征及推進過程？波浪是液體自由外表在外力作用下產(chǎn)生的周期性起伏波動，其中風(fēng)成波影響最大。在海洋深水區(qū)，波浪運動不受海底摩阻力影響，稱為深水推進波；波浪推進到淺水地帶，海底對波浪運動產(chǎn)生摩阻力，波長和波速縮減，波高和波陡增加，稱淺水推進波；當(dāng)淺水波向海岸推進，到達臨界水深，波峰發(fā)生破

25、碎，破碎后的波重新組成新的水流向前推移，而底層出現(xiàn)回流，這種波浪稱為擊岸波；擊岸波沖擊岸灘，對海邊水工建筑施加沖擊作用，即為波浪荷載。3.5 如何對直立式防波堤進展立波波壓力、遠(yuǎn)破波波壓力和近破波波壓力的計算？波浪作用力不僅與波浪本身特征有關(guān)，還與構(gòu)造物形式和海底坡度有關(guān)。對于作用于直墻式構(gòu)筑物上的波浪分為立波、遠(yuǎn)堤破碎波和近堤破碎波三種波態(tài)。在工程設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)基床類型、水底坡度、浪高及水深判別波態(tài)，分別采用不同公式計算波浪作用力。我國港工規(guī)分別給出了立波波壓力、遠(yuǎn)破波波壓力和近破波波壓力計算方法，先求得直墻各轉(zhuǎn)折點壓強，將其用直線連接，得到直墻壓強分布，即可求出波浪壓力，計算時尚應(yīng)考慮墻底

26、波浪浮托力。3.6 冰壓力有哪些類型？冰壓力按其作用性質(zhì)不同，可分為靜冰壓力和動冰壓力。靜冰壓力包括冰堆整體推移的靜壓力，風(fēng)和水流作用于大面積冰層引起的靜壓力以及冰覆蓋層受溫度影響膨脹時產(chǎn)生的靜壓力；另外冰層因水位上升還會產(chǎn)生豎向作用力。動冰壓力主要指河流流冰產(chǎn)生的沖擊作用。3.7 冰堆整體推移靜壓力計算公式是如何導(dǎo)出的？由于水流和風(fēng)的作用，推動大面積浮冰移動對構(gòu)造物產(chǎn)生靜壓力，可根據(jù)水流方向和風(fēng)向，考慮冰層面積來計算： (3.31)式中：P作用于構(gòu)造物的正壓力N；浮冰冰層面積(m2),一般采用歷史上最大值；P1水流對冰層下外表的摩阻力Pa，可取為0.5，為冰層下的流速(m/s);P2水流對浮

27、冰邊緣的作用力(Pa)，可取為，h為冰厚(m)，l為冰層沿水流方向的平均長度(m)，在河中不得大于兩倍河寬；P3由于水面坡降對冰層產(chǎn)生的作用力(Pa)，等于920hi，i為水面坡降；P4風(fēng)對冰層上外表的摩阻力(Pa)，P4=(0.0010.002)VF，VF為風(fēng)速,采用歷史上有冰時期和水流方向根本一致的最大風(fēng)速(m/s)；構(gòu)造物迎冰面與冰流方向間的水平夾角；構(gòu)造物迎冰面與風(fēng)向間的水平夾角。3.8 冰蓋層受到溫度影響產(chǎn)生的靜壓力與哪些因素有關(guān)？冰蓋層溫度上升時產(chǎn)生膨脹，假設(shè)冰的自由膨脹變形受到壩體、橋墩等構(gòu)造物的約束，則在冰蓋層引起膨脹作用力。冰場膨脹壓力隨構(gòu)造物與冰覆蓋層支承體之間的距離大小而

28、變化，當(dāng)冰場膨脹受到橋墩等構(gòu)造物的約束時，則在橋墩周圍出現(xiàn)最大冰壓力，并隨著離橋墩的距離加大而逐漸減弱。冰的膨脹壓力與冰面溫度、升溫速率和冰蓋厚度有關(guān)，冰壓力沿冰厚方向根本上呈上大下小的倒三角形分布，可認(rèn)為冰壓力的合力作用點在冰面以下1/3冰厚處。3.9 如何根據(jù)能量原理導(dǎo)出船只撞擊力近似計算公式？在通行較大的噸位的船只或有漂流物的河流中，需考慮船只或漂流物對橋梁墩臺的撞擊力，撞擊力可根據(jù)能量相等原則采用一個等效靜力荷載表示撞擊作用。公路橋規(guī)假定船只或排筏作用于墩臺上有效動能全部轉(zhuǎn)化為撞擊力所做的功，按等效靜力導(dǎo)出撞擊力F的近似計算公式。 設(shè)船只或排筏的質(zhì)量為m，駛近墩臺的速度為v，撞擊時船只

29、或排筏的縱軸線與墩臺面的夾角為如下圖，其動能為：(1)假定船只或排筏可以順墩臺面自由滑動，則船只或排筏給予墩臺的動能僅有前一項，即： (2)在碰撞瞬間，船身以一角速度繞撞擊點A旋轉(zhuǎn)，其動能為： (3)是船只在碰撞過程中，由于船體構(gòu)造、防撞設(shè)備、墩臺等的變形吸收一局部能量而考慮的折減系數(shù)，按下式計算： (4)式中 R水平面上船只對其質(zhì)心G的回轉(zhuǎn)半徑m；d質(zhì)心G與撞擊點A在平行墩臺面方向的距離m。 撞擊時受力圖 在碰撞過程中，通過船只把傳遞給墩臺的有效動能E全部轉(zhuǎn)化為碰撞力F所作的靜力功，即在碰撞過程中，船只在碰撞點處的速度由v減至零，而碰撞力由零增至F。設(shè)撞擊點A沿速度v的方向的總變位墩臺或防撞

30、設(shè)備、地基、船體構(gòu)造等的綜合彈性變形為，材料彈性變形系數(shù)為C單位力所產(chǎn)生的變形，則有(5)根據(jù)功的互等定理，有：(6)由式2、3和4，可得 7 8令及 代入上式，得： 9式中 F船只或排筏撞擊力kN；動能折減系數(shù)；船只或排筏撞擊墩臺速度m/s；船只或排筏撞擊方向與墩臺撞擊點切線的夾角；船只或排筏質(zhì)量t；W船只或排筏重力kNC彈性變形系數(shù)，包括船只或排筏及橋梁墩臺的綜合彈性變形在，一般順橋軸方向取0.0005，橫橋軸方向取0.0003。3.10 試述浮托力產(chǎn)生的原因及考慮的方法？水浮力為作用于建筑物基底面的由下向上的水壓力，當(dāng)根底或構(gòu)造物的底面置于地下水位以下，在其底面產(chǎn)生浮托力，浮托力等于建筑

31、物排開同體積的水重力。地表水或地下水通過土體孔隙的自由水溝通并傳遞水壓力。浮托力的大小取決于土的物理特性，當(dāng)?shù)叵滤軌蛲ㄟ^土的孔隙溶入到構(gòu)造基底，且固體顆粒與構(gòu)造基底之間接觸面很小時，可以認(rèn)為土中構(gòu)造物處于完全浮力狀態(tài)。浮托力作用可根據(jù)地基的透水程度，按照構(gòu)造物喪失的重量等于它所排除的水重這一原則考慮：1對于透水性土，應(yīng)計算水浮力；對于非透水性土，可不考慮水浮力。假設(shè)構(gòu)造物位于透水性飽和的地基上，可認(rèn)為構(gòu)造物處于完全浮力狀態(tài)，按100%計算浮托力。2假設(shè)構(gòu)造物位于透水性較差地基上，如置于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，地下水滲入通道不暢，可按50%計算浮托力。3假設(shè)構(gòu)造物位于粘性土地基上，土的透水

32、性質(zhì)難以預(yù)測，對于難以確定是否具有透水性質(zhì)的土，計算基底應(yīng)力時，不計浮力，計算穩(wěn)定時，計入浮力。對于計算水浮力的水位，計算基底應(yīng)力用低水位，計算穩(wěn)定用設(shè)計水位。4地下水也對地下水位以下巖石、土體產(chǎn)生浮托力，根底底面以下土的天然重度或是根底底面以上土的加權(quán)平均重度應(yīng)取有效重度。5地下水位在基底標(biāo)高上下圍漲落時，浮托力的變化有可能引起根底產(chǎn)生不均勻沉降，應(yīng)考慮地下水位季節(jié)性漲落的影響。4 風(fēng) 荷 載4.1. 根本風(fēng)壓是如何定義的？影響風(fēng)壓的主要因素有哪些？根本風(fēng)壓是在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下得到的，根本風(fēng)壓值是在空曠平坦的地面上，離地面10m高，重現(xiàn)期為50年的10min平均最大風(fēng)速。影響風(fēng)壓的主要因素有

33、：1風(fēng)速隨高度而變化，離地表越近，摩擦力越大，因而風(fēng)速越小。2與地貌粗糙程度有關(guān)，地面粗糙程度高，風(fēng)能消耗多、風(fēng)速則低。3與風(fēng)速時距風(fēng)有關(guān)，常取*一規(guī)定時間的平均風(fēng)速作為計算標(biāo)準(zhǔn)。4與最大風(fēng)速重現(xiàn)期有關(guān)，風(fēng)有著它的自然周期，一般取年最大風(fēng)速記錄值為統(tǒng)計樣本，對于一般構(gòu)造，重現(xiàn)期為50年；對于高層建筑、高聳構(gòu)造及對風(fēng)荷載比擬敏感的構(gòu)造，重現(xiàn)期應(yīng)適當(dāng)提高。當(dāng)實測風(fēng)速高度、時距、重現(xiàn)期不符合標(biāo)準(zhǔn)條件時可進展根本風(fēng)壓換算。4.2. 試述風(fēng)速和風(fēng)壓之間的關(guān)系？風(fēng)速和風(fēng)壓之間的關(guān)系可由流體力學(xué)中的伯努利方程得到，自由氣流的風(fēng)速產(chǎn)生的單位面積上的風(fēng)壓力為：式中 單位面積上的風(fēng)壓力kN/m2空氣密度t/m3空

34、氣單位體積重力kN/m3g 重力加速度m/s2v 風(fēng)速m/s在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓情況下，= 0.012018kN/m3，g =9.80m/s2，可得：在不同的地理位置，大氣條件是不同的，和g值也不一樣。通常取為：4.3. 山區(qū)及海洋風(fēng)速各有什么特點？應(yīng)當(dāng)如何考慮？山區(qū)地勢起伏多變，對風(fēng)速影響較為顯著，山區(qū)風(fēng)速有如下特點：山間盆地、谷地等閉塞地形，由于四周高山對風(fēng)的屏障作用，一般比空曠平坦地面風(fēng)速減小1025%，相應(yīng)風(fēng)壓要減小2040%。谷口、山口等開敞地形，當(dāng)風(fēng)向與谷口或山口趨于一致時，氣流由開敞區(qū)流入兩邊為高山的狹窄區(qū)，流區(qū)壓縮，風(fēng)速必然增大；風(fēng)速比一般空曠平坦地面增大1020%。山頂、山坡等弧尖地

35、形，由于風(fēng)速隨高度增加和氣流越過山峰時的抬升作用，山頂和山坡的風(fēng)速比山麓要大。對于山區(qū)的建筑物可根據(jù)不同地形條件給出風(fēng)荷載地形修正系數(shù)，在一般情況下，山區(qū)的根本風(fēng)壓可按相鄰平坦地區(qū)根本風(fēng)壓乘修正系數(shù)后采用。風(fēng)對海面的摩擦力小于對陸地的摩擦力，所以海上風(fēng)速比陸地要大。另外，沿海地帶存在一定的海陸溫差，促使空氣對流，使海邊風(fēng)速增大?；谏鲜鲈?，遠(yuǎn)海海面和海島的根本風(fēng)壓值大于陸地平坦地區(qū)的根本風(fēng)壓值，并隨海面或海島距海岸距離的增大而增大。根據(jù)沿海陸地與海面、海島上的同期觀測到的風(fēng)速資料比照，可得不同出海距離下遠(yuǎn)海海面和海島根本風(fēng)壓修正系數(shù)。4.4. 試述我國根本風(fēng)壓分布的特點？我國夏季受太平洋熱帶

36、氣旋影響，形成的臺風(fēng)多在東南沿海登陸；冬季受西伯利亞和蒙古高原冷 空氣侵入，冷鋒過境常伴有大風(fēng)出現(xiàn)。全國根本風(fēng)壓值分布呈如下特點：1東南沿海為我國大陸上最大風(fēng)壓區(qū)。這一地區(qū)面臨海洋，正對臺風(fēng)的來向，臺風(fēng)登陸后環(huán)流遇山和陸地，摩擦力和阻塞力加大，臺風(fēng)強度很快減弱，風(fēng)壓等值線從沿海向陸遞減很快。2西北、華北和東北地區(qū)的北部為我國大陸上風(fēng)壓次大區(qū)。這一地區(qū)的大風(fēng)主要由冬季強冷空氣入侵造成的，在冷鋒過境之處都有大風(fēng)出現(xiàn)。3青藏高原為風(fēng)壓較區(qū)，主要是由于海拔高度較高所造成的。這一地區(qū)除了冷空氣侵襲造成大風(fēng)外，高空動量下傳也能造成大風(fēng)。4云貴高原和長江中下游地區(qū)風(fēng)壓較小，尤其是中部、湘西和鄂西為我國風(fēng)壓最

37、小區(qū)域。5是我國風(fēng)壓最區(qū)，主要受太平洋臺風(fēng)的影響；島主要受南海臺風(fēng)的襲擊，故東岸偏南有較大風(fēng)壓；西沙群島受南海臺風(fēng)的影響，風(fēng)力較大。4.5. 什么叫梯度風(fēng)？什么叫梯度風(fēng)高度？在離地表300500m大氣邊界層以上的高度，風(fēng)的流動不受地面粗糙層的影響，風(fēng)沿著等壓線以層流方式自由流動，稱為梯度風(fēng)。梯度風(fēng)流動的起點高度稱為梯度風(fēng)高度。4.6. 影響大氣邊界層以下氣流流動的因素有哪些？地球外表通過地面的摩擦對空氣水平運動產(chǎn)生阻力，從而使靠近地面的氣流速度減慢，該阻力對氣流的作用隨高度增加而減弱，只有在離地表300500m以上的高度，風(fēng)才不受地表粗糙層的影響能夠以梯度風(fēng)速度流動。不同地表粗糙度有不同的梯度

38、風(fēng)高度，地面粗糙度小，風(fēng)速變化快，其梯度風(fēng)高度比地面粗糙度大的地區(qū)為低；反之，地面粗糙度越大，梯度風(fēng)高度將越高。4.7. 荷載規(guī)是如何劃分和度量地面粗糙度的？荷載規(guī)將地面粗糙度分為A、B、C、D四類，分類情況及相應(yīng)的地面粗糙度指數(shù)和梯度風(fēng)高度HT如下：A類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)，取=0.12，HTA=300m；B類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比擬稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)，取=0.16，HTB=HT0=350m；C類指有密集建筑群的城市市區(qū)，取=0.22，HTC=400m；D類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)，取=0.30，HT0=450m。4.8. 試述風(fēng)壓高度變化系數(shù)的導(dǎo)出

39、方法？根據(jù)實測結(jié)果分析，大氣邊界層平均風(fēng)速沿高度變化的規(guī)律可用指數(shù)函數(shù)來描述，即： 1 1式中 任一高度z處平均風(fēng)速；標(biāo)準(zhǔn)高度處平均風(fēng)速；離地面任一高度m；離地面標(biāo)準(zhǔn)高度，通常取為10m，與地面粗糙度有關(guān)的指數(shù)，地面粗糙程度越大，越大。由風(fēng)壓與風(fēng)速的平方成正比，再將1式代入，可得：(2)式中任一地貌高度z處風(fēng)壓；任一地貌標(biāo)準(zhǔn)高度處風(fēng)壓。整理2式，并將標(biāo)準(zhǔn)高度z0=10m代入，可得： (3)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地貌下梯度風(fēng)高度為HT0，粗糙度指數(shù)為，根本風(fēng)壓值為w0；任一地貌下梯度風(fēng)高度為HTa。根據(jù)梯度風(fēng)高度處風(fēng)壓相等的條件，由(3)式可導(dǎo)出：(4) (5)將(5)式代入(3)式，可得任一地貌條件下，高度z

40、處的風(fēng)壓： (6)上式中是任意地貌下的風(fēng)壓高度變化系數(shù)，應(yīng)按地面粗糙度指數(shù)和假定的梯度風(fēng)高度HT確定，并隨離地面高度z而變化。 將以上數(shù)據(jù)代入的表達式6，可得A、B、C、D四類風(fēng)壓高度變化系數(shù)： A類： (7) B類： (8) C類： (9)D類： (10)據(jù)此，可制出風(fēng)壓高度變化系數(shù)的表格，供設(shè)計時查用。4.9. 簡述矩形平面的單體建筑物風(fēng)流走向和風(fēng)壓分布？矩形平面的單體建筑受到風(fēng)的作用后，在其迎風(fēng)面大約2/3高度處，氣流有一個正面停滯點，氣流從該停滯點向外擴散分流。停滯點以上，一局部氣流流動上升并越過建筑物頂面；停滯點以下，一局部氣流向下流向地面，在緊靠地面處形成水平滾動，成為駐渦區(qū)；另一

41、局部氣流則繞過建筑物兩側(cè)向背后流去。在鈍體建筑物的背后，由于屋面上部的剪切層產(chǎn)生的環(huán)流，形成背風(fēng)渦旋區(qū)，渦旋氣流的風(fēng)向與來流風(fēng)相反，在背風(fēng)面產(chǎn)生吸力。矩形平面的單體建筑物在風(fēng)的作用下，迎風(fēng)面由于氣流正面受阻產(chǎn)生風(fēng)壓力，側(cè)風(fēng)面和背風(fēng)面由于旋渦作用引起風(fēng)吸力。迎風(fēng)面的風(fēng)壓力在房屋中部最大，側(cè)風(fēng)面和背風(fēng)面的風(fēng)吸力在建筑物角部最大。圖4.13 單體建筑物立面流線分布 圖4.12 風(fēng)壓在房屋平面上的分布4.10. 什么是風(fēng)載體型系數(shù)？它是如何確定的？建筑物處于風(fēng)流場中，風(fēng)力在建筑物外表上的分布是不均勻的，風(fēng)作用在建筑物外表的不同部位將引起不同的風(fēng)壓值，此值與來流風(fēng)壓之比稱為風(fēng)載體型系數(shù)。風(fēng)載體型系數(shù)表示

42、建筑物外表在穩(wěn)定風(fēng)壓作用下的靜態(tài)壓力分布規(guī)律，主要與建筑物的體型和尺寸有關(guān)。目前要完全從理論上確定受風(fēng)力作用的任意形狀物體的壓力分布尚做不到，一般均通過風(fēng)洞試驗確定風(fēng)載體型系數(shù)。4.11. 高層建筑為什么要考慮群體間風(fēng)壓相互干擾？如何考慮？高層建筑群房屋相互間距較近時，由于尾流作用，引起風(fēng)壓相互干擾，對建筑物產(chǎn)生動力增大效應(yīng)，使得房屋局部風(fēng)壓顯著增大，設(shè)計時可將單體建筑物的體型系數(shù)乘以相互干擾增大系數(shù)加以考慮。4.12. 計算順風(fēng)向風(fēng)效應(yīng)時，為什么要區(qū)分平均風(fēng)和脈動風(fēng)？構(gòu)造順向的風(fēng)作用可分解為平均風(fēng)和脈動風(fēng)，平均風(fēng)的作用可通過根本風(fēng)壓反映，根本風(fēng)壓是根據(jù)10min平均風(fēng)速確定的，雖然它已從統(tǒng)計

43、的角度表達了平均重現(xiàn)期為50年的最大風(fēng)壓值，但它沒有反映風(fēng)速中的脈動成分。脈動風(fēng)是一種隨機動力荷載，風(fēng)壓脈動在高頻段的峰值周期約為12min，一般低層和多層構(gòu)造的自振周期都小于它，因此脈動影響很小，不考慮風(fēng)振影響也不致于影響到構(gòu)造的抗風(fēng)平安性。而對于高聳構(gòu)筑物和高層建筑等柔性構(gòu)造，風(fēng)壓脈動引起的動力反響較為明顯，構(gòu)造的風(fēng)振影響必須加以考慮。4.13. 工程設(shè)計中如何考慮脈動風(fēng)對構(gòu)造的影響？對于高聳構(gòu)筑物和高層建筑等柔性構(gòu)造，風(fēng)壓脈動引起的動力反響較為顯著，必須考慮構(gòu)造風(fēng)振影響。荷載規(guī)要求，對于構(gòu)造根本自振周期T1大于0.25s的工程構(gòu)造，如房屋、屋蓋及各種高聳構(gòu)造；以及對于高度大于30m且高寬

44、比大于1.5的高柔房屋，應(yīng)考慮風(fēng)壓脈動對構(gòu)造產(chǎn)生的順風(fēng)向風(fēng)振。構(gòu)造風(fēng)振影響可通過風(fēng)振系數(shù)計算：，式中脈動增大系數(shù)可由隨機振動理論導(dǎo)出，此時脈動風(fēng)輸入達文波特Davenport建議的風(fēng)譜密度經(jīng)歷公式，也可查表確定。構(gòu)造振型系數(shù)可根據(jù)構(gòu)造動力學(xué)方法計算，也可采用近似公式或查表確定。脈動影響系數(shù)v主要反響風(fēng)壓脈動相關(guān)性對構(gòu)造的影響，可通過隨機振動理論分析得到，為方便設(shè)計人員進展工程設(shè)計，已制成表格，供直接查用。4.14. 構(gòu)造橫向風(fēng)振產(chǎn)生的原因是什么？建筑物或構(gòu)筑物受到風(fēng)力作用時，橫風(fēng)向也能發(fā)生風(fēng)振。橫風(fēng)向風(fēng)振是由不穩(wěn)定的空氣動力作用造成的，它與構(gòu)造截面形狀和雷諾數(shù)有關(guān)。對于圓形截面，當(dāng)雷諾數(shù)在*一

45、圍時，流體從圓柱體后別離的旋渦將交替脫落，形成卡門渦列，假設(shè)旋渦脫落頻率接近構(gòu)造橫向自振頻率時會引起構(gòu)造渦激共振。4.15. 什么叫鎖定現(xiàn)象？在構(gòu)造產(chǎn)生橫向共振反響時，假設(shè)風(fēng)速增大，旋渦脫落頻率仍維持不變，與構(gòu)造自振頻率保持一致，這一現(xiàn)象稱為鎖定。在鎖定區(qū)，旋渦脫落頻率是不變的。只有當(dāng)風(fēng)速大于構(gòu)造共振風(fēng)速約1.3倍時，旋渦脫落才重新按新的頻率激振。4.16. 什么情況下要考慮構(gòu)造橫風(fēng)向風(fēng)振效應(yīng)？如何進展橫風(fēng)向風(fēng)振驗算？應(yīng)根據(jù)雷諾數(shù)Re的不同情況進展橫風(fēng)向風(fēng)振驗算。當(dāng)雷諾數(shù)增加到Re3.5106，風(fēng)速進入跨臨界圍時，出現(xiàn)規(guī)則的周期性旋渦脫落，一旦旋渦脫落頻率與構(gòu)造橫向自振頻率接近，構(gòu)造將發(fā)生強烈

46、渦激共振，有可能導(dǎo)致構(gòu)造損壞，危及構(gòu)造的平安性，必須進展橫向風(fēng)振驗算。跨臨界強風(fēng)共振引起在z高處振型j的等效風(fēng)荷載可由以下公式確定：式中 計算系數(shù)；在z高處構(gòu)造的j振型系數(shù)；第j振型的阻尼比。 橫風(fēng)向風(fēng)振主要考慮的是共振影響，因而可與構(gòu)造不同振型發(fā)生共振效應(yīng)。對跨臨界的強風(fēng)共振，設(shè)計時必須按不同振型對構(gòu)造予以驗算。一般認(rèn)為低振型的影響占主導(dǎo)作用。只需考慮前4個振型即可滿足要求。4.17. 公路橋規(guī)中是如何考慮橋梁橫向風(fēng)力作用的？公路橋規(guī)按靜力方法計算橫向風(fēng)力作用，即考慮根本風(fēng)速、設(shè)計風(fēng)速重現(xiàn)期換算系數(shù)、風(fēng)載阻力系數(shù)、風(fēng)速高度變化修正系數(shù)、地形和地理條件系數(shù)以及陣風(fēng)風(fēng)速系數(shù)后，按橫向風(fēng)壓乘以迎風(fēng)

47、面積獲得橫向風(fēng)力。4.18 什么是橋梁靜力風(fēng)荷載的三分力系數(shù)？橋梁的靜力風(fēng)荷載一般采用三分力來描述，即氣流流經(jīng)橋梁時，由于截面外表的風(fēng)壓分布存在差異，上下外表壓強差的面積分就是橋梁所受的升力荷載，而迎風(fēng)前后外表壓強差的面積分則是橋梁所受的風(fēng)阻力荷載，即通常所說的橫風(fēng)向力；此外，當(dāng)升力與阻力的合力作用點與橋梁截面的形心不一致時，還會產(chǎn)生對形心的扭矩。三分力系數(shù)即是上述靜氣動力系數(shù)，反映橋梁截面在均勻流中承受的靜風(fēng)荷載大小。該系數(shù)通常是在風(fēng)軸坐標(biāo)系下，由節(jié)段模型風(fēng)洞試驗測定獲得。4.19橋梁風(fēng)振有哪些振動形式？對構(gòu)造會產(chǎn)生怎樣的影響橋梁構(gòu)造風(fēng)致振動大致可分為兩類，一類是自激發(fā)散振動，例如顫振和馳振

48、，振動構(gòu)造可以不斷從氣流中獲取能量，抵消阻尼對振動的衰減作用，從而使振幅不斷加大，導(dǎo)致構(gòu)造風(fēng)毀，這實際上是一種空氣動力失穩(wěn)現(xiàn)象，對橋梁危害最大。另一類是限幅振動，例如渦激振動和抖振，渦激振動是由構(gòu)造尾流中產(chǎn)生的周期性交替脫落的旋渦引起，當(dāng)一個構(gòu)造物處于另一個構(gòu)造物的渦列之中，還會激發(fā)出不規(guī)則的強迫振動，即抖振。渦振和抖振均可在低風(fēng)速下發(fā)生，雖不具破壞性，但會對桿件接頭等連接部位造成疲勞破壞，設(shè)計時可通過構(gòu)造措施解決。5 地震作用5.1 試述構(gòu)造地震成因的局部機制和宏觀背景？構(gòu)造地震成因的局部機制可以用地殼構(gòu)造運動來說明，在漫長的地質(zhì)年代中，地球部處于不斷運動之中，原始水平狀的巖層在地應(yīng)力作用下

49、發(fā)生形變；當(dāng)?shù)貞?yīng)力使巖層產(chǎn)生彎曲變形積累的應(yīng)力超過本身強度極限時，巖層就發(fā)生突然斷裂和猛烈錯動，巖層中原先積累的應(yīng)變能全部釋放，并以彈性波的形式傳到地面，地面隨之振動，形成地震。構(gòu)造地震成因的宏觀背景可以借助板塊構(gòu)造學(xué)說來解釋。板塊構(gòu)造學(xué)說認(rèn)為，地殼和地幔頂部厚約70100km的巖石組成了全球巖石圈，巖石圈由大大小小的板塊組成，板塊下面是塑性物質(zhì)構(gòu)成的軟流層。軟流層中的地幔物質(zhì)以巖漿活動的形式涌出海嶺，推動軟流層上的大洋板塊在水平方向移動，并在海溝附近向大陸板塊之下俯沖，返回軟流層。各板塊邊緣由于地幔對流而互相擠壓、碰撞，在板塊的交界地區(qū)就會產(chǎn)生連綿不斷的地震。5.2 什么地震波？地震波包含了

50、哪幾種波？它們的傳播特點是什么？對地面運動影響如何？地震引起的振動以波的形式向震源向各個方面?zhèn)鞑ゲ⑨尫拍芰浚@就是地震波。地震波是一種彈性波，它包括在地球部傳播的體波和在地面附近傳播的面波。體波可分為兩種形式的波，即縱波P波和橫波S波?？v波在傳播過程中，其介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的前進方向一致。縱波又稱壓縮波，其特點是周期較短，振幅較小。橫波在傳播過程中，其介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的前進方向垂直。橫波又稱剪切波，其特點是周期較長，振幅較大。面波是體波經(jīng)地層界面屢次反射形成的次生波，它包括兩種形式的波，即瑞雷波R波和樂甫波L波。瑞雷波傳播時，質(zhì)點在波的前進方向與地外表法向組成的平面作逆向橢圓運動；樂

51、甫波傳播時，質(zhì)點在與波的前進方向垂直的水平方向作蛇形運動?？v波使建筑物產(chǎn)生上下顛簸，橫波使建筑物產(chǎn)生水平搖晃，而面波使建筑物既產(chǎn)生上下顛動又產(chǎn)生水平晃動，當(dāng)橫波和面波都到達時振動最為強烈。一般情況下，橫波產(chǎn)生的水平振動是導(dǎo)致建筑物破壞的主要因素。5.3 什么是里氏震級？什么是矩震級？地震震級是表示地震本身大小的等級，它以地震釋放的能量為尺度，根據(jù)地震儀記錄到的地震波或者斷層錯位和破裂面積來確定。里氏震級MSRichter magnitude scale是由美國地震學(xué)家里克特Charles Francis Richter于1935年提出的一種震級標(biāo)度。它是根據(jù)離震中一定距離所觀測到的地震波幅度和

52、周期，并且考慮從震源到觀測點的地震波衰減，計算出的震源處地震的大小。里克特給出了震級的原始定義：用標(biāo)準(zhǔn)地震儀在距震中100km處記錄到的最大水平地面位移單振幅，以計的常用對數(shù)值。表達式為，式中：MS為震級，即里氏震級；A為地震儀記錄到的最大振幅。2矩震級里氏震級是一種面波震級，在地震強到一定程度的時候，測定的面波震級MS值卻很難增加上去了，出現(xiàn)震級飽和。美國學(xué)者漢克斯和金森Hanks and Kanamori1977年從反映地震斷層錯動的力學(xué)量地震矩M0出發(fā)，提出用地震矩測定的震級稱為矩震級MWMoment magnitude scale。用宏觀的方法測量斷層的平均位錯和破裂長度，估計斷層面積

53、，先計算地震矩M0 = D S，式中：M0為為地震矩Nm；為剪切模量；D為震源斷裂面積上的平均位錯量；S為斷裂面積。矩震級MW定義為:MW = 2/3lgM06.06，目前，矩震級已經(jīng)成為估算大規(guī)模地震時最常用的標(biāo)度，但對于規(guī)模小于3.5級的地震一般不使用矩震級。5.4 什么是地震烈度？震級與烈度兩者有何關(guān)聯(lián)？地震烈度是指*地區(qū)地面和各類建筑物遭受一次地震影響的強弱程度，它是按地震造成的后果分類的。我用12等級劃分的地震烈度表。地震震級與地震烈度是兩個不同的概念，震級表示一次地震釋放能量的大小，烈度表示*地區(qū)遭受地震影響的強弱程度。震級和烈度只在特定條件下存在大致對應(yīng)關(guān)系。對于淺源地震震源深度

54、在1030km震中烈度I0與震級M之間有如下經(jīng)歷公式：。5.5 什么是地震作用？怎樣可以確定地震作用？地震釋放的能量以地震波的形式傳到地面，引起構(gòu)造振動。構(gòu)造由地震引起的振動稱為構(gòu)造的地震反響，振動過程中作用在構(gòu)造上的慣性力就是地震荷載，它使構(gòu)造產(chǎn)生力，發(fā)生變形?？拐鹪O(shè)計時，構(gòu)造所承受的地震荷載實際上是地震動輸入構(gòu)造后產(chǎn)生的動態(tài)作用。按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，荷載僅指直接作用，地震對構(gòu)造施加的影響屬間接作用，應(yīng)把構(gòu)造承受的地震荷載稱為地震作用。5.6 地震系數(shù)和動力系數(shù)的物理意義是什么？地震系數(shù)是地面運動最大加速度與重力加速度的比值，即。動力系數(shù)是單自由度體系在地震作用下最大反響加速度與地面運動加

55、速度的比值，也就是質(zhì)點最大加速度比地面最大加速度的放大倍數(shù)，即。5.7 影響地震反響譜的因素有哪些？設(shè)計用反響譜是如何反映這些因素的影響的？影響反響譜形狀的因素主要有場地條件、震級大小和震中距遠(yuǎn)近，其中場地條件影響最大。場地土質(zhì)松軟，長周期構(gòu)造反響較大，譜曲線峰值右移；場地土質(zhì)堅硬，短周期構(gòu)造反響較大，譜曲線峰值左移。另外震級和震中距對譜曲線也有影響，在烈度一樣的情況下，震中距較遠(yuǎn)時，加速度反響譜的峰點偏向較長周期，曲線峰值右移；震中距較近時，峰點偏向較短周期，曲線峰值左移。設(shè)計用反響譜為反映這種影響，根據(jù)場地類別和設(shè)計地震分組的不同分別給出反響譜參數(shù)。5.8 簡述確定構(gòu)造地震作用的底部剪力法

56、和振型分解反響譜法的根本原理和步驟？1振型分解反響譜法的根本原理和步驟對于多質(zhì)點彈性體系建立動力平衡方程，利用振型的正交性，采用以振型為基底的廣義坐標(biāo)，可將聯(lián)立的運動方程解耦，轉(zhuǎn)化為n個獨立方程，再比照單質(zhì)點體系的求解方法，即可得到多質(zhì)點體系在地震作用下任一質(zhì)點的位移反響，該位移反響等于n個相應(yīng)的單自由度體系相對位移反響與相應(yīng)振型的線性組合。利用振型分解反響譜法可確定多質(zhì)點體系在地震作用下相應(yīng)于振型質(zhì)點的水平地震最大作用：再按平方之和再開方的組合公式確定水平地震作用效應(yīng)，即：2底部剪力法和振型分解反響譜法的根本原理和步驟對于高度不超過40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比擬均勻的構(gòu)造，

57、可采用底部剪力法計算水平地震作用。底部剪力法僅考慮根本振型先算出作用于構(gòu)造底部的總剪力，然后將此總剪力按*一規(guī)律分配到各個質(zhì)點。構(gòu)造底部總剪力按下式計算：各質(zhì)點水平地震作用： 5.9 什么叫鞭端效應(yīng)？設(shè)計時如何考慮這種效應(yīng)？地震作用下突出建筑物屋面的附屬小建筑物，如電梯間、女兒墻、附墻煙囪等由于重量和剛度突然變小，高振型影響較大，會產(chǎn)生鞭端效應(yīng)。構(gòu)造按底部剪力法計算時，只考慮了第一振型的影響，突出屋出的小建筑物在地震中相當(dāng)于受到從屋面?zhèn)鱽淼姆糯罅说牡孛婕铀俣?，采用基底剪力法計算這類小建筑的地震作用效應(yīng)時應(yīng)乘以放大系數(shù)3。放大系數(shù)是針對突出屋面的小建筑物強度驗算采用的，局部放大作用不往下傳。5.

58、10 什么叫構(gòu)造的剛心和質(zhì)心？構(gòu)造的扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)是如何產(chǎn)生的？構(gòu)造的剛心是構(gòu)造抗側(cè)力構(gòu)件合力作用點的位置，構(gòu)造的質(zhì)心是構(gòu)造所有重力荷載的中心。地震時水平地震力的合力通過構(gòu)造的質(zhì)心，而構(gòu)造抗側(cè)力的合力通過構(gòu)造的剛心，質(zhì)心和剛心的偏離使得構(gòu)造除產(chǎn)生平移振動外，還圍繞剛心作扭轉(zhuǎn)振動，形成平扭耦聯(lián)振動，會加重構(gòu)造的震害，有時還會成為導(dǎo)致構(gòu)造破壞的主要原因。建筑抗震規(guī)規(guī)定對質(zhì)量和剛度明顯不均勻、不對稱構(gòu)造應(yīng)考慮水平地震作用的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。5.11 哪些構(gòu)造需要考慮豎向地震作用？如何確定豎向地震作用？在高烈度區(qū)，對于高聳構(gòu)造、高層建筑和大跨及長懸臂構(gòu)造等對豎向運動敏感的構(gòu)造物需要考慮豎向地震作用。對于高聳構(gòu)造

59、、高層建筑可采用建立在豎向反響譜根底上的底部軸力法確定豎向地震作用；對于大跨度構(gòu)造及長懸臂構(gòu)造可將其重力荷載代表值放大*一比例即認(rèn)為已考慮了豎向地震作用。5.12抗震設(shè)計中如何考慮構(gòu)造的地震作用，依據(jù)的原則是什么？地震時地面會發(fā)生水平運動和豎向運動，從而引起構(gòu)造的水平振動和豎向振動，當(dāng)構(gòu)造體型復(fù)雜、質(zhì)心和剛心不重合時，還會引起構(gòu)造扭轉(zhuǎn)振動。一般情況下，水平地震作用對構(gòu)造起控制作用，對于明顯不均勻，不對稱的構(gòu)造應(yīng)考慮水平地震作用引起的扭轉(zhuǎn)影響；高烈度區(qū)的高聳及高層構(gòu)造、大跨及長懸臂構(gòu)造應(yīng)考慮豎向地震作用。在抗震設(shè)計中，各類建筑構(gòu)造的地震作用，應(yīng)按以下原則考慮：1通常認(rèn)為地面運動水平分量較大，而構(gòu)

60、造抗側(cè)能力有限，一般情況下，水平地震作用對構(gòu)造起控制作用，可在建筑構(gòu)造的兩個主軸方向分別計算水平地震作用并進展抗震驗算，各方向的水平地震作用全部由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承當(dāng)。2有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的構(gòu)造，當(dāng)相交角度大于15時，應(yīng)考慮與各抗側(cè)力構(gòu)件平行的方向上的水平地震作用。3對于質(zhì)量和剛度在同一平面或者沿高度方向明顯不均勻、不對稱的構(gòu)造，應(yīng)考慮水平地震作用引起的扭轉(zhuǎn)影響，或采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法計入扭轉(zhuǎn)影響。48度和9度區(qū)的大跨度構(gòu)造、長懸臂構(gòu)造、高聳構(gòu)造及9度區(qū)的高層構(gòu)造，應(yīng)考慮豎向地震作用。5.13 試述公路橋梁抗震設(shè)防目標(biāo)？橋梁抗震細(xì)則將橋梁抗震設(shè)防類別為A類、B類、C類和D類四類橋梁，規(guī)定A