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5，2，結(jié)構(gòu)上的作用5,2，1,結(jié)構(gòu)上的大部分作用 例如建筑結(jié)構(gòu)的樓面活荷載和風荷載 它們各自出現(xiàn)與否以及出現(xiàn)時量值的大小，在時間和空間上都是互相獨立的 這種作用在計算其結(jié)構(gòu)效應和進行組合時 均可按單個作用考慮、某些作用在結(jié)構(gòu)上的出現(xiàn)密切相關且有可能同時以最大值出現(xiàn).例如橋梁上諸多單獨的車輛荷載、可以將它們以車隊形式作為單個荷載來考慮.但冬季的雪荷載和結(jié)構(gòu)上的季節(jié)溫度差 它們的最大值有可能同時出現(xiàn).就不能各自按單個作用考慮它們的組合.5,2.2，對有可能同時出現(xiàn)的各種作用，應該考慮它們在時間和空間上的相關關系、通過作用組合、荷載組合。來處理對結(jié)構(gòu)效應的影響，對于不可能同時出現(xiàn)的作用.就不應考慮其同時出現(xiàn)的組合，5，2 3、作用按隨時間的變化分類是作用最主要的分類、它直接關系到作用變量概率模型的選擇、永久作用的統(tǒng)計參數(shù)與時間基本無關、故可采用隨機變量概率模型來描述 永久作用的隨機性通常表現(xiàn)在隨空間變異上 可變作用的統(tǒng)計參數(shù)與時間有關.故宜采用隨機過程概率模型來描述，在實用上經(jīng)?？蓪㈦S機過程概率模型轉(zhuǎn)化為隨機變量概率模型來處理。永久作用可分為以下幾類.1,結(jié)構(gòu)自重,2。土壓力.3，水位不變的水壓力。4 預應力，5、地基變形。6?；炷潦湛s、7 鋼材焊接變形，8 引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的各種施工因素。可變作用可分為以下幾類.1、使用時人員 物件等荷載,2，施工時結(jié)構(gòu)的某些自重，3，安裝荷載.4。車輛荷載。5 吊車荷載 6 風荷載、7。雪荷載。8。冰荷載，9，多遇地震。10。正常撞擊。11。水位變化的水壓力 12.揚壓力。13、波浪力。14.溫度變化 偶然作用可分為以下幾類 1，撞擊 2.爆炸。3 罕遇地震.4。龍卷風。5.火災、6、極嚴重的侵蝕，7。洪水作用。在上述作用的舉例中 地震作用和撞擊既可作為可變作用，也可作為偶然作用,這完全取決于對結(jié)構(gòu)重要性的評估 對一般結(jié)構(gòu),可以按規(guī)定的可變作用考慮，由于偶然作用是指在設計使用年限內(nèi)不太可能出現(xiàn)的作用，因而對重要結(jié)構(gòu) 除了可采用重要性系數(shù)的辦法以提高安全度外、也可以通過偶然設計狀況將作用按量值較大的偶然作用來考慮,其意圖是要求一旦出現(xiàn)意外作用時，結(jié)構(gòu)也不至于發(fā)生災難性的后果，對于一般結(jié)構(gòu)的設計 可以采用當?shù)氐牡卣鹆叶劝礃藴室?guī)定的可變作用來考慮，但是對于重要結(jié)構(gòu),可提高地震烈度、按偶然作用的要求來考慮。歐洲規(guī)范還規(guī)定雪荷載也可按偶然作用考慮,以適應重要結(jié)構(gòu)一旦遭遇意外的大雪事件的設計需要。作用按不同性質(zhì)進行分類。是出于結(jié)構(gòu)設計規(guī)范化的需要.例如,吊車荷載，按隨時間變化的分類屬于可變荷載，應考慮它對結(jié)構(gòu)可靠性的影響，按隨空間變化的分類屬于自由作用.應考慮它在結(jié)構(gòu)上的最不利位置 按結(jié)構(gòu)反應特點的分類屬于動態(tài)荷載。還應考慮結(jié)構(gòu)的動力響應、在選擇作用的概率模型時.很多典型的概率分布類型的取值往往是無界的.而實際上很多隨機作用的量值由于客觀條件的限制而具有不能被超越的界限值、例如水壩的最高水位,具有敞開泄壓口的內(nèi)爆炸荷載等.選用這類有界作用的概率分布類型時、應考慮它們的特點 例如可采用截尾的分布類型、作用的其他分類。例如，當進行結(jié)構(gòu)疲勞驗算時.可按作用隨時間變化的低周性和高周性分類，當考慮結(jié)構(gòu)徐變效應時，可按作用在結(jié)構(gòu)上持續(xù)期的長短分類,5，2、4，作為基本變量的作用.應盡可能根據(jù)它隨時間變化的規(guī)律 采用隨機過程的概率模型來描述,但由于對作用觀測數(shù)據(jù)的局限性 對于不同問題還可給以合理的簡化，譬如.在設計基準期內(nèi)結(jié)構(gòu)上的最不利作用。最大作用或最小作用 原則上應按隨機過程的概率模型、但通過簡化 也可采用隨機變量的概率模型來描述,在一個確定的設計基準期T內(nèi).對荷載隨機過程作一次連續(xù)觀測，例如對某地的風壓連續(xù)觀測30年，50年，所獲得的依賴于觀測時間的數(shù)據(jù)就稱為隨機過程的一個樣本函數(shù)。每個隨機過程都是由大量的樣本函數(shù)構(gòu)成的,荷載隨機過程的樣本函數(shù)是十分復雜的。它隨荷載種類的不同而異.目前對各類荷載隨機過程的樣本函數(shù)及其性質(zhì)了解甚少、對于常見的活荷載，風荷載，雪荷載等、為了簡化起見。采用了平穩(wěn)二項隨機過程概率模型,即將它們的樣本函數(shù)統(tǒng)一模型化為等時段矩形波函數(shù),矩形波幅值的變化規(guī)律采用荷載隨機過程.Q、t t。0 T 中任意時點荷載的概率分布函數(shù)FQ、x,P,Q,t0。x t0,0 T.來描述,對于永久荷載 其值在設計基準期內(nèi)基本不變、從而隨機過程就轉(zhuǎn)化為與時間無關的隨機變量 G,t、G t,0,T。所以樣本函數(shù)的圖像是平行于時間軸的一條直線 此時 荷載一次出現(xiàn)的持續(xù)時間τ T 在設計基準期內(nèi)的時段數(shù)。而且在每一時段內(nèi)出現(xiàn)的概率p。1、對于可變荷載、活荷載及風，雪荷載等,其樣本函數(shù)的共同特點是荷載一次出現(xiàn)的持續(xù)時間τ，T,在設計基準期內(nèi)的時段數(shù)r，1 且在T內(nèi)至少出現(xiàn)一次,所以平均出現(xiàn)次數(shù)m、pr，1，不同的可變荷載。其統(tǒng)計參數(shù)τ,p以及任意時點荷載的概率分布函數(shù)FQ,x,都是不同的、對于活荷載及風。雪荷載隨機過程的樣本函數(shù)，采用這種統(tǒng)一的模型，為推導設計基準期最大荷載的概率分布函數(shù)和計算組合的最大荷載效應 綜合荷載效應，等帶來很多方便 當采用一次二階矩極限狀態(tài)設計法時。必須將荷載隨機過程轉(zhuǎn)化為設計基準期最大荷載.即.因T已規(guī)定、故QT是一個與時間參數(shù)t無關的隨機變量 各種荷載的概率模型必須通過調(diào)查實測 根據(jù)所獲得的資料和數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析后確定 使之盡可能反映荷載的實際情況 但不要求一律選用平穩(wěn)二項隨機過程這種特定的概率模型,5 2 5，任意時點荷載的概率分布函數(shù)FQ。x、是結(jié)構(gòu)可靠度分析的基礎、它應根據(jù)實測數(shù)據(jù),運用χ2檢驗或K,S檢驗等方法，選擇典型的概率分布如正態(tài)、對數(shù)正態(tài)、伽馬，極值，型.極值、型,極值,型等來擬合 檢驗的顯著性水平可取0。05、顯著性水平是指所假設的概率分布類型為真而經(jīng)檢驗被拒絕的最大概率，5、2。6，荷載的統(tǒng)計參數(shù)、如平均值,標準差，變異系數(shù)等 應根據(jù)實測數(shù)據(jù)。按數(shù)理統(tǒng)計學的參數(shù)估計方法確定.當統(tǒng)計資料不足且一時又難以獲得時,可根據(jù)工程經(jīng)驗經(jīng)適當?shù)呐袛啻_定。5 2。7，雖然任何作用都具有不同性質(zhì)的變異性，但在工程設計中、不可能直接引用反映其變異性的各種統(tǒng)計參數(shù)并通過復雜的概率運算進行設計 因此。在設計時 除了采用能便于設計者使用的設計表達式外,對作用仍應賦予一個規(guī)定的量值，稱為作用的代表值,根據(jù)設計的不同要求,可規(guī)定不同的代表值.以使其能更確切地反映它在設計中的特點.在本標準中參考國際標準對可變作用采用四種代表值、標準值,組合值、頻遇值和準永久值、其中標準值是作用的基本代表值、而其他代表值都可在標準值的基礎上乘以相應的系數(shù)后來表示 1.作用標準值是指其在結(jié)構(gòu)設計基準期內(nèi)可能出現(xiàn)的最大作用值,由于作用本身的隨機性、因而設計基準期內(nèi)的最大作用也是隨機變量。尤其是可變作用.原則上都可用它們的統(tǒng)計分布來描述 作用標準值統(tǒng)一由設計基準期最大作用概率分布的某個分位值來確定，設計基準期應統(tǒng)一規(guī)定.譬如為50年或100年。此外還應對該分位值的百分位作明確規(guī)定。這樣標準值就可取分布的統(tǒng)計特征值、均值、眾值、中值或較高的分位值.譬如90.或95。的分位值,因此在國際上也稱標準值為特征值，1，當可變作用采用平穩(wěn)二項隨機過程概率模型時。設計基準期T內(nèi)可變作用最大值的概率分布函數(shù)FT、x，可按下式計算、FT,x.F。x m。2，式中，F(xiàn),x，可變作用隨機過程的截口概率分布函數(shù)、m,可變作用在設計基準期T內(nèi)的平均出現(xiàn)次數(shù).當截口概率分布為極值、型分布時.其最大值概率分布函數(shù)為。2、可變作用的標準值Qk可由可變作用在設計基準期T內(nèi)最大值概率分布的統(tǒng)計特征值確定、最常用的統(tǒng)計特征值有平均值，中位值和眾值.也可采用其他指定概率p的分位值.即 FT.Qk。p。5 此時,對標準值Qk在設計基準期內(nèi)最大值分布上的超越概率為1.p 3，對可變作用的標準值，有時可以通過平均重現(xiàn)期的規(guī)定來定義.在很多情況下。特別是對自然作用。采用重現(xiàn)期TR來表達可變作用的標準值Qk比較方便，重現(xiàn)期是指連續(xù)兩次超過作用值Qk的平均間隔時間.Qk與TR的關系見下式.F，Qk,1。1。TR 6。重現(xiàn)期TR，概率p和確定標準值的設計基準期T還存在下述近似關系,在實際工程中、由于無法對所考慮的作用取得充分的數(shù)據(jù),需根據(jù)已有的工程實踐經(jīng)驗、通過分析判斷后、協(xié)議一個公稱值或名義值作為作用的代表值、當有兩種或兩種以上的可變作用在結(jié)構(gòu)上要求同時考慮時.由于所有可變作用同時達到其單獨出現(xiàn)時可能達到的最大值的概率極小.因此在結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設計時、除主導作用應采用標準值為代表值外,其他伴隨作用均應采用主導作用出現(xiàn)時段內(nèi)的最大量值、也即以小于其標準值的組合值為代表值、2.可變作用組合值可按下述原則確定，1 可變作用近似采用等時段荷載組合模型 假設所有作用的隨機過程Q。t 都是由相等時段τ組成的矩形波平穩(wěn)各態(tài)歷經(jīng)過程，如圖1所示.2,根據(jù)各個作用在設計基準期內(nèi)的時段數(shù)r的大小將作用按序排列。在諸作用的組合中必然有一個作用取其最大作用Qmax、而其他作用則分別取各自的時段最大作用或任意時點作用。統(tǒng)稱為組合作用Qc，3 按設計值方法的原理.該最大作用的設計值Qmaxd和組合作用Qcd及作用的組合值系數(shù)分別見公式，8、式,9，式、10、對極值。型的作用。作用的組合值系數(shù)見式.11、式中。υ一一作用最大值的變異系數(shù) 4。組合值系數(shù)也可作為伴隨作用的分項系數(shù) 按本標準附錄E第E、6節(jié)的有關內(nèi)容確定、3。當結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)的要求進行設計時，例如要求控制結(jié)構(gòu)的變形.局部損壞以及振動時,理應從不同的要求。出發(fā)，來選擇不同的作用代表值,目前規(guī)范提供的除標準值和組合值外,還有頻遇值和準永久值，頻遇值是代表某個約定條件下不被超越的作用水平，例如將設計基準期內(nèi)被超越的總時間規(guī)定為某個較小的比例.或被超越的頻率限制在規(guī)定的頻率內(nèi)的作用水平。準永久值是代表作用在設計基準期內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)的水平、也即其持久性部分 當對持久性部分無法定性時 也可按頻遇值定義。將在設計基準期內(nèi)被超越的總時間規(guī)定為某個較大的比例來確定、可變作用頻遇值可按下述原則確定,1,按作用值被超越的總持續(xù)時間與設計基準期的規(guī)定比例確定頻遇值 在可變作用的隨機過程的分析中、將作用值超過某水平Qx的總持續(xù)時間與設計基準期T的比率ηx、Tx,T來表征頻遇值作用的短暫程度,如圖2，a,所示。圖2,b 給出的是可變作用Q在非零時域內(nèi)任意時點作用值Q,的概率分布函數(shù)FQ。x.超過Qx水平的概率p，可按下式確定.p.1、FQ、Qx 12，對各態(tài)歷經(jīng)的隨機過程,存在下列關系式、ηx,p,q。13,式中 q一一作用Q的非零概率.當ηx為規(guī)定值時、相應的作用水平Qx可按下式確定 對與時間有關聯(lián)的正常使用極限狀態(tài),作用的頻遇值可考慮按這種方式取值,當允許某些極限狀態(tài)在一個較短的持續(xù)時間內(nèi)被超越,或在總體上不長的時間內(nèi)被超越 就可采用建議不大于0 1的ηx值,按式.14，計算作用的頻遇值ψfQk，2、按作用值被超越的總頻數(shù)或單位時間平均超越頻數(shù)即跨閾率確定頻遇值。在可變作用隨機過程的分析中,將作用值超過某水平Qx的次數(shù)nx或單位時間內(nèi)的平均超越次數(shù)即跨閾率υx nx。T來表征頻遇值出現(xiàn)的疏密程度，圖3,跨閾率可通過直接觀察確定 一般也可應用隨機過程的某些特性 如譜密度函數(shù),間接確定。當其任意時點作用Q,的均值μQ，及其跨閾率υm為已知、而且作用是高斯平穩(wěn)各態(tài)歷經(jīng)的隨機過程、則對應于跨閾率υx的作用水平Qx可按下式確定 式中。σQ.任意時點作用Q、的標準差 對與作用超越次數(shù)有關聯(lián)的正常使用極限狀態(tài),作用的頻遇值ψfQk可考慮按這種方式取值，當結(jié)構(gòu)振動時涉及人的舒適性.影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能和設備的使用功能等的極限狀態(tài).都可采用頻遇值來衡量結(jié)構(gòu)的正常性。4、可變作用準永久值可按下述原則確定 1。對在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的部分可變作用、可將其出現(xiàn)部分的均值作為準永久值ψqQk采用，2.對不易判別的可變作用,可以按作用值被超越的總持續(xù)時間與設計基準期的規(guī)定比率確定，此時比率可取0，5。當可變作用可認為是各態(tài)歷經(jīng)的隨機過程時,準永久值ψqQk可直接按本條第3款式,14、確定 5、2,8,偶然作用是指在設計使用年限內(nèi)不一定出現(xiàn),而一旦出現(xiàn)其量值很大，且持續(xù)期在多數(shù)情況下很短的作用.例如爆炸、撞擊.龍卷風。偶然出現(xiàn)的雪荷載。風荷載等 因此、偶然作用的出現(xiàn)是一種意外事件，它們的代表值應根據(jù)具體的工程情況和偶然作用可能出現(xiàn)的最大值 并且考慮經(jīng)濟上的因素.綜合地加以確定，也可通過有關的標準規(guī)定。對這類作用.由于歷史資料的局限性.一般都是根據(jù)工程經(jīng)驗、通過分析判斷，經(jīng)協(xié)議確定其名義值，當有可能獲取偶然作用的量值數(shù)據(jù)并可供統(tǒng)計分析 但是缺乏失效后果的定量和經(jīng)濟上的優(yōu)化分析時。國際標準建議可采用重現(xiàn)期為萬年的標準確定其代表值，當采用偶然作用為結(jié)構(gòu)的主導作用時.設計應保證結(jié)構(gòu)不會由于作用的偶然出現(xiàn)而導致災難性的后果,5、2,9.地震作用的代表值按傳統(tǒng)都采用當?shù)氐貐^(qū)的基本烈度、根據(jù)大部分地區(qū)的統(tǒng)計資料 它相當于設計基準期為50年最大烈度90，的分位值、如果采用重現(xiàn)期表示,基本烈度相當于重現(xiàn)期為475年的地震烈度、現(xiàn)行國家標準,建筑抗震設計規(guī)范，GB。50011將抗震設防劃分三個水準,第一水準是低于基本烈度，也稱為眾值烈度。俗稱小震.它相當于50年最大烈度36,8、的分位值、第二水準是基本烈度,第三水準是罕遇地震烈度。它遠高于基本烈度 俗稱大震,相當于50年最大烈度97,98.分位值，或重現(xiàn)期為1642年,2475年的地震烈度，5。2。10、為了能適應各種不同形式的結(jié)構(gòu).將結(jié)構(gòu)上的作用分成兩部分因素、與結(jié)構(gòu)類型無關的基本作用和與結(jié)構(gòu)類型，包括外形和變形性能,有關的因素，基本作用F0通常具有隨時間和空間的變異性、它應具有標準化的定義.例如對結(jié)構(gòu)自重可定義為結(jié)構(gòu)的圖紙尺寸和材料的標準重度,對雪荷載可定義標準地面上的雪重為基本雪壓，對風荷載可定義標準地面上10m高處的標準時距的平均風速為基本風壓、如此等等 而作用值應在基本作用的基礎上、考慮與結(jié)構(gòu)有關的其他因素，通過反映作用規(guī)律的數(shù)學函數(shù) 來表述，例如，對雪荷載的情況?？筛鶕?jù)屋面的不同條件將基本雪壓換算為屋面上的雪荷載,對風荷載的情況、可根據(jù)場地地面粗糙度情況 結(jié)構(gòu)外形及結(jié)構(gòu)不同高度，將基本風壓換算為結(jié)構(gòu)上的風荷載、5.2 11、當作用對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可忽略的加速度時,也即與加速度對應的結(jié)構(gòu)效應占有相當比重時.結(jié)構(gòu)應采用動力模型來描述,此時，動態(tài)作用必須按某種方式描述其隨時間的變異性。隨機性。作用可根據(jù)分析的方便與否而采用時域或頻域的描述方式、作用歷程中的不定性可通過選定隨機參數(shù)的非隨機函數(shù)來描述.也可進一步采用隨機過程來描述。各種隨機過程經(jīng)常被假定為是分段平穩(wěn)的、在有些情況下.動態(tài)作用與材料性能和結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量及各類阻尼有關。此時對作用的描述首先是在偏于安全的前提下規(guī)定某些參數(shù)、例如結(jié)構(gòu)質(zhì)量 初速度等，通常還可以進一步將這些參數(shù)轉(zhuǎn)化為等效的靜態(tài)作用、如果認為所選用的參數(shù)還不能保證其結(jié)果偏于安全，就有必要對有關作用模型按不同的假設進行計算，從中選出認為可靠的結(jié)果，