《荷载与结构设计方法》的学习笔记与学习心得

1、荷载与结构设计方法的学习笔记与学习心得姓名：图尔荪江。斯拉吉学号：1083310402班级：0833101时间：2010.12.23目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 第一章绪论3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.1结构设计方法发展史3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第二章荷载的概率模型与统计分析3 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 2.1作用和荷载3 HY

2、PERLINK l bookmark22 o Current Document 2.2荷载标准值的确定3 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 2.3荷载的概率模型4 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 第三章抗力的概率模型与统计分析4 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.1抗力随机性与影响因素4 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 3.2构件抗力的概率模型5 HYPERLINK l bookmark4

3、3 o Current Document 第四章概率极限状态设计法（一）一基本情况.54.1结构可靠度基本理论与极限状态方程 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 4.2正态分布情况6 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 4.3对数正态情况7 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 4.4分项系数的一般形式7 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 4.5失效概率与可靠度指标的一般形式8 HYPERLINK l b

4、ookmark61 o Current Document 第五章概率极限状态设计法（二）一一般情况8 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 5.1功能函数非线性情况8 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 5.2基本变量非正态情况9 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 5.3基本变量相关情况10 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 第六章概率极限状态设计法（三）一规范应用情况10 HYPERLINK l bo

5、okmark80 o Current Document 6.1标准和规范的作用与发展10 HYPERLINK l bookmark83 o Current Document 6.2作用代表值11 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 6.3实用设计表达式12 HYPERLINK l bookmark95 o Current Document 6.4规范和标准中的设计表达式12 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 学习心得13第一章绪论1.1结构设计方法发展史1、允许应力设计法（ASD）o In = k

6、安全系数k2、破损阶段设计法（LFD）kM M h塑性理论3、极限状态设计法（LSD）结构的极限状态分类：承载能力极限状态和正常使用极限状态多系数设计表达式Y G s Gk + f y LlSLkl 1/丫 R R（ f 1 kh .，f 2 J Y 2，） i = 1其中，为恒荷载效应和活荷载效应标准值;和为活荷载系数和恒荷载系数。R是抗力,是抗力系数,f是材料强度标准值,是相应的分项系数。结构可靠度设计方法的发展历史错误！未找到引用源。Levell（1950年1970年）半概率极限状态设计法错误！未找到引用源。Level2（1970年present）近似概率设计法错误！未找到引用源。Lev

7、el3（2000年present）全概率设计法错误！未找到引用源。Level4（presentfuture）最优概率设计法第二章荷载的概率模型与统计分析21作用和荷载.施加在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（基础沉降、温度 变化、焊接等）的原因的总称称为作用，荷载指的是直接的作用。作用按随时间的变异性分类有三类：永久作用、可变作用、偶然作用。2.2荷载标准值的确定永久荷载的标准值G = h （1 + 1.645 S ）可变荷载的标准值（1）保证概率法在设计基准期T内，荷载保证率为时对应的荷载分位值。重现期法(年一遇的荷载值)两种方法之间的联系2.3荷载的概率模型错误！未找

8、到引用源。正态分布错误！未找到引用源。极值I型分布第三章抗力的概率模型与统计分析3.1抗力随机性与影响因素抗力：结构构件抵抗结构外加作用的能力。其分为两类：强度：结构构件抵抗结构外加 作用的内力；刚度：结构构件抵抗结构外加作用的变形。在结构设计中，结构的强度是最主 要的，主要讨论强度抗力的统计分析。构件抗力的主要影响因素：材料性能的不确定性；几何参数的不确定性；抗力计算模式 的不确定性。构件抗力与其影响因素的关系为：Mr = R(f 1，Pxa* 版曰)构件材料性能的随机性构件几何参数的随机性构件抗力计算模式的随机性3.2构件抗力的概率模型R = xPRc（fvxlafk3xq% %起X 景瞄

9、）Mr =腿 =改口乩（充=&，%国；%夏胞尸峋，,*kj构件的抗力一般都是多个随机变量的乘积，也即是Y=X1XzXnInY = lnXt + lnX2 + +lnX 曰根据中心极限定理，近似认为错误！未找到引用源。服从正态分布，则Y近似服从对数正态 分布。第四章概率极限状态设计法（一）一基本情况4.1结构可靠度基本理论与极限状态方程结构可靠度是指结构在规定的时间内和规定的条件下，完成预定功能的概 率。通常用失效概率来表示。若结构的功能函数为，则失效概率为但由于计算复杂，一般采用可靠指标来表示。可靠指标定义为功能函数的平 均值和其标准差的比值，即极限状态方程Z=R-S=0，失效概率为或4.2正

10、态分布情况假设功能函数为Z=R-S ,其中R、S均服从正态分布。称Z为安全裕度，Z0表示结构失效；Z=0表示极限状态。其中，。称为可靠度指标，是衡量结构可靠性的度量。可靠指标越大，结构的失效 概率越小，结构的保证率越大，也即结构的可靠性越高。(1)若采用直接设计法6 =d可靠指标是指在标准化空间中， 坐标原点到极限状态方程表示的 直线的最短距离。(2)若采用单一系数设计法(3)若采用分项系数设计法；4.3对数正态情况当时，4.4分项系数的一般形式当随机变量不是服从正态活着对数正态的时候，若仍要以分项系数的形式表 示，则可以将其转化为标准的正态分布后再列出表达。由错误！未找到引用源。导出：错误！

11、未找到引用源。；错误！未找到引用源。错误！未找到弓I用源。；错误！未找到引用源。4.5失效概率与可靠度指标的一般形式失效概率的一般形式P = 丁尸(s)f (s)dsP = Jh F (r)f (r)dr可靠指标的一般形式片-1 (Pf) =0-1 (1-Pf)第五章概率极限状态设计法(二)般情况5.1功能函数非线性情况中心点法(MVFOSM)线性LSF非线性LSF验算点法(AFOSM)令，则一阶泰勒级数展开式为令，贝U5.2基本变量非正态情况等效正态化原则：(1)在设计验算点处，等效正态化随机变量的概率分布函数值与原非正态随机变 量的概率分布函数值相等。(2)在设计验算点处，等效正态化随机变

12、量的概率密度函数值与原非正态随机变 量的概率密度函数值相等。5.3基本变量相关的情况第六章概率极限状态设计法(三)一规范应用情况.6.1标准和规范的作用与发展规范的作用:建筑结构的建造过程包括：设计，构件制造，运输，建造，验收，使用，维 修，撤除；设计规范的作用是保证建造结构满足社会可接收的安全水平；它是设计，建造， 承包和投资人沟通交流的依据。标准与规范有着漫长的发展历程：在古代，人们往往将结构的安全责任都归咎于设计者 和建造者，早在公元前1780年的汉莫拉比法典就有相关记载；在1667年，伦敦制定了第一步 全面的建筑法案；19世纪末，随着自然科学和数学的发展，各国相继有了工程机构，在20

13、世纪初，英国等编制了建筑材料标准；1922年，英国首次提出了用于采用容许应力设计法德 钢桥设计标准，并在1932年出版了钢结构设计标准；40年代，航空业的发展首先使得规范体 系面临危机，于是规范开始大步发展，先后经历了想极限状态设计的发展、分项系数体系对 单一安全系数或荷载系数的取代、改进组合效应的处理方法、应用可靠度理论确定合理的分 项系数等。6.2作用代表值在结构设计中，考虑不同的设计状况和不同的极限状态，设计表达式需要不同的 作用代表值。1、标准值荷载标准值是在结构设计基准期内作用于结构可能的最大荷载，它是荷载的基本 代表值。计算方法在第二章中已经说明，不再重复。2、常遇值荷载常遇值为在

14、结构设计基准期内经常作用于结构的可变荷载值，它是用于校核 结构正常使用极限状态的荷载代表值。计算方法：已知可变荷载的在非零适时域内任意时点的概率分布为，对于各态历经的随机过 程，设计基准期内超过的总持续时间与整个设计基准期T的比率与超越概率p* 有如下的关系：r _ T / T = p * q其中，q是荷载的非零概率。当给定，则的计算表达式为：Q = F 1 (1 - r )1 Qq准永久值荷载准永久值是在结构设计基准期内，经常出现且持续时间较长的可变荷载值， 其为用于校核结构正常使用极限状态的荷载代表值。组合值荷载组合值为在结构设计基准期内，考虑施加在结构上的多种可变荷载不可能同 时达到各自

15、的最大值而采用的一种荷载值。计算方法：要求结构在单一可变荷载 作用下的可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。6.3实用设计表达式一、一般表达式二、荷载分项系数的确定1.设计值法错误！未找到引用源。服从正态分布错误！未找到引用源。服从对数正态分布6.4规范和标准中的设计表达式结构设计要考虑的有：两种极限状态：承载力极限状态、正常使用极限状态四种设计状况：持久性、短暂性、偶然性、地震六种荷载组合：承载力极限状态设计基本组合、偶然组合、地震、正常使用状态设计标准组 合、频遇组合、准永久组合学习心得工程可靠度理论的重要性不言而喻，但凡涉及结构的工程如建筑、港口、水利水电、海洋、 公路、

16、铁路等，无不以工程可靠度理论为最高设计指导，可靠度理论的应用无所不在。综观全书，工程结构设计的最根本目的就是要保证结构的可靠性，即使在任何情况下都 成立，在此基础上追求经济效益。换言之，工程结构设计的基本目的是在结构的可靠性与经 济性之间选择一种最佳平衡，力求以最经济的途径使结构在预定的使用期（设计工作期）内完 成预定的各种功能。结构设计从早期的“生物比拟法”、允许应力设计法、破损阶段设计法到近期的可靠性 设计法，经过了凭经验设计到依靠理论设计的艰辛历程。虽然理论还有待完善，但随着数学 的发展、理论的不断进步，可靠性设计必将走得越来越远。结构可靠度方法的重要意义，在于对结构安全性检验提出了建立在概率分析基础上的一 系列性的概念、原理、方法和衡量标准，综合考虑了工程结构中的各种不确定因素，对结构 可靠性有了一个客观的统一度量。结构可靠度方法的重点是如何确定可靠指标，一般有中心点法、验算点法、当量正态化 法、响应面法、蒙特卡洛法等，确定可靠指标的合理性与精确性决定结构设计的合理性。可靠性设计既然是概率设计，那么概率论的重要性就不言而喻了。概率论为可靠性设计 提供了理论基础，不但各种作用和抗力的描述和影响都可以用数学公式表达，甚至可靠指标 也有其明确的几何意义。但凡自然学科都离不开数学的支持，何况与工程实践息息相关的