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5.2 结【构上的作《用
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5.2.1 【 结构上的大—部分作用例》如建筑结构的楼面】活荷:载和:风,荷载它们各自出现】与否以?及,出现时量值的大小在!时间和空间上都是互!相,独立:的这种?作用在计算其结【构效应和进》行组:合时均可《按单个作用考虑某些!作用在结构上的【出现密切相》关且有可能同时以】最大:值出:现例如桥梁上诸【多单独的车辆荷载】可以将它们》以车队?形式作为单个—荷,载来考虑此外—冬季的雪荷》。载和结?构上:的季节温度差它们的!最大值有可能同【。。时出现就不》能,各自按?单个作用考虑它们的!。组合
5!.2.2 对【有可能同时出—现的各种《作用应该考虑—它们在时间和空间】上的相关《。关系通过《作用组合(荷—载,组合)来处理对结】构效应?的影响;对于—不可能同时》出现的?作用就不应》考虑其同《时出现的组合—
5.2!.3: 作?。用按随时间的变化分!。类是作用最主要【的分类它直接关【系到:作用变量《概率模型《的选择
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永久作用!的统:计参:。数与:。时间基本无关故【可采用随机变量概】率模型来描述—;永久作用的—。随机性通《常,表现在随《空间变异上可—变,作用的统计》参数与时间有—。关故宜采用随机【过程概率模型来【描述;在实用上经常!可将随机过程概率】模型转化为》随机变量概率—模型来处理
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作用按不!同,性质:进行分类是》。出于结构设计规范化!的需要例如车辆荷载!按随时间变化的分类!属,于可变?荷载应考《虑,它对结构《可靠性的影响;【按随空间变化的分】类属:于自由作用》应考虑?它在结构上的—最不利位置;按结】构反应特点的—。分类属于动》态荷载还应考—虑结构的动力响【应
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在!选择作用《的概率模型时很多典!型的概?率分布类型的—取值往?往是无界的》而实际上很多—随机作用的量值【由于客观条件的【限制而具《有,。不能被超《越,的界限值例》如水坝的最》高水位具有敞开泄】。压口的内《爆炸荷载等》选用这类有界作用的!概率分布类型时应考!虑它们的特点例【如可:采用:。截尾的分布类型
】
【 作用的其他分】类例如当进》行结构疲劳》验算时可按作用【随时间变化的低【。周性和高《周性分类;当考虑结!构徐变效应时可【按作用在结构—上,持续期的长》短分类
】
5.2.4~5.!。2.7 作为基】本变量的《作用:应,尽可能根据它—随,时间变化的》规律采用随机过【程的概率模型—来描:述但由于对作用【观测数据的局限性对!于不同问题》还可:。给以合?理的:简化譬如在设计【基准期内结构上的最!不利作用(最大作用!或,最小作用)原则上】也应按?随机过?程的概率《模型但通过简—化也可采用》随机变量的概率【模,型来描述
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在一个确!定的设计基准期【。T内对荷载随机过】程作一次连续观测(!例如对某地的风压】。连续观测30~5】0,年)所获得》的依赖?于观测时间的数【据就称为随机过程的!一个样本《函数每个随机过程都!。是由大量的样本函数!构成的
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—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,及其性质了解甚少对!于常见的活荷载【。、风荷载、雪—荷载等为了简化【起见采用了平—稳二项随机过—程概率?。模型即将它们的样本!函数统一模型化【为等:时段:矩形波?函数矩形《波幅值的变》化规律?采用荷载随》机过程?{Q(t)t∈[0!T]}中任意时点】荷载的?概率分布《函数FQ(x)【=P{Q(t0【),≤xt0∈[0T】],},来描述
】。
对于永久!荷载其值在设计基准!期内基本不变从【。而,随,机过程就转化为与时!间无关的随》机,变量:{,G(t)=Gt∈[!0,T,]}所以《样本函数《的图像是平行于时】间轴的一《条直:线此时荷载》一次出现《的持续时《间τ=T在设计基准!期内:的时段数而》且在每?一时:段内出现的概率p】=1
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对【于可变荷载》(活:荷,载及风、雪荷载等)!其样本函数的共【同特点?是荷载一《次出现?的持:续时间τ《<T在?设计基准期内的时段!数r:>1且在T内—至少出现一次—所以平均《出现:次数m=p》r≥1?不同的可变荷—载其统计参数τ、P!以及任意时点—荷载的概率分布函】数FQ?(x)都是》不同的
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对!于活荷载《及风、雪荷》载随机过程的样本】函数采用这种统一的!模,型为推导设计基准期!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
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》 , 当采用一次二阶】矩极:限状态设《计法:时必须?将荷载随机过—。。程转化为设计—基准期最大》荷载
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因T【已规定故QT是一个!与时间?参数t无关的随机】变量
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?。 各种荷载】的概率?模型必须通》过,调查实测根据所获得!的资料和数据进【。行统计分析后确【定使之尽可能反【。映荷:载,的实际情况并不【要求一律《选用平稳二》。。。项随:机过程这种特—定的概率模型
】
《 任意时点】荷载:的概率分布函—。数FQ(x)是【结构可靠度分析【的基础它应》根据实测数据运用X!2检验或K-S检】验,等方法选择典型的】概率分布如正态、对!数正态、伽马、【极值Ⅰ型、极值Ⅱ】型、极?。值Ⅲ型等《来拟合检验》的显:著性水平可取0.】05显?著性水平是指所假设!的概率分《布类型为《真,而经:检验被?拒绝的?最大概率
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?。 荷载—的统:计参数?如平均值《、标:准差、变异》系数等应根据实测数!据按数理统计学的参!数估:计方:法确定当统计资【料不:足,而一:时又难以获得时可】根据工程经验—经适当的判断—确定
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》 虽然任何作用【都具有不《同性质的变异性但在!。工程设计中不可能直!接引用反映其变【异性:的各种统计参数并通!过复杂的《概率运?算,进行:设计因此在》。设计:时除了采用能—便于设计《者使用?。的设计表《达式外对作》用仍应赋予》一个规定的量值称为!作用的代表值—根据设计的不—同要求可规定—不同的?代,表值以?使能更确切地—反映它在设计中【的特点在本标准【中参考国际标—准对可变作用采【用四种?代表:值标:准值:、组合值、》频遇值和《准永久?值其中标准值是作用!的基本代表》值而其他代表值都可!。在标准值的》基础上乘以相应【。。的,系数:后来表?示
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—作用标准值是指其在!结,构设计基《准期内?可能出现《的最:大作用值《。由于作用本身—的随机性因而设计】基准期内的最—大作用也《是随机变量》尤其是可变作用【原则上都可用它【们的统计分布来描述!作用标准《值,统一由设计基准【期最大作用概—。率分布的某》。。个分位值来》。确定设计基准期应该!统一:。规,定譬如?为50?年,。或100年此外【还,应对该分位值的百】分数作明确规定这样!标准值就可取分【布的统?。计特:征值(?均值、众值、—中值:或较高的分位—值譬如90%或95!%的分位值)因此在!国际上?。也称标准值为特【征,值
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对可变!作用的标准》值有时可《以,通过平?均重现期的规定【来定义?见附:录,。第C.2《.1条第《3款:
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》。 在实》际,工程中有《时由于?无法对所《考虑的作用》取得充分的数据也】不,得不从?实际出发根据已【有的工程实践经验通!过,。分析判断后协议一个!公称值或名义值作为!作用的?代表:值
【 : 当有两》种或两?。种以上的《可,变作用在《。结构上要求同时考】虑时:由于所有可变作用同!时,。达到其?单独出现《时可能达到的最大】值的概率极小因【此在结构按承载能力!极限:状态设计时除主【导,作用应?采用标准值为代【表值:外其他伴随作用【均应采用主导—作用出现时段内【的最:大,量,。。值即:以小于其标》。。准值的组合值—为代表值《(见附录第C.【2.:4条)
! 《当结构按正常使【用极限状态》的要:求,进行设计时例如【要求控制结构—的变形、局部损【坏,以及:。振,动时理应《从不同的要求—出发来选择不同的】作用代表值;目【前,规范提?供的除标准值和【组合值外《还有:频遇值和准永久值】频遇值是代表某【个,约定条件下不被超】越的作用水平例如在!设计基准期》内被:超越的?总,时间:与,设计基准期之比规定!为某个较小的比率】或被超越的频率【限制在规定的—频,率内的作用水平准永!久值是代表》作用在设计基准期内!。经常出现《的水平也即其持久性!部分当对持久性部】。分无法定性时也可按!频遇值定义在设【计基准期内被超越】的总:时间:与设计基准》期,之比规定为某个较大!的比率来确定(详】见附录C.2.【2和C.2》。.3条)《
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:5.2.《8 ?。。偶然作用是指在设】计,使用年限内不—一定出现而一旦出现!其量:值很大且持续—期,在多数情况下很【短的作用例如爆炸】、撞击?、龙卷风、偶然【出现的雪荷载、风】荷载等因此偶然作】用,的出现是一种意外事!件它:们的代表值应—根据具体的工程情况!和,偶然作用可能—。出,现,的,最,大值并且考虑—经济上的因素综【合地加以确定—也可通?过有关的标准—规定
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对这类作!用由于历史资料的】局,限性一般都是根【。据工程经验通过分析!。判断经协议》确定其名《义值当有《可,能获取偶《然作用的量值数据并!可供统计分析—但是:缺乏失?效后果的《定量和经济上的优化!分析时国际》标准建议《可,采用重现《期为万年的标准确定!其代表值
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》 当采用偶【然作用为结》构的主导作用时设计!应保证结构》不会由?于,作用的偶然出—现而导致灾》难性的后果
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5.2.9 ! 地震作用的代表值!按,传,统都采用当地—地区的基本烈度根据!大部分地区》的,统计资料它相—。当于设计基准—期,为50年《最大烈度《90%的《分,位值如果《采,用,重现期表示基本烈度!相当于重现》期为475年地震烈!度我国规《范将抗震设防划【分三个水准》第一:水准是低《于基本烈度也—称为众值烈度俗称小!。震它相当于50年最!大烈度36.8%】的分位?值;第二水准是【基本:烈度;?第三:水准是罕遇地震【烈度它远高于基本烈!度俗称大震》相当于50》年最:大烈:度98%分位—值或重?现期为2《50:0,年地震烈度》
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5.2.10!。 为了《能适应各种不—同形式?的结构将结构上的作!用分成两《部分因素《与结构类型无—关的基本《作用和与《结构类型(包括外形!和变:形性能)有关—的,因素基本作用F0】通常具有随时间【和空间的变异—性,。它应具有标准化的定!义例如对结构—自,重可定义为结—构的图?纸尺寸?和材料的标准—重度;对雪荷载可】定义标?准,地面上的雪重为基本!雪压:;,对风荷载可》。定义标准地面上1】0m高?处的标准时距的【平均风速《为基本?风压如此等等而作】用值应在基本作【用,的基础上《。考虑与结构有—。关的其他因素—通过反映《作用规律的》数学函数φ(—·)来表述》。例如对雪《荷载的?情况可?根据屋面的不同条】件将基本雪压换算】为屋:面上的雪荷载;对风!荷载:的情况可根据—。场地地面粗》糙度情况、》结构:外形及结构不同【高度将基本风—压换算为结》构上:的风荷载
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5.2.!11: 当作用对结构】产,生,不可忽略的》加速度时即与加【速度对应的结—构效应占有相—当比重?时结构应采用动力模!型来描?述此时动态作用必】须按某种《方式描?述其:随时间的变异—性(:随机性)作用可【根据分析的方便与否!而采用时《域或频域《的描述方式》。作用:历程中的不定性【可通过选定》随机参数的非随机函!数来描述也可进一】步采用随机过程来】描述各?种,随,。机过程经常被—假定为?分,段平稳?的,
】 , ,在有些情况下—动态作用与材—料性能?和结:构刚:度,、,质量及各类阻尼有关!。此时对作《用的描述首先是在】偏于安?。全的前提下》规定某些参数—例如结构质量、初】速度等通常还可以进!一步将这《些参数转化为等效的!静态作用
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如】果认为所选用的【参数还不能保证其结!果偏于安全就有必】要对:有关作用模型按【不同的假设进行【。。计算从?。中选出认为可靠的】结果
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