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1、结构可靠度理论及应用复习题1 什么是施加于结构上的作用？荷载与作用有什么区别？结构上的作用是指能使结构产生效应的各种原因的总称，包括直接作用和间接作用。引起结构产生作用效应的原因有两种，一种是施加于结构上的集中力和分布力，例如桥梁结构自重，作用于桥面的车辆、人群，施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等，它们都是直接施加于结构，称为直接作用。另一种是施加于结构上的外加变形和约束变形，例如基础沉降导致结构外加变形引起的内力效应，温度变化引起结构约束变形产生的内力效应，由于地震造成地面运动致使结构产生惯性力引起的作用效应等。它们都是间接作用于结构，称为间接作用。“荷载”仅指施加于结构上的直接作用；
2、而“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因。2 结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类？结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用和偶然作用；按空间位置变异可分为固定作用和自由作用；按结构反应性质可分为静态作用和动态作用。3 什么是荷载的代表值？它们是如何确定的？荷载代表值是考虑荷载变异特征所赋予的规定量值，工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值：标准值，组合值，频遇值和准永久值。荷载可根据不同设计要求规定不同的代表值，其中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考虑相应的系数得到。4 试述公路桥梁汽车荷载的等级和组成？车道荷载的计算图式和标准
3、值？公路桥梁汽车荷载分为公路级和公路级两个级别，分别由车道荷载和车辆荷载组成。桥梁结构的整体计算采用车道荷载，车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。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。车辆荷载和车道荷载的作用不得叠加。车道荷载是个虚拟荷载，它的荷载标准值kq和kp是在不同车流密度、车型、车重的公路上，对实际汽车车队车重和车间距的测定和效应分析得到。车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。车道荷载的计算图式见图2.28 。 公路级车道荷载的均布荷载的标准值为k10.5kN/mq；集中荷载
4、标准值按以下的规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m ，k180kNp；桥梁计算跨径等于或大于50m时，k360kNp；桥梁的计算跨径在5m50m 之间时，kp值采用直线内插求得。计算剪力的效应时，上述集中荷载的标准值kp应乘以 1.2 的系数。公路级车道荷载的均布荷载标准值kq和集中荷载标准值kp按公路 级车道荷载的0.75 倍采图 1 车道荷载的计算图式用。车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。5 车道荷载为什么要沿横向和纵向折减？桥梁设计时各个车道上的汽车荷载都是按最不利位置布置的，多车道桥梁上的汽车荷载
5、同时处于最不利位置可能性随着桥梁车道数的增加而减小。在计算桥梁构件截面产生的最大效应（内力、 位移） 时，应考虑多车道折减。当桥涵设计车道数等于或大于2 时，由汽车荷载产生的效应应进行折减。大跨径桥梁随着桥梁跨度的增加桥梁上实际通行的车辆达到较高密度和满载的概率减小，应考虑计算跨径进行折减。6 城市桥梁在设计中如何考虑作用于桥面的车辆荷载取值？我国城市桥梁的荷载设计，依据城市桥梁设计荷载标准 （CJJ77-98 ） ，该标准适用于城市内新建、改建的永久性桥梁与涵洞、高架道路及承受机动车的结构物的荷载设计。标准中采用两级荷载标准，即城-A 级、城 -B 级。城 -A 级汽车荷载适用于快速路及主干
6、路。城-B 级汽车荷载适用于次干路及支路。7 桥梁设计时，人行道上的人群荷载如何考虑？公路桥规人群荷载标准值按下列规定采用：当桥梁计算跨径小于或等于50m时，人群荷载标准值为 3.0kN/m2；当桥梁计算跨径等于或大于150m时，人群荷载标准值为2.5 kN/m2；当桥梁计算跨径在50m 150m之间时， 可由线性内插得到人群荷载标准值。对跨径不等的连续结构，以最大计算跨径为准。人群荷载在横向应布置在人行道的净宽度内，在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内。公路桥梁人行道板（局部构件）可以一块板为单元，按标准值4.0kN/m2的均布荷载作用在一块板上进行内力计算。 计算人行道栏杆时，作用
7、在栏杆立柱顶上的水平推力标准值取0.75kN/m ；作用在栏杆扶手上的竖向力标准值取1.0kN/m 。我国城市人口密集，人行交通繁忙，城市桥梁人群荷载的取值较公路桥梁规定的要大。对于人行道板的人群荷载应按5kN/m2的均布荷载或1.5kN 的竖向集中荷载分别计算，并作用在一块构件上，取其受力不利者。对于梁、桁架、拱及其他大跨结构的人群荷载，需根据加载长度及人行道宽来确定，可按下列公式计算，且人群荷载在任何情况下不得小于2.4kN/m2。8 试述温度应力产生的原因及产生的条件？温度作用是指因温度变化引起的结构变形和附加力，当结构物所处环境温度发生变化，且当结构或构件的热变形受到边界条件约束或相邻
8、部分的制约，不能自由胀缩时， 则在结构或构件内形成温度应力。温度作用不仅取决于结构物环境温度变化，它还与结构或构件受到的约束条件有关。约束条件大致可分为两类：一类是结构物的变形受到其它物体的阻碍或支承条件的制约，不能自由变形。例如混凝土框架结构的基础梁嵌固在两柱基之间，基础梁的伸缩变形受到柱基约束，没有变形余地。另一类是构件内部各单元体之间相互制约，不能自由变形。例如简支屋面梁，在日照作用下屋面温度升高，而室内温度相对较低，简支梁受到不均匀温差作用，在梁中引起应力。9 地基不均匀沉降对结构产生什么样的影响？举例说明。当上部结构荷载差异较大、结构体型复杂或持力层范围内有不均匀地基时，会引起地基不
9、均匀沉降，若体系为超静定结构，多余约束会限制结构自由变形，使得上部结构产生附加变形和附加应力。当建筑物上部结构荷载差异较大、结构体型复杂以及持力层范围内有不均匀地基时，会引起地基发生不均匀沉降。若体系为超静定结构，多余约束会限制结构自由变形，使得上部结构产生附加变形和附加应力，严重时房屋开裂。10 引起混凝土收缩的原因是什么？会对结构产生什么影响？收缩是混凝土在空气中结硬体积缩小的现象。混凝土产生收缩的原因主要是水泥凝胶体在结硬过程中的凝缩和混凝土内自由水分蒸发的干缩双重因素造成。若混凝土结构或构件受到外部物体的约束或自身材料的制约不能自由收缩，则在混凝土内产生拉应力，并导致构件开裂。图示钢筋
10、混凝土梁，因混凝土收缩在梁腹部产生梭形裂缝。该梁在结硬收缩时，上端受到现浇板的约束，下端受到纵向钢筋的限制，中部可以较自由的收缩，从而形成中间宽、两头窄的竖向梭形裂缝。图示混凝土楼盖，在楼盖的角部或较大房间的角部，两个方向混凝土收缩形成拉应力的合力，使得楼盖角部或板角处出现斜裂缝，斜裂缝常常是贯穿板截面的。板裂缝梁收缩收缩收 缩钢筋混凝土梁腹部梭形裂缝混凝土楼盖角部斜裂缝11 汽车冲击力产生的原因是什么？与哪些因素有关？桥梁设计应如何考虑？车辆以一定速度在桥上行驶，由于桥面不平整、车轮不圆以及发动机抖动等原因，引起车体上下振动，使得桥跨结构受到动力作用，桥梁结构在车辆动荷载作用下产生的应力和变
11、形要大于车辆在静止状态下产生的应力和变形，这种由于荷载动力作用而使桥梁发生振动造成内力和变形增大的现象称为冲击作用。冲击影响与结构刚度有关，一般来说， 跨径越大， 结构越柔， 基频越小， 对动力荷载的缓冲作用好，冲击力影响越小。因此，冲击力是随结构的刚度和基频的增大而增加的，也可近似认为冲击系数与计算跨径l成反比。鉴于目前对冲击作用尚不能从理论上作出符合实际的详细计算，一般可根据试验和实测结果，近似地将汽车荷载乘以一个冲击系数来计及车辆的冲击作用，即采用静力学的方法考虑荷载增大系数来反映动力作用。车辆在桥上行驶由于路面不平等原因会引起车身上下抖动，使桥跨结构受到动力作用，冲击作用与桥梁结构刚度
12、有关，可考虑跨径影响， 近似将汽车荷载乘以一个荷载增大系数来反映动力作用。12 汽车离心力如何作用于桥梁墩台？离心力系数C如何导出 ？位于曲线上的桥梁墩台，当曲线半径较小时，应计算汽车荷载产生的离心力。离心力的着力点作用在汽车重心上，一般离桥面1.2m，为了计算简便，也可以移到桥面上，不计由此引起的力矩。离心力对墩台影响多按均布荷载分布在桥跨上，由两墩台共同承担。计算多车道桥梁的汽车荷载离心力时，车辆荷载标准值应乘以横向折减系数。离心力的大小与曲线半径成反比，离心力的取值可通过车辆荷载乘以离心力系数C得到：RvgwRvmF22令wCF代入上式，有：RvgwwC2，可得：gRvC2，式中v行车速
13、度（m/s） ；R弯道平曲线半径（m ） ；g重力加速度，取9.81m/s2；w车辆总重力（kN） 。如果将行车速度v的单位以km/h 表示，并将g=9.81m/s2代入上式，可得：RvRvC 1276.381.922213 什么是平稳二项随机过程? 将荷载作为平稳二项随机过程来研究有什么优点? 平稳二项随机过程概率模型将荷载的样本函数模型化为等时段的矩形波函数，其定义为：（1）根据荷载每变动一次作用在结构上的时间长短，将设计基准期T等分为r个相等的时段，=T/r；（2）在每个时段内，荷载出现 （即Q(t) 0）的概率均为p，不出现（即Q(t)= 0）的概率为q=1-p（p，q为常数）；（3）
14、在每个时段内，荷载出现时，其幅值是非负的随机变量，且在不同时段上的概率分布是相同的， 记时段内的荷载概率分布（也称为任意时点荷载的概率分布）函数为Fi(x)=PQ(t) x，t ；（4）不同时段上的荷载幅值随机变量是相互独立的，且与在时段上是否出现荷载无关。设荷载在T年内的平均出现次数为m，则m = pr。对各种荷载，平稳二项随机过程Q(t) 0，t0 ，T 在设计基准期T内最大值QT的概率分布函数FT(x) 均可表示为任意时点分布函数Fi(x) 的m次方。因此，平稳二项随机过程的三要素为：荷载在T内变动次数r或变动一次的时间；在每个时段内荷载Q出现的频率p；荷载任意时点概率分布Fi(x) 。
15、将荷载统一采用平稳二项随机过程来研究的优点是：对各种荷载，其平稳二项随机过程Q(t) 0，t0 ，T 在设计基准期T内最大值QT的概率分布函数FT(x) 均可采用任意时点荷载分布函数Fi(x) 来描述，这为推导设计基准期最大荷载的概率分布函数和计算组合的最大荷载效应（综合荷载效应）等带来很多方便。14 荷载统计时是如何处理荷载随机过程的? 几种常遇荷载各有什么统计特性? 荷载随机过程的样本函数是十分复杂的，它随荷载的种类不同而异。目前对各类荷载随机过程的样本函数及其性质了解甚少。荷载统计时，对于常见的永久荷载、风荷载、公路桥梁人群荷载等，一般采用平稳二项随机过程模型；而对于车辆荷载，则常用滤过
16、泊松过程模型。几种常遇荷载的统计特性如下：（1）永久荷载（如结构自重）取值在设计基准期T内基本不变，从而随机过程就转化为与时间无关的随机变量 G(t)= G，t 0 ，T ，荷载一次出现的持续时间= T ，在设计基准期内的时段数r =T/= 1 ，而且在每一时段内出现的概率p = 1 。（2）对于可变荷载（如风荷载等），其样本函数的共同特点是荷载一次出现的时间T ，在设计基准期内的时段数r1，且在T内至少出现一次，所以平均出现次数m= pr1。不同的可变荷载，其统计参数、p以及任意时点荷载的概率分布函数Fi(x) 都是不同的。（3）对于公路桥梁结构的人群荷载，由于行人高峰期在设计基准期内变化很大，短期实测值难以保证达到设计基准期内的最大值，故近似取每一年出现一次荷载最大值。公路桥梁结构的设计基准期T为 100 年，则人群荷载在T内的平均出现次数m=100。15 作用有哪些代表值? 它们各有什么意义? 分别用于什么情况? 作用的代表值是在设计表达式中对荷载所赋予的规定值。永久荷载
