《工程荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理》課后思考題及復(fù)習(xí)詳解

1、《工程荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理》課后思考題解答1荷載與作用1.1什么是施加于工程結(jié)構(gòu)上的作用？荷載與作用有什么區(qū)別？什么是施加于工程結(jié)構(gòu)上的作用？荷載與作用有什么區(qū)別？結(jié)構(gòu)上的作用是指能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)的各種原因的總稱(chēng)，包括直接作用和間接作用。引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用效應(yīng)的原因有兩種，一種是施加于結(jié)構(gòu)上的集中力和分布力，例如結(jié)構(gòu)自重，樓面的人群、家具、設(shè)備，作用于橋面的車(chē)輛、人群，施加于結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)壓力、水壓力、土壓力等，它們都是直接施加于結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為

2、直接作用。另一種是施加于結(jié)構(gòu)上的外加變形和約束變形，例如基礎(chǔ)沉降導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外加變形引起的內(nèi)力效應(yīng)，溫度變化引起結(jié)構(gòu)約束變形產(chǎn)生的內(nèi)力效應(yīng)，由于地震造成地面運(yùn)動(dòng)致使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生慣性力引起的作用效應(yīng)等。它們都是間接作用于結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為間接作用?！昂奢d”僅指施加于結(jié)構(gòu)上的直接作用；而“作用”泛指使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、變形的所有原因。1.2結(jié)構(gòu)上的作用如何按時(shí)間變異、空間位置變異、結(jié)構(gòu)反應(yīng)性質(zhì)分類(lèi)？結(jié)構(gòu)上的作用如何按時(shí)間變異、空間位置變異、結(jié)構(gòu)反應(yīng)性質(zhì)分類(lèi)？結(jié)

3、構(gòu)上的作用按隨時(shí)間變化可分永久作用、可變作用和偶然作用；按空間位置變異可分為固定作用和自由作用；按結(jié)構(gòu)反應(yīng)性質(zhì)可分為靜態(tài)作用和動(dòng)態(tài)作用。1.3什么是荷載的代表值？它們是如何確定的？什么是荷載的代表值？它們是如何確定的？荷載代表值是考慮荷載變異特征所賦予的規(guī)定量值，工程建設(shè)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給出了荷載四種代表值：標(biāo)準(zhǔn)值，組合值，頻遇值和準(zhǔn)永久值。荷載可根據(jù)不同設(shè)計(jì)要求規(guī)定不同的代表值，其中荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載的基本代表值，其它代表值都可在標(biāo)準(zhǔn)值的

4、基礎(chǔ)上考慮相應(yīng)的系數(shù)得到。2重力2.1成層土的自重應(yīng)力如何確定？地面以下深度z處的土體因自身重量產(chǎn)生的應(yīng)力可取該水平截面上單位面積的土柱體的重力，對(duì)于均勻土自重應(yīng)力與深度成正比，對(duì)于成層土可通過(guò)各層土的自重應(yīng)力求和得到。2.2土壓力有哪幾種類(lèi)別？土壓力的大小及分布與哪些因素有關(guān)？土壓力有哪幾種類(lèi)別？土壓力的大小及分布與哪些因素有關(guān)？根據(jù)擋土墻的移動(dòng)情況和墻后土體所處應(yīng)力狀態(tài)，土壓力可分為靜止土壓力、主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力三種類(lèi)別。土的側(cè)

5、向壓力的大小及分布與墻身位移、填土性質(zhì)、墻體剛度、地基土質(zhì)等因素有關(guān)。2.3試述靜止土壓力、主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力產(chǎn)生的條件？比較三者數(shù)值的大??？當(dāng)擋土墻在土壓力作用下，不產(chǎn)生任何位移或轉(zhuǎn)動(dòng)，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)，此時(shí)墻背所受的土壓力稱(chēng)為靜止土壓力，可用E0表示。當(dāng)擋土墻在土壓力的作用下，向離開(kāi)土體方向移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作用在墻背上的土壓力從靜止土壓力值逐漸減少，直至墻后土體出現(xiàn)滑動(dòng)面。滑動(dòng)面以上的土體將沿這一滑動(dòng)面向下向前滑動(dòng)，在滑動(dòng)

6、楔體開(kāi)始滑動(dòng)的瞬間，墻背上的土壓力減少到最小值，土體內(nèi)應(yīng)力處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài)，此時(shí)作用在墻背上的土壓力稱(chēng)為主動(dòng)土壓力，可用Ea表示。當(dāng)擋土墻在外力作用下向土體方向移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，墻體擠壓墻后土體，作用在墻背上的土壓力從靜止土壓力值逐漸增大，墻后土體也會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)面，滑動(dòng)面以上土體將沿滑動(dòng)方向向上向后推出，在滑動(dòng)楔體開(kāi)始隆起的瞬間，墻背上的土壓力增加到最大值，土體內(nèi)應(yīng)力處于被動(dòng)極限平衡狀態(tài)。此時(shí)阻力，波長(zhǎng)和波速縮減，波高和波陡增加，稱(chēng)淺水推

7、進(jìn)波；當(dāng)淺水波向海岸推進(jìn)，達(dá)到臨界水深，波峰發(fā)生破碎，破碎后的波重新組成新的水流向前推移，而底層出現(xiàn)回流，這種波浪稱(chēng)為擊岸波；擊岸波沖擊岸灘，對(duì)海邊水工建筑施加沖擊作用，即為波浪荷載。3.4如何對(duì)直立式防波堤進(jìn)行立波波壓力、遠(yuǎn)破波波壓力和近破波波壓力的計(jì)算？波浪作用力不僅與波浪本身特征有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)物形式和海底坡度有關(guān)。對(duì)于作用于直墻式構(gòu)筑物上的波浪分為立波、遠(yuǎn)堤破碎波和近堤破碎波三種波態(tài)。在工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)基床類(lèi)型、水底坡度、浪高及

8、水深判別波態(tài)，分別采用不同公式計(jì)算波浪作用力。我國(guó)《港工規(guī)范》分別給出了立波波壓力、遠(yuǎn)破波波壓力和近破波波壓力計(jì)算方法，先求得直墻各轉(zhuǎn)折點(diǎn)壓強(qiáng)，將其用直線(xiàn)連接，得到直墻壓強(qiáng)分布，即可求出波浪壓力，計(jì)算時(shí)尚應(yīng)考慮墻底波浪浮托力。3.5冰壓力有哪些類(lèi)型？冰壓力按其作用性質(zhì)不同，可分為靜冰壓力和動(dòng)冰壓力。靜冰壓力包括冰堆整體推移的靜壓力，風(fēng)和水流作用于大面積冰層引起的靜壓力以及冰覆蓋層受溫度影響膨脹時(shí)產(chǎn)生的靜壓力；另外冰層因水位上升還會(huì)產(chǎn)生豎

9、向作用力。動(dòng)冰壓力主要指河流流冰產(chǎn)生的沖擊作用。3.6冰堆整體推移靜壓力計(jì)算公式是如何導(dǎo)出的？由于水流和風(fēng)的作用，推動(dòng)大面積浮冰移動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生靜壓力，可根據(jù)水流方向和風(fēng)向，考慮冰層面積來(lái)計(jì)算：(3.31)]sinsin)[(4321??PPPPP?????式中：P——作用于結(jié)構(gòu)物的正壓力（N）；Ω——浮冰冰層面積(m2)一般采用歷史上最大值；P1——水流對(duì)冰層下表面的摩阻力（Pa），可取為0.5，為冰層下的流速(ms)2svsvP2—

10、—水流對(duì)浮冰邊緣的作用力(Pa)，可取為，h為冰厚(m)，l為冰層沿水流方向的平均250svlh長(zhǎng)度(m)，在河中不得大于兩倍河寬；P3——由于水面坡降對(duì)冰層產(chǎn)生的作用力(Pa)，等于920hi，i為水面坡降；P4——風(fēng)對(duì)冰層上表面的摩阻力(Pa)，P4=(0.001~0.002)VF，VF為風(fēng)速采用歷史上有冰時(shí)期和水流方向基本一致的最大風(fēng)速(ms)；——結(jié)構(gòu)物迎冰面與冰流方向間的水平夾角；?——結(jié)構(gòu)物迎冰面與風(fēng)向間的水平夾角。?3.7

11、冰蓋層受到溫度影響產(chǎn)生的靜壓力與哪些因素有關(guān)？冰蓋層溫度上升時(shí)產(chǎn)生膨脹，若冰的自由膨脹變形受到壩體、橋墩等結(jié)構(gòu)物的約束，則在冰蓋層引起膨脹作用力。冰場(chǎng)膨脹壓力隨結(jié)構(gòu)物與冰覆蓋層支承體之間的距離大小而變化，當(dāng)冰場(chǎng)膨脹受到橋墩等結(jié)構(gòu)物的約束時(shí)，則在橋墩周?chē)霈F(xiàn)最大冰壓力，并隨著離橋墩的距離加大而逐漸減弱。冰的膨脹壓力與冰面溫度、升溫速率和冰蓋厚度有關(guān)，冰壓力沿冰厚方向基本上呈上大下小的倒三角形分布，可認(rèn)為冰壓力的合力作用點(diǎn)在冰面以下13冰厚