第5章-结构荷载的随机概率模型公开课教案课件.ppt
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1、第五章第五章 结构荷载的随机概率模型结构荷载的随机概率模型第五章第五章第五章第五章 结构荷载的随机概率模型结构荷载的随机概率模型结构荷载的随机概率模型结构荷载的随机概率模型5.2 荷载的随机概率模型荷载的随机概率模型5.4 荷载的代表值荷载的代表值5.1 荷载和作用荷载和作用主要内容主要内容5.5 荷载效应组合方法荷载效应组合方法5.3 荷载的统计分析荷载的统计分析5.1 荷载和作用荷载和作用第五章第五章 结构荷载的随机概率模型结构荷载的随机概率模型5.1 5.1 荷载与作用荷载与作用荷载与作用荷载与作用1.作用的定义:作用的定义:5.1.1 作用的定义与分类作用的定义与分类2.作用的分类:作
2、用的分类:按随时间的变异性分类按随时间的变异性分类 施加在结构上的集中或分布荷载,以及引起结构外加变形或施加在结构上的集中或分布荷载,以及引起结构外加变形或约束变形(基础沉降、温度变化、焊接等)的原因的总称约束变形(基础沉降、温度变化、焊接等)的原因的总称。按作用形式分类按作用形式分类 直接作用:直接作用:施加在结构上的集中或分布荷载。施加在结构上的集中或分布荷载。间接作用间接作用:引起结构外加变形或约束变形的原因。:引起结构外加变形或约束变形的原因。永久作用永久作用:在结构使用期间,其值不随时间而变化,:在结构使用期间,其值不随时间而变化,或其变化值与平均值相比可以忽略不计,或其变化是或其变
3、化值与平均值相比可以忽略不计,或其变化是单调的并能趋于限值的作用。单调的并能趋于限值的作用。【例如】结构自重,土压力、预加力、基础沉降、焊接、例如】结构自重,土压力、预加力、基础沉降、焊接、水的浮力、混凝土收缩及徐变作用等。水的浮力、混凝土收缩及徐变作用等。5.1 5.1 荷载与作用荷载与作用荷载与作用荷载与作用 可可变变作作用用:在在结结构构使使用用期期间间,其其值值随随时时间间而而变变化化,且且其其变化值与平均值相比不可以忽略不计的作用。变化值与平均值相比不可以忽略不计的作用。偶然作用:偶然作用:在结构使用期间,不一定出现,但一旦出现,在结构使用期间,不一定出现,但一旦出现,其量值很大且持
4、续时间较短的作用。其量值很大且持续时间较短的作用。【例如】例如】安装荷载、楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、安装荷载、楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、汽车荷载、汽车离心力、汽车制动力、流水压力、雪荷载、汽车荷载、汽车离心力、汽车制动力、流水压力、冰压力、温度作用等。冰压力、温度作用等。【例如】例如】地震作用(地震力和地震加速度等)、爆炸、地震作用(地震力和地震加速度等)、爆炸、船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用等。船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用等。5.1 5.1 荷载与作用荷载与作用荷载与作用荷载与作用 可可变变作作用用:在在结结构构使使用用期期间间,其其值值随随时时间间而而变变化化
5、,且且其其变化值与平均值相比不可以忽略不计的作用。变化值与平均值相比不可以忽略不计的作用。偶然作用:偶然作用:在结构使用期间,不一定出现,但一旦出现,在结构使用期间,不一定出现,但一旦出现,其量值很大且持续时间较短的作用。其量值很大且持续时间较短的作用。【例如】例如】安装荷载、楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、安装荷载、楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、汽车荷载、汽车离心力、汽车制动力、流水压力、雪荷载、汽车荷载、汽车离心力、汽车制动力、流水压力、冰压力、温度作用等。冰压力、温度作用等。【例如】例如】地震作用(地震力和地震加速度等)、爆炸、地震作用(地震力和地震加速度等)、爆炸、船舶或漂流物的
6、撞击作用、汽车撞击作用等。船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用等。5.1 5.1 荷载与作用荷载与作用荷载与作用荷载与作用按结构的反应分类按结构的反应分类 静态作用:静态作用:不使结构或结构构件产生加速度,或不使结构或结构构件产生加速度,或产生的加速度可以忽略不计。产生的加速度可以忽略不计。动态作用:动态作用:使结构或结构构件产生不可忽略的加速度。使结构或结构构件产生不可忽略的加速度。【例如】结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等。例如】结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等。【例如】地震、吊车荷载、设备振动、作用于高耸结构上例如】地震、吊车荷载、设备振动、作用于高耸结构上 的风荷载等。的风荷载等
7、。5.1 5.1 荷载与作用荷载与作用荷载与作用荷载与作用永永久久荷荷载载:在在结结构构使使用用期期间间 ,其其值值不不随随时时间间而而变变化化,或或虽虽有有变变化化,但但变变化化不不大大,且且其其变变化化值值与与平平均均值值相相比比可可以忽略不计,或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。以忽略不计,或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。【例如】结构自重,土压力、预应力等。例如】结构自重,土压力、预应力等。5.1.2荷载分类荷载分类可变荷载可变荷载:在结构使用期间在结构使用期间 ,其值随时间而变化,且,其值随时间而变化,且 其变化值与平均值相比不可以忽略不计的荷载。其变化值与平均值相比不可以忽略不计
8、的荷载。【例如】楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、例如】楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。风荷载、雪荷载等。按作用时间的长短和性质按作用时间的长短和性质5.1 5.1 荷载与作用荷载与作用荷载与作用荷载与作用偶偶然然荷荷载载:在在结结构构使使用用期期间间不不一一定定出出现现,但但一一旦旦出出现现,其其值很大,作用时间则较短的荷载。值很大,作用时间则较短的荷载。【例如】地震、爆炸力、撞击力等。例如】地震、爆炸力、撞击力等。永久荷载永久荷载 恒荷载恒荷载 可变荷载可变荷载偶然荷载偶然荷载活荷载活荷载5.2 荷载的概率模型荷载的概率模型第五章第五章 结构荷载的随
9、机概率模型结构荷载的随机概率模型5.2 5.2 荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型 5.2.1 荷载的随机过程模型荷载的随机过程模型结构尺寸偏差结构尺寸偏差材料容重变化材料容重变化自然中多种不确定因素自然中多种不确定因素荷载具有随机性荷载具有随机性 在设计基准期内,荷载是随时间变化的,因此荷载用随机在设计基准期内,荷载是随时间变化的,因此荷载用随机过程来描述最合理。过程来描述最合理。在实际工程中,考虑设计基准期内荷载最大值随机变量来在实际工程中,考虑设计基准期内荷载最大值随机变量来描述荷载的这种随机特性。描述荷载的这种随机特性。荷载特性与分析荷载特性与分析随机过程随机过程
10、随机变量随机变量5.2 5.2 荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型 5.2.1 荷载的随机过程模型荷载的随机过程模型结构尺寸偏差结构尺寸偏差材料容重变化材料容重变化自然中多种不确定因素自然中多种不确定因素荷载具有随机性荷载具有随机性 在设计基准期内,荷载是随时间变化的,因此荷载用随机在设计基准期内,荷载是随时间变化的,因此荷载用随机过程来描述最合理。过程来描述最合理。在实际工程中,考虑设计基准期内荷载最大值随机变量来在实际工程中,考虑设计基准期内荷载最大值随机变量来描述荷载的这种随机特性。描述荷载的这种随机特性。荷载特性与分析荷载特性与分析随机过程随机过程随机变量随机变量
11、5.2 5.2 荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型 5.2.2 随机过程最大值概率分布随机过程最大值概率分布一般随机过程一般随机过程平稳正态随机过程平稳正态随机过程5.2 5.2 荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型极值极值 型分布型分布 5.2 5.2 荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型多个随机变量最大值概率分布多个随机变量最大值概率分布其概率分布其概率分布随机过程可用一系列的随机变量随机过程可用一系列的随机变量 来描述,假来描述,假定它们独立且同分布,定它们独立且同分布,最大值为最大值为5.2 5.2 荷载的概率模型荷载的概率
12、模型荷载的概率模型荷载的概率模型 平稳二项随机过程平稳二项随机过程1.平稳二项随机过程的定义平稳二项随机过程的定义在实际工程中,荷载通常被假定为平稳二项随机过程分析。在实际工程中,荷载通常被假定为平稳二项随机过程分析。(3)在任一时段内,荷载出现时,其幅值为非负随机变量,其在任一时段内,荷载出现时,其幅值为非负随机变量,其概率分布函数为任意时点荷载概率分布,各不同时段上的概率分布函数为任意时点荷载概率分布,各不同时段上的幅值随机变量相互独立且服从相同分布。幅值随机变量相互独立且服从相同分布。(4)任一时段上荷载是否出现与出现的幅值随机变量是相互独任一时段上荷载是否出现与出现的幅值随机变量是相互
13、独立的。立的。(1)基准期基准期 时间域内可划分为时间域内可划分为 个相等的时段个相等的时段 ,即,即(2)在任一时段内,荷载出现的概率为在任一时段内,荷载出现的概率为 ,荷载不出现的概率,荷载不出现的概率为为 。5.2 5.2 荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型2.平稳二项随机过程的三个要素:平稳二项随机过程的三个要素:和和 通过统计调查或经验判断确定通过统计调查或经验判断确定。通过统计分析确定。通过统计分析确定。5.2 5.2 荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型2.平稳二项随机过程的三个要素:平稳二项随机过程的三个要素:和和 通过统计调查或经验判
14、断确定通过统计调查或经验判断确定。通过统计分析确定。通过统计分析确定。5.2 5.2 荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型3.一般荷载向平稳二项随机过程转化一般荷载向平稳二项随机过程转化 荷载在基准内荷载在基准内的概率分布的概率分布 荷载在荷载在基准内平均出现率基准内平均出现率5.2 5.2 荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型4.荷载在基准期的概率分布荷载在基准期的概率分布 荷载在基准内平均出现率。荷载在基准内平均出现率。设计基准期内最大荷载设计基准期内最大荷载QT 的概率分布函数的概率分布函数 等于任等于任意时点荷载概率分布函数意时点荷载概率分布函数
15、 的的m次方。次方。5.2 5.2 荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型5.2 5.2 荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型(1)是正态分布是正态分布5.2 5.2 荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型(2)是极值是极值 型分布型分布5.2 5.2 荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型荷载的概率模型(2)是极值是极值 型分布型分布5.3 荷载的统计分析荷载的统计分析第五章第五章 结构荷载的随机概率模型结构荷载的随机概率模型5.3 5.3 荷载的统计分析荷载的统计分析荷载的统计分析荷载的统计分析 5.3.1 重力荷载概率模型重力荷
16、载概率模型5.3 5.3 荷载的统计分析荷载的统计分析荷载的统计分析荷载的统计分析 5.3.2 活荷载的概率模型活荷载的概率模型1.持久性活荷载持久性活荷载5.3 5.3 荷载的统计分析荷载的统计分析荷载的统计分析荷载的统计分析2.临时性活荷载临时性活荷载t0T 4.3.3 环境荷载的概率模型环境荷载的概率模型1.风荷载风荷载不考虑风向不考虑风向 考虑风向考虑风向t0T 5.3 5.3 荷载的统计分析荷载的统计分析荷载的统计分析荷载的统计分析 4.3.3 环境荷载的概率模型环境荷载的概率模型1.风荷载风荷载不考虑风向不考虑风向 考虑风向考虑风向t0T 5.3 5.3 荷载的统计分析荷载的统计分
17、析荷载的统计分析荷载的统计分析5.3 5.3 荷载的统计分析荷载的统计分析荷载的统计分析荷载的统计分析2.雪荷载雪荷载t0T 5.4 荷载的代表值荷载的代表值第五章第五章 结构荷载的随机概率模型结构荷载的随机概率模型5.4 5.4 荷载的代表值荷载的代表值荷载的代表值荷载的代表值 5.4.1 基本概念基本概念荷载代表值荷载代表值设计中用以验证极限状态所采用的荷载值,包设计中用以验证极限状态所采用的荷载值,包 括标准值、组合值、频遇值和准永久值。括标准值、组合值、频遇值和准永久值。荷载设计值荷载设计值设计中用于确定结构抗力所直接采用的荷载值。设计中用于确定结构抗力所直接采用的荷载值。荷载设计值荷
18、载设计值 可以通过荷载分项系数可以通过荷载分项系数 乘以荷载代表值乘以荷载代表值 获得。获得。5.4 5.4 荷载的代表值荷载的代表值荷载的代表值荷载的代表值 5.4.2 荷载特征值(标准值)荷载特征值(标准值)荷载特征值荷载特征值 是在结构设计基准期内作用于结构可能的最是在结构设计基准期内作用于结构可能的最大荷载。大荷载。1.定义定义是荷载的基本代表值,其它代表值可以通过它计算得到。是荷载的基本代表值,其它代表值可以通过它计算得到。2.计算方法计算方法 保证概率法保证概率法在设计基准期在设计基准期 内,荷载保证率为内,荷载保证率为 时对应荷载分位值。时对应荷载分位值。目前没有统一的标准,主要
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