第1-讲绪论公开课教案课件.ppt

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1、荷荷 载载 与与 结结 构构 设设 计计 方方 法法徐龙军徐龙军土木工程系土木工程系2012年年11月月荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法主主 编编 柳炳康柳炳康副主编副主编 黄慎江黄慎江武汉理工大学出版社武汉理工大学出版社Andrzej S.Nowak,Kevin R.Collins.Reliability of Structures.参考文献1、中华人民共和国国家标准建筑结构荷载规范 （GB500092001）2、陈基发等.中国建筑工业出版社.建筑结构荷载设计手册3、面向21世纪教材.工程结构荷载与可靠度设计原理4、中华人民共和国国家标准建筑结构可靠度设计统一标准（GB500682001

2、）5、中华人民共和国国家标准工程结构可靠度设计统一标准（GB5015392）6、风工程、地震工程等相关书籍绪 论高层建筑绪 论高层及高耸建筑高层及高耸建筑绪 论高层及高耸建筑高层及高耸建筑绪 论大跨度建筑绪 论桥梁绪 论有特点的工程结构绪 论水工结构隧道古建筑山西应县古木塔绪 论水工结构隧道古建筑山西应县古木塔绪 论我们的结构设计竞赛绪 论绪 论绪 论绪 论工程中的荷载你可以学到的荷载有哪些？你可以学到的荷载有哪些？这些荷载如何定义、取值的？这些荷载如何定义、取值的？工程设计中如何考虑的？工程设计中如何考虑的？你认为这门课是否重要？你认为这门课是否重要？绪 论结构工程专业的知识体系 结构分析结

3、构分析 荷载与结构设计准则荷载与结构设计准则 结构设计基本原理结构设计基本原理 结构工程设计结构工程设计 结构试验与测试结构试验与测试 结构工程施工。结构工程施工。结构工程基础知识结构工程基础知识结构工程专门知识结构工程专门知识 绪 论工程结构设计荷载荷载结构抗力结构抗力结构设计方法结构设计方法工程结构设计的目的就是要保证结构具有足够的工程结构设计的目的就是要保证结构具有足够的抵抗自然界各种作用力的承载能力，并将结构变抵抗自然界各种作用力的承载能力，并将结构变形控制在满足正常使用的范围内。形控制在满足正常使用的范围内。绪 论本门课程的内容荷载荷载 各种荷载的概念、原理及设计方法各种荷载的概念、

4、原理及设计方法结构设计方法结构设计方法 荷载与结构抗力的统计分析、结构荷载与结构抗力的统计分析、结构可靠度的原理及分析方法、结构概率可可靠度的原理及分析方法、结构概率可靠度设计方法靠度设计方法课程考核方法课程考核方法试卷及答案一套（10+5分）出勤及课堂表现（10+5分）闭卷考试（70分）平时平时成绩成绩课程课程成绩成绩课程考核方法课程考核方法试卷及答案一套（10+5分）出勤及课堂表现（10+5分）闭卷考试（70分）平时平时成绩成绩课程课程成绩成绩第一章 荷载与作用第一节 工程结构的荷载与作用荷载与作用从哪里来？第一节 工程结构的荷载与作用工程结构工程结构:是指用建筑材料建造的房屋、道是指用建

5、筑材料建造的房屋、道路、桥梁、隧道、堤坝等工程设施。路、桥梁、隧道、堤坝等工程设施。工程结构首先应满足自身功能要求，其次工工程结构首先应满足自身功能要求，其次工程结构需要形成一个坚实的骨架，承受使用程结构需要形成一个坚实的骨架，承受使用过程中可能出现的各种环境作用。如房屋结过程中可能出现的各种环境作用。如房屋结构要承受自身重量、人群和家具重量、风压构要承受自身重量、人群和家具重量、风压力和雪重等作用。力和雪重等作用。第一节 工程结构的荷载与作用定义：定义：l荷载荷载由各种环境因素产生的直接作用在结构上由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力。的各种力。例如：重力、水压力、风压力；例如：重力

6、、水压力、风压力；l效应效应结构的内力、位移、变形、应力、应变、结构的内力、位移、变形、应力、应变、裂缝以及加速度裂缝以及加速度l作用作用使结构产生各种效应的各种原因的总称；使结构产生各种效应的各种原因的总称；l直接作用直接作用直接作用在结构上的各种荷载；直接作用在结构上的各种荷载；l间接作用间接作用能够引起结构内力、变形等效应的非能够引起结构内力、变形等效应的非直接作用因素，直接作用因素，例如：地震、温度变化、地基不均匀沉降等。例如：地震、温度变化、地基不均匀沉降等。第二节 作用分类1、按时间变异分类、按时间变异分类：l永久作用永久作用：在结构设计基准期内不随时间变化，或：在结构设计基准期内

7、不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计。例如：自重、其变化与平均值相比可以忽略不计。例如：自重、土的侧压力、水压力、预应力、钢材焊接应力、混土的侧压力、水压力、预应力、钢材焊接应力、混凝土收缩徐变、基础不均匀沉降；凝土收缩徐变、基础不均匀沉降；l可变作用可变作用：在结构设计基准期内其值随时间变化，：在结构设计基准期内其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略。例如：风荷载、且其变化与平均值相比不可以忽略。例如：风荷载、雪荷载、楼面活荷载、车辆重力荷载及制动刹车力、雪荷载、楼面活荷载、车辆重力荷载及制动刹车力、温度变化等；温度变化等；l偶然作用偶然作用：在结构设计基准期内不一定出现，

8、而一：在结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间较短。例如：地震、旦出现其量值很大且持续时间较短。例如：地震、爆炸冲击荷载，突发洪水等爆炸冲击荷载，突发洪水等第二节 作用分类1、按时间变异分类、按时间变异分类：l永久作用永久作用：在结构设计基准期内不随时间变化，或：在结构设计基准期内不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计。例如：自重、其变化与平均值相比可以忽略不计。例如：自重、土的侧压力、水压力、预应力、钢材焊接应力、混土的侧压力、水压力、预应力、钢材焊接应力、混凝土收缩徐变、基础不均匀沉降；凝土收缩徐变、基础不均匀沉降；l可变作用可变作用：在结构设计基准期内其值随时

9、间变化，：在结构设计基准期内其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略。例如：风荷载、且其变化与平均值相比不可以忽略。例如：风荷载、雪荷载、楼面活荷载、车辆重力荷载及制动刹车力、雪荷载、楼面活荷载、车辆重力荷载及制动刹车力、温度变化等；温度变化等；l偶然作用偶然作用：在结构设计基准期内不一定出现，而一：在结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间较短。例如：地震、旦出现其量值很大且持续时间较短。例如：地震、爆炸冲击荷载，突发洪水等爆炸冲击荷载，突发洪水等第二节 作用分类2、按空间变异性分类按空间变异性分类：l固定作用固定作用：在结构空间位置：在结构空间位置上具有固定的分布。

10、如：结上具有固定的分布。如：结构自重、固定设备等；构自重、固定设备等；l可动作用可动作用：在结构空间位置：在结构空间位置上的一定范围内可以任意分上的一定范围内可以任意分布。例如：房屋中的人员、布。例如：房屋中的人员、家具荷载、桥梁上的车辆荷家具荷载、桥梁上的车辆荷载、吊车荷载等；载、吊车荷载等；在进行结构分析时，对于动态作用应当考虑其动力效应，运在进行结构分析时，对于动态作用应当考虑其动力效应，运用结构动力学方法考虑其影响；也可采用乘以动力参数的简用结构动力学方法考虑其影响；也可采用乘以动力参数的简化方法，将动态作用转换为等效的静态作用来考虑。化方法，将动态作用转换为等效的静态作用来考虑。第二

11、节 作用分类3、按结构的反应分类按结构的反应分类：l静态作用静态作用：对结构或结构构件不产生加速度或其：对结构或结构构件不产生加速度或其加速度可以忽略不计。例如：结构自重、土压力、加速度可以忽略不计。例如：结构自重、土压力、温度变化、楼面上的人员荷载、雪荷载等；温度变化、楼面上的人员荷载、雪荷载等；l动态作用动态作用：对结构或构件产生不可忽略的加速度。：对结构或构件产生不可忽略的加速度。例如：地震、风荷载、冲击荷载、设备震动、爆例如：地震、风荷载、冲击荷载、设备震动、爆炸荷载等；炸荷载等；第三节 荷载的代表值1、定义定义：l荷载代表值荷载代表值：由于施加在结构上的集中力和分布力引起的直接：由于

12、施加在结构上的集中力和分布力引起的直接作用有明显的变异性，在设计时为了便于取值，通常是考虑荷作用有明显的变异性，在设计时为了便于取值，通常是考虑荷载的统计特征赋予一个规定的量值，这个量值称为荷载代表值。载的统计特征赋予一个规定的量值，这个量值称为荷载代表值。工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值：标准值、组工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值：标准值、组合值、频遇值和准永久值；合值、频遇值和准永久值；l荷载标准值荷载标准值：荷载在结构使用期间可能出现的最大值。是荷载：荷载在结构使用期间可能出现的最大值。是荷载的基本代表值；的基本代表值；l荷载组合值荷载组合值：当有两种或两种以上的可变

13、荷载同时作用在结构：当有两种或两种以上的可变荷载同时作用在结构上，所有可变荷载同时达到最大值的概率极小，这时产生作用上，所有可变荷载同时达到最大值的概率极小，这时产生作用效应最大的荷载取标准值，其他可变荷载取小于其标准值的组效应最大的荷载取标准值，其他可变荷载取小于其标准值的组合值；合值；l荷载准永久值荷载准永久值：可变荷载在结构使用期间经常达到和超过的值。：可变荷载在结构使用期间经常达到和超过的值。用于考虑荷载对结构的持久作用影响；用于考虑荷载对结构的持久作用影响；l荷载频遇值荷载频遇值：可变荷载在结构上较频繁出现且量值较大的值。：可变荷载在结构上较频繁出现且量值较大的值。用于荷载短期效应组

14、合中。用于荷载短期效应组合中。第三节 荷载的代表值2、荷载代表值的使用方法：l不同类别的荷载，在不同极限状态设计中，应采用不同的代表值；l永久荷载永久荷载的代表值为标准值；l可变荷载可变荷载根据设计的不同要求，采用标准值、组合值、频遇值和准永久值作为代表值；l 偶然荷载效应根据试验资料，结合工程经验确定其代表值；l考虑地震作用时，将全部结构自重及部分可变荷载合并为重力荷载，设计时以结构自重标准值和部分可变荷载组合值之和为重力荷载代表值，地震效应应在重力荷载代表值的基础上确定；l我国设计规范正常使用极限状态设计中通常采用荷载效应的标准值组合，过分偏于安全；第三节 荷载的代表值2、荷载代表值的使用

15、方法：l频遇组合意味着允许某些极限状态在一个短的持续时间内被超过，随着人们对正常使用功能控制认识的深化，会逐渐代替现行标准组合；l准永久组合相当于可变荷载在整个变化过程中的中间值，它代表结构上长期作用的荷载；l对一些可以放松正常使用功能控制要求的，例如二级裂缝控制等级的预应力构件，可采用荷载效应准永久组合；在控制钢筋混凝土受弯构件挠度时，也要考虑荷载效应准永久组合对刚度有降低的影响，此时可以通过荷载效应标准组合和准永久组合弯矩设计值的比值确定刚度的折减系数；第三节 荷载的代表值2、荷载代表值的使用方法：l频遇组合意味着允许某些极限状态在一个短的持续时间内被超过，随着人们对正常使用功能控制认识的深化，会逐渐代替现行标准组合；l准永久组合相当于可变荷载在整个变化过程中的中间值，它代表结构上长期作用的荷载；l对一些可以放松正常使用功能控制要求的，例如二级裂缝控制等级的预应力构件，可采用荷载效应准永久组合；在控制钢筋混凝土受弯构件挠度时，也要考虑荷载效应准永久组合对刚度有降低的影响，此时可以通过荷载效应标准组合和准永久组合弯矩设计值的比值确定刚度的折减系数；