《工程荷載與可靠度設計原理》課后思考題及復習詳解

1、《工程荷載與可靠度設計原理》課后思考題解答1荷載與作用1.1什么是施加于工程結構上的作用？荷載與作用有什么區(qū)別？什么是施加于工程結構上的作用？荷載與作用有什么區(qū)別？結構上的作用是指能使結構產生效應的各種原因的總稱，包括直接作用和間接作用。引起結構產生作用效應的原因有兩種，一種是施加于結構上的集中力和分布力，例如結構自重，樓面的人群、家具、設備，作用于橋面的車輛、人群，施加于結構物上的風壓力、水壓力、土壓力等，它們都是直接施加于結構，稱為

2、直接作用。另一種是施加于結構上的外加變形和約束變形，例如基礎沉降導致結構外加變形引起的內力效應，溫度變化引起結構約束變形產生的內力效應，由于地震造成地面運動致使結構產生慣性力引起的作用效應等。它們都是間接作用于結構，稱為間接作用。“荷載”僅指施加于結構上的直接作用；而“作用”泛指使結構產生內力、變形的所有原因。1.2結構上的作用如何按時間變異、空間位置變異、結構反應性質分類？結構上的作用如何按時間變異、空間位置變異、結構反應性質分類？結

3、構上的作用按隨時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；按結構反應性質可分為靜態(tài)作用和動態(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，工程建設相關的國家標準給出了荷載四種代表值：標準值，組合值，頻遇值和準永久值。荷載可根據(jù)不同設計要求規(guī)定不同的代表值，其中荷載標準值是荷載的基本代表值，其它代表值都可在標準值的

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

5、向壓力的大小及分布與墻身位移、填土性質、墻體剛度、地基土質等因素有關。2.3試述靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力產生的條件？比較三者數(shù)值的大??？當擋土墻在土壓力作用下，不產生任何位移或轉動，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)，此時墻背所受的土壓力稱為靜止土壓力，可用E0表示。當擋土墻在土壓力的作用下，向離開土體方向移動或轉動時，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)滑動面?；瑒用嬉陨系耐馏w將沿這一滑動面向下向前滑動，在滑動

6、楔體開始滑動的瞬間，墻背上的土壓力減少到最小值，土體內應力處于主動極限平衡狀態(tài)，此時作用在墻背上的土壓力稱為主動土壓力，可用Ea表示。當擋土墻在外力作用下向土體方向移動或轉動時，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，墻后土體也會出現(xiàn)滑動面，滑動面以上土體將沿滑動方向向上向后推出，在滑動楔體開始隆起的瞬間，墻背上的土壓力增加到最大值，土體內應力處于被動極限平衡狀態(tài)。此時阻力，波長和波速縮減，波高和波陡增加，稱淺水推

7、進波；當淺水波向海岸推進，達到臨界水深，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，這種波浪稱為擊岸波；擊岸波沖擊岸灘，對海邊水工建筑施加沖擊作用，即為波浪荷載。3.4如何對直立式防波堤進行立波波壓力、遠破波波壓力和近破波波壓力的計算？波浪作用力不僅與波浪本身特征有關，還與結構物形式和海底坡度有關。對于作用于直墻式構筑物上的波浪分為立波、遠堤破碎波和近堤破碎波三種波態(tài)。在工程設計時，應根據(jù)基床類型、水底坡度、浪高及

8、水深判別波態(tài)，分別采用不同公式計算波浪作用力。我國《港工規(guī)范》分別給出了立波波壓力、遠破波波壓力和近破波波壓力計算方法，先求得直墻各轉折點壓強，將其用直線連接，得到直墻壓強分布，即可求出波浪壓力，計算時尚應考慮墻底波浪浮托力。3.5冰壓力有哪些類型？冰壓力按其作用性質不同，可分為靜冰壓力和動冰壓力。靜冰壓力包括冰堆整體推移的靜壓力，風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產生的靜壓力；另外冰層因水位上升還會產生豎

9、向作用力。動冰壓力主要指河流流冰產生的沖擊作用。3.6冰堆整體推移靜壓力計算公式是如何導出的？由于水流和風的作用，推動大面積浮冰移動對結構物產生靜壓力，可根據(jù)水流方向和風向，考慮冰層面積來計算：(3.31)]sinsin)[(4321??PPPPP?????式中：P——作用于結構物的正壓力（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長度(m)，在河中不得大于兩倍河寬；P3——由于水面坡降對冰層產生的作用力(Pa)，等于920hi，i為水面坡降；P4——風對冰層上表面的摩阻力(Pa)，P4=(0.001~0.002)VF，VF為風速采用歷史上有冰時期和水流方向基本一致的最大風速(ms)；——結構物迎冰面與冰流方向間的水平夾角；?——結構物迎冰面與風向間的水平夾角。?3.7

11、冰蓋層受到溫度影響產生的靜壓力與哪些因素有關？冰蓋層溫度上升時產生膨脹，若冰的自由膨脹變形受到壩體、橋墩等結構物的約束，則在冰蓋層引起膨脹作用力。冰場膨脹壓力隨結構物與冰覆蓋層支承體之間的距離大小而變化，當冰場膨脹受到橋墩等結構物的約束時，則在橋墩周圍出現(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，冰壓力沿冰厚方向基本上呈上大下小的倒三角形分布，可認為冰壓力的合力作用點在冰面以下13冰厚