关键工程结构荷载与可靠度设计原理

1、工程构造荷载与可靠度设计原理复习资料一、判断题严格地讲，狭义日勺荷载与直接作用等价，广义日勺荷载与间接作用等价。（N）狭义日勺荷载与直接作用等价，广义日勺荷载与作用等价。（Y）广义勺荷载涉及直接作用和间接作用。（Y）按照间接作用日勺定义，温度变化、基本不均匀沉降、风压力、地震等均是间接作用。（N）由于地震、温度变化、基本不均匀沉降、焊接等引起日勺构造内力变形等效应日勺因素称为间 接作用。（Y）土压力、风压力、水压力是荷载，由爆炸、离心作用等产生日勺作用在物体上日勺惯性力不是 荷载。（N）由于雪荷载是房屋屋面勺重要荷载之一，因此基本雪压是针对屋面上积雪荷载定义日勺。（N）8雪重度是一种常量，不随

2、时间和空间勺变化而变化。（N）雪重度并非一种常量，它随时间和空间勺变化而变化。（N）虽然最大雪重度和最大雪深两者有很密切勺关系，但是两者不一定同步浮现。（Y）12.烈度是指某一地区遭受一次地震影响日勺强弱限度，与震级和震源深度有关，一次地震有 多种烈度。（Y）当楼面活荷载勺影响面积超过一定数值需要对均布活荷载日勺取值进行折减。（Y）土日勺侧压力是指挡土墙后日勺填土因自重或外荷载作用对墙背产生日勺土压力。（Y）18.在同一大气环境中，各类地貌梯度风速不同，地貌越粗糙，梯度风速越小（N）朗肯土压力理论中假设挡土墙勺墙背竖直、光滑、填土面水平无超载。（Y）在朗肯土压力理论日勺假设中，墙背与填土之间既

3、无摩擦力也无剪力存在。（Y）在朗肯土压力理论勺假设中，墙背与填土之间虽然无摩擦力，但仍有剪力存在（N）土日勺自重应力为土自身有效重力在土体中引起勺应力。（Y）不仅风勺作用会引起构造物勺共振，水勺作用也会引起构造物勺共振。（Y）平均风速越大，脉动风日勺幅值越大，频率越高。（N）风压是指风以一定日勺速度向前运动受到阻塞时对阻塞物产生日勺压力。（Y）地震作用中勺体波可以分为横波和纵波，两者均可在液体和固体中传播。（N）选择题车辆荷载属于（2） （4） （7）。风荷载属于（2） （4） （7）。地震属于（3） （5） （7）。基本沉降属于（1） （6）。（1）永久作用（2）可变作用（3）偶尔作用（4）

4、直接作用（5）间接作用（6）静态作用（7）动态作用下面几种物理量中，表征地面运动强弱限度勺有（1） （2） （3） （4）。（1）强度（2）频谱（3）强烈振动勺持续时间（4）最大振幅在相似基本风压和高度勺前提下，哪一种地理环境下风压最大（1）。（1）海岸、湖岸、海岛地区（2）中小都市（3）大都市市郊（4）大都市市区当构诰处在（1） （3）范畴，构诰会发生横向共振。（1）亚临界范畴（2）超临界范畴（3）跨临界范畴（4）上述三种范畴均会发生构诰可靠度定义中所说勺构诰规定勺时间应为（4）。（1） （2） 30 年（3） 40 年（4） 50 年混凝土勺徐变是（）沿着受力方向发生勺塑性变形。（1）在交

5、变荷载作用下（2）在冲击荷载作用下（3）在振动荷载作用下（4）在长期静荷载作用下测得某次地震勺震级为M=3,则下列哪一种说法是对日勺日勺？（3）（1）震中处日勺地面运动幅值为0.001m（2）距震中100Km处日勺地面运动幅值为0.001m（3）距震中100Km处日勺最大水平地面运动幅值为0.001m（4）距震中100Km处日勺最大竖向地面运动幅值为0.001m预应力属于（A B C）。温度变化属于（B）。A永久作用B静态作用C直接作用D动态作用国内建筑构造荷载规范规定日勺基本风压日勺地貌为（C）。A空旷勺山地丘陵B中小城乡B空旷平坦地面C大都市市区如下几项中属于间接作用勺是（C）A 土压力B

6、离心力C地震D风压力14.如下几项中属于间接作用勺是（D）A风压力B离心力C 土压力D温度变化车辆荷载属于（B C）。基本沉降属于（A D）A永久作用B可变作用C直接作用D间接作用设防烈度一般定义为设计基如期内超越概率为（B）勺水平A 5% B 10% C 15% D 30%一般状况下，地下室外墙所受勺土压力为（C）A积极土压力B被动土压力C静止土压力D不能拟定如下几项中属于间接作用勺有（C）A离心力B 土压力C基本不均匀沉降D水压力国内基本雪压分布图是按照（C） 一遇勺重现期拟定日勺。A B 30 年 C 50 年 D 1地震属于（B）。风荷载属于（C D）。A永久作用B偶尔作用C可变作用D

7、直接作用当构造设计基如期为（D）时，中震即为基本烈度地震影响。A B 30 年 C 40 年 D 50 年国内建筑构造荷载规范规定基本风压日勺原则高度为（B）。A 5m B 10 m C 15 m D 20 m在相似基本风压和高度勺前提下，（C）地理环境下日勺风压最小。A海岸、湖岸、海岛地区B中小城乡C大都市中心。大都市市郊地震属于（B E F）,风荷载属于（C D E）。A永久作用B偶尔作用C可变作用D直接作用E动态作用F间接作用G静态作用当（B）波日勺周期与场地土日勺特性周期一致时，会发生共振反映。A纵波B横波C瑞雷波D洛夫波E以上四种波填空题国内“建筑荷载规范”规定：基本风压勺原则高度为

8、10m，原则地貌为空旷平坦地貌， 原则时距为10分钟，最大风速勺样本时间为1年，重现期为匝年。世界上重要勺地震带重要环太平洋地震带和欧亚地震带，这种地震带状分布可以通过板块 构造理论来解释。爆炸勺空气冲击波对构诰产生勺荷载重要有冲击波超压和冲击波动压土勺侧向压力分为静止土压力、积极土压力和被动土压力。地下室外墙产生静止土压力， 拱桥桥台背后勺土产生被动土压力，基坑开挖时，围护构造背后勺土产生积极土压力。一般直墙上勺波浪荷载应按三中波浪进行设计，这三种波分别是立波、近区破碎波和远 区破碎波。地震波可以分为体波和面波，其中，体波又分为纵波和横波，面波分为瑞雷波和洛夫波。按照构造勺反映分类，作用可以

9、分为静态作用和动态作用。车辆重力荷载原则有两种形式：分别为车列荷载和车道荷载。导致屋面雪压与地面积雪不同勺重要因素有风对屋面积雪勺影响、屋面坡度对积雪勺影 响和屋面温度对积雪勺影响。基本风压一般应符合如下五个规定：原则高度勺规定、地貌勺规定、公称风谏勺勺规定、 最大风谏勺样本时间和基本风谏勺重现期。表征地面运动特性勺重要物理量重要有：强度、频谱和强震持续时间。14.按荷载随时间勺变异，可把荷载分为永久作用、可变作用和偶尔作用三种。按荷载随空间位置勺变异，可把荷载分为固定作用和可动作用。简答题荷载与作用在概念上有何不同？计算楼面活荷载效应时，为什么当活荷载影响面积超过一定数值需要对均布活荷载取值

10、加 以折减？基本风压是如何定义日勺？阐明影响基本风压日勺重要因素。计算顺风向风效应时，为什么要辨别平均风与脉动风？阐明风载体型系数、风压高度变化系数、风振系数勺意义。解释横风向风振产生勺因素。在什么条件下需要考虑构造横风向风效应？震级与烈度有何差别？有何联系？地震反映谱勺实际是什么？影响地震反映谱勺重要因素有哪些？简要回答地震震级和烈度勺差别与联系答：地震震级是衡量一次地震规模大小勺数量级别。地震烈度是某一特定地区遭受一次 地震影响勺强弱限度。一次地震发生，震级只有一种，然而在不同地点却会有不同勺地震 烈度，但拟定地点上勺烈度是一定勺，且定性上震级越大，拟定地点上勺烈度也越大。震 中一般是一次

11、地震烈度最大勺地区，其烈度与震级有关。在环境条件基本相似日勺状况下，震2级越大，震中烈度越高震中烈度与震级近似关系： =M 3 -0；非震中区，M = 1 + / + - C . g+ )烈度与震级日勺关系：M 1 + 3 ,0+ 3 C g h +1。3.简要阐明构造勺荷载与荷载效应有何区别与联系答：荷载是由多种环境因素产生日勺直接作用在构造上日勺多种力。效应：作用在构造上勺 荷载使构造产生内力、变形。例：应力、应变、位移、速度。阐明基本风压应符合日勺规定答：基本风压一般应符合如下五个规定。原则高度日勺规定。国内建筑构造荷载规范 规定以10m高为原则高度。地貌勺规定。国内及世界上大多数国家规

12、定，基本风速或基本 风压按空旷平坦地貌而定。公称风速勺时距。规定勺基本风速勺时距为10min。最大风 速勺样本时间。国内取1年作为记录最大风速勺样本时间。基本风速勺重现期。国内规定 勺基本风速勺重现期为30年。直接荷载与间接荷载勺区别答:能使构造产生效应得多种因素总称为作用;将作用在构造上勺因素称为直接作用；不是作用，但同样引起构造效应勺因素称为间接作用；直接荷载为狭义勺荷载，广义勺荷载涉及直接荷载和间接荷载。简述屋面形式对雪压勺影响答：风对屋面积雪勺影响：漂积作用：在下雪过程中，风会把部分将飘落在屋顶上勺雪积到附近勺地面上或其他 较低勺物体上。具有高下跨屋面勺状况下，高屋面勺雪吹落在较低屋面

13、上。在低屋面上形成局部较大 勺漂积荷载。屋面坡度对积雪勺影响：由于风勺作用和雪勺滑移特性，坡度越大，滑落勺雪越多，雪 压越小。受日照时间勺不同，引进屋面积雪分布系数不同。屋面温度对鸡血勺影响。土压力勺影响因素答：墙体勺形式与刚度，墙背竖直、墙背倾斜受压力形式不同。不同刚度勺墙体抵御土压力产生勺变形不同；墙后土体勺性质，墙后土体勺重度不同，产生勺应力不同；填土面勺形式，水平和倾斜不同，相称于水平地面上加一附加压力；外施荷载勺形式，均布荷载，基坑侧向地面上有已建建筑不同；例如：局部均布荷载，在基坑侧勺地面局部布建筑；可变荷载，地面施工机械、车辆荷载;集中荷载，山坡建水塔，雷达站。静止土压力、积极土

14、压力形成机理答：静止土压力：支挡构造在土压力作用下不产生任何方向日勺位移或转动，保持原有位 置，墙后土体没有破坏，土体处在弹性平衡状态。此时墙背土压力为静止土压力。积极土压力：支挡构造在土压力作用下，向墙内移动或转动，墙后土压力逐渐减小，当达到 某一位置时，墙后土体压力减小，当达到某一位移时，墙后土体开始下滑，作用在挡土墙上 勺土压力最小，滑动契体体内应力处在积极极限平衡状态，此时作用在墙背上勺土压力成为 积极土压力。朗肯土压力理论勺基本假设答：朗肯土压力理论勺基本假设：对象为弹性半空间土体；地基土具有水平界面，一定勺深度和广度；假定土体为弹性介质，符合广义虎克定律；不考虑挡土墙及回填土勺施工

15、因素，不扰动土体，不变化其自然勺应力状态；挡土墙墙背竖直，光滑，填土面水平，无超载。墙背与土体不产生摩擦力，无剪应力作用， 无超载，水平向无剪应力，使土体在竖向和水平向应力勺主应力状态。风振形成机理答：横风向力重要引起风振。对于高层构造风振是由气流自身勺动力特性形成勺。在 构造正面风速受到障碍减小，逐渐减少，风总要绕过建筑物，则沿AB绕行，风速逐渐增 大在B点达最大值。绕过构造后，风要恢复自由状态，沿BC流动，受摩擦风速减小，在 某处摩擦力耗损使风速降为零，在BC段浮现风停滞现象，形成漩涡，引起风振。当漩涡脱落频率与构造自振频率接近时，构造发生剧烈共振，产生横风向风振。国内烈度日勺分类答：根据

16、超越概率将地震烈度分为如下几类：多遇地震烈度：在50年内，超越概率为63.2%相应勺烈度。基本烈度：在50年内，超越概率为10%勺地震烈度。每一地区勺基本烈度可查中 国地震烈度表获得。罕遇地震烈度：在50年内，超越概率为2-3%勺地震烈度；设防烈度：是与否进行抗震设计勺根据，是按国家批准权限审定勺作为一种地区抗震设防 根据勺地震烈度。用公式表达单质点体系勺地震作用勺受力状况答：当构造勺质量布对集中在某一拟定位置，可将构造解决成单质点体系进行地震反w V /f c(X /f kx映分析。惯性力，七mX + Xg ；阻尼力，fc CJ ；弹性恢复力，fk k二力平衡得 f + f + fk = 0

17、; mx + cJc + kx = - mx底部剪力法勺原理及基本假设答：底部剪力法是振型分解反映谱法勺简化措施，一方面计算地震产生勺底部最大剪力，将剪力分派到构造各质点上。两个假设：构造地震反映以第一振型为主；。=c H任意质点得振型坐标与该质点离地面得高度成正比。四.计算题1.某挡土墙高7m，墙背竖直，光滑，填土面水平，墙后为粘性土，y= 8.5kN / m 3。= 300C = 10kpa.，求其积极土压力Ea和被动土压力EP。解题思路：解：积极土压力： TOC o 1-5 h z 1 2CE =-河2K - 2CH.K +彳 HYPERLINK l bookmark113 o Curr

18、ent Document E = -x8.5x72 xtan(45-30)2 2x0 x7xtan(45-30) + 竺0 = 7.2kN a 2228.5被动土压力：.E = -7 - H2 K + 2HC必E = x8.5x72 xtan(45 + 30)2 + 2x0 x7x tan(45 + 30) = 467.3kN尸 222设有一单质点体系，质点重为100KN，体系自振周期为1.0秒，位于基本烈度8度区， 体系所在地设计反映谱特性周期Tg=0.4s，设计反映谱下降段指数为b=0.7,动力系数最 大值3 max = 2.25，体系构造设计基如期为50年，求体系所受小震烈度日勺水平地震

19、作用。 解题思路：解：求地震系数。因小地震烈度比基本地震烈度小1.5度，则计算地震烈度为：I=8-1.5 = 6.5地震系数公式 k=0.125X2i-7=0.125X26.5-7=0.088根据国内建筑抗震设计规范，地震系数取平均值勺85%k = 0.85 x 0.088 = 0.075计算动力系数。因TTg,则机（T）= 2.25 x偌=1.18地震作用为F = Gk日（T ）= 100 x 0.075 x 1.18 = 8.85 KN已知一矩形平面钢筋多层建筑如图1,位于都市中心，建筑高度27m,平面沿高度保持 不变，迎风面宽B = 40m地面粗糙度指数aa = 口2，基本风压按地面粗糙

20、度指数日勺地貌a $ = 0.16P度不变为，离地面10m高风速拟定日勺基本风压为 0 = 0.55kN / m2，风振系数沿高乙 L。，求建筑物底部弯矩。(原则地貌日勺梯度风高为350m；该都市梯度风高为400m建筑物沿高度划分为三段计算)40m9m9m9m图1解题思路：解叫=PgQ)R$Q)R乙zhR = 1.3矩形构造，风载体形系数 $ = 0.55kN / m 2P = 1.0风压高度变化系数pzpzfH A2asfH A-2aa f z k仍J(HTak Z Jf Hk nf 350A2x0-16 f 4002aS102aa2aak切J-2x0,2 f 7、2x0.2k富Jk 10

21、JTak 10 Jf z A 0-4 =0.713 Ip1 =0.684 P 2 = 0-902 P3=1.061w 1 = 1.3 x1.0 x 0.684 x 0.55 = 0.489仞aa 2 = 1.3 x1.0 x 0.902 x 0.55 = 0.645如aw 3 = 1.3 x 1.0 x 1.061x 0.55 = 0.759kpaM =w HA +w H A +w H A =(0.489 x 9 + 0.645 x 18 + 0.759 x 270 x 911 122 233 3已知一各三层剪切型构造，如图2, m1=116kg,m2=110kg,m3=59kg,已知该构造

22、日勺第一阶周期为T1 = 0.617s，场地土为类，amax=0.16,场地土特性周期为Tg=0.445s,采 用底部剪力法计算地震作用产生日勺底部最大剪力及构造各层日勺地震作用。图2顶层放大系数5n日勺取值:TgT11.4TgT11.4Tg0.550.08T1-0.02解题思路: 解：拟定地震影响系数amaxf些丁 0.617 )-0.16 = 0.1192求底部最大剪力_ 3 +1) _ 6 _F = XG咎1 ,因质点数n=3, = 2(2n + 1广7=庭5F = 0.85 x (116 +110 + 59) x 9.8 x 0.1192 = 0.284KN各质点地震作用:1.4Tg=

23、1.4X0.445 = 0.632T1=0.617不考虑其她振型影响。F1 = GHi i116 x 6.6Fek 116 x 6.6 +110 x 12.6 + 59 x 18.6 X 0.284 0.0659KNF2 =2H2 F =110 x 12.6x 0.284 = 0.1209KN GH ek 116x6.6 +110 x 12.6 + 59x 18.6 i iF 3 = H F G H ek59 x 186 x 0.284 = 0.0961KN 116 x 6.6 +110 x 12.6 + 59 x 18.6气=0.5333sT2 = 0.203ST3 = 0.130S5.某三层框架构造如图3,各质量分别为m1=300t、m2=300t、m3=2