《工程结构荷载与可靠度分析》李国强(第四版)课后习题答案

1、第1章荷载类型1.负载和动作之间的概念区别是什么？荷载：指各种环境因素直接作用在结构上的各种力。动作：能使结构产生效果的各种因素的总称。2.解释直接行动和间接行动的区别。作用在结构上的力称为直接作用，不是作用力但又引起结构效应的因素称为间接作用，如温度变化、地震、不均匀沉降等。只有直接动作才能被称为加载。3.功能有哪些类型？请举例说明直接行动。间接影响是什么？随时间变化的分类：永久作用、可变作用和偶然作用空间位置变化分类：固定功能和活动功能按结构反应分类：静态作用和动态作用。4.什么是效果？只有直接行动才能产生效果吗？作用：作用在结构上的载荷会引起结构的内力和变形。没有。第二章重力1.如何计算

2、结构的自重？这个结构被人为地分成许多易于计算的基本组成部分。首先计算基本构件的重量，然后通过叠加得到结构的总重量。2.土壤重力和有效重力有什么区别？如何计算层状土的自重应力？土壤的自然重力是每单位体积土壤颗粒的重力。如果土层位于地下水位以下，由于水的浮力，单位体积的土壤颗粒在扣除浮力后的重力称为土壤有效重力。3.基本雪压是多少？影响基本雪压的主要因素是什么？基本雪压是指根据气象记录，在当地开阔平地上使用该结构时可能出现的最大雪压。主要因素：积雪深度、积雪严重程度、海拔和基本积雪压力的统计。4.解释影响屋顶雪压的主要因素和原因。主要因素：风的漂移效应、屋顶坡度对积雪的影响(一般随着坡度的增加而减

3、小，因为风的作用和雪的滑动)、屋顶温度(屋顶散发的热量使部分积雪融化，同时使雪更容易发生滑动)。5.解释列车荷载和车道荷载之间的区别。考虑到列车的尺寸和布置，列车荷载以集中荷载的形式作用于轴位置；车道荷载不考虑车辆的大小和布置，相当于均匀荷载和作用于任何位置的集中荷载。第三章横向压力1.土壤的侧向压力是多少？什么因素与它的规模和分布有关？土的侧压力是指自重或外部荷载对挡土墙背面产生的土压力。它受到一系列因素的影响，例如墙可能的移动方向、墙后填土的性质、填土表面的形式、墙的截面刚度和基础的变形。2.如何划分土压力？分成几类？举个例子。根据挡土墙的位移和墙后土的应力状态，土压力可分为静土压力、主动

4、土压力和被动土压力。3.朗肯土压力的基本假设是：(1)物体是弹性半空间土；(2)不考虑挡土墙和回填土的应用工作因素；(3)挡土墙背面垂直光滑，填土面水平无超载。4.静水压力可能导致结构滑动或倾覆；动水压力的作用甚至会引起结构的振动使结构产生自激振动(同风的第4章)或共振。5.当确定流水对建在流水中的建筑物的负荷时，你为什么考虑更多的法向应力？剪应力只能在水流高速流动时表示。法向应力是由水的重量和水流方向的变化引起的。当水流过一个结构时，水流的方向将被该结构的构件改变。6.如果波破裂的位置在离直壁半个波长以内，那么破裂波就称为近场破裂波。(y)7.请简要描述土的冻胀原理，土的冻胀对结构有什么影响

5、？(1)冻胀力：在封闭系统中，由于冻结(2)冻土：负温或零温的土壤，含冰，由松散的固体颗粒胶结，称为冻土。(3)对建筑物：造成不同程度的冻胀破坏，表现为冬季低温时结构开裂、断裂，严重时结构倾覆；在春季融化期，地基沉降会对结构产生额外的变形荷载。(4)影响冻土的因素：土壤颗粒的大小和形状。(5)冻胀原理：引起土壤冻胀的主要因素是水分、土壤质量和负温，即土壤含有足够的水分，水结晶成冰会导致土壤颗粒位移，负温会使水结冰。水从较低的土壤迁移到冻结锋面，导致在冻结表面形成冰夹层和冰透镜体，从而导致冻结层的膨胀。第四章风荷载1.基本风压的定义：根据特定地形、高度和时间间隔测得的风速确定的风压。2.基本风压

6、应满足以下五个要求标准高度：10米是标准高度。地形规则：根据开阔平坦的地形。额定风速的时间间隔：时间间隔为10分钟。d .最大风速的采样时间：取一年作为最大风速的采样时间。基本风速重现期：50年为重现期。3.在计算顺风效应时，我们为什么要区分平均风和脉动风？顺风风速时程曲线有两个分量：一个是长周期分量，其值大于10分钟；另一种是短期成分，通常只持续几秒钟。根据这一特点，顺风风效应分解为平均风和脉动风。脉动风是结构顺风振动的主要原因。4.解释风载体类型系数s、风压高度变化系数z和风振系数的意义。一般结构上的风压不能根据“风速与风压”的关系直接计算，w=wm-wb=1/2pv2=rv2/2g，但需

7、要修正，其修正系数与结构形状有关，故称之为风载体型系数。任何粗糙度和高度的风压wa(z)与标准粗糙度下标准高度的基本风压之比定义为风压高度系数。一个是平均风压加上由脉动风引起的等效风压；另一个是平均风压乘以风振动系数。由于第一种模式通常在结构风振计算中起主要作用，中国和大多数国家一样，采用后一种模式，即风振系数。5.在什么条件下应该考虑结构的横向风效益？对于一些细长的柔性结构，如高耸的塔、烟囱、电缆等。风向上的风振动(与结构的横截面形状和雷诺数有关)6.顺风脉动风效应：对于一般的垂直悬臂结构，只能考虑结构第一振型的影响。第五章地震1.地震根据成因可分为火山地震、崩塌地震和构造地震。2.塌陷地震

8、：由地下洞穴突然塌陷引起的地震。3.构造地震：由地质结构变化引起的地震。(地壳和岩层中的应力积累造成岩层的破坏，因此震源总是位于岩层的最薄弱部位)4.地质运动的主要原因：地幔热对流。5.全球地震的纬向分布是板块构造理论在地质学上的有力证据，是全球地震纬向分布的解释。6.震级：衡量地震震级的定量等级。(m2，微震；25.摧毁地震；7级，一次大地震；m8，地震)强度：特定地区地震的强度。因此，一场地震只有一个震级，但是不同的地方有不同的地震强度。7.在相同的环境条件下，震级越大，震源深度越小，震中强度越高。8.地震波分为在地球内部传播的体波(纵波和横波)和面波(横波和横波)11.国际上普遍采用“小

9、震不坏，中震可修，大震不坏”的抗震设计标准。第六章其他职能1.温度和变形是如何发生的？在工程中通常是如何处理的？温度效应：当一个固体的温度发生变化时，该物体中任何一点(微小单元)的热变形(膨胀或收缩)都受到相邻单元的约束，或者该固体的边界受到其他成分的约束，从而在该物体中的该点形成一定的应力。当温度变化时，静定结构不抑制温度变形，因此不产生内力。由于材料随热膨胀，随冷收缩，静定结构可以自由产生满足约束条件的位移。对于超静定结构，由于多余的约束，温度会产生内力。处理：设置伸缩缝(温度缝)。变形：由于外部因素的影响，如结构支撑的移动或不均匀沉降，结构被迫变形。静定结构的位移不产生内力，而静定结构产

10、生内力。处理：设置沉降缝和抗震缝。2.地基不均匀沉降对结构有什么影响？举个例子。如果系统是超静定的，多余的约束将限制结构的自由变形，这将导致上部结构的附加变形和附加应力。导致结构房屋出现裂缝。3.对于有热源的生产车间的钢筋混凝土梁，为什么不在结构高温时布置钢筋地区？4.试解释混凝土结构的徐变和收缩变形。混凝土徐变：在长期外力作用下，混凝土的变形随时间增加。混凝土收缩：当混凝土在空气中硬化时，其体积会收缩。5.爆炸是怎么发生的？爆炸引起的地面结构和地下结构有什么区别？爆炸：如果能量在很短的时间内以足够小的体积突然释放，就会产生一定振幅的压力波，从爆炸源传播到有限的空间。地面结构主要分为两种类型，

11、即冲击波超压和冲击波压力。地下结构：引起岩土压缩波向下传播的地面空气冲击波参数；(2)自由场中传播的纵波参数变化；压缩波遇到结构时发生反射，反射压力取决于波与结构的相互作用。6.预应力的目的是什么？有多少种方法可以施加预应力？目的：在混凝土构件上，荷载和受拉区的预应力可以延缓构件的开裂，从而提高构件在正常使用阶段的截面刚度和承载力，降低截面高度，减轻构件自重，提高构件的跨越能力。应用方法：外预张力和内预张力、预张力和后张力预张力、预弯梁预张力。第九章结构可靠性的基本概念1.该结构的基本功能要求是什么？(1)能承担正常施工和正常使用中的各种功能；正常维护下工作性能良好；正常维护下的足够耐久性；在

12、意外事件发生时和发生后，仍能保持必要的整体稳定性。2.结构的极限状态是什么？试着举个例子。承载力极限状态和正常使用极限状态。承载能力的极限状态是结构或结构构件达到最大承载能力或不适合进一步承载变形的状态。(倾覆、疲劳失效)正常使用极限状态是指结构或结构构件达到正常使用或耐久性的特定极限的状态。(裂缝)3.结构可靠性和安全性有什么区别？可靠性是安全性、适用性和耐久性的总称。4.结构可靠性的定义。结构可靠性的概率度量被定义为一个结构在规定的时间和条件下完成其预期功能的概率。结构的可靠性与规定时间有关，规定时间越长，结构的可靠性越低延性构件：失效后仍能保持其原有功能的构件。构件的失效性质不同，其可靠

13、性的影响也不同。构件失效的性质不同，其对结构系统可靠性的影响也不同。7.结构系统的失效模型。(1)系列模型：如果结构中的任何一个构件失效，整个结构也会失效。(对于静定结构，无论构件是脆性的还是延性的，它对结构系统的可靠性没有影响。)(2)平行结构：如果结构中的一个或多个构件失效，其余构件或失效的延性构件仍能保持结构的功能。(超静定结构的失效)(3)串并联模型：在由延性构件组成的超静定结构中，如果结构的最终破坏模式不限于一种。第十章结构概率可靠性设计方法1.如何确定结构设计的目标可靠性？应基于结构可靠性和经济性达到最佳平衡的原则，考虑的因素有：公众心理结构重要性结构损伤性质社会经济承受能力2.结构设计的标准表达如何反映可靠性设计的要求？当恒载和变载效应符号相反时，通过调整分项系数可以获得较好的可靠性一致性。当存在多个可变荷载时，采用可变荷载的组合取值系数，结构设计的可靠性是一致的；对于不同重要度的结构，采用结构重要度指标，不同重要度结构的可靠度水平是不同的；对于具有不同材料工作特性的结构，通过调整分阻系数来满足不同材