土木工程载荷和结构设计探究

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1、土木工程载荷和结构设计探究【摘要】在对土木结构的载荷种类、结构设计方式进行分析的基础上，探讨了土木工程结构载荷效应组合形式以及工程载荷对结构设计造成的影响。【关键词】工程载荷；结构设计；效应组合中图分类号：V217+.32文献标识号：A文章编号：2306-1499(2013)15-0081-02在土木工程的结构设计过程中要对施工过程中以及工程建筑使用过程中所承受的各种力载荷进行分析。建筑结构所受到的作用主要是指施加于结构上的多种载荷效应组合以及导致建筑结构变形的各种组合，这些组合包括自然与非自然等相关

2、因素。而不同的效应组合对土木建筑结构产生的影响是不同的。因此，分析土木工程载荷与结构设计的关系,同时采用针对性的策略和方式对土木工程的结构进行优化设计就显得尤为重要。1.土木工程结构中的载荷1.1土木工程结构设计与载荷间的关系当前的土木工程的结构设计工作主要包括这样几个基本环节：策划、设计、施工。在整个设计环节中，具体的结构方案设计是一个重要的环节。其主要范畴包括结构设计以及工程功能设计两个部分，在设计过程中确定采用何种结构形式将工程建筑支撑起来；利用什么样的方式确保结构抵御并传递外界的载荷作用；选择

3、何种材料进行结构材料的构造；在结构设计过程中各个部门的具体尺寸优势如何体现等。这些在工程的结构设计过程中都必须予以明确。对建筑物的功能设计而言，其主要是满足建筑使用功能的需要。工程额结构设计应该在工程的结构适用性、美观性以及可靠性等方面选择一个合理的平衡点。这样才能保证使得建筑设计的结构功能都能够满足用户的需求。尤其是建筑工程结构的可靠性问题，其对建筑的安全性、适用性以及耐久性提出了更加具体的要求，在工程结构设计过程中应该予以明晰。1.2土木工程结构承受的载荷分类土木工程的载荷可以分为两种：其一，载荷

4、不会随着时间的变化而发生变化，也就是常说的静载荷，主要分为永久作用、偶然作用以及可变作用三种类别。对于永久作用而言,其是在设计的基准期之中的量值不会随着时间的变化而发生变化，或者是其设计平均值相对而言基本没有明显的变化，因此其可以予以忽略。所以，对于永久性载荷，其载荷值与统计时间的变化之间没有明显的关系。而且这种随机性主要表现在空间位置的变化方面，例如土体压力、水位压力、承重预压力、结构自重、地基的变形以及混凝土的收缩等永久性作用。对土木建筑的结构而言，这些因素可以不予考虑。而对于偶然作用，即使其设计

5、基准期内出现的概率较小，甚至基本不会出现，但是其一旦出现将产生很大的量能，对土木结构造成严重的破坏。将对建筑造成严重的损害。考虑到这种偶然作用所持续的时间较短，诸如台风、地震等，都可以认为是偶然作用。而可变作用则是在设计基准期内会发生明显的变化，而且这种变化在设计过程中不能予以忽略，而且与时间参数有明显的可变作用统计规律，诸如波浪载荷、雪载荷、机动车载荷、水位变化导致的水压力变化等都属于可变作用。1.土木工程结构的几种典型设计方法1.1容许应力设计方法该设计方法产生于19世纪后期，Nayier基于弹性

6、理论提出了这种结构设计方法，且该方法具有如下几个方面的特点：其一，所有的不确定因素，包括抗力以及载荷在内都使用同一个系数来进行考虑；其二，材料的最大强度没有一个统一的准则；其三，设计过程中所设定的安全裕度完全依靠经验来予以确定；其四，在设计过程中不考虑材料的塑性变形能力。2.2破损阶段设计方法该方法产生于上世纪的三十年代，前苏联学者帕斯金尔纳克、格沃兹捷夫等人提出了基于破损阶段的建筑工程设计方法。该设计方法具有如下几个方面的特点：其一，与上文的容许应力设计方法类似，同样存在不确定因素，都是采用同一个系

7、数加以考虑；其二，结构的安全裕度完全根据经验予以确定；其三，该设计方法将材料的塑性变形能力考虑了进来。2.3多系数极限状态设计方法建筑结构的极限状态即是指建筑结构能够满足设计中所规定的某项具体功能所要求的临界状态，超过该状态之后结构或者结构的构件将不能满足结构设计的相关要求。结构的极限状态可以分为正常使用状态下的极限状态以及承载能力极限状态。该设计方法具有如下的特点：其一，对各个不同极限状态下进行了包括正常使用极限状态和承载能力极限状态下的设计；其二，依然采用根据经验的方式来确定载荷与抗力系数；其三，

8、对部分材料的强度以及材料强度采用了统计方法进行确定；其四，对不同的载荷以及影响结构的抗力因素采用不同的安全系数。2.4结构可靠度设计方法从上世纪七十年代开始，基于概率论的可靠性理论得到持续发展，很多学者基于此提出了基于构件可靠度的设计方法。该种设计方法具有如下几个方面的特点：其一，根据不同极限状态进行设计，诸如承载能力极限、正常使用极限状态以及耐久性极限状态等；其二，载荷与抗力系数按照既定的结构设计强度目标进行确定；其三，采用数据统计的方式确定结构承载的