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1、-_荷载与结构设计方法重点总结（仅供参考） 1 荷载与作用1.1 什么是施加于工程结构上的作用？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，例如结构自重，楼面的人群、家具、设备，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
2、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；而“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因。1.2 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。1.3 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
3、得到。2 重 力 作 用2.7 当楼面面积较大时，楼面均布活荷载为什么要折减？民用建筑的楼面均布活荷载标准值是建筑物正常使用期间可能出现的最大值，当楼面面积较大时，作用在楼面上的活荷载不可能同时布满全部楼面，在计算楼面梁等水平构件楼面活荷载效应时，若荷载承载面积超过一定的数值，应对楼面均布活荷载予以折减。同样，楼面荷载最大值满布各层楼面的机会更小，在结构设计时，对于墙、柱等竖向传力构件和基础应按结构层数予以折减。2.10 屋面活荷载有哪些种类？如何取值？房屋建筑的屋面分为上人屋面和不上人屋面，上人屋面应考虑可能出现的人群聚集，活荷载取值较大；不上人屋面仅考虑施工或维修荷载，活荷载取值较小。屋面
4、设有屋顶花园时，尚应考虑花池砌筑、苗圃土壤等重量。屋面设有直升机停机坪时，则应考虑直升机总重引起的局部荷载和飞机起降时的动力效应。机械、冶金、水泥等行业在生产过程中有大量排灰产生，易在厂房及邻近建筑屋面形成积灰荷载，设计时也应加以考虑。2.19 什么叫基本雪压？它是如何确定的？雪压是指单位水平面积上的雪重，雪压值的大小与积雪深度和积雪密度有关。基本雪压是在空旷平坦的地面上，积雪分布均匀的情况下，经统计得到的50年一遇的最大雪压。屋面的雪荷载由于受到屋面形式、积雪漂移等因素的影响，往往与地面雪荷载不同，需要考虑一换算系数将地面基本雪压换算为屋面雪荷载。2.21 试述风对屋面积雪的漂移作用及其对屋
5、面雪荷载取值的影响？风对雪的漂积作用是指下雪过程中，风会把部分将要飘落或者已经漂积在屋面上的雪吹移到附近地面或邻近较低的屋面上，对于平屋面和小坡度屋面，风对雪的漂移作用会使屋面上的雪压一般比邻近地面上的雪压要小；对于双坡屋面、高低跨屋面，迎风面吹来的雪往往在背风一侧屋面上漂积，引起屋面不平衡雪荷载。风对积雪的漂移影响可通过屋面积雪分布系数加以考虑。3 水 作 用3.2 试述等速平面流场中，流体受阻时边界层分离现象及绕流阻力的产生？某一流速为v的等速平面流场，流线是一互相平行的水平线，在该流场中放置一个固定的圆柱体(桥墩)，流线在接近圆柱体时流动受阻，在到达圆柱体表面a点时，该流线流速减至为零，
6、压强增到最大。继续流来的流体质点在a点较高压强作用下，沿圆柱面两侧向前流动，即从a点开始形成边界层内流动。在圆柱面a点到b点区间，边界层内流动处于加速减压状态。过了b点流线扩散，边界层内流动呈现相反态势，处于减速加压状态，继续流来的流体质点脱离边界向前流动，出现边界层分离现象。置于河流中的桥墩边界层分离现象，还会导致桥墩绕流阻力，绕流阻力是结构物在流场中受到流动方向上的流体阻力，绕流阻力由摩擦阻力和压强阻力两部分组成。边界层分离3.3 实际工程中为什么常将桥墩、闸墩设计成流线型？在实际工程中，为减小绕流阻力，常将桥墩、闸墩设计成流线型，以缩小边界层分离区，达到降低阻力的目的。3.4 试述波浪传
7、播特征及推进过程？波浪是液体自由表面在外力作用下产生的周期性起伏波动，其中风成波影响最大。在海洋深水区，波浪运动不受海底摩阻力影响，称为深水推进波；波浪推进到浅水地带，海底对波浪运动产生摩阻力，波长和波速缩减，波高和波陡增加，称浅水推进波；当浅水波向海岸推进，达到临界水深，波峰发生破碎，破碎后的波重新组成新的水流向前推移，而底层出现回流，这种波浪称为击岸波；击岸波冲击岸滩，对海边水工建筑施加冲击作用，即为波浪荷载。3.6 冰压力有哪些类型？冰压力按其作用性质不同，可分为静冰压力和动冰压力。静冰压力包括冰堆整体推移的静压力，风和水流作用于大面积冰层引起的静压力以及冰覆盖层受温度影响膨胀时产生的静
8、压力；另外冰层因水位上升还会产生竖向作用力。动冰压力主要指河流流冰产生的冲击作用。4 风 荷 载4.1. 基本风压是如何定义的？影响风压的主要因素有哪些？基本风压是在规定的标准条件下得到的，基本风压值是在空旷平坦的地面上，离地面10m高，重现期为50年的10min平均最大风速。影响风压的主要因素有：（1）风速随高度而变化，离地表越近，摩擦力越大，因而风速越小。（2）与地貌粗糙程度有关，地面粗糙程度高，风能消耗多、风速则低。（3）与风速时距风有关，常取某一规定时间内的平均风速作为计算标准。（4）与最大风速重现期有关，风有着它的自然周期，一般取年最大风速记录值为统计样本，对于一般结构，重现期为50
9、年；对于高层建筑、高耸结构及对风荷载比较敏感的结构，重现期应适当提高。当实测风速高度、时距、重现期不符合标准条件时可进行基本风压换算。4.5. 什么叫梯度风？什么叫梯度风高度？在离地表300大气边界层以上的高度，风的流动不受地面粗糙层的影响，风沿着等压线以层流方式自由流动，称为梯度风。梯度风流动的起点高度称为梯度风高度。4.10. 什么是风载体型系数？它是如何确定的？建筑物处于风流场中，风力在建筑物表面上的分布是不均匀的，风作用在建筑物表面的不同部位将引起不同的风压值，此值与来流风压之比称为风载体型系数。风载体型系数表示建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律，主要与建筑物的体型和尺寸有关
10、。目前要完全从理论上确定受风力作用的任意形状物体的压力分布尚做不到，一般均通过风洞试验确定风载体型系数。4.15. 什么叫锁定现象？在结构产生横向共振反应时，若风速增大，旋涡脱落频率仍维持不变，与结构自振频率保持一致，这一现象称为锁定。在锁定区内，旋涡脱落频率是不变的。只有当风速大于结构共振风速约1.3倍时，旋涡脱落才重新按新的频率激振。6 其它荷载与作用6.6 试述土的冻胀力产生的原因及产生的条件？含有水份的土体温度降低到冻结温度时，土体冻结体积增大，当土体膨胀受到约束时产生冻胀力，约束越强冻胀力越大。冻胀力作用在基础或结构上，引起结构产生变形发生内力。地基土的冻胀与当地气候条件有关，还与土
11、的类别和含水量有关。土体冻结体积增大，土体膨胀变形受到约束时，则产生冻胀力，约束越强，冻胀变形越小，冻胀力也就越大。建造在冻胀土上的结构物，相当于对地基的冻胀变形施加约束，使得地基土不能自由膨胀产生冻胀力。6.7 土的冻胀力有哪些作用方式？对结构物产生什么影响？根据土的冻胀力对结构物的不同作用方式，可把冻胀力分为切向冻胀力、法向冻胀力和水平冻胀力。切向冻胀力平行于结构物基础侧面，使基础随土体冻胀变形产生上拔力；法向冻胀力垂直于结构物基础底面，土体冻结膨胀时基础有被顶起的趋势；水平冻胀力垂直于基础或挡土墙的侧面，类似于土压力的作用效应。 7 工程结构荷载的统计分析7.1 什么是平稳二项随机过程?
12、 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 ，t =T/r；（2）在每个时段t 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）在每个时段t 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t 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，tt；（4）不同时段t 上的荷载幅值随机变量是相互独立的，且与在时
13、段t 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t ；在每个时段t 内荷载Q出现的频率p；荷载任意时点概率分布Fi(x)。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
14、算组合的最大荷载效应（综合荷载效应）等带来很多方便。7.3 荷载有哪些代表值? 它们各有什么意义? 分别用于什么场合?荷载的代表值是在设计表达式中对荷载所赋予的规定值。永久荷载只有标准值；可变荷载可根据设计要求采用标准值、频遇值、准永久值和组合值。（1）荷载标准值是结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值，是指结构在设计基准期内，正常情况下可能出现的最大荷载值。（2）荷载频遇值系指在设计基准期内结构上较频繁出现的较大荷载值，主要用于正常使用极限状态的频遇组合中。（3）荷载准永久值系指在结构上经常作用的荷载值，它在设计基准期内具有较长的总持续时间Tx ，其对结构的影响类似于永久荷载，主要用于正常
15、使用极限状态的准永久组合和频遇组合中。（4）当结构上同时作用有两种或两种以上的可变荷载时，各荷载最大值在同一时刻出现的概率极小。此时，各可变荷载的代表值可采用组合值，即采用不同的组合值系数yc对各自标准值予以折减后的荷载值ycQk。8 结构构件抗力的统计分析8.1 什么是结构构件的抗力? 我国目前采取什么方法进行抗力的统计分析?结构构件的抗力指构件承受各种外加作用的能力，它与构件的作用效应S相对应，记作R。当结构设计所考虑的作用效应为作用内力时，对应的抗力为构件承载能力；而考虑的作用效应为作用变形时，抗力则为构件抵抗变形的能力，即刚度，因此刚度也是一种结构的抗力。直接对各种结构构件的抗力进行统计分析，并确定其统计参数和分布类型非常困难。目前对抗力的统计分析一般采用间接方法，即首先对影响构件抗力的各种主要因素分别进行统计分析，确定其统计参数；然后通过抗力与各有关因素的函数关系，从各种因素的统计参数推求出构件抗力的统计参数。构件抗力的概率分布类型，可根据各主要影响因素的概率分布类型，应用概率理论或经验判断加以确定。8.2 影响结构构件抗力主要有哪些因素?
