第4章-結(jié)構(gòu)上的作用和作用效應(yīng)1

第四章

結(jié)構(gòu)上的作用和作用效應(yīng)第四章結(jié)構(gòu)上的作用和作用效應(yīng)4.2

荷載的隨機(jī)概率模型4.4荷載的代表值4.1荷載和作用主要內(nèi)容4.5荷載效應(yīng)組合方法4.3

荷載的統(tǒng)計(jì)分析4.1荷載和作用第四章結(jié)構(gòu)上的作用和作用效應(yīng)4.1荷載與作用1.作用的定義：4.1.1作用的定義與分類2.作用的分類：

(2)按隨時(shí)間的變異性分類

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（基礎(chǔ)沉降、溫度變化、焊接等）的原因的總稱。(1)按作用形式分類

直接作用：施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載。

間接作用：引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因。

永久作用：在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)間而變化，或其變化值與平均值相比可以忽略不計(jì)，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的作用?！纠纭拷Y(jié)構(gòu)自重，土壓力、預(yù)加力、基礎(chǔ)沉降、焊接、水的浮力、混凝土收縮及徐變作用等。4.1荷載與作用

可變作用：在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間而變化，且其變化值與平均值相比不可以忽略不計(jì)的作用。

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(shí)間較短的作用?！纠纭堪惭b荷載、樓面活荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、汽車荷載、汽車離心力、汽車制動(dòng)力、流水壓力、冰壓力、溫度作用等?！纠纭康卣鹱饔茫ǖ卣鹆偷卣鸺铀俣鹊龋?、爆炸、船舶或漂流物的撞擊作用、汽車撞擊作用等。4.1荷載與作用(3)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(jì)。

動(dòng)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?！纠纭拷Y(jié)構(gòu)自重、住宅與辦公樓的樓面活荷載等?！纠纭康卣稹⒌踯嚭奢d、設(shè)備振動(dòng)、作用于高聳結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載等。4.1荷載與作用

永久荷載：

在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)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(jì)，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載?！纠纭拷Y(jié)構(gòu)自重，土壓力、預(yù)應(yīng)力等。4.1.2荷載分類

可變荷載：

在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間而變化，且其變化值與平均值相比不可以忽略不計(jì)的荷載。【例如】樓面活荷載、屋面活荷載和積灰荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載等。按荷載作用時(shí)間的長(zhǎng)短和性質(zhì)分為：4.1荷載與作用偶然荷載：

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(shí)間則較短的荷載。

【例如】地震、爆炸力、撞擊力等。永久荷載恒荷載

可變荷載偶然荷載活荷載4.2荷載的概率模型第四章結(jié)構(gòu)上的作用和作用效應(yīng)4.2荷載的概率模型4.2.1荷載的隨機(jī)過(guò)程模型結(jié)構(gòu)尺寸偏差材料容重變化自然中多種不確定因素荷載具有隨機(jī)性

在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，荷載是隨時(shí)間變化的，因此荷載用隨機(jī)過(guò)程來(lái)描述最合理。

在實(shí)際工程中，考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載最大值隨機(jī)變量來(lái)描述荷載的這種隨機(jī)特性。

荷載特性與分析隨機(jī)過(guò)程隨機(jī)變量4.2荷載的概率模型

多個(gè)隨機(jī)變量最大值概率分布其概率分布隨機(jī)過(guò)程可用一系列的隨機(jī)變量來(lái)描述，假定它們獨(dú)立且同分布，最大值為4.2.2隨機(jī)過(guò)程最大值概率分布4.2荷載的概率模型

平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過(guò)程1.平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過(guò)程的定義（假設(shè)）在實(shí)際工程中，荷載通常被假定為平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過(guò)程分析。(3)在任一時(shí)段內(nèi)，荷載出現(xiàn)時(shí)，其幅值為非負(fù)隨機(jī)變量，其概率分布函數(shù)為任意時(shí)點(diǎn)荷載概率分布，各不同時(shí)段上的幅值隨機(jī)變量相互獨(dú)立且服從相同分布。(4)任一時(shí)段上荷載是否出現(xiàn)與出現(xiàn)的幅值隨機(jī)變量是相互獨(dú)立的。(1)基準(zhǔn)期時(shí)間域內(nèi)可劃分為個(gè)相等的時(shí)段，即(2)在任一時(shí)段內(nèi)，荷載出現(xiàn)的概率為，荷載不出現(xiàn)的概率為。4.2荷載的概率模型2.平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過(guò)程的三個(gè)要素：和通過(guò)統(tǒng)計(jì)調(diào)查或經(jīng)驗(yàn)判斷確定。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析確定。4.2荷載的概率模型3.一般荷載向平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過(guò)程轉(zhuǎn)化荷載在基準(zhǔn)內(nèi)的概率分布——荷載在基準(zhǔn)內(nèi)平均出現(xiàn)率4.2荷載的概率模型4.荷載在基準(zhǔn)期的概率分布——荷載在基準(zhǔn)內(nèi)平均出現(xiàn)率。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載QT

的概率分布函數(shù)等于任意時(shí)點(diǎn)荷載概率分布函數(shù)的m次方。4.2荷載的概率模型（近似取前兩項(xiàng):exp(-x)=1-x）4.2荷載的概率模型(1)是正態(tài)分布 在下列情況下，可直接由任意時(shí)點(diǎn)荷載概率分布Fq(x)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)推求設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T內(nèi)荷載概率分布Fqt(x)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。4.2荷載的概率模型(2)是極值Ⅰ型分布4.3荷載的統(tǒng)計(jì)分析第四章結(jié)構(gòu)上的作用和作用效應(yīng)4.3荷載的統(tǒng)計(jì)分析4.3.1恒荷載概率模型（隨機(jī)變量模型）P1194.3荷載的統(tǒng)計(jì)分析4.3.2活荷載的概率模型(隨機(jī)過(guò)程模型）P1211.持久性活荷載4.3荷載的統(tǒng)計(jì)分析2.臨時(shí)性活荷載t0T

4.3.3環(huán)境荷載的概率模型1.風(fēng)荷載不考慮風(fēng)向

考慮風(fēng)向4.3荷載的統(tǒng)計(jì)分析4.3荷載的統(tǒng)計(jì)分析2.雪荷載t0T

4.4荷載的代表值第四章結(jié)構(gòu)上的作用和作用效應(yīng)4.4荷載代表值荷載隨時(shí)間具有變異性，尤其是可變荷載，但在設(shè)計(jì)中很難直接考慮荷載變異性，因此一般根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，針對(duì)相應(yīng)的極限狀態(tài)和荷載效應(yīng)組合要求，規(guī)定不同的荷載代表值?！逗奢d規(guī)范》給出了四種荷載代表值：

標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值4.4荷載的代表值

4.4.1基本概念荷載代表值—設(shè)計(jì)中用以驗(yàn)證極限狀態(tài)所采用的荷載值，包括標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值。荷載設(shè)計(jì)值—設(shè)計(jì)中用于確定結(jié)構(gòu)抗力所直接采用的荷載值。荷載設(shè)計(jì)值可以通過(guò)荷載分項(xiàng)系數(shù)乘以荷載代表值獲得。4.4荷載的代表值4.4.2荷載標(biāo)準(zhǔn)值(即特征值)荷載標(biāo)準(zhǔn)值是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)作用于結(jié)構(gòu)可能的最大荷載統(tǒng)計(jì)分布的特征值。1.定義是荷載的基本代表值，其它代表值可以通過(guò)它計(jì)算得到。2.計(jì)算方法（兩種方法）

保證概率法－－在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，荷載保證率為時(shí)對(duì)應(yīng)荷載分位值。－－目前沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，主要根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)取值。荷載類型恒載住宅樓面活載辦公樓面活載風(fēng)荷載屋面雪荷載pk0.210.800.920.570.36正態(tài)分布，均值X,保證率為50％，X+σ，保證率84.1％，X+1.645σ，保證率95％4.4荷載的代表值是荷載的重現(xiàn)期（與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T不同）

是年超越概率。重現(xiàn)期法－－

年一遇的荷載值。4.4荷載的代表值兩種方法之間的聯(lián)系4.4荷載的代表值我國(guó)84荷載規(guī)范荷載特征值的保證率pkT(T=50年）荷載類型荷載保證率重現(xiàn)期樓面持久性活荷載0.9992－樓面臨時(shí)性活荷載0.9931－風(fēng)荷載0.349048雪荷載0.3251454.4荷載的代表值我國(guó)01荷載規(guī)范荷載特征值的保證率pkT(T=50年）荷載類型荷載保證率重現(xiàn)期樓面持久性活荷載0.99998－樓面臨時(shí)性活荷載0.9995－風(fēng)荷載0.36450雪荷載0.364504.4荷載的代表值4.4.3頻遇值在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常作用于結(jié)構(gòu)的可變荷載值記為。1.定義用于校核結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)的荷載代表值。荷載頻遇值系數(shù)2.確定方法設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載達(dá)到和超過(guò)該值的總持續(xù)時(shí)間與整個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T之比不大于0.1確定，即。4.4荷載的代表值4.4.4準(zhǔn)永久值荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)2.確定方法設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載達(dá)到和超過(guò)該值的總持續(xù)時(shí)間與整個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T之比不小于0.5確定，即。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，經(jīng)常出現(xiàn)且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的可變荷載值Q2

。它對(duì)結(jié)構(gòu)的影響相似于永久荷載。1.定義用于校核結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)的荷載代表值。準(zhǔn)永久值系數(shù)小于頻遇值系數(shù)4.4荷載的代表值4.4.5組合值2.計(jì)算方法

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(gè)及其以上可變荷載作用下的可靠度保持一致。荷載組合系數(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，考慮施加在結(jié)構(gòu)上的多種可變荷載不可能同時(shí)達(dá)到各自的最大值而采用的一種荷載值，記。1.定義4.4荷載的代表值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)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：是荷載的基本代表值，其它代表值都可在標(biāo)準(zhǔn)值的基