作用及荷載設(shè)計.ppt

作用與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,主講：王 俊,王 ?。翰┦?，副教授，鄭州大學博士后流動站結(jié)構(gòu)工程專業(yè)博士后； 國家注冊監(jiān)理工程師； 許昌學院優(yōu)秀青年骨干教師； 許昌學院土木工程專業(yè)學術(shù)帶頭人,主講人簡介,引 言, 1、土木工程專業(yè)的課程設(shè)置如何實現(xiàn)與工程應(yīng)用的鏈接？ 知識鏈一：I-S-O 知識體系 知識鏈二：RS 公式與土木工程的各門課程的關(guān)系？ 2、“作用與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法”課程的性質(zhì)、地位和作用。,第一章 作用及其作用效應(yīng),內(nèi)容提要 一、結(jié)構(gòu)上的作用及其分類 1、“結(jié)構(gòu)上的作用”的定義 2、“結(jié)構(gòu)上的作用”的分類 3、荷載的分類 二、作用的代表值 三、作用效應(yīng),一、結(jié)構(gòu)上的作用及其分類,1、“結(jié)構(gòu)上的作用”的定義 施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形（地震、基礎(chǔ)沉降、溫度變化、焊接等）的原因的總稱 施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載 直接作用 引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因 間接作用,2、“結(jié)構(gòu)上的作用”的分類 按隨時間的變異分類 永久作用 在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時間而變化，或其變化值與平均值相比可以忽略不計，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的作用 【例如】結(jié)構(gòu)自重，土壓力、預加力、基礎(chǔ)沉降、焊接、水的浮力、混凝土收縮及徐變作用等 可變作用 在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時間而變化，且其變化值與平均值相比不可以忽略不計的作用 【 例如】 安裝荷載、樓面活荷載、吊車荷載、風荷載、雪荷載、汽車荷載、汽車離心力、汽車制動力、流水壓力、冰壓力、溫度作用等, 偶然作用 在結(jié)構(gòu)使用期間，不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其量值很大且持續(xù)時間較短的作用 【例如】 地震作用（地震力和地震加速度等）、爆炸、船舶或漂流物的撞擊作用、汽車撞擊作用等,【思考題】水壓力屬于何種作用？, 按隨空間位置的變異分類 固定作用 在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定的分布 【例如】工業(yè)與民用建筑樓面上的固定設(shè)備荷載、結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重等 自由作用（可動作用） 在結(jié)構(gòu)空間位置上的一定范圍內(nèi)可以任意分布 【例如】工業(yè)與民用建筑樓面上的人員荷載、吊車荷載等, 按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類 靜態(tài)作用 不使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生加速度，或產(chǎn)生的加速度可以忽略不計 【例如】結(jié)構(gòu)自重、住宅與辦公樓的樓面活荷載等 動態(tài)作用 使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不可忽略的加速度 【例如】地震、吊車荷載、設(shè)備振動、作用于高聳結(jié)構(gòu)上的風荷載等,3、荷載分類, 按作用時間的長短和性質(zhì) 永久荷載 在結(jié)構(gòu)使用期間 ，其值不隨時間而變化，或雖有變化，但變化不大，且其變化值與平均值相比可以忽略不計，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載。 恒載 可變荷載 在結(jié)構(gòu)使用期間 ，其值隨時間而變化，且其變化值與平均值相比不可以忽略不計的荷載。 活載 偶然荷載 在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其值很大，作用時間則較短的荷載。,永久荷載（恒載） 【例如】 結(jié)構(gòu)自重，土壓力、預應(yīng)力等 可變荷載（活載） 【例如】 樓面活荷載、屋面活荷載和積灰荷載、吊車荷載、風荷載、雪荷載等 偶然荷載 【例如】 爆炸力、撞擊力等,1.2 荷載（作用）的各種代表值,荷載代表值設(shè)計中用以驗證極限狀態(tài)所采用的荷載值，包括標準值、組合值、頻遇值和準永久值 一、標準值(characteristic value) 按設(shè)計基準期（T=50年）內(nèi)最大荷載概率分布的某一分位值確定 1、恒載標準值Gk 正態(tài)分布N( G 、G ) 相當于永久荷載概率分布（即設(shè)計基準期內(nèi)最大荷載概率分布）的0.5分位值，即正態(tài)分布的平均值G Gk=結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定的尺寸和材料或結(jié)構(gòu)構(gòu)件單位體積的自重平均值確定, 對易于超重的鋼筋混凝土板類（屋面板、樓板等）的標準值 Gk = 0.95 G 即 G =1.06 Gk（由于存在超重現(xiàn)象，實際的平均值為Gk的1.06倍） 對截面較大的梁、柱等承重構(gòu)件的標準值 Gk = 1.0 G 對自重變異性較大的材料和構(gòu)件（如屋面保溫材料、防水材料、找平層以及鋼筋混凝土薄板等），為在設(shè)計表達式中采用統(tǒng)一的永久荷載分項系數(shù)而又能使結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有規(guī)定的可靠指標，其標準值應(yīng)根據(jù)對結(jié)構(gòu)的有利或不利狀態(tài)，分別取其自重的下限值或上限值,2、民用建筑樓面活載標準值 極值型 Lk=LT + LT 辦公樓 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% 住宅的活荷載標準值偏低較多 考慮到建設(shè)工程量比較大的住宅和辦公樓的荷載標準值與國外相比顯然偏低 鑒于國內(nèi)民用建筑樓面活荷載今后的變化趨勢難以預測 住宅、辦公樓的樓面活荷載標準值規(guī)定Lk=2.0kN/m2 辦公樓 Lk=LT + 3.16LT 住 宅 Lk=LT + 2.38LT,3、風荷載標準值 wk 極值型 不按風向時 /wT=1.109wk wk =0.9 /wT 按風向時 wT = 0.999wk wk =1.0 wT 即規(guī)范(GB50009)規(guī)定的風荷載標準值wk接近于設(shè)計基準期最大風荷載的平均值wT 。,4、雪荷載標準值sok 設(shè)計基準期最大雪荷載ST 極值型 平均重現(xiàn)期為R的最大雪壓xR xR=u-lnln(R/R-1)/ GB50009給出了重現(xiàn)期為10年、50年和100年的雪壓值，其他重現(xiàn)期R的相應(yīng)值按下式確定 xR=x10+(x100-x10)(lnR/ln10-1), 設(shè)計基準期內(nèi)荷載達到和超過該值的總持續(xù)時間Tq=ti與整個設(shè)計基準期T之比等于0.5確定。即Tq /T=0.5,可變荷載準永久值 Qx= q Qk,q荷載的準永久值系數(shù)，且 q=荷載準永久值 /荷載標準值 1.0,見GB50009表4.1.1、表4.3.1,t,Q,T,t i,準永久值 Qx,二、準永久值 (quasi-permanent value),三、組合值（當承受2個可變荷載時）(combination value) 考慮施加在結(jié)構(gòu)上的各種可變荷載不可能同時達到各自的最大值 確定原則：要求結(jié)構(gòu)在單一可變荷載作用下的可靠度與在兩個及其以上可變荷載作用下的可靠度保持一致 c Qk 可變荷載組合值 四、荷載頻遇值 (frequent value) 設(shè)計基準期內(nèi)荷載達到和超過該值的總持續(xù)時間Tq=ti與整個設(shè)計基準期T之比小于0.1確定。即Tq /T0.1 f Qk 可變荷載頻遇值 c 荷載組合值系數(shù)(見GB50009表4.1.1、表4.3.1) f 荷載頻遇值系數(shù)(見GB50009表4.1.1、表4.3.1), 準永久值系數(shù)q 組合值系數(shù)c 頻遇值系數(shù)f 風荷載 0 0.6 0.4 雪荷載 0.5(I)0.2(II)0(III) 0.7 0.6 樓面活荷載 見規(guī)范 0.7 見規(guī)范 荷載代表值(representative value of a load) 荷載標準值 Gk、Qk 荷載組合值 c Qk 荷載準永久值 q Qk 荷載頻遇值 f Qk 荷載的基本代表值 荷載標準值,第三節(jié) 荷載效應(yīng)和荷載組合,一、荷載效應(yīng)（S）(effect of a load),-由荷載引起結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的反應(yīng),如內(nèi)力、變形和裂縫等,最大彎矩: Mmax=q l 2/8= l 2/8 q,最大剪力: Vmax=q l/2=l/2 q,最大撓度: fmax=5ql 4/384EI=5l 4/384EI q, S(t)=荷載效應(yīng)系數(shù)C 荷載Q(t), 反映荷載作用方式、結(jié)構(gòu)計算簡圖、幾何特征等,荷載效應(yīng)與荷載呈線性關(guān)系,l,q,二、荷載效應(yīng)組合（當結(jié)構(gòu)上同時作用有多種可變荷載時） 與計算結(jié)構(gòu)可靠度方法（一次二階矩概率理論）相適應(yīng)，GB50068-2001采用JCSS（結(jié)構(gòu)安全度聯(lián)合委員會）建議的一種近似的荷載組合概率模型 1、基本假定 假定