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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 作用及其作用效应,内容提要一、结构上的作用及其分类 1、“结构上的作用”的定义 2、“结构上的作用”的分类 3、荷载的分类 二、作用的代表值三、作用效应,一、结构上的作用及其分类,1、“结构上的作用”的定义 施加在
2、结构上的集中或分布荷载，以及引起结构外加变形或约束变形（地震、基础沉降、温度变化、焊接等）的原因的总称 施加在结构上的集中或分布荷载 直接作用 引起结构外加变形或约束变形的原因 间接作用,2、“结构上的作用”的分类 按随时间的变异分类 永久作用 在结构使用期间，其值不随时间而变化，或其变化值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作用【例如】结构自重，土压力、预加力、基础沉降、焊接、水的浮力、混凝土收缩及徐变作用等 可变作用 在结构使用期间，其值随时间而变化，且其变化值与平均值相比不可以忽略不计的作用【例如】安装荷载、楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、汽车荷载、汽车离心力、
3、汽车制动力、流水压力、冰压力、温度作用等,偶然作用在结构使用期间，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（地震力和地震加速度等）、爆炸、船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用等,【思考题】水压力属于何种作用？,按随空间位置的变异分类 固定作用 在结构空间位置上具有固定的分布【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 自由作用（可动作用）在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布【例如】工业与民用建筑楼面上的人员荷载、吊车荷载等,按结构的反应分类 静态作用 不使结构或结构构件产生加速度，或产生的加速度可以忽略不计【例如】结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷
4、载等 动态作用 使结构或结构构件产生不可忽略的加速度【例如】地震、吊车荷载、设备振动、作用于高耸结构上的风荷载等,3、荷载分类,按作用时间的长短和性质 永久荷载 在结构使用期间，其值不随时间而变化，或虽有变化，但变化不大，且其变化值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。恒载 可变荷载 在结构使用期间，其值随时间而变化，且其变化值与平均值相比不可以忽略不计的荷载。活载 偶然荷载 在结构使用期间不一定出现，但一旦出现，其值很大，作用时间则较短的荷载。,永久荷载（恒载）【例如】结构自重，土压力、预应力等 可变荷载（活载）【例如】楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷
5、载、雪荷载等 偶然荷载【例如】爆炸力、撞击力等,1.2 荷载（作用）的各种代表值,荷载代表值设计中用以验证极限状态所采用的荷载值，包括标准值、组合值、频遇值和准永久值一、标准值(characteristic value)按设计基准期（T=50年）内最大荷载概率分布的某一分位值确定1、恒载标准值Gk 正态分布N(G、G)相当于永久荷载概率分布（即设计基准期内最大荷载概率分布）的0.5分位值，即正态分布的平均值G Gk=结构设计规定的尺寸和材料或结构构件单位体积的自重平均值确定,对易于超重的钢筋混凝土板类（屋面板、楼板等）的标准值 Gk=0.95 G 即 G=1.06 Gk（由于存在超重现象，实际
6、的平均值为Gk的1.06倍）对截面较大的梁、柱等承重构件的标准值 Gk=1.0 G 对自重变异性较大的材料和构件（如屋面保温材料、防水材料、找平层以及钢筋混凝土薄板等），为在设计表达式中采用统一的永久荷载分项系数而又能使结构构件具有规定的可靠指标，其标准值应根据对结构的有利或不利状态，分别取其自重的下限值或上限值,2、民用建筑楼面活载标准值 极值型 Lk=LT+LT 办公楼 Lk=LT+1.5LT Lk=1.5kN/m2 分位值 p=92.1%住 宅 Lk=LT+0.7LT Lk=1.5kN/m2 分位值 p=79.1%住宅的活荷载标准值偏低较多 考虑到建设工程量比较大的住宅和办公楼的荷载标准
7、值与国外相比显然偏低 鉴于国内民用建筑楼面活荷载今后的变化趋势难以预测 住宅、办公楼的楼面活荷载标准值规定Lk=2.0kN/m2 办公楼 Lk=LT+3.16LT 住 宅 Lk=LT+2.38LT,3、风荷载标准值 wk 极值型 不按风向时/wT=1.109wk wk=0.9/wT 按风向时 wT=0.999wk wk=1.0 wT 即规范(GB50009)规定的风荷载标准值wk接近于设计基准期最大风荷载的平均值wT。,4、雪荷载标准值sok 设计基准期最大雪荷载ST 极值型 平均重现期为R的最大雪压xR xR=u-lnln(R/R-1)/GB50009给出了重现期为10年、50年和100年的
8、雪压值，其他重现期R的相应值按下式确定 xR=x10+(x100-x10)(lnR/ln10-1),设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间Tq=ti与整个设计基准期T之比等于0.5确定。即Tq/T=0.5,可变荷载准永久值 Qx=q Qk,q荷载的准永久值系数，且 q=荷载准永久值/荷载标准值 1.0,见GB50009表、表,t,Q,T,t i,准永久值 Qx,二、准永久值(quasi-permanent value),三、组合值（当承受2个可变荷载时）(combination value)考虑施加在结构上的各种可变荷载不可能同时达到各自的最大值 确定原则：要求结构在单一可变荷载作用下的可
9、靠度与在两个及其以上可变荷载作用下的可靠度保持一致 c Qk 可变荷载组合值四、荷载频遇值(frequent value)设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间Tq=ti与整个设计基准期T之比小于0.1确定。即Tq/T0.1 f Qk 可变荷载频遇值 c 荷载组合值系数(见GB50009表、表4.3.1)f 荷载频遇值系数(见GB50009表、表4.3.1),准永久值系数q 组合值系数c 频遇值系数f风荷载 0 0.6 0.4雪荷载 0.5(I)0.2(II)0(III)0.7 0.6楼面活荷载 见规范 0.7 见规范 荷载代表值(representative value of a loa
10、d)荷载标准值 Gk、Qk 荷载组合值 c Qk 荷载准永久值 q Qk 荷载频遇值 f Qk 荷载的基本代表值 荷载标准值,第三节 荷载效应和荷载组合,一、荷载效应（S）(effect of a load),-由荷载引起结构或结构构件的反应,如内力、变形和裂缝等,最大弯矩:Mmax=q l 2/8=l 2/8 q,最大剪力:Vmax=q l/2=l/2 q,最大挠度:fmax=5ql 4/384EI=5l 4/384EI q,S(t)=荷载效应系数C 荷载Q(t),反映荷载作用方式、结构计算简图、几何特征等,荷载效应与荷载呈线性关系,l,q,二、荷载效应组合（当结构上同时作用有多种可变荷载时）与计算结构可靠度方法（一次二阶矩概率理论）相适应，GB50068-2001采用JCSS（结构安全度联合委员会）建议的一种近似的荷载组合概率模型1、基本假定 假定荷载Q(t)是等时段的平稳随机过程 荷载Q(t)与荷载效应S(t)满足线性关系，即S(t)=CQ(t)设计基准期T=50年 相互排斥的随机荷载不考虑他们的组合，仅考虑在0，T 内可能相遇的各种可变荷载的组合 当一种荷载取设计基准期内最大荷载或时段最大荷载时，其它参与组合的荷载仅在该最大荷载持续时间内取相对最大值，或取任意时点荷载,
