荷载与结构设计方法学习总结论文

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1、荷载与结构设计方法学习总结论文对于土木工程专业学生而言，工程结构是我们学习围绕的中心，而工程结构 设计又是其中的一个重要环节。工程结构有两项基本功能：一个是提供良好的为 人类生活和生产服务，满足人类使用要求、审美要求的结构空间和实体；另一个 是承受和抵御结构服役过程中可能出现的各种环境作用。很多工程结构的设计都 基于对荷载的设计，每一个工程结构都要承受各种各样的荷载作用，如房屋结构 要承受自重、人群和家具以及设备重量、风荷载、地震作用等;桥梁结构除了要 承受本身自重、各种附加恒载、人群荷载外，还要承受车辆荷载、车辆制动力和 冲击力、风荷载、地震作用、撞击力和曲线桥梁车辆离心力等。这些力或荷载通

2、 过直接作用将使结构产生内力和变形，除此之外还有温度变化、材料的收缩和膨 胀等的间接作用引起的结构的振动、约束变形或外加变形。荷载和间接作用统称 为作用。总而言之，荷载效应和间接作用效应在工程应用中无处不在。作用的分类方法有很多，不同的分类方法反映了作用的某些基本性质或作 用效应重要性的不同。以下对其进行分类：1) 按随时间的变异分类：1.永久作用 2.可变作用 3.偶然作用2) 按随空间位置的变异分类：1.固定作用 2.自由作用3) 按结构的反应特点分类：1.静态作用 2.动态作用我国工程结构的设计方法经历了容许应力法、破损阶段法、极限状态设计 法、和概率极限状态设计法四个阶段。其中容许应力

3、法是建立在弹性理论的基础 上；破损阶段法是考虑结构在材料破坏阶段的工作状态进行的结构设计的方法； 极限状态法进一步将结构的极限状态分为承载力极限状态和正常使用极限状态； 概率极限状态设计法是以概率理论为基础，根据统计分析确定可靠概率来度量结 构可靠性的方法。作用的正确分析与计算关系到结构设计时的经济性，使用时的安全性，维护 时的有效性。作用作为结构破坏的唯一因素，所以正确分析与计算很重要。由于 作用在结构上的作用很复杂，所以对作用进行适当的简化非常必要。 下面我们 来具体看看各种荷载在结构设计中的设计方法。1. 重力重力包括结构自重、雪荷载和车辆荷载、人群荷载、家具，用品，设施等产生重力的活荷

4、载。下面对几种主要的重力荷载具体列举之：1）在工程应用中土的自重荷载应用较多，主要下式计算% = Yz （其中Y为土的天然重度，kN / m3； z为计算的深度，m）结构自重主要与结构的体积和重度Y有关当地基土由成层土组成时，天然地面下任意深度 z 处的竖向自重应力的计算公式为2）雪荷载是建筑屋面的主要荷载之一，属于可变荷载，我国按 50 年一遇现期确 定基本雪压，基本雪压也是在结构设计中的数据依据。3） 楼，屋面活荷载民用建筑楼面均布活载值在我国可按建筑结构荷载规 范取得相应的均布活荷载标准值。2.侧压力侧压力在挡土墙中应用非常显著，其主要表现在土的侧压力上。土压力可分 为三种 （1）静土压

5、力 （2）主动土压力 （3）被动土压力静止土压力与水平向自重应力计算方法是相同的，自填土表面向下 Z 深度处的静止压力强度为筍kYZ(k0为静力土压力系数，Y为墙后填土重度)主动土压力与被动压力可由金兰土压力理论推导得到。除此之外部分工程结 构在实际应用中还会受到静水压力以及动水压力，波浪荷载和冻胀力等侧压力。 3.风荷载风是空气相对于地面的运动，它是空气从气压大的地方向气压小的地方流动 而形成的。根据风的形成可将自然界常见的风分为以下几类：热带气旋、台风、 飓风、季风和龙卷风等。我国建构筑物设计中主要考虑的台风和季风。风压是风荷载计算中的主要依据，根据伯努力方程可得风压与风速的关系:1 /

6、2pv2+wa=C进一步推导得到 W= (yv2)/2g 其中y/2g为各地的风压系数，可通过查 表得到，由此可以根据风速大小来确定风压。由于各地区的地貌不同，规定一个 标准条件来确定基本风压，我国基本风压图可参见建筑结构荷载规范，对于 非标准高度的风压可用以下公式进行换算V/v =(z/ z )ass(其中 s 代表标准高度， a 与地貌或粗糙程度有关的指数) 我们还需要掌握结构抗风的计算的几个重要概念，如结构的风力与风的效应。顺 风向的风力与风效应、顺风向平均风与脉动风、横风向风振、顺风向结构效应、 结构横风向驰振等。在结构设计中除了需要考虑这些直接作用外、还需考虑温度变化、材料的收 缩和

7、膨胀变形、地基不均匀沉降、地震焊接等引起的间接作用。对于很多地震频 发的地区，结构的抗震无疑成为结构设计中必须考虑的问题。尤其是进几年，像 汶川地震和玉树地震等的大规模破坏性地震接连发生，结构的抗震设计显得尤为 重要。地震的震级与烈度是抗震设计的主要依据，在抗震设计中地震作用分为单 质点体系地震作用和多质点体系地震作用，在设计中主要按这两种地震作用进行 抗震分析。在间接作用温度作用对建筑结构的影响也很明显，当某一结构活构件的温度 发生变化时，体内任一点的热变形由于收到周围相邻单元体的约束或者边界受到 其它结构或者构件的约束，使体内该点产生一定的应力，这种应力称为温度应力 或者称为热应力，所以温

8、度也体现为一种荷载。按照虚功原理可以推导温度的变 形作用，如下公式所示： =E (土)Nat l+工(土)a(At / h)wkt0mkt为由温度变化引起的结构上任一点K点沿某一个方向的分位移；N 为虚拟状态下虚拟单位力产生的各种轴向力分布图；wm为杆件M图的面积；a 为材料的膨胀系数；l 为杆件长度；h 为杆件截面高度；t 为杆件上下侧温度差；t0为杆件形心轴处的温度升高值上式是用于计算静定结构由于温度变化引起的材料膨胀和收缩变形。对于由于存 在赘余约束，由温度引起变化引起的杆件变形不是自由的，受到约束，从而在结 构内产生内力，所以超静定结构中的温度效应一般可根据变形协调条件，按弹性 理论方

9、法计算。在实际工程中还存在很多外界因素会使结构发生变形，如结构或者构件的支 座移动或者地基发生不均匀沉降等使得结构被迫产生的变形。实际工程中还有浮 力作用，汽车竖向冲击力制动力、离心力、预加力等引起的变形作用，在这里我 们就不一一叙述了。在结构设计我们除了需要考虑荷载的作用效应还得分析结构的可靠度。可靠 度是对结构可靠性的概率度量，即结构在规定的时间内，在规定的条件下完成预 定功能的概率。建筑结构可靠度统一标准(GB50068-2001)对建筑结构的可靠 性和可靠度的定义是从统计学观点出发的比较科学的定义。因为在各种随机因素 的影响下，结构的完成的预定功能只能用概率来度量。结构可靠度的这一定义

10、， 与其他各种从定值观点出发的定义是有本质区别的。在结构可靠度分析中，首先 应建立结构的功能函数，进而确定结构构件或体系的极限状态方程。结构设计的基本过程为：首先依据规范，取各类荷载的代表值，并进行荷载 组合计算。求得结构的恒载、活载、风载和地震荷载后，根据结构力学的方法分 别计算各荷载工况下的内力，计算活载内力时应考虑活载的不利分布，风载分为 左风和右风两种工况，地震作用分左地震和右地震两种工况。内力组合时，考虑 的不利荷载组合为：恒载与活载的组合；恒载与风载的组合；恒载与活载和风载 的组合。对于第三种组合，由于两个活载参与组合，故应当考虑组合值系数。构 件在不利内力组合下的截面设计总原则是要求荷载效应小于或等于抗力效应，只 有这样结构才是安全的。