摘要:目前，土木工程的設(shè)計(jì)還是偏向于復(fù)雜多樣化，為了能夠承載復(fù)雜的結(jié)構(gòu)模式強(qiáng)度也越來(lái)越迫切。因此，追求更為合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程荷載能力是我們土木工程所研究的方向。進(jìn)一步分析土木工程荷載及結(jié)構(gòu)問(wèn)題，明確相關(guān)概念，綜合考慮各方面因素，從不同角度討論荷載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的實(shí)施。
關(guān)鍵詞:分析研究， 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 土木
中圖分類(lèi)號(hào): TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
0 前言
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性不可估量，由此，充分說(shuō)明為了提高建筑的工程質(zhì)量，建筑結(jié)構(gòu)再設(shè)計(jì)時(shí)一定要綜合考慮自然因素和非自然因素所引起的荷載效應(yīng)。從施工開(kāi)始、施工期間、施工結(jié)束，每個(gè)環(huán)節(jié)不同程度承受因素是必須重視的，從客觀因素到主觀因素的實(shí)施，都必須明確建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同所產(chǎn)生的影響不同，從何設(shè)計(jì)更為適合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效促進(jìn)建筑工程的實(shí)施。
1土木工程荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.1土木工程荷載
在土木工程領(lǐng)域，荷載是作用的一種體現(xiàn)，《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本術(shù)語(yǔ)和通用符號(hào)》一文中曾對(duì)“作用”作如下的定義：施加在結(jié)構(gòu)上的
一組集中力或分布力，或引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因，統(tǒng)稱(chēng)為 結(jié)構(gòu)E的作用。而建筑結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程和使用過(guò)程中所受到的各種直接作用稱(chēng)為荷載。
1.2土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
土木工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是決定采用什么形式的骨架將相應(yīng)的建筑支撐起來(lái)，以及如何抵御各種災(zāi)害和傳遞作用力等，同時(shí)還包括建筑材料的制造以及建筑材料尺寸的選擇等。它具有安全性、適用性、耐久性和可靠性的特性。土木工程設(shè)計(jì)要完成的工作如下：一是結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì),在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)預(yù)定功能的條件下，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式；二是結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，就是完成荷載計(jì)算、荷載效應(yīng)計(jì)算和機(jī)構(gòu)抗力的計(jì)算。
2對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的分析
2.1容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法
容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法是19世紀(jì)以后，Nayier提出的一種基于彈性理 論的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法具有如下幾個(gè)方面的特點(diǎn):首先， 所有不確定因素，包括荷載和抗力等使用同一個(gè)系數(shù)來(lái)進(jìn)行考慮;其 次，材料橄限強(qiáng)度沒(méi)有統(tǒng)一的準(zhǔn)則 再次，安全系數(shù)憑經(jīng)驗(yàn)確定;最后 不能考慮材料的塑性能力。
2.2破損階段設(shè)計(jì)方法
破損階段設(shè)計(jì)方法是20世紀(jì)30年代，前蘇聯(lián)學(xué)者帕斯金爾納克和格沃茲捷夫等人經(jīng)研究，提出的基于按破損階段的設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法具有如下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：首先，和容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法一樣所有不確定因素，都使用同一個(gè)系數(shù)來(lái)進(jìn)行考慮；其次，安全系數(shù)也是完全憑經(jīng)驗(yàn)確定；最后，該設(shè)計(jì)方法考慮了材料的塑性能力。
2.3多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法
結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求的臨界狀況，超過(guò)這一狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。其中結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可以分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類(lèi)。這種設(shè)計(jì)方法具有如下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：首先，明確了按不同極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)；其次，荷載和抗力系數(shù)仍然是憑經(jīng)驗(yàn)確定的；再次，部分荷載和材料強(qiáng)度的確定采用了統(tǒng)計(jì)的方法，對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析比較明確；最后，對(duì)不同荷載、影響抗力的不同因素采用了不同系數(shù)。
2.4結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)方法
隨著以概率論為基礎(chǔ)的可靠度理論的日益成熟； 相關(guān)學(xué)者提出了基于構(gòu)件可靠度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法具有 如下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：首先，分不同極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)和耐久性性極限狀態(tài)；其次，荷載和抗力系數(shù)按照確定的目標(biāo)概率標(biāo)定；最后，荷載標(biāo)準(zhǔn)值采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)相應(yīng)的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
3常見(jiàn)的荷載效應(yīng)組合方式分析
3.1標(biāo)準(zhǔn)荷栽效應(yīng)控制組合方式
標(biāo)準(zhǔn)荷載效應(yīng)控制組合方式在一定程度上與過(guò)去常用的短期效應(yīng)組合相似，這一荷載效益組合方式主要用來(lái)測(cè)算一般情況下結(jié)構(gòu)的撓度、裂縫等使用的極限狀態(tài)問(wèn)題。在該組合中，可變荷載采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)值，荷載分項(xiàng)系數(shù)取為1.0，即超越概率為5％的上分位值，其中可變荷載的組合值系數(shù)按《荷載規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定取值。
3.2準(zhǔn)永久荷載效應(yīng)控制組合方式
準(zhǔn)永久荷載效應(yīng)控制組合方式在一定程度上與過(guò)去的長(zhǎng)期效應(yīng)組合相似，其數(shù)值等于荷載的標(biāo)準(zhǔn)值乘以準(zhǔn)永久值的系數(shù)。在該組合中充分考慮了可變荷載對(duì)結(jié)構(gòu)作用的長(zhǎng)期性。準(zhǔn)永久荷載效應(yīng)控制組合方式要求在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，可變荷載超越荷載準(zhǔn)永久值的概率應(yīng)保持在50％左右。準(zhǔn)永久荷載效應(yīng)控制組合方式常用于考慮荷載長(zhǎng)期效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)正常使用狀態(tài)的影響。一個(gè)比較典型的例子是：對(duì)于裂縫控制等級(jí)為二級(jí)的結(jié)構(gòu)，按照標(biāo)準(zhǔn)荷載效應(yīng)控制組合方式的要求，結(jié)構(gòu)受拉邊緣混凝土的應(yīng)力不會(huì)超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，而按照準(zhǔn)永久荷載效應(yīng)控制組合方式要求，不應(yīng)該出現(xiàn)拉應(yīng)力。
3.3頻遇荷載效應(yīng)控制組合方式
頻遇荷載效應(yīng)控制組合方式是一種新型的效應(yīng)控制組合方式，可 變荷載的頻遇值等于可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以小于組合值系數(shù)的頻遇值系數(shù)。頻遇荷載效應(yīng)控制組合方式的選值充分考慮了可變荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)超越其值的次數(shù)和大小。目前頻遇荷載效應(yīng)控制組合方式的應(yīng)用范圍還比較狹小，其中吊車(chē)梁的設(shè)計(jì)就是采用的頻遇荷載效應(yīng)控制組合方式。由于頻遇荷載效應(yīng)控制組合方式還有很多的頻遇值系數(shù)沒(méi)有統(tǒng)計(jì)出來(lái)，該組合的推廣運(yùn)用還需要一段比較長(zhǎng)的時(shí)間。
4土木工程荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響
4.1荷載設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)件的影響
構(gòu)件的可靠性依賴(lài)于荷載的取值，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)如果荷載取值出 錯(cuò)，按照錯(cuò)誤荷載設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)其抗力應(yīng)與錯(cuò)誤荷載相對(duì)應(yīng)，這樣的話(huà) 將嚴(yán)重影響構(gòu)件的可靠性，而且通過(guò)一些理論計(jì)算公式我們會(huì)發(fā)現(xiàn)如 果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值偏大的話(huà)，對(duì)構(gòu)件可靠性的提高作用并不大，相 反如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值偏小，隨著錯(cuò)誤發(fā)生概率的增大，構(gòu)件的可 靠性會(huì)大幅度降低。
4.2荷載設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響
4.2.1荷載設(shè)計(jì)對(duì)串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系的影響
相關(guān)的測(cè)算公式表明，串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系的可靠性指標(biāo)對(duì)荷載相應(yīng)參數(shù)的變化比較敏感，隨著荷載相應(yīng)參數(shù)的減小，串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系的可靠 性能降低。當(dāng)荷載相應(yīng)參數(shù)為負(fù)值時(shí)，串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系的可靠性指標(biāo)也 將變?yōu)樨?fù)值，也就是說(shuō)，對(duì)于串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值偏大的話(huà)，對(duì)串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系可靠性的提高并不大，相反如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值偏小的話(huà)，隨著荷載取值錯(cuò)誤發(fā)生概率的增大，串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系的可靠性會(huì)大幅度降低。同時(shí)串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系各元件與荷載可靠指 標(biāo)的相關(guān)性也影響系統(tǒng)的可靠性，二者的相關(guān)性越大，系統(tǒng)越安全。4.2.2荷載設(shè)計(jì)對(duì)并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系的影響
相關(guān)的測(cè)算公式表明，與串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系相比，并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系的可 靠性指標(biāo)對(duì)荷載相應(yīng)參數(shù)的變化不是非常敏感，如果荷載相應(yīng)參數(shù)的 變化不明顯的話(huà)，并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系的可靠性趨于穩(wěn)定。對(duì)于并聯(lián)結(jié)構(gòu)體 系，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值偏大的話(huà)，對(duì)并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系可靠性的提高 同樣作用不大，同樣如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值偏小的話(huà)，并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系 的可靠性會(huì)隨著荷載取值錯(cuò)誤發(fā)生概率的減小，而大幅度提升。但是 并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系各元件與荷載可靠指標(biāo)的相關(guān)性對(duì)系統(tǒng)的可靠性影響并不明顯，系統(tǒng)安全幾乎不受二者相關(guān)性的影響。
5 結(jié)束語(yǔ)
土木工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)離不開(kāi)荷載，兩者相輔相成，互相影響互相促進(jìn)。因此，在對(duì)土木工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)不同情況下的荷載量進(jìn)行分析，將不同的結(jié)構(gòu)同時(shí)施加于荷載，通過(guò)科學(xué)的分析，獲取不同結(jié)構(gòu)荷載組合下的響應(yīng)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，綜合評(píng)估荷載作用對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響效果。由此，可以減少和避免因荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不適，所導(dǎo)致的不良效果。
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