2023年工程结构荷载与可靠度设计原理复习概要(最新版整理).docx

工程结构荷载与可靠度设计原理复习概要1 .设计基准风速：桥梁所在地区开阔平坦的条件下，地面以上IOn1.高度、重现期100年、IOn1.in平均的年最大风速。2 .涡激共振：风经过结构时产生漩涡脱落，当漩涡脱落频率与结构的自振频率接近或相等时，由涡激力所激发出得结构的一种共振现象。3 .颤振：振动的桥梁或构件由于气流的反馈作用不断吸取能量，扭转振幅逐步或突然增大的发散性自激振动失稳现象。4 .抖振：在风的脉动力、上游构造物尾流的脉动力或风绕流结构的紊流脉动力的作用下，结构或构件发生的一种随机振动现象。5 .风雨激振：拉索或吊索在风和雨的作用下发生的一种驰振现象。6 .结构延性：延性抗震设计时，允许发生塑性变形的构件。7 .常规桥梁：包括单跨跨径不超过15Om的坊工或混凝土拱桥、下部结构为混凝土的桥梁。8 .时程分析：由结构基本运动方程输入地震加速度记录进行积分，求得整个时间历程内结构地震作用效应的一种结构动力计算方法。9 .能力设计：为确保延性抗震设计桥梁可能出现塑性钱的桥墩的非塑性较区、基础和上部结构构件不发生塑性变形和剪切破坏，必须对上述部位、构件进行加强设计，以保证非塑性校区的弹性能力高于塑性校区。10 .可靠度:指结构可靠性概率量度，结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。11结构耐久性:在设计确定的环境作用和养护、使用条件下，结构及其构件在设计年限内保持其安全性和适用性的能力。12 .承载能力极限状态：对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继承的变形的状态。13 .正常使用极限状态：对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值状态。14 .作用的设计值:作用的代表值与作用分项系数的乘积。15 .作用的代表值：极限状态设计采用的作用值。可以是作用的标准值或可变作用的伴随值。16 .荷载效应及作用组合:作用在结构上的荷载Q对结构产生的内力变形和裂缝等的总称，称为荷载效应。在不同作用的同时影响下，为验证某一极限状态的结构可靠度而采用的一组作用设计值为作用组合。17 .弹性设计法:指以结构的弹性极限荷载为强度指标的设计方法。18 .可靠度设计法:又叫概率设计法，是优先考虑目标系统可靠性的工程设计分析方法，指产品在事先确定的时机内，能达到安全可靠无故障，即在原有的设计技术基础上，运用可靠性理论和方法提高产品质量的保证程度。19 .设计基准期：为确定可变作用等的取值而选用的时间参数。20 .作用的标准值：作用的主要代表值，可根据对观测数据的统计、作用的自然界限或工程经验确定。21 .可变作用的组合值：使组合后的作用效应的超越概率与该作用单独出现时，其标准值作用效应的超越概率趋于一致的作用值；或组合后使结构具有规定可靠指标的作用。可通过组合值系数对作用标准值的折减来表示。22 .可变作用的频遇值：设计基准期内被超越的总时间占设计基准期的比率较小的作用值；或被超越的频率限值在规定频率内的作用值。可通过频遇值系数对作用标志值的折减来表示。23 .可变作用的准永久值：在设计基准期内被超越的总时间占设计基准期比率较大的作用值。可通过准永久值系数对作用标准值的折减来表示。1 .荷载与作用的区别与联系。答：1荷载：由于各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力，如重力和土压力。2作用：将能使结构产生效应的各种因素的总称为作用。3联系：荷载属于作用的范畴，只有直接作用才可称为荷载。2 .结构及车辆自重计算方法及计算图标。答：1.结构自重：将结构划分为许多小构件，分别计算，再叠加即得结构自重。Gb=rvGb：构件的自重r构件材料的重度V构件的体积。3 .车辆荷载：掌握车辆荷载和车道荷载的定义及应用范围（包括计算图）4 ：1.车列荷载：考虑车的尺寸及排列方式，以集中荷载的形式作用于车轴位置。车道荷载：不考虑车的尺寸和排列方式，将车辆荷载等效为均布荷载和作用于任意位置的集中荷载。5 .范围：对于桥梁结构的整体计算采用车道荷载，桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载，车道荷载和车辆荷载的作用不得叠加。6 .公路-1级车道荷载均布荷载标准值为qk=10.5KN/M,计算剪力效应时，集中荷载标准值应该乘以系数1.2。公路-11级车道荷载的均布荷载标准值qk和集中荷载标准值Pk按I级车道荷载0.75倍采用。车道荷载的均布荷载标准值应分部与使结构产生最不利效应的同号影响下上集中荷载标准值只作用于相应影响线一个峰值处。7 ,冲击系数的概念及计算方法。答：1.汽车通过桥梁对桥梁结构产生的竖向动力增大的系数。2.当f<1.5HZ,"0.05.当1.5HZWf14HZ,"0.17671nf-0.0157,当f>14HZ,"0.45.3.汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用0.3.8 .车辆的制动力和离心力的计算方法。答：1.离心力指汽车行驶在曲线线路时，由于方向变化引起的力，离心力等于汽车重力乘以离心力系数C,即H=CP,其中C=V2127R。2、离心力着力点在桥面以上1.2M处，为计算方便可以移到桥面上，不计由此引起的效应。3.一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路I级车辆制动力标准值不得小于165KN,公路11级车辆荷载制动力标准值不得小于90KN。同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准值应为一个设计车道制动力标准值的2倍，同向行驶三车道应为一个设计车道的2.34倍，四车道为2.68倍。4.制动力的着力点在桥面以上1.2米时刻移到支座较中心或支座底面上。计算刚构桥拱桥时，制动力的着力点可移至桥面上，但不应计因此而产生的竖向力和力矩。9 .人群荷载的规范规定。答：1.人群荷载也要单独定义一个车道。2当在移动荷载工况中分别将汽车荷载和人群荷载定义为子荷载工况，并在移动荷载工况中将其定义为组合时，人群荷载的加载车道也被认为是一个车道参与横向车道折减，定义人群荷载子荷载工况时，系数取0.8。3人群荷载程序未计冲击力。4人群荷载是按移动荷载计算的，工况时单列的。10 中国、欧洲及美国规范对温度计算图示的差异。答：对于温度荷载，中国美国与欧洲规范都将其分为均匀温度荷载作用和温度梯度荷载作用，是否考虑温度基数取值和梁底温差是他们的主要差异。8.基础变位及碎收缩徐变的原理？答：1基础变位：一般指制作沉降，桥墩长时间作用于地层会产生一定的沉降量。支座沉降引起超静定结构内力变化。简支梁是静定结构所以不用考虑，连续梁是超静定结构所以就会产生次内力，在内力组合的时候会把这个次内力当做永久作用。2.原理：混凝土收缩时指混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小现象。一般分为塑性收缩、化学收缩、干燥收缩及碳化收缩，较大的收缩会引起混凝土开裂。混凝土徐变：混凝土在长期荷载作用下所产生的变形。11 荷载效应组合有几种方法？优缺点是啥？答：1.TUrkStra组合规则，该规则轮流以一个荷载效应的设计基准期7天内最大值与其余荷载的任意时点值组合。2.JCSS组合规则：假设可变荷载为平稳二项随机过程。3优缺点：TUrkStra组合规则易理解，便于利用，但可能遗漏更不利于组合。JCSS组合规则可考虑所有不利组合，但组合数较多。12 .结构抗力分布可以近似为何种类型？其统计参数如何计算？答：1.结构抗力R的概率分布均可假定为对数正态分布。2.计算结构构件抗力的统计参数时，按单一材料组成的构件和多种材料组成的构件两种情况，分别建立构件抗力和各种不定性之间的函数关系,利用已知的材料性能、几何参数及计算模式不定性的统计参数，得出构件抗力的统计参数。13 .可靠度指标与失效概率有什么关系？说明可靠指标的几何意义是什么？答：1.可靠度指标与失效概率一样可以作为度量结构可靠性的一个指标，如果标准差保持不变，可靠度指标B越小，则失效概率Pt越大，反之亦然。2.意义：（1）当结构的功能函数包含两个相互独立正态随机变量时，可靠度指标的几何意义为：标准化正态坐标系中原点到极限状态方程直线最短距离。（2）当结构的功能函数包含多个相互独立的正态随机变量，其几何意义：标准化正态坐标系中原点到极限状态曲面最短距离。14 .计算机构可靠度的方法有哪些？优缺点是什么？答：1,中心点法和验算点法。2.优点：（1）中心点法不考虑变量的世纪分部，直接按其服从正态或对数分布，计算方便。当可靠度指标较小，即失效概率大时，失效概率对功能函数的概率分布不敏感。（2）验算点发适用于任何随机变量，通俗易懂计算快，精度高，满足工程实际需要。它能给一套固定的解题步骤，适用于编制计算程序和便于一般工程技术人员应用。3.缺点：（1）中心点法离开极限状态有相当的距离，因此对于非线性功能函数问题结构可靠的计算误差不可避免，该方法无基本变量分布类型信息，因为中心点法建立在正态分布变量基础上，当实际分布不同于正态分布，其可靠度计算结果必将不同。（2）用矢代法计算时步骤多，比较复杂。得到的是局部最优解而不是总体最优解。由于非正态变量等价化，使计算带来误差。15 .在结构体系可靠度分析中，实际工程结构应该如何简化？答：由于结构体系的复杂性，在分析可靠度时，常常按照结构体系失效与构建失效之间的逻辑关系，将结构体系简化为三种基本形式，即：串联体系并联体系和串并联体系。对超静定结构，有很多失效形式，每一种失效体系都可以用一种并联体系来模拟然后将这些并联体系构成串联体系，构成串并联体系。因此，在可靠度分析中，首先应根据结构特性、失效机理确定体系的失效模式，主要考虑对体系可靠度影响较大的有出现较大可能的失效模式，即以主要失效模式作为结构体系可靠度分析的基础，同时考虑构件间相关性和失效模式间的相关性，建立近似方法计算体系失效概率。16 .公路桥梁设计规范发展历程经历了那几个阶段？答：1.半概率法：对效应和抗力的变量部分地进行数理统计分析，并引入某些经验系数，因而不能定量估计结构的可靠性。2.近似概率法（目前使用方法）：以结构失效概率或可靠度指标来度量结构可靠性，并建立结构可靠度与结构极限状态方程之间的数学关系，设计时采用分项系数的简便使用表达式。3.全概率法：对整个结构采取精确的概率分析，求得结构最优失效概率最为可靠度的直接度量，该方法不成熟，处于研究阶段。17 .结构概率可靠度直接设计法的基本思路是什么？答：结构概率可靠度直接设计法是基于结构可靠度分析理论的设计方法，能根据预先给定的目标可靠指标及各基本变量的统计特征，通过可靠度计算公式反求构件抗力再求出抗力平均值和抗力标准值,然后进行截面设计。对武汉鹦鹉洲大桥及虎门大桥振动进行分析，主要包括产生振动的原因及限制振动的措施。答：造成鹦鹉洲大桥振动原因涡激共振，风的方向、频率正好与桥梁的自振频率相契合，就会发生振动现象，虎门大桥是典型的卡门涡街现象，因为在桥面设置了水马，改变了钢箱梁的气动外形，当风以一定速度吹过水马时，穿过大桥的气流会周期性的产生两串平行的反向漩涡，从而改变了大桥的共振特性，共振越强，大桥摆动的幅度就越大。措施：主要有结构措施、气动措施和机械措施。1.通过桥梁结构的特定部位装设某种装置或者施加外力以改变或调整结构动力特性或动力作用。2.空气动力学措施是在不改变桥梁结构的前提下，适当改变桥梁的外形布置或者附加一些导流装置，可以减轻桥梁风致振动的作用。3.可以合理的改变缆索体系，设置辅助拉索系统、设置刚性吊杆等来增加结构钢度，以增大弯矩改善大跨悬索桥的颤振稳定性。题目：一简支矩形梁，计算跨径为10M,该结构重要性为一级，其截面尺寸为bXh=240X500mm,活荷载为q=105KNMo1 .求恒荷载作用下最大弯矩标准值？2.分别进行承载能力极限状态及正常使用极限状态效应组合？解：1.恒载作用下的最大弯矩标准值：Mg=qg1.