第4章-结构上的作用和作用效应1

第四章

结构上的作用和作用效应第四章结构上的作用和作用效应4.2

荷载的随机概率模型4.4荷载的代表值4.1荷载和作用主要内容4.5荷载效应组合方法4.3

荷载的统计分析4.1荷载和作用第四章结构上的作用和作用效应4.1荷载与作用1.作用的定义：4.1.1作用的定义与分类2.作用的分类：

(2)按随时间的变异性分类

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。(1)按作用形式分类

直接作用：施加在结构上的集中或分布荷载。

间接作用：引起结构外加变形或约束变形的原因。

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。4.1荷载与作用

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。

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】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、汽车制动力、流水压力、冰压力、温度作用等。【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。4.1荷载与作用(3)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。

动态作用：

使结构或结构构件产生不可忽略的加速度。【例如】结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等。【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。4.1荷载与作用

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。【例如】结构自重，土压力、预应力等。4.1.2荷载分类

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。【例如】楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。按荷载作用时间的长短和性质分为：4.1荷载与作用偶然荷载：

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。

【例如】地震、爆炸力、撞击力等。永久荷载恒荷载

可变荷载偶然荷载活荷载4.2荷载的概率模型第四章结构上的作用和作用效应4.2荷载的概率模型4.2.1荷载的随机过程模型结构尺寸偏差材料容重变化自然中多种不确定因素荷载具有随机性

在设计基准期内，荷载是随时间变化的，因此荷载用随机过程来描述最合理。

在实际工程中，考虑设计基准期内荷载最大值随机变量来描述荷载的这种随机特性。

荷载特性与分析随机过程随机变量4.2荷载的概率模型

多个随机变量最大值概率分布其概率分布随机过程可用一系列的随机变量来描述，假定它们独立且同分布，最大值为4.2.2随机过程最大值概率分布4.2荷载的概率模型

平稳二项随机过程1.平稳二项随机过程的定义（假设）在实际工程中，荷载通常被假定为平稳二项随机过程分析。(3)在任一时段内，荷载出现时，其幅值为非负随机变量，其概率分布函数为任意时点荷载概率分布，各不同时段上的幅值随机变量相互独立且服从相同分布。(4)任一时段上荷载是否出现与出现的幅值随机变量是相互独立的。(1)基准期时间域内可划分为个相等的时段，即(2)在任一时段内，荷载出现的概率为，荷载不出现的概率为。4.2荷载的概率模型2.平稳二项随机过程的三个要素：和通过统计调查或经验判断确定。通过统计分析确定。4.2荷载的概率模型3.一般荷载向平稳二项随机过程转化荷载在基准内的概率分布——荷载在基准内平均出现率4.2荷载的概率模型4.荷载在基准期的概率分布——荷载在基准内平均出现率。设计基准期内最大荷载QT

的概率分布函数等于任意时点荷载概率分布函数的m次方。4.2荷载的概率模型（近似取前两项:exp(-x)=1-x）4.2荷载的概率模型(1)是正态分布 在下列情况下，可直接由任意时点荷载概率分布Fq(x)的统计参数推求设计基准期T内荷载概率分布Fqt(x)的统计参数。4.2荷载的概率模型(2)是极值Ⅰ型分布4.3荷载的统计分析第四章结构上的作用和作用效应4.3荷载的统计分析4.3.1恒荷载概率模型（随机变量模型）P1194.3荷载的统计分析4.3.2活荷载的概率模型(随机过程模型）P1211.持久性活荷载4.3荷载的统计分析2.临时性活荷载t0T

4.3.3环境荷载的概率模型1.风荷载不考虑风向

考虑风向4.3荷载的统计分析4.3荷载的统计分析2.雪荷载t0T

4.4荷载的代表值第四章结构上的作用和作用效应4.4荷载代表值荷载随时间具有变异性，尤其是可变荷载，但在设计中很难直接考虑荷载变异性，因此一般根据不同的设计要求，针对相应的极限状态和荷载效应组合要求，规定不同的荷载代表值。《荷载规范》给出了四种荷载代表值：

标准值、组合值、频遇值和准永久值4.4荷载的代表值

4.4.1基本概念荷载代表值—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。荷载设计值—设计中用于确定结构抗力所直接采用的荷载值。荷载设计值可以通过荷载分项系数乘以荷载代表值获得。4.4荷载的代表值4.4.2荷载标准值(即特征值)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统计分布的特征值。1.定义是荷载的基本代表值，其它代表值可以通过它计算得到。2.计算方法（两种方法）

保证概率法－－在设计基准期内，荷载保证率为时对应荷载分位值。－－目前没有统一的标准，主要根据设计经验取值。荷载类型恒载住宅楼面活载办公楼面活载风荷载屋面雪荷载pk0.210.800.920.570.36正态分布，均值X,保证率为50％，X+σ，保证率84.1％，X+1.645σ，保证率95％4.4荷载的代表值是荷载的重现期（与设计基准期T不同）

是年超越概率。重现期法－－

年一遇的荷载值。4.4荷载的代表值两种方法之间的联系4.4荷载的代表值我国84荷载规范荷载特征值的保证率pkT(T=50年）荷载类型荷载保证率重现期楼面持久性活荷载0.9992－楼面临时性活荷载0.9931－风荷载0.349048雪荷载0.3251454.4荷载的代表值我国01荷载规范荷载特征值的保证率pkT(T=50年）荷载类型荷载保证率重现期楼面持久性活荷载0.99998－楼面临时性活荷载0.9995－风荷载0.36450雪荷载0.364504.4荷载的代表值4.4.3频遇值在结构设计基准期内经常作用于结构的可变荷载值记为。1.定义用于校核结构正常使用极限状态的荷载代表值。荷载频遇值系数2.确定方法设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间与整个设计基准期T之比不大于0.1确定，即。4.4荷载的代表值4.4.4准永久值荷载准永久值系数2.确定方法设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间与整个设计基准期T之比不小于0.5确定，即。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Q2

。它对结构的影响相似于永久荷载。1.定义用于校核结构正常使用极限状态的荷载代表值。准永久值系数小于频遇值系数4.4荷载的代表值4.4.5组合值2.计算方法

确定原则：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。荷载组合系数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的最大值而采用的一种荷载值，记。1.定义4.4荷载的代表值民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值,频遇值和准永久值系数荷载标准值：是荷载的基本代表值，其它代表值都可在标准值的基