结构上的作用和作用效应.ppt

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。,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。,可变荷载偶然荷载,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,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,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 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）P119,4.3 荷载的统计分析,4.3.2 活荷载的概率模型(随机过程模型）P121,1.持久性活荷载,4.3 荷载的统计分析,2.临时性活荷载,4.3.3 环境荷载的概率模型,1.风荷载,4.3 荷载的统计分析,4.3 荷载的统计分析,2.雪荷载,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),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。,正态分布，均值X,保证率为50，X+，保证率84.1，X+1.645，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）,4.4 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）,4.4 荷载的代表值,4.4.3 频遇值,荷载频遇值系数,4.4 荷载的代表值,4.4.4 准永久值,荷载准永久值系数,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,荷载组合系数,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础上乘以相应的系数后得出各种荷载的代表值对永久荷载：应采用标准值作为代表值对可变荷载：应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值对偶然荷载：应按结构的使用特点确定其代表值,4.4 荷载的代表值,4.4.5 荷载代表值的应用,1.承载能力极限状态,基本组合,用于结构设计中各种荷载（效应）组合值的确定,(1)可变荷载效应控制的组合,(2)永久荷载效应控制的组合,4.4 荷载的代表值,偶然组合,2.正常使用极限状态,准永久组合,标准组合,频遇组合,4.5 荷载效应组合方法,第四章 结构上的作用和作用效应,4.5 荷载效应组合方法,4.5.1 基本概念,荷载效应的定义 是指由荷载引起结构或结构构件的反应,如内力、变形和裂缝等。,荷载效应组合目的 结构在设计基准期内同时受多个可变荷载作用，而其最大值不同时出现，考虑荷载效应组合可使荷载取值更合理。,4.5 荷载效应组合方法,通常情况下，荷载与荷载效应呈线性关系,荷载效应系数，它反映荷载作用方式、结构形式、构件几何特征等。,荷载效应组合问题可转化为荷载组合问题,荷载效应组合的研究内容就是确定在基准期内荷载效应之和 最大值的概率特征:,4.5 荷载效应组合方法,4.5.2 JCSS组合方法,对于每一个荷载,其基准期 T 可分为 个相等的时段.,对各荷载按 大小由小到大排列，相互排斥的荷载不考虑其组合。,依次取每一荷载 在其设计基准期内 的最大值 与其它荷载组合。,对于时段时大于 的荷载,依次取前面荷载时段上的局部最大值，时段数小于 的荷载取相应时段的瞬时值。,取其中最不利的荷载效应组合为设计用的荷载效应组合。,4.5 荷载效应组合方法,4.5 荷载效应组合方法,S1(t),S2(t),S3(t),4.5 荷载效应组合方法,4.5.3 Turkstra 组合方法,取其中最不利的荷载效应组合为设计用的荷载效应组合。,分别取基准期 T 内第 i 个荷载效应的最大值与其余荷载效应的瞬时值组合。,Turkstra 组合过程实例,离散型：概率分布：连续型：,二点分布二项分布泊松分布超几何分布,均匀分布指数分布正态分布对数正态分布极值型分布（、）分布,结构可靠度常用概率分布（附录）,