結構上的作用及作用效應工程結構設計理論演變簡況術語和概率極限狀態的實用設計表達式思考題本章內容一、結構上的作用

結構上的作用是指施加在結構上的集中或分布力，以及引起結構外加變形或約束變形的原因。1、作用就其形式而言，可分為以下兩類。

(1)直接作用。當以力的形式作用于結構上時，稱為直接作用，習慣上稱為荷載。

(2)間接作用。當以變形的形式作用于結構上時，稱為間接作用。

2、作用按時間不同可分為以下3類。

(1)永久作用。在結構使用年限內，其值不隨時間變化，或其變化的量值相對于平均值而言可以忽略不計，或其變化是單調的并能趨于限值的作用。

(2)可變作用。在結構使用年限內，其值隨時間變化，且其變化的量值與平均值不可忽略不計的作用。結構上的作用及作用效應

(3)偶然作用。在結構使用年限內不一定出現，但一旦出現，其值很大且持續時間很短的作用。3、作用按空間位置不同可分為以下兩類。

(1)固定作用。在結構空間位置上具有固定不變的分布，但其量值可能具有隨機性。

(2)自由作用。在結構空間位置上一定范圍內可以任意分布，出現的位置和量值都可能是隨機的。

4、作用按結構反應不同可分為以下兩類。

(1)靜態作用。不使結構或結構構件產生加速或產生的加速度很小可以忽略不計的作用。

(2)動態作用。使結構或結構構件產生不可忽略的加速度的作用。結構上的作用及作用效應二、作用效應S

由于直接作用或間接作用于結構構件上，在結構內產生的內力(如軸力、彎矩、剪力、扭矩等)和變形(如撓度、轉角、裂縫等)，被稱為“作用效應”，用S表示。當作用為直接作用(荷載)時，其效應也被稱為“荷載效應”。荷載Q與荷載效應之間，一般近似按線性關系考慮：

（1-1）常數C為荷載效應系數如簡支梁受均布荷載，其跨中彎矩

2

M=ql/8

其中即為荷載效應系數

結構上的作用及作用效應一、容許應力設計法容許應力設計法是建立在彈性理論基礎上的設計方法。其表達式為：（1-2） 式中，－構件在使用階段(使用荷載作用下)截面上的最大應力； －材料的容許應力。 容許應力設計法計算簡單，但其有許多問題：①沒有考慮材料塑性性質。②沒有對作用階段給出明確的定義，也就是使用期間荷載的取值原則規定得不明確。③把影響結構可靠的各種因素(荷載的變異、施工的缺陷、計算公式的誤差等)統統歸結在反映材料性質的容許應力上，顯然不夠合理。④的取值無科學根據，純屬經驗的，歷史上曾多次提高過材料的容許應力值。⑤按容許應力法設計的構件是否安全可靠，無法用實驗來驗證。

工程結構設計理論演變簡況我國的工程結構設計方法經歷了容許應力設計法、破損階段設計法、多系數極限狀態設計法和概率極限狀態設計法4個階段。工程結構設計理論演變簡況二、破損階段設計法1、針對容許應力設計法存在的缺陷，之后出現了假定材料均已達到塑性狀態，依據截面所能抵抗的破損內力建立的計算公式。其設計表達式為： （1-3） 式中，——構件最終破壞時的承載能力；——安全系數，用來考慮影響結構安全的所有因素。優點為：①它可以反映材料的塑性性質，結束了長期以來假定混凝土為彈性體的局面。②采用一個安全系數，使構件有了總的安全度的概念。③它以承載能力值(如)為依據，其計算值是否正確可由實驗檢驗。工程結構設計理論演變簡況破損階段理論仍存在一些重大缺點：①破損階段計算，構件的承載力是得以保證，但卻無法了解構件在正常使用時能否滿足正常使用要求。②安全系數K的取值仍須經驗確定，并無嚴格的科學依據。③采用籠統的單一安全系數，無法就不同荷載、不同材料結構件安全的影響加以區別對待，不能正確地度量結構的安全度。④荷載的取值仍然也是經驗值；⑤表達式中采用的材料強度是平均值，它不能正確反映材料強度的變異程度，顯然也是不夠合理的。

工程結構設計理論演變簡況三、多系數極限狀態設計法

由于破損階段理論仍有許多缺點，進一步發展的極限狀態理論便應運而生。極限狀態的主要概念是明確結構或構件進入某種狀態后就喪失其原有功能，這種狀態被稱為極限狀態。當時曾提出了3種極限狀態：承載力極限狀態、撓度極限狀態、裂縫開展寬度極限狀態。其表達式分別為：

M≤M

u

(1-4)maxlimf≤f(1-5)maxlimW≤W

(1-6)這樣，它就克服了破損階段理論無法了解構件在正常使用時能否滿足正常使用要求的缺陷。四、概率極限狀態設計法概率極限狀態設計法是以概率理論為基礎，將作用效應和影響結構抗力的主要因素作為隨機變量，根據統計分析確定可靠概率來度量結構可靠性的結構設計方法。國際上把處理可靠度的精確程度分為3個水準。(1)水準I——半概率方法。對荷載效應和結構抗力的基本變量部分地進行數理統計分析，并與工程經驗結合引入某些經驗系數，所以尚不能定量地估計結構的可靠性。(2)水準II——近似概率法。該法對結構可靠性賦予概率定義，以結構的失效概率或可靠指標來度量結構可靠性，并建立了結構可靠度與結構極限狀態方程之間的數學關系，在計算可靠指標時考慮了基本變量的概率分布型，工程結構設計理論演變簡況

工程結構設計理論演變簡況

并采用了線性化的近似手段，在設計截面時一般采用分項系數的實用設計表達式。目前我國的《工程結構可靠度設計統一標準》(GB50153—1992)、《建筑結構可靠度設計統一標準》(GB50068—2001)都采用了這種近似概率法，在此基礎上頒布了各種結構設計的規范。(3)水準III——全概率法。這是完全基于概率論的結構整體優化設計方法，要求對整個結構采用精確的概率分析，求得結構最優失效概率作為可靠度的直接度量，由于這種方法無論在基礎數據的統計方面還是在可靠度計算方面都不成熟，目前尚處于研究探索階段。術語和概率極限狀態的實用設計表達式一、術語（據GB50009-2001)

術語兇和概迅率極丑限狀批態的象實用嚇設計似表達槽式二、概率概極限象狀態挨的實野用設達計表耍達式（按鉗GB刻50房誠00阿9-耀20錫01為)Ⅰ、該承載霞能力煮極限切狀態橡設計地表達甲式：結構邀構件稼的承賠載力晃計算館，應她采用蘇如下撿承載牲力極雨限狀堤態設倉計表計達式卸：r0S≤R式中撓：r0——結構漲重要偶系數去；S——擊承載旅能力邀極限些狀態酒的荷帥載（偷基本摧組合帳或偶松然組礦合）雁效應攜組蛛合瓜設計引值；R——徐結構鵲構件次抗力標的設久計值笨，應尚按各幣有關照建筑沈結構蛾設計先規范洗的規產定確遞定。術語粗和概躍率極奴限狀況態的叼實用簡設計瞎表達杠式承載遮能力工極限碎狀態桶的荷彼載效啟應組凝合的莫設計壁值S耳的確惜定：1.脂基猛本組萌合對于貫基本去組合爺，荷盾載效畫應組國合的燒設計賠值S應從榆下列漁組合繁值中貿取最茶不利堤值確敲定。(1呢)壘由可徒變荷戲載效屑應控鑄制的講組合薄：(3槍)式中裝：術語饒和概率富極限嘉狀態宅的實斑用設鏈計表臭達式(2遙)殼由永蠅久荷啦載效故應控姥制的鍋組合房誠：(4賊)注：柏①基械本組治合中移的設關計值胡僅適育用于湯荷載蛇與荷粥載效壞應為仗線性蹲的情蛾況。等②由當對扭SQ夸1K疏無法例明顯甚判斷卷時，卡輪次益以各切可變割荷載傾效應尖為S律Q1擺K，壁選其擔中最改不利喝的盼荷載嫌效應恢組合旱。2、定對于憂一般裁排架盈、框劍架結棍構，撞基本公組合滋可采蘇用簡紋化規佛則，懇并應屠按下煌列組撿合值榮中取陶最不漢利的首值確夏定。(1叔)鍵由可田變荷溪載效本應控浙制的茫組合攝：(5輕)(2扭)揪由永避久荷頓載效斑應控皂制的礙組合叮仍按籠式(語4)伶采用熄。術語抬和概率粉極限血狀態付的實愧用設姿計表鑰達式術語畏和概蘋率極星限狀斗態的對實用啄設計繪表達誰式3、琴基本霞組合銷的荷捐載分船項系仔數，蓋應按瘡下列阻規定冰采用悔：矛（1安）永探久荷鋪載的量分項究系數臉：稅1)僑當其岡效應爸對結擦構不灑利時散對由伐可變沖荷載姥效應炭控制敲的組分合，括應取昌1.挪2；齒對由售永久宿荷載句效應斑控制睡的組即合，綱應取糧1.信35合；健2)趨當其蠶效應脅對結瀉構有平利時輔的組北合，渠應取捉1.貪0。（2剛）礙可變佳荷載制的分泰項系數數：綿一般澡情況僻下取茶1.墨4；孕對標怕準值補大于敗4k金N／獻m2的工熔業房炕屋樓俗面結轟構的程活荷鍬載取延1.帳3。（3約）施對結蜘構的群傾覆工、滑膠移或且漂浮還驗算逢，荷在載的踐分項去系數玩應按批有關彩的結饅構設示計貼規范沾的規罰定采待用。4、要對于擴偶然猴組合申，荷錘載效僵應組則合的汁設計伸值宜夜按下我列規油定確侄定：邪偶然蜘荷載蛾的代晝表值唉不乘抵分項票系數第；與踩偶然攤荷載騾同時洗出現對的其周他荷泥載可睛根據傅觀測略資料坊和工像程經湯驗采派用適驚當的帖代表堆值。悉各種赴情況兄下荷呆載效肝應的遷設計汽值公耕式，湖可由瓦有關城規范方另行的規定蜻。Ⅱ、齡正常暢使用捏極限控狀態手設計獵表達愿式1、墳對于賺正常但使用絨極限盼狀態烤，結捉構構喚件應就根據盞不同伏的設爭計要窮求，搖分別蓮采用侮荷載葡效應揚的標肺準組明合、隸頻遇櫻組合幸和準策永久海組合肆，并完用按扔下列芒設計扔表達份式進賀行設填計：(6境)式中迅，S——夾正常萬使用箭極限斬狀態嫩的荷蜂載效虧應組記合值此；C——刮結構恩或結返構構宇件達遭到正族常使拋用要柄求的返規定偏限值霧，例臟如變時形、屈裂縫單、振帶幅、局加速查度、回應力濤等的描限值約，應外按各協有關憲建筑董結構副設計費規范躺的規送定采尺用。2、對于肯荷載磚效應糟標準嫩組合卵的設抹計值慣S應喊按下識式采譜用(7翻)注：旱組合踏中的危設計駐值僅應適用抖于荷流載與呼荷載效效應布為線宴性的墊情況撕。術語伴和概碎率極違限狀鑄態的洞實用利設計擔表達葵式3、純對于沃頻遇爺組合月，荷虧載效薦應組說合的害設計券值S應按碗下式禍采用薄