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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(fēng)荷載 它們各自出現(xiàn)與否以及出現(xiàn)時(shí)量值的大小，在時(shí)間和空間上都是互相獨(dú)立的,這種作用在計(jì)算其結(jié)構(gòu)效應(yīng)和進(jìn)行組合時(shí).均可按單個(gè)作用考慮。某些作用在結(jié)構(gòu)上的出現(xiàn)密切相關(guān)且有可能同時(shí)以最大值出現(xiàn).例如橋梁上諸多單獨(dú)的車輛荷載,可以將它們以車隊(duì)形式作為單個(gè)荷載來(lái)考慮、此外.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(shí)出現(xiàn)，就不能各自按單個(gè)作用考慮它們的組合 5.2 2、對(duì)有可能同時(shí)出現(xiàn)的各種作用,應(yīng)該考慮它們?cè)跁r(shí)間和空間上的相關(guān)關(guān)系。通過(guò)作用組合,荷載組合。來(lái)處理對(duì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響，對(duì)于不可能同時(shí)出現(xiàn)的作用。就不應(yīng)考慮其同時(shí)出現(xiàn)的組合 5.2。3，作用按隨時(shí)間的變化分類是作用最主要的分類 它直接關(guān)系到作用變量概率模型的選擇，永久作用的統(tǒng)計(jì)參數(shù)與時(shí)間基本無(wú)關(guān)，故可采用隨機(jī)變量概率模型來(lái)描述.永久作用的隨機(jī)性通常表現(xiàn)在隨空間變異上.可變作用的統(tǒng)計(jì)參數(shù)與時(shí)間有關(guān),故宜采用隨機(jī)過(guò)程概率模型來(lái)描述，在實(shí)用上經(jīng)?？蓪㈦S機(jī)過(guò)程概率模型轉(zhuǎn)化為隨機(jī)變量概率模型來(lái)處理.作用按不同性質(zhì)進(jìn)行分類。是出于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范化的需要、例如。車輛荷載.按隨時(shí)間變化的分類屬于可變荷載 應(yīng)考慮它對(duì)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(yīng)考慮它在結(jié)構(gòu)上的最不利位置 按結(jié)構(gòu)反應(yīng)特點(diǎn)的分類屬于動(dòng)態(tài)荷載。還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。在選擇作用的概率模型時(shí)，很多典型的概率分布類型的取值往往是無(wú)界的.而實(shí)際上很多隨機(jī)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(kāi)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(shí)、應(yīng)考慮它們的特點(diǎn).例如可采用截尾的分布類型、作用的其他分類.例如，當(dāng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞驗(yàn)算時(shí)、可按作用隨時(shí)間變化的低周性和高周性分類,當(dāng)考慮結(jié)構(gòu)徐變效應(yīng)時(shí),可按作用在結(jié)構(gòu)上持續(xù)期的長(zhǎng)短分類、5 2。4，5,2.7,作為基本變量的作用,應(yīng)盡可能根據(jù)它隨時(shí)間變化的規(guī)律 采用隨機(jī)過(guò)程的概率模型來(lái)描述 但由于對(duì)作用觀測(cè)數(shù)據(jù)的局限性。對(duì)于不同問(wèn)題還可給以合理的簡(jiǎn)化，譬如。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)結(jié)構(gòu)上的最不利作用.最大作用或最小作用，原則上也應(yīng)按隨機(jī)過(guò)程的概率模型。但通過(guò)簡(jiǎn)化 也可采用隨機(jī)變量的概率模型來(lái)描述。在一個(gè)確定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T內(nèi).對(duì)荷載隨機(jī)過(guò)程作一次連續(xù)觀測(cè),例如對(duì)某地的風(fēng)壓連續(xù)觀測(cè)30.50年。所獲得的依賴于觀測(cè)時(shí)間的數(shù)據(jù)就稱為隨機(jī)過(guò)程的一個(gè)樣本函數(shù).每個(gè)隨機(jī)過(guò)程都是由大量的樣本函數(shù)構(gòu)成的,荷載隨機(jī)過(guò)程的樣本函數(shù)是十分復(fù)雜的。它隨荷載的種類不同而異、目前對(duì)各類荷載隨機(jī)過(guò)程的樣本函數(shù)及其性質(zhì)了解甚少、對(duì)于常見(jiàn)的活荷載,風(fēng)荷載、雪荷載等.為了簡(jiǎn)化起見(jiàn),采用了平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過(guò)程概率模型 即將它們的樣本函數(shù)統(tǒng)一模型化為等時(shí)段矩形波函數(shù),矩形波幅值的變化規(guī)律采用荷載隨機(jī)過(guò)程、Q，t.t、0、T、中任意時(shí)點(diǎn)荷載的概率分布函數(shù)FQ，x,P。Q.t0.x t0。0.T,來(lái)描述,對(duì)于永久荷載，其值在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)基本不變、從而隨機(jī)過(guò)程就轉(zhuǎn)化為與時(shí)間無(wú)關(guān)的隨機(jī)變量,G。t,G，t.0，T,所以樣本函數(shù)的圖像是平行于時(shí)間軸的一條直線,此時(shí)，荷載一次出現(xiàn)的持續(xù)時(shí)間τ、T,在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的時(shí)段數(shù)。而且在每一時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)的概率p。1 對(duì)于可變荷載，活荷載及風(fēng)。雪荷載等，其樣本函數(shù)的共同特點(diǎn)是荷載一次出現(xiàn)的持續(xù)時(shí)間τ。T 在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的時(shí)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(jì)參數(shù)τ P以及任意時(shí)點(diǎn)荷載的概率分布函數(shù)FQ。x,都是不同的。對(duì)于活荷載及風(fēng)、雪荷載隨機(jī)過(guò)程的樣本函數(shù)采用這種統(tǒng)一的模型 為推導(dǎo)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期最大荷載的概率分布函數(shù)和計(jì)算組合的最大荷載效應(yīng)。綜合荷載效應(yīng)、等帶來(lái)很多方便 當(dāng)采用一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法時(shí)、必須將荷載隨機(jī)過(guò)程轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期最大荷載,因T已規(guī)定，故QT是一個(gè)與時(shí)間參數(shù)t無(wú)關(guān)的隨機(jī)變量 各種荷載的概率模型必須通過(guò)調(diào)查實(shí)測(cè)。根據(jù)所獲得的資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后確定、使之盡可能反映荷載的實(shí)際情況.并不要求一律選用平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過(guò)程這種特定的概率模型，任意時(shí)點(diǎn)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(chǔ),它應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。運(yùn)用X2檢驗(yàn)或K.S檢驗(yàn)等方法.選擇典型的概率分布如正態(tài) 對(duì)數(shù)正態(tài),伽馬、極值。型 極值，型.極值,型等來(lái)擬合,檢驗(yàn)的顯著性水平可取0 05、顯著性水平是指所假設(shè)的概率分布類型為真而經(jīng)檢驗(yàn)被拒絕的最大概率.荷載的統(tǒng)計(jì)參數(shù)、如平均值,標(biāo)準(zhǔn)差。變異系數(shù)等 應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。按數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的參數(shù)估計(jì)方法確定 當(dāng)統(tǒng)計(jì)資料不足而一時(shí)又難以獲得時(shí).可根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)經(jīng)適當(dāng)?shù)呐袛啻_定 雖然任何作用都具有不同性質(zhì)的變異性.但在工程設(shè)計(jì)中,不可能直接引用反映其變異性的各種統(tǒng)計(jì)參數(shù)并通過(guò)復(fù)雜的概率運(yùn)算進(jìn)行設(shè)計(jì),因此，在設(shè)計(jì)時(shí).除了采用能便于設(shè)計(jì)者使用的設(shè)計(jì)表達(dá)式外 對(duì)作用仍應(yīng)賦予一個(gè)規(guī)定的量值、稱為作用的代表值,根據(jù)設(shè)計(jì)的不同要求，可規(guī)定不同的代表值 以使能更確切地反映它在設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)，在本標(biāo)準(zhǔn)中參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)可變作用采用四種代表值.標(biāo)準(zhǔn)值。組合值.頻遇值和準(zhǔn)永久值,其中標(biāo)準(zhǔn)值是作用的基本代表值,而其他代表值都可在標(biāo)準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上乘以相應(yīng)的系數(shù)后來(lái)表示 作用標(biāo)準(zhǔn)值是指其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)可能出現(xiàn)的最大作用值.由于作用本身的隨機(jī)性，因而設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的最大作用也是隨機(jī)變量，尤其是可變作用，原則上都可用它們的統(tǒng)計(jì)分布來(lái)描述、作用標(biāo)準(zhǔn)值統(tǒng)一由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期最大作用概率分布的某個(gè)分位值來(lái)確定,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期應(yīng)該統(tǒng)一規(guī)定，譬如為50年或100年,此外還應(yīng)對(duì)該分位值的百分?jǐn)?shù)作明確規(guī)定.這樣標(biāo)準(zhǔn)值就可取分布的統(tǒng)計(jì)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(guó)際上也稱標(biāo)準(zhǔn)值為特征值、對(duì)可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值,有時(shí)可以通過(guò)平均重現(xiàn)期的規(guī)定來(lái)定義、見(jiàn)附錄第C,2，1條第3款.在實(shí)際工程中 有時(shí)由于無(wú)法對(duì)所考慮的作用取得充分的數(shù)據(jù)、也不得不從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)已有的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).通過(guò)分析判斷后,協(xié)議一個(gè)公稱值或名義值作為作用的代表值.當(dāng)有兩種或兩種以上的可變作用在結(jié)構(gòu)上要求同時(shí)考慮時(shí)。由于所有可變作用同時(shí)達(dá)到其單獨(dú)出現(xiàn)時(shí)可能達(dá)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(shè)計(jì)時(shí)。除主導(dǎo)作用應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值為代表值外,其他伴隨作用均應(yīng)采用主導(dǎo)作用出現(xiàn)時(shí)段內(nèi)的最大量值,即以小于其標(biāo)準(zhǔn)值的組合值為代表值 見(jiàn)附錄第C、2，4條。當(dāng)結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí).例如要求控制結(jié)構(gòu)的變形 局部損壞以及振動(dòng)時(shí),理應(yīng)從不同的要求出發(fā)、來(lái)選擇不同的作用代表值。目前規(guī)范提供的除標(biāo)準(zhǔn)值和組合值外 還有頻遇值和準(zhǔn)永久值,頻遇值是代表某個(gè)約定條件下不被超越的作用水平。例如在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)被超越的總時(shí)間與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期之比規(guī)定為某個(gè)較小的比率 或被超越的頻率限制在規(guī)定的頻率內(nèi)的作用水平、準(zhǔn)永久值是代表作用在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)的水平。也即其持久性部分。當(dāng)對(duì)持久性部分無(wú)法定性時(shí) 也可按頻遇值定義.在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)被超越的總時(shí)間與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期之比規(guī)定為某個(gè)較大的比率來(lái)確定.詳見(jiàn)附錄C。2,2和C.2 3條，5.2 8,偶然作用是指在設(shè)計(jì)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(fēng)，偶然出現(xiàn)的雪荷載,風(fēng)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(yīng)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(jì)上的因素,綜合地加以確定,也可通過(guò)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定、對(duì)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(yàn).通過(guò)分析判斷 經(jīng)協(xié)議確定其名義值，當(dāng)有可能獲取偶然作用的量值數(shù)據(jù)并可供統(tǒng)計(jì)分析.但是缺乏失效后果的定量和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)化分析時(shí) 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建議可采用重現(xiàn)期為萬(wàn)年的標(biāo)準(zhǔn)確定其代表值、當(dāng)采用偶然作用為結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)作用時(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)保證結(jié)構(gòu)不會(huì)由于作用的偶然出現(xiàn)而導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，5.2.9、地震作用的代表值按傳統(tǒng)都采用當(dāng)?shù)氐貐^(qū)的基本烈度,根據(jù)大部分地區(qū)的統(tǒng)計(jì)資料，它相當(dāng)于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)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(dāng)于重現(xiàn)期為475年地震烈度.我國(guó)規(guī)范將抗震設(shè)防劃分三個(gè)水準(zhǔn)、第一水準(zhǔn)是低于基本烈度 也稱為眾值烈度 俗稱小震，它相當(dāng)于50年最大烈度36.8。的分位值 第二水準(zhǔn)是基本烈度、第三水準(zhǔn)是罕遇地震烈度 它遠(yuǎn)高于基本烈度,俗稱大震，相當(dāng)于50年最大烈度98。分位值，或重現(xiàn)期為2500年地震烈度，5.2、10，為了能適應(yīng)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(wú)關(guān)的基本作用和與結(jié)構(gòu)類型,包括外形和變形性能，有關(guān)的因素?；咀饔肍0通常具有隨時(shí)間和空間的變異性。它應(yīng)具有標(biāo)準(zhǔn)化的定義，例如對(duì)結(jié)構(gòu)自重可定義為結(jié)構(gòu)的圖紙尺寸和材料的標(biāo)準(zhǔn)重度.對(duì)雪荷載可定義標(biāo)準(zhǔn)地面上的雪重為基本雪壓、對(duì)風(fēng)荷載可定義標(biāo)準(zhǔn)地面上10m高處的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)距的平均風(fēng)速為基本風(fēng)壓,如此等等.而作用值應(yīng)在基本作用的基礎(chǔ)上,考慮與結(jié)構(gòu)有關(guān)的其他因素，通過(guò)反映作用規(guī)律的數(shù)學(xué)函數(shù)φ。來(lái)表述、例如 對(duì)雪荷載的情況.可根據(jù)屋面的不同條件將基本雪壓換算為屋面上的雪荷載，對(duì)風(fēng)荷載的情況、可根據(jù)場(chǎng)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(fēng)壓換算為結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載,5.2.11、當(dāng)作用對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可忽略的加速度時(shí),即與加速度對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)效應(yīng)占有相當(dāng)比重時(shí)、結(jié)構(gòu)應(yīng)采用動(dòng)力模型來(lái)描述 此時(shí),動(dòng)態(tài)作用必須按某種方式描述其隨時(shí)間的變異性。隨機(jī)性,作用可根據(jù)分析的方便與否而采用時(shí)域或頻域的描述方式。作用歷程中的不定性可通過(guò)選定隨機(jī)參數(shù)的非隨機(jī)函數(shù)來(lái)描述。也可進(jìn)一步采用隨機(jī)過(guò)程來(lái)描述 各種隨機(jī)過(guò)程經(jīng)常被假定為分段平穩(wěn)的，在有些情況下，動(dòng)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(guān)。此時(shí)對(duì)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(jìn)一步將這些參數(shù)轉(zhuǎn)化為等效的靜態(tài)作用、如果認(rèn)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(duì)有關(guān)作用模型按不同的假設(shè)進(jìn)行計(jì)算。從中選出認(rèn)為可靠的結(jié)果，