移动荷载作用下路面结构的动力响应
移动荷载作用下路面结构的动力响应
摘要
现实情况中车辆总是以一定速度行驶在路面上的，因此研究沥青路面在车辆移动荷载作用下的动态响应是掌握路面结构行为的必要条件。建立刚性基层沥青路面的三维有限元模型，分析移动荷载作用下路面结构的动力响应。分析得出了荷载正下方不同深度处节点竖向剪应力he各结构层底弯拉应力的时间历程曲线。结果表明，在移动荷载作用下，路面结构的动力响应具有明显的波动性质，与静荷载作用有明显区别。
绪论
目前国内现有的道路设计方法通常将车辆荷载简化为双圆均布荷载静荷载，以双轮单轴BZZ-100(100kN)为标准轴载，以设计弯沉值作为路面整体刚度的控制指标，对沥青混凝土面层和基层、底基层进行层底弯拉应力的验算[1]，经过大量的使用实验证明，现有规范设计模型具有很大的局限性。这是因为现实中车辆都是以一定的速度行驶在路面上，属于是移动荷载，路面结构在移动荷载作用下的力学响应与静力响应明显不同。因此研究移动荷载作用下路面结构的动力响应更具有实际意义。大量国内外学者对弹性层状体系在动荷载作用下的力学响应作了理论研究。Siddharthan[2][3]结合弹性力学原理，建立层状体系动力学模型，研究了材料粘弹性对路面结构动力响应的影响。Lv[4]采用Green函数、Laplace 积分变换和Fourier变换等方法求解出Kevlin地基上的无限大板在移动荷载作用下动态响应的数值求解。
钟阳、孙林[5]等利用Laplace-Hankel联合积分变换和传递矩阵相结合的方法推导出了轴对称半空间层状弹性体系动态反应的理论解，为进行路面结构的动态反应分析和路面材料参数的动态反算提供了一种行之有效的方法。董泽蛟、曹丽萍[6]等采用ADINA建立了移动荷载作用下多层线弹性的三维沥青路面有限元分析模型，模拟分析了移动荷载作用下路面结构的三向应变动力响应。
鉴于理论解都涉及到较复杂的积分变换和无穷积分，最终只能采用数值方法求解。本文采用Abaqus建立移动荷载作用下三维沥青路面动力响应分析的有限元模型，分析移动荷载作用下路面结构的竖向剪应力和层底弯拉应力。以应力分析研究移动荷载作用下路面结构的动力动力响应，以便为路面结构设计和路面养护提供一定参考。
1 动力学有限元计算原理
根据沥青路面层状弹性体系结构的基本假定以及弹性动力学的Hamilton变分原理，可以建立路面系统在移动荷载作用于下的有限元动力方程：
(1)
工程荷载习题答案
《荷载与设计原则》习题答案 第1章荷载与作用 一、填空题 1．作用是施加在结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因。 2．作用是使结构或构件产生效应的各种原因。 3．结构上的作用可分为直接作用和间接作用，荷载是直接作用。 4．施加在结构上的集中力或分布力称为直接作用，与结构本身性能无关；引起结构外加变形或约束的原因称为间接作用，该作用的大小与结构自身的性质有关。 5．土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。它既指工程建设的对象，也指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等专业技术。 6．土木工程结构是指由若干个构件组成的受力体系，是土木工程的骨架，也是它们赖以存在的基础。它的主要功能是承受工程在使用期间可能出现的各种荷载并将它们传递给地基。 7．现代土木工程的建造必须经过论证策划、设计、施工3个主要环节。 8．土木工程设计包括功能设计和结构设计。功能设计是实现工程建造的目的、用途；结构设计是决定采用怎样形式的骨架将其支撑起来，怎样抵御和传递作用力，各部分尺寸如，用什么材料制造等等。 9．工程结构设计是在工程结构的可靠与经济、适用与美观之间，选择一种最佳的合理的平衡，使所建造的结构满足预定的各项功能要求。 10．工程结构的“功能要求”是指工程结构安全性、适用性和耐久性，统称
为可靠性。 11．荷载效应和结构抗力之间最佳的合理的平衡，就是使工程结构既经济又具有一定的可靠度。 二、多项选择 1、下列作用属于直接作用的为（A、B、E ） A．自重B．土压力C．混凝土收缩变D．焊接变形E、桥梁上的车辆重量2、下列作用属于间接作用的为（A、C、D ） A．地基变形B．水压力C．温度变化D．地震作用 E．水中漂浮物对结构的撞击力 3、荷载效应是指（A、C、D、E ） A．力B．温度C．位移D．裂缝E．应力 三、单项选择 1、工程结构的“功能要求”（或“可靠性”）是指工程结构的（ B ） A．可靠、经济、适用、美观B．安全性、适用性和耐用性 C．安全性、经济、适用D．可靠、耐用、美观 2、荷载取值和荷载计算正确与否直接影响（ C ）的计算 A．结构抗力B．结构可靠度C．荷载效应D．结构尺寸 四、简答题 1、荷载与作用对土木工程设计有意义？ 工程结构设计是在工程结构的可靠与经济、适用与美观之间，选择一种最佳的合理的平衡，使所建造的结构能满足预定的各项功能要求。要在工程结构的可靠与经济之间建立“最佳的合理平衡”，就要根据结构型式、外荷载的大小和作用形式，计算外荷载
荷载与结构设计方法复习题库含答案
荷载题库 （一）填空题 1.作用随时间变化可分为永久作用、可变作用、偶然作用；按空间位置变异分为固定作用、自由作用；按结构反应分类分为静态作用、动态作用。 2.造成屋面积雪与地面积雪不同的主要原因是风的飘积作用屋面形式屋面散热等。 3.在公路桥梁设计中人群荷载一般取值为3KN／m2市郊行人密集区域取值一般为3.5 KN／m2 - 4.土压力可以分为静止土压力主动土压力被动土压力。 5.一般土的侧向压力计算采用朗肯土压力理论或库仑土压力理论。 6.波浪按波发生的位置不同可分为表面波内波。 7.根据冻土存在的时间可将其分为多年冻土季节冻土瞬时冻土。 8.冻土的基本成分有四种：固态土颗粒，冰，液态水，气体和水汽。 9. 冻土是一种复杂的多相天然复合体，结构构造也是一种非均质、各向异性的多孔介质。 10.土体产生冻胀的三要素是水分土质负温度。 11.冻土的冻胀力可分为切向冻胀力法向冻胀力水平冻胀力。 12.水平向冻胀力根据它的形成条件和作用特点可以分为对称和非对称。 13.根据风对地面（或海面）物体影响程度，常将风区分为13等级。 14.我国《建筑结构荷载规定》规定以10m高为标准高度，并定义标准高度处的最大风速为基本风速。 15.基本风压是根据规定的高度，规定的地貌，规定的时距和规定的样本时间确定最大风速的概率分布，按规定的重现期（或年保证率）确定的基本风速，然后根据风速与风压的关系所定义的。 16.由风力产生的结构位移速度加速度响应等称为结构风效应。 17. 脉动风是引起结构振动的主要原因。 18.在地面粗糙度大的上空，平均风速小脉动风的幅度大且频率高。 19.脉动风速的均方差也可根据其功率谱密度函数的积分求得。 20.横向风可能会产生很大的动力效应，即风振。 21.横向风振是由不稳定的空气动力特征形成的，它与结构截面形状及雷诺数有关。 22.在空气流动中，对流体质点起主要作用的是两种力惯性力和粘性力。 23.根据气流旋涡脱落的三段现象，工程上将圆桶试结构分三个临界范围，即亚临界范围超临界范围跨临界范围。 24.地震按产生的原因，可以分为火山地震陷落地震和构造地震 25. 由于地下空洞突然塌陷而引起的地震叫陷落地震而由于地质构造运动引起的地震则称为构造地震。 26. 地幔的热对流是引起地震运动的主要原因。 27. 震中至震源的距离为震源深度，地面某处到震中的距离为震中距。 28.地震按震源的深浅分，可分为浅源地震中源地震深源地震。 29.板块间的结合部类型有：海岭海沟转换断层及缝合线。 30.震级是衡量一次地震规模大小的数量等级。 31.M小于 2 的地震称为微震M＝2～4 为有感地震M> 5 为破坏性地震。 32.将某一地址遭受一次地震影响的强弱程度定义为地震烈度。 33.地震波分为地球内部传播的体波和在地面附近传播的面波。 34.影响地面运动频谱主要有两个因素：震中距和场地条件。 35.目前国际上一般采用小震不坏中震可修大震不倒的抗震原则。 36.底部剪力法是把地震作用当作等效静力作用在结构上，以次计算结构的最大地震反应。 37.混凝土在长期作用下产生随时间而增长的变形称为徐变。 38. 可变荷载有3个代表值分别是标准值和准永久值组合值。 39.影响结构构件抗力的因素很多，主要因素有3种，分别是材料性能的不定性Xm 几何参数的不定性Xa 计算模式的不定性Xp。 40.结构的极限状态可以分为承载能力极限状态和正常使用的极限状态。 （二）名词解释 1.作用：能使结构产生效应(内力、应力、位移、应变等)的各种因素总称为作用。
基坑支护结构的计算
第二部分 基坑支护结构的计算 支护结构的设计和施工，影响因素众多，不少高层建筑的支护结构费用已超过工程桩基的费用。为此，对待支护结构的设计和施工均应采取极慎重的态度，在保证施工安全的前提下，尽量做到经济合理和便于施工。 一、支护结构承受的荷载 支护结构承受的荷载一般包括 –土压力 –水压力 –墙后地面荷载引起的附加荷载。 1 土压力 ⑴主动土压力： 若挡墙在墙后土压力作用下向前位移时随位移增大，墙后土压力渐减小。当位移达某一数值时，土体内出现滑裂面，墙后土达极限平衡状态，此时土压力称为主动土压力，以Ea表示。 ⑵静止土压力： 若挡墙在土压力作用下墙本身不发生变形和任何位移（移动或滑动），墙后填土处于弹性平衡状态，则此时作用在挡墙上的土压力成为静止土压力。以E0表示。 (3)被动土压力： 若挡墙在外力作用下墙向墙背向移动，随位移增大，墙所受土的反作用力渐增大，当位移达一定数值时，土体内出现滑裂面，墙后土处被动极限平衡状态，此时土压力称为被动土压力，以Ep表示。
主动土压力计算 ?主动土压力强度 ?无粘性土 粘性土 土压力分布 对于粘性土按计算公式计算时，主动土压力在土层顶部（H=0处）为负值，即 表明出现拉力区，这在实际上是不可能发生的。只计算临界高度以下的主动土压力。土压力分布 可计算此种情况下的临界高度Zc，进而计算临界高度以下的主动土压力。
被动土压力计算 被动土压力强度 ?无粘性土 粘性土 计算土压力时应注意 ?不同深度处土的内聚力C不是一个常数，它与土的上覆荷重有关，一般随深度的加大而增大，对于暴露时间长的基坑，土的内聚力可由于土体含水量的变化和氧化等因素的影响而减小甚至消失。 ?、C 值是计算侧向土压力的主要参数，但在工程桩打设前后的、C值是不同的。 在粘性土中打设工程桩时，产生挤土现象，孔隙水压力急剧升高，对、C值产生影响。另外，降低地下水位也会使、C值产生变化。 水压力
建筑结构上的荷载及其取值课后解答详解
第2章结构上的荷载及其取值 2.1 思考题 2-1 什么是永久荷载、可变荷载和偶然荷载？ 答：永久荷载时指在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化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荷载。 2-2 何谓荷载标准值？它与荷载代表值之间有何关系？ 答：A、荷载标准值是指在正常工作状态下的载荷值（结果没有乘分项系数来保证安全性）； B、荷载标准值是指荷载的基本代表值，指结构在使用期间可能出现的最大荷载值，而荷载代表值是指在设计时，除了采用能便于设计者使用的设计表达式。 补充：标准值（代表值）与设计值的关系是什么？ 答：标准值（作为代表值）荷载计算值得到后没有乘以分项系数的值。而设计值是荷载标准值在乘以一个安全系数，保证系统的安全可靠性。 2-3 结构的安全等级如何划分？ 答：结构的安全等级来自《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001第，分一、二、三级；是指结构构件承载能力极限状态的可靠指标。根据结构破坏后可能产生的后果（危机人对生命、造成经济的损失、产生社会影响等）的严重性采用不同的安全等级。 补充：构的安全等级与结构重要性系数有什么关系 答：结构重要性系数来自《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001第，针对三个等级分别给出了一个系数，实际上就是把安全等级差异具体化了，利用不同的系数实现了不同的安全等级。 2-4 雪荷载基本值如何确定？其准永久值系数依据什么确定？ 答：A、雪荷载基本值根据全国672个地点的气象台站建站以来记录到的最大雪压或积雪深度资料，经统计得出的50年一遇最大雪压，即重现期为50年的最大雪压，以此规定当地的基本雪压。 B、准永久值系数依据雪荷载分区I、II和III的不同，分别取0.5、0.2和0。 2-5 如何确定吊车横向水平荷载标准值？ 答：吊车横向水平荷载标准值，应取横行小车重量与额定起重量（质量）之和的下列百分数（软钩吊车，当额定起重量不大于10t时取，12%；当16~50t时，取10%；当不小于75%时，取8%。更钩吊车应该去20%），并乘以重力加速度。 2-6 建筑结构的设计使用年限有什么规定？ 答：建筑结构的设计使用年限是设计规定的一个时期。在这一规定时期内，只需要进行正常的维护而不需要进行大修就能按预期目的的使用。 2.2 选择题 2-1 建筑结构设计基准期是（B ）。 A．30年B．50年 C．70年D．100年 2-2 桥梁结构（革命纪念馆）设计基准期是（D ）。
《荷载与结构设计方法》课后思考题答案
《荷载与结构设计方法》习题解答 1 荷载与作用 1.1 什么是施加于工程结构上的作用?荷载与作用有什么区别? 结构上的作用是指能使结构产生效应的各种原因的总称,包括直接作用和间接作用。引起结构产生作用效应的原因有两种,一种是施加于结构上的集中力和分布力,例如结构自重,楼面的人群、家具、设备,作用于桥面的车辆、人群,施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等,它们都是直接施加于结构,称为直接作用。另一种是施加于结构上的外加变形和约束变形,例如基础沉降导致结构外加变形引起的内力效应,温度变化引起结构约束变形产生的内力效应,由于地震造成地面运动致使结构产生惯性力引起的作用效应等。它们都是间接作用于结构,称为间接作用。 “荷载”仅指施加于结构上的直接作用;而“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因。 1.2 结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类? 结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用和偶然作用;按空间位置变异可分为固定作用和自由作用;按结构反应性质可分为静态作用和动态作用。 1.3 什么是荷载的代表值?它们是如何确定的? 荷载代表值是考虑荷载变异特征所赋予的规定量值,工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值:标准值,组合值,频遇值和准永久值。荷载可根据不同设计要求规定不同的代表值,其中荷载标准值是荷载的基本代表值,其它代表值都可在标准值的基础上考虑相应的系数得到。 2 重力作用
2.1 成层土的自重应力如何确定? 地面以下深度z处的土体因自身重量产生的应力可取该水平截面上单位面积的土柱体的重力,对于均匀土自重应力与深度成正比,对于成层土可通过各层土的自重应力求和得到。 2.2 土压力有哪几种类别?土压力的大小及分布与哪些因素有关? 根据挡土墙的移动情况和墙后土体所处应力状态,土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类别。土的侧向压力的大小及分布与墙身位移、填土性质、墙体刚度、地基土质等因素有关。 2.3 试述静止土压力、主动土压力和被动土压力产生的条件?比较三者数值的大小? 当挡土墙在土压力作用下,不产生任何位移或转动,墙后土体处于弹性平衡状态,此时墙背所受的土压力称为静止土压力,可用E0表示。 当挡土墙在土压力的作用下,向离开土体方向移动或转动时,作用在墙背上的土压力从静止土压力值逐渐减少,直至墙后土体出现滑动面。滑动面以上的土体将沿这一滑动面向下向前滑动,在滑动楔体开始滑动的瞬间,墙背上的土压力减少到最小值,土体内应力处于主动极限平衡状态,此时作用在墙背上的土压力称为主动土压力,可用E a表示。 当挡土墙在外力作用下向土体方向移动或转动时,墙体挤压墙后土体,作用在墙背上的土压力从静止土压力值逐渐增大,墙后土体也会出现滑动面,滑动面以上土体将沿滑动方向向上向后推出,在滑动楔体开始隆起的瞬间,墙背上的土压力增加到最大值,土体内应力处于被动极限平衡状态。此时作用在墙背上的土压力称为被动土压力,可用E p表示。
基于 MATLAB 实现对结构动力响应的几种算法的验证
基于 MATLAB 实现对结构动力响应的几种算法的验证 1. 算例 首先，本文给出一算例， 结构在外力谐振荷载 P (t ) = P 0 sin θt 作用下，分别利用理论解法，杜哈梅积分， Wilson-θ 法求出该结构的位移时程反应。其中： m = 3.5×103 kg ， P 0 = 1.0×104 N ， k =1.3584515×107 ，ξ=0.05 ，θ=52.3s ?1 ，ω=62.3s ?1 ， ? D ω= ω 1-ξ2 =62.222 ，初始位移、速度v (0) = 0 ，v (0) = 0 ； 2. 算法验证 2.1 理论解法 运动方程为： mv+cv+kv=0P sin t ?由线性代数解出其理论解为: ]cos 2)sin -[(] 4)-[(t] sin ) -(2cos [2] 4)-[(t] sin ) 0()0(cos )0([2 2222222022222 2 2 2 22 t t m P t m P e v v t v e v D D D t D D D t θξωθθθωθωξθωωωθωωξωξωθωξθωθωωξωωξωξω-++-+ ?++++=-- 由于初始位移v(0) =0 ，v(0) =0 ；则： ]cos 2)sin -[(] 4)-[(t] sin ) -(2cos [2] 4)-[(222 222220 22222222220 t t m P t m P e v D D D t θξωθθθωθωξθωωωθωωξωξωθωξθωθξω-++ -+ ?+=- v(t ) =-3.115t e ? 1.05269898×410-?[6.230cos62.222t ?18.106sin 62.222t] +2.012808757 6 10-??[1146sin 52.3t ?325.829cos52.3t] 可以用 MA TLAB 进行编程分析，画图位移时程图，详细程序见附录。 2.2Wilson-θ法 Wilson-θ法是Wilson 于1966年基于线性加速度法的基础上提出一种无条件收敛的计算方法。该方法假定在θt ?时程步长内，体系的加速度反应按线性变化。对于地震持续时间内
第8-1章 移动荷载列作用下的桥梁动力分析
第三章 简支梁在移动荷载作用下动力响应分析 3.1 简支梁在匀速移动力作用下的位移响应 简支梁在移动力作用下的振动分析：如果移动荷载的质量与梁的质量相比小得多，就可以不考虑荷载的质量惯性力而简化成为图3-1所示的分析模型，相当于仅考虑移动荷载的重力作用，用一个移动的力P(t)来表示。 图3-1 移动力P （t ）作用下的简支梁模型 假设简支梁为等截面（EI 为常数），恒载质量均匀分布（单位长度梁的质量m 为常数），阻尼为粘滞阻尼（即阻尼力与结构的振动速度成正比），阻尼效应和质量及刚度性质成正比，荷载P （t ）以匀速V 在梁上通过，梁的运动满足小变形理论并在弹性范围内，按照图3-1所示的坐标系，梁的强迫振动微分方程可表示为： ()()2424 ,,(,)()(y x t y x t y x t m c EI x Vt t t x δ???++=????)p t （3-1） 对于简支梁，边界条件为：(0,)0,(,)0y t y L t ==。上式中c 为阻尼系数。 对式（3-1）的求解，其方法与之前求解偏微分方程的方法相同，即用振型分解法（数学上称分离变量法 ）。这一变换的表达式如（2-38）所示，为。 式中为广义振型坐标，是时间t 的函数；1(,)()()i i i y x t x q t φ∞ ==∑()i q t ()i x φ为主振型函数。这个式子说明：结构的任一合理位移都可以由此结构具有相应振幅的各个振型的叠加表示。 结构任一变形的振型分量均可由振型的正交特性得到。对于本章讨论的具有均匀截
面特性的梁，为了计算第n 阶振型对位移的贡献，把(2-38)式的两端都乘以()n x φ并进行积分，结果为 1 ()(,)()()()L L n i n n i x y x t dx q t x x dx φφ∞ ==∑∫ ∫φi （3-2） 由于振型的正交性，当时，等式的右边的积分为0，最终，无穷级数就只剩下一项。于是得到剩下的第n 项的振幅表达式为 n ≠ 2 ()(,)()()L n n L n x y x t dx q t x dx φφ=∫∫ （3-3） 按上述原理对简支梁的振动方程进行分解。将（2-38）式代入（3-1）式，得 2424 111 ()()() ()()()()()n n n n n n n n n d q t dq t d x m x c x EI q t x Vt p dt dt dx φφφδ∞ ∞∞ ===++=?∑∑∑t （3-4） 将上式的每一项都乘以第i 个振型函数()i x φ，并沿梁的全长积分，并考虑振型的正交性（根据前面的假定，结构的质量、刚度和阻尼均满足正交条件），第i 个振型的广义坐标运动方程为 2422240000 ()()() ()()()() ()()()L L L i n i i i i L i d q t dq t d x m x dx c x dx EIq t x dt dt dx x Vt p t x dx φφφφδφ++=?∫∫∫∫i （3-5） 对于等截面简支梁，振型函数可假定为三角函数，由于式中的下标均表示任意阶， 为方便叙述，用n 替代（3-5）中的i 表示，这时 ()sin n n x x L πφ= （3-6） 由于2 0sin 2 L n x L dx L π=∫ 0 ()()sin ()sin L n x n Vt x Vt p t dx P t L L ππδ?=∫ 则将（3-6）式代入（3-5）式，并积分，得到 24424 ()()()()sin 222n n n d q t dq t mL cL L n n Vt EIq t P t dt dt L L ππ++= （3-7）
基于经典土压力理论分析边坡支护结构岩土荷载计算方法
基于经典土压力理论分析边坡支护结构岩土荷载计算方法 方法的分析 方玉树 （后勤工程学院，重庆400041） （据《重庆建筑》2015年1期“边坡支护结构岩土荷载计算若干问题探讨”一文修改） 提要：为计算不符合朗金条件和库伦条件的边坡支护结构岩土荷载，相关规范提供了由经典土压力理论扩展而成的岩土荷载计算方法。研究表明，这些方法在岩土荷载方向、在岩坡上填土时岩石坡面视为滑面的条件、考虑与不考虑地震力的岩土荷载公式之间的关系、地下水形成渗流时的土体荷载计算、有潜在滑动面边坡桩板式挡墙岩土荷载计算等方面存在一些问题，导致其实际适用范明显缩小。 关键词：岩土荷载计算，建筑边坡支护结构，岩土荷载方向，地震力，渗流，系统杆，杆挡墙 0 引言 众所周知，经典的朗金土压力理论要求墙背直立光滑、填土面水平，经典的库伦土压力理论要求填土无粘聚力、破裂面是通过墙踵的平面、填土面是平面；因相应公式只涉及一种土的一组物理力学参数且不涉及水压力和地面荷载，经典土压力理论实际上还需要填土均质、填土面无附加荷载、填土内无地下水等条件。因此，经典土压力理论适用范很窄。为此，一些研究者对经典土压力理论进行扩展，给出由经典土压力理论
扩展而成的边坡支护结构岩土荷载计算方法[1~8]，扩展的力度极大：产生荷载的材料从填土扩展到各种原生土、各种岩石及它们的组合（相应材料性质从均质扩展到非均质，从无粘聚力或极小粘聚力扩展到极大粘聚力）；荷载的来源从单一的填土扩展到地面荷载、地下水、地震；支挡结构从重力式挡墙扩展到包括系统杆在内的各种支护结构。这些方法基本上已经列入各个版本的国标《建筑边坡工程技术规范》（以下称国标《边坡规范》）和国标《建筑地基基础设计规范》（以下称国标《地基规范》），因而在实际工程中广泛采用。 本文就这些方法在岩土荷载方向、在岩坡上填土时岩石坡面视为滑面的条件、考虑与不考虑地震力的岩土荷载公式之间的关系、地下水形成渗流时的土体荷载计算、有潜在滑动面边坡桩板式挡墙岩土荷载计算等方面存在的问题进行分析并提出建议。 1 岩土荷载方向 1.1 喷支护时的岩土荷载方向 国标《边坡规范》13版在计算支护结构岩土荷载时对喷支护和其它支护不加区分，岩土荷载方向与坡面法向的夹角均取墙背摩擦角，这种做法是不正确的。 采用喷支护时，支护结构不存在墙背，滑动楔体只有内滑面（于岩土体中的滑面）、有外滑面（岩土体与挡墙的接触面，即墙背），而有墙背就有墙背摩擦角，因而岩土荷载方向与坡面法向无关，其与坡面法向的夹角不可能是墙背摩擦角。实际上，岩土压力这个概念本身就是建立在有墙背的基础上，因为沿法向作用在一个面上的力才能称为压力。
荷载与结构设计方法名词解释
1.作用：能使结构产生效应(内力、应力、位移、应变等)的各 种因素总称为作用。 2.地震烈度：某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度。 3.承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载力或不适于继 续承载的变形,这种状态称为承载能力极限状态。 4.单质点体系：当结构的质量相对集中在某一确定位置，可将 结构处理成单质点体系进行地震反映分析。 5.基本风压：基本风压是根据全国各气象站50年来的最大风 速记录，按基本风压的标准要求，将不同高度的年最大风速统一换算成离地面10m的最大风速按风压公式计算得的风压。 6.结构可靠度：结构可靠性的概率量度。结构在规定时间内， 在规定条件下，完成预定功能的概率。 7.荷载代表值：设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值。 8.基本雪压：当地空旷平坦地面上根据气象记录经统计得到的 在结构使用期间可能出现的最大雪压。 9.路面活荷载：路面活荷载指房屋中生活或工作的人群、家具、 用品、设备等产生的重力荷载。 10.土的侧压力：是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对 墙背产生的土压力。 11.静水压力：静水压力指静止的液体对其接触面产生的压 力。
12.混凝土徐变：混凝土在长期外力作用下产生随时间而增长 的变形。 13.混凝土收缩：混凝土在空气中结硬时其体积会缩小，这种 现象叫混凝土收缩。 14.荷载标准值：是荷载的基本代表值，其他代表值可以在标 准值的基础上换算来。它是设计基准期内最大荷载统计分布的特征值，是建筑结构在正常情况下，比较有可能出现的最大荷载值。 15.荷载准永久值：结构上经常作用的可变荷载，在设计基准 期内有较长的持续时间，对结构的影响类似于永久荷载。 16.结构抗力：结构承受外加作用的能力。 17.可靠：结构若同时满足安全性、适用性、耐久性要求，则 称结构可靠。 18.超越概率：在一定地区和时间范围内，超过某一烈度值的 烈度占该时间段内所有烈度的百分比。 19.震级：衡量一次地震规模大小的数量等级。是地震本身强 弱程度的等级，震级的大小表示地震中释放能量的多少。 20.雷诺数: 惯性力与粘性力的比。 21.脉动风: 周期小于10min的风，它的强度较大，且有随机 性，周期与结构的自振周期较接近，产生动力效应，引起顺风向风振。 22.平均风: 周期大于10min的风，长周期风，该类风周期相
《荷载与结构设计方法》试题+参考答案1
《荷载与结构设计方法》试题+参考答案1 一、填空题（每空1分，共20分） 1．作用按时间的变异分为:永久作用,可变作用,偶然作用_ 2． 影响结构抗力的因素有：材料性能的不定性,几何参数的不定性,计算模式的不定性.. 3．冻土的四种基本成分是_固态的土颗粒,冰,液态水,气体和水汽. 4．正常使用极限状态对应于结构或者构件达到_正常使用或耐久性能_的某项规定限值. 5． 结构的可靠性是_安全性,适用性,耐久性__的总称. 6．结构极限状态分为_承载能力极限状态,正常使用极限状态_. 7． 结构可靠度的确定应考虑的因素,除了公众心理外,还有结构重要性,社会经济承受力,结构破坏性质 二.名词解释(10分) 1. 作用：能使结构产生效应(内力,应力,位移,应变等)的各种因素总称为作用（3分） 2. 地震烈度：某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度.（3分） 3. 承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形,这种状态称为承载能力极限 状态.（4分） 三.简答题. (共20分) 1. 结构抗力的不定性的影响有哪些? 答：①结构材料性能的不定性、②结构几何参数的不定性、③结构计算模式的不定性。（每点1分） 2. 基本风压的5个规定. 答：基本风压通常应符合以下五个规定。①标准高度的规定。我国《建筑结构荷载规范》规定以10m 高为标准高度。②地貌的规定。我国及世界上大多数国家规定，基本风速或基本风压按空旷平坦地貌而定。③公称风速的时距。规定的基本风速的时距为10min 。④最大风速的样本时间。我国取1年作为统计最大风速的样本时间。⑤基本风速的重现期。我国规定的基本风速的重现期为30年。（每点1分）(5) 3. 简要回答地震震级和烈度的差别与联系(6) 答：①地震震级是衡量一次地震规模大小的数量等级。②地震烈度是某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程 度。③一次地震发生，震级只有一个，然而在不同地点却会有不同的地震烈度，但确定地点上的烈度是一定的，且定性上震级越大，确定地点上的烈度也越大。④震中一般是一次地震烈度最大的地区，其烈度与震级有关。在环境条件基本相同的情况下，震级越大，震中烈度越高⑤震中烈度与震级 近似关系：0 321I M ?+ =；非震中区，烈度 与震级的关系： () 1 lg 323210+???+ ?+ =h C I M 。（前2点1分，后2点2分） 4. 简述直接作用和间接作用的区别.(6) 答：①将能使结构产生效应得各种因素总称为作用；将作用在结构上的因素称为直接作用，②将不是作用，但同样引起结构效应的因素称为间接作用。③直接荷载为狭义的荷载，广义的荷载包括直接荷载和间接荷载。（每点2分） 四、计算题（50分） 1. 计算下图中的土层各层底面处的自重应力。（10分）
单元---建筑结构荷载计算DOC
单元2 建筑结构荷载计算 【学习目标】1、具有判别荷载类别的能力 2、能利用《建筑结构荷载规范》求荷载代表值 3、能进行简支梁、单向板楼盖、框架结构的荷载标准值计算 【知识点】荷载的分类及荷载代表值、永久荷载标准值、楼面和屋面活荷载、雪荷载、风荷载、建筑结构荷载标准值计算 【工作任务】任务1 简支梁的荷载标准值计算 任务2 单向板楼盖荷载标准值计算 任务3 框架结构荷载标准值计算 【教学设计】荷载计算是结构计算的第一步。首先通过荷载计算才能计算出结构构件上的内、力，再逐步进行强度、刚度，稳定性等计算。本单元先对荷载的分类及荷载代表值作一了解，熟悉常见的永久荷载、楼面和屋面活荷载、雪荷载、风荷载的计算、能进行简支梁、单向板楼盖、框架结构的荷载标准值计算2.1荷载的分类 建筑结构在使用期间和施工过程中要承受各种“作用”。我们把施加在结构上的集中力或分布力称为直接作用，也称为荷载；把引起结构外加变形或约束变形的原因称为间接作用。 结构上的荷载，可分为下列三类： 2.1.1永久荷载（恒载） 在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化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荷载。例如，结构自重、土压力、预应力等。 永久荷载不随时间变化，长期作用在结构上，在结构上的作用位置也不变。 注:自重是材料自身所受重力产生的荷载（重力）。 2.1.2可变荷载（活载） 在结构使用期间，其值随时间变化，且变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。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。 可变荷载的大小随时间而变，作用位置可变，且像风荷载、吊车荷载等能引起结构振动，使结构产生加速度。 2.1.3偶然荷载 在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。例如，爆炸力、撞击力、地震等。 2.2荷载代表值 《荷载规范》规定： 对永久荷载应采用标准值作为代表值。 对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。 对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。 2.2.1荷载标准值 它是荷载的基本代表值，指结构在使用期间，在正常情况下可能出现的最大荷载值。 2.2.2可变荷载组合值 当结构同时承受两种或两种以上的可变荷载时，考虑到所有荷载同时达到其单独出仍以其标)产生最大荷载效应的荷载(现时可能达到的最大值的概率较小，因此，除主导荷载 准值为代表值外，对其它伴随荷载可以将它们的标准值乘以一个小于或等于1的荷载组合系数作为代表值，称为可变荷载组合值，即
《荷载与结构设计原则》
《荷载与结构设计原则》课程教学大纲 课程编号：031178 学分：1 总学时：17 大纲执笔人：李国强大纲审核人：黄宏伟 一、课程性质与目的 本课程属于专业基础课，是土木工程专业的重要结构工程教学内容，为必修课。 本课程的教学目的是让学生了解工程结构可能承受的各种荷载，以及工程结构设计的可靠度背景。 二、课程基本要求 通过本课程的学习，学生应掌握工程结构设计时需考虑的各种主要荷载，这些荷载产生的背景，以及各种荷载的计算方法；并掌握结构设计的主要概念、结构可靠度原理和满足可靠度要求的结构设计方法。 三、课程基本内容 （一）荷载类型 1．荷载与作用 2．作用的分类 （二）重力 1．结构自重 2．土的自重力 3．雪荷载 （1）基本雪压 （2）屋面雪压 4．车辆重力 5．屋面活荷载 （三）侧压力 1．土的侧向压力 （1）基本概念及土压力分类 （2）基本原理 （3）土压力的计算 2．水压力及流水压力 3．波浪荷载 （1）波浪的分类 （2）波浪荷载的计算 4．冻胀力 （1）动土的概念、性质及结构物的关系 （2）土的冻胀原理 （3）冻胀力的分类及其计算 5．冰压力 （1）冰压力概念及分类
（2）冰压力的计算 （四）风载 1．风的有关知识 （1）风的形成 （2）两类性质的大风 （3）我国风气候总况 （4）风级 2．风压 （1）风压与风速的关系 （2）基本风压 （3）非标准条件下的风速或风压计算3．结构抗风计算的几个重要概念 （1）结构的风力与风效应 （2）顺风向平均风与脉动风 （3）横风向风振 4．顺风向结构风效应 （1）顺风向平均风效应 （2）顺风向脉动风效应 （3）顺风向总风效应 5．横风向结构风效应 （1）流经任意截面体的风力 （2）结构横风向风力 （3）结构横风向风效应 （4）结构总风效应 （5）结构横风向驰振（galloping）（五）地震作用 1．地震基本知识 （1）地震的类型与成因 （2）地震分布 （3）震级与烈度 （4）地震波与地面运动 2．单质点体系地震作用 （1）单质点体系地震反应 （2）地震作用与地震反应谱 （3）设计反应谱 3．多质点体系地震作用 （1）多质点体系地震反应 （2）震型分解反应谱法 （3）底部剪力法 （六）其它作用 1．温度作用 （1）基本概念及温度作用原理 （2）温度应力的计算 2．变形作用
《荷载与结构设计方法》试题
（一）填空题 1?作用随时间变化可分为永久作用、可变作用、偶然作用;按空间位置变异分为固定 作用、自由作用；按结构反应分类分为静态作用、动态作用。 2. 造成屋面积雪与地面积雪不同的主要原因是风的飘积作用屋面形式屋面散热等。 3. 在公路桥梁设计中人群荷载一般取值为3KN T nf市郊行人密集区域取值一般为 3.5 KN / m 4. 土压力可以分为静止土压力主动土压力被动土压力。 5. 一般土的侧向压力计算采用朗肯土压力理论或库仑土压力理论。 6. 波浪按波发生的位置不同可分为表面波内波。 7. 根据冻土存在的时间可将其分为多年冻土季节冻土瞬时冻土。 8. 冻土的基本成分有四种：固态土颗粒，冰，液态水，气体和水汽。 9. 冻土是一种复杂的多相天然复合体，结构构造也是一种非均质、各向异性的多孔介质。 10. 土体产生冻胀的三要素是水分土质负温度。 11. 冻土的冻胀力可分为切向冻胀力法向冻胀力水平冻胀力。 12. 水平向冻胀力根据它的形成条件和作用特点可以分为对称和非对称。 13. 根据风对地面（或海面）物体影响程度，常将风区分为13 等级。 14. 我国《建筑结构荷载规定》规定以10m高为标准高度，并定义标准高度处的最大风速为基本风速。 15. 基本风压是根据规定的高度，规定的地貌，规定的时距和规定的样本时间确定最大风 速的概率分布，按规定的重现期（或年保证率）确定的基本风速,然后根据风速与风压的关系所定义的。 16. 由风力产生的结构位移速度加速度响应等称为结构风效应。 17. _____ 是引起结构振动的主要原因。 18. 在地面粗糙度大的上空，平均风速小脉动风的幅度大且频率 _。 19. 脉动风速的均方差也可根据其功率谱密度函数的积分求得。 20. 横向风可能会产生很大的动力效应，即风振。 21. 横向风振是由不稳定的空气动力特征形成的，它与结构截面形状及雷诺数有关。 22. 在空气流动中，对流体质点起主要作用的是两种力惯性力和_____________ 粘性力。 23. 根据气流旋涡脱落的三段现象，工程上将圆桶试结构分三个临界范围，即亚临界范围 超临界范围跨临界范围。 24. 地震按产生的原因，可以分为火山地震陷落地震和构造地震 25. 由于地下空洞突然塌陷而引起的地震叫陷落地震而由于地质构造运动引起的地震则 称为构造地震。 26. 地幔的热对流是引起地震运动的主要原因。 27. 震中至震源的距离为震源深度，地面某处到震中的距离为震中距。 28. 地震按震源的深浅分，可分为浅源地震中源地震深源地震。 29. 板块间的结合部类型有：海岭海沟转换断戻及缝合线。 30. 震级是衡量一次地震规模大小的数量等级。 31. M 小于_2—的地震称为微震M = 2?4 为有感地震M> 5 为破坏性 地震。— 32. 将某一地址遭受一次地震影响的强弱程度定义为地震烈度。 33. 地震波分为地球内部传播的体波和在地面附诉传播的面波。 34. 影响地面运动频谱主要有两个因素：震中距_______ 和—场地条件_______ 。
动载荷作用下的结构动力响应分析
在动载荷作用下的结构动力响应分析 一、问题的突出 1.求钢结构的动力学响应 2.结构及载荷数据 立柱间距长180，宽120；顶距 地面180 E=200GPa,v=0.3,p=7800kg/m3 A=100kg, w=20π 二、有限单元模型建立 1.单元类型选择以及截面性质定义 FINISH /CLE /PREP7 ET,1,BEAM188 mp,ex,1,200e9 mp,nuxy,1,0.3 mp,dens,1,7800 !截面1 sectype,1,beam,I secoffset,cent secdata,0.12,0.12,0.1212,0.00605, 0.00605,0.0039 !截面2 sectype,2,beam,I secoffset,cent secdata,0.06535,0.06535,0.0805,0.00465,0.00465,0.00285 !截面3 sectype,3,beam, HREC secoffset,cent secdata,0.06,0.06,0.0025,0.0025,0.0025,0.0025
选择Y方向为立柱方向，通过由下向上建模即由关键点到线。k,1, k,2,1.8 k,3,1.8,,1.2 k,4,,,1.2 k,5,,1.5 k,6,1.8,1.5 k,7,1.8,1.5,1.2 k,8,,1.5,1.2 l,1,5 l,2,6 l,3,7 l,4,8 k,9,1.8/2,1.8,1.2/2 l,9,5 l,9,6 l,9,7 l,9,8 l,5,8 l,8,7 l,7,6 l,6,5 3.对于不同的杆赋予不同的截面性质，并进行网格划分 lsel,s,,,1,4,1 lplot lesize,all,0.04 secnum,1 lmesh,all lsel,s,,,9,12 lplot lesize,all,0.04 secnum,2 lmesh,all lsel,s,,,5,8,1 lplot lesize,all,0.04 secnum,3 lmesh,all
动力响应理论
第2章 动力响应理论 2.1引言 机柜结构动力响应的计算机仿真分析是以设备动力响应理论为基础的，是进行设备结构动力响应研究的一种有效手段。论文中主要研究设备动力响应两个方面的内容：设备结构固有特性分析和结构在地震波作用下的响应分析。固有特性分析可以得到结构的固有频率和固有振型，是进行响应分析的基础；地震波响应分析将得到设备响应的时间历程变化。在使用有限元工具对结构进行建模、分析之前必须掌握结构动力响应的理论和相关的有限元基本原理。因此，本章重点叙述了与设备结构动力响应相关的机械振动学理论及其有限元仿真技术。 2.2结构动力响应分析相关理论 2.2.1结构固有特性分析理论 机柜设备结构的固有特性包括固有频率和振型，是响应分析的基础。通过进行结构的固有特性分析可以使设计有效地避开结构的共振频率。机柜设备是一个复杂振动系统，在理论分析过程中，常常可以把机柜设备简化为多自由度集中参数系统。 一般，多自由度系统的自由振动方程可以写成如下形式： {}... []()[]{()}[]{()}{0}M x t C x t K x t ++= (21)a - 式中：[]M ， []C 和[]K 分别为系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;()x t 、 .()x t 、.. ()x t 分别为系统的位移列向量、速度列向量和加速度列向量。而多自由系统的无阻尼自由振动方程可以写成如下形式: {}.. []()[]{()}{0}M x t K x t += (21)b - 通常系统的自由振动是简谐振动，所以可以假设式 (21)b -的解为： {()}{}sin x t X pt = (22)- 式中：{}X 为系统的振幅列向量;p 为系统的自由振动频率。将(22)-代入(21)b -，就可以得到系统的振型方程，其具体形式如下： 2[][]{}{0}K M X p -= (23)- 可以看到，式(23)-是一个齐次线性方程组，根据线性代数知识，它具有非零解的充分必要条件为系数矩阵的行列式为零，亦即有下式成立。
移动荷载作用下路面结构的动力响应
移动荷载作用下路面结构的动力响应 摘要 现实情况中车辆总是以一定速度行驶在路面上的，因此研究沥青路面在车辆移动荷载作用下的动态响应是掌握路面结构行为的必要条件。建立刚性基层沥青路面的三维有限元模型，分析移动荷载作用下路面结构的动力响应。分析得出了荷载正下方不同深度处节点竖向剪应力he各结构层底弯拉应力的时间历程曲线。结果表明，在移动荷载作用下，路面结构的动力响应具有明显的波动性质，与静荷载作用有明显区别。 绪论 目前国内现有的道路设计方法通常将车辆荷载简化为双圆均布荷载静荷载，以双轮单轴BZZ-100(100kN)为标准轴载，以设计弯沉值作为路面整体刚度的控制指标，对沥青混凝土面层和基层、底基层进行层底弯拉应力的验算[1]，经过大量的使用实验证明，现有规范设计模型具有很大的局限性。这是因为现实中车辆都是以一定的速度行驶在路面上，属于是移动荷载，路面结构在移动荷载作用下的力学响应与静力响应明显不同。因此研究移动荷载作用下路面结构的动力响应更具有实际意义。大量国内外学者对弹性层状体系在动荷载作用下的力学响应作了理论研究。Siddharthan[2][3]结合弹性力学原理，建立层状体系动力学模型，研究了材料粘弹性对路面结构动力响应的影响。Lv[4]采用Green函数、Laplace 积分变换和Fourier变换等方法求解出Kevlin地基上的无限大板在移动荷载作用下动态响应的数值求解。 钟阳、孙林[5]等利用Laplace-Hankel联合积分变换和传递矩阵相结合的方法推导出了轴对称半空间层状弹性体系动态反应的理论解，为进行路面结构的动态反应分析和路面材料参数的动态反算提供了一种行之有效的方法。董泽蛟、曹丽萍[6]等采用ADINA建立了移动荷载作用下多层线弹性的三维沥青路面有限元分析模型，模拟分析了移动荷载作用下路面结构的三向应变动力响应。 鉴于理论解都涉及到较复杂的积分变换和无穷积分，最终只能采用数值方法求解。本文采用Abaqus建立移动荷载作用下三维沥青路面动力响应分析的有限元模型，分析移动荷载作用下路面结构的竖向剪应力和层底弯拉应力。以应力分析研究移动荷载作用下路面结构的动力动力响应，以便为路面结构设计和路面养护提供一定参考。 1 动力学有限元计算原理 根据沥青路面层状弹性体系结构的基本假定以及弹性动力学的Hamilton变分原理，可以建立路面系统在移动荷载作用于下的有限元动力方程： (1)
荷载与结构考试试题
第1章荷载与作用 一、填空题 1．作用是施加在结构上的，或引起结构＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 2．作用是使结构或构件产生＿＿＿＿＿＿的＿＿＿＿＿＿。 3．结构上的作用可分为作用和作用，荷载是作用。 4．施加在结构上的集中力或分布力称为＿＿＿＿＿，与结构本身性能＿＿＿＿＿＿；引起结构外加变形或约束的原因称为＿＿＿＿＿＿＿＿，该作用的大小与结构自身的性质＿＿＿＿＿＿。 5．土木工程是＿＿＿＿＿＿＿＿的科学技术的统称。它既指工程建设的＿＿＿＿＿，也指所应用的＿＿＿＿＿和所进行的＿＿等专业技术。 6．土木工程结构是指由若干个＿＿＿＿组成的＿＿＿＿＿，是土木工程的骨架，也是它们赖以存在的＿＿＿＿＿。它的主要功能是＿＿＿＿工程在＿＿＿＿＿期间可能出现的＿＿＿＿＿，并将它们＿＿＿＿＿＿地基。 7．现代土木工程的建造必须经过＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿3个主要环节。 8．土木工程设计包括和。是实现工程建造的目的、用途；是决定采用怎样形式的骨架将其支撑起来，怎样抵御和传递作用力，各部分尺寸如何，用什么材料制造等等。 9．工程结构设计是在工程结构的＿＿＿＿＿与经济、＿＿＿＿与美观之间，选择一种最佳的合理的平衡，使所建造的结构满足预定的各项＿＿＿＿＿＿＿。 10．工程结构的“功能要求”是指工程结构＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿，统称＿＿＿＿＿＿。 11．＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿之间最佳的合理的平衡，就是使工程结构既经济又具有一定的可靠度。 二、多项选择 1、下列作用属于直接作用的为（） A．自重 B．土压力 C．混凝土收缩徐变 D．焊接变形 E、桥梁上的车辆重量 2、下列作用属于间接作用的为（） A．地基变形B．水压力C．温度变化D．地震作用 E．水中漂浮物对结构的撞击力 3、荷载效应是指（） A．内力B．温度C．位移D．裂缝E．应力 三、单项选择 1、工程结构的“功能要求”（或“可靠性”）是指工程结构的（） A．可靠、经济、适用、美观B．安全性、适用性和耐用性 C．安全性、经济、适用D．可靠、耐用、美观 2、荷载取值和荷载计算正确与否直接影响（）的计算 A．结构抗力B．结构可靠度C．荷载效应D．结构尺寸