《荷载与结构设计方法》考试试题 (1)

1综合试题（一卷）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：0321IM；非震中区，烈度与震级的关系：1lg323210hCIM。（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）21.计算下图中的土层各层底面处的自重应力。（10分）解：aczKPh0.340.217111（2分）aczKPhh2.1068.3190.21722112（2分）aczKPhhh6.1402.4102.188.3190.2173322113（3分）aczKPhhhh8.1590.2106.192.4102.188.3190.217443322114（3分）综合试题（二卷）一、填空题（20分）8．作用按时间的变异分为:永久作用,可变作用,偶然作用.9．土的侧压力分为_静止土压力,主动土压力,被动土压力_.10．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_.11．预应力构件按预应力施加先后分为__先张法,后张法12．目前国际上采用的抗震设计原则是_小震不坏,中震可修,大震不倒13．结构极限状态分为_承载能力极限状态,正常使用极限状态_.14．由风力产生的_结构位移,速度,加速度响应__称为结构风效应.二.名词解释(3+3+4=.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2.震级：衡量一次地震规模大小的数量等级,国际上常用里氏震级3.震中距：地面某处到震中的距离称为震中距三.简答题.(5x4=20分)5.结构可靠度是怎么定义的?6.什么叫基本风压?怎样定义.7..写出单质点体系在单向水平地面运动作用下的运动方程.8.简述直接作用和间接作用的区别.四计算题（50分）3《荷载与结构设计方法》考试试题（2002级）参考答案一概念理解题（共计70分）：1在结构荷载计算中，一般主要考虑的有哪些荷载？（5分）答：一般考虑的荷载为恒载和活载两类，对于偶然荷载（特殊荷载考虑较少）。2基于可靠度的结构设计（概率极限状态设计）与传统的安全系数设计有何区别？对于功能函数（以两个变量为例），当变量为正态分布时，可靠度指标有何含义，试作图表示；（10分）答：可靠度设计是考虑荷载和抗力是一种随机变量，而传统的安全系数设计方法则将这些参数看作固定值，前者更为合理。对于0),(SRSRgZ，在SOR坐标系，首先将变量进行标准化变换，对基本变量作标准化变换SSSS，RRRR，此时将变量转化成了)1,0(N分布，形成新的坐标系ROS'，原坐标与新坐标的关系为：SSSS，RRRR，得出新坐标系的极限状态方程：0SRSRSR，令22cosSRRR，22cosSRSS，22SRSR于是有：0coscosSRSR，如图所示ROS'坐标系，于是可得：RRPORcoscos*'*，SSPOScoscos*'*进行变换到原坐标系，于是RRRRRRRcos**，SSSSSSScos**，已知坐标系SOR中，极限状态方程：0SR，显然此时其上一点：0**SR，由此可求出可靠指标，验算点*R，*S。3为何对于不同的荷载在进行荷载效应组合时，取一定的分项系数？（5分）答：主要是考虑到不同荷载的概率分布形式不一致，而为了计算的简便，将各种荷载的概率分布的不同通过的荷载分项系数以使按极限状态设计表达式设计的各种结构可靠指标与规定的设计可靠指标0之间在总体上误差最小。4计算风荷载时需要考虑几个方面的因素；（5分）SR'O*P*S*RRS4答：风荷载的计算主要与三种独立的因素有关：基本风压、风压高度变化系数、房屋体型系数有关。5设计基准期和设计使用寿命的概念，两者有何区别；（5分）答：设计基准期是统计各种荷载（作用）和抗力随机变量的年限，一般取50年，而设计使用寿命则是结构物使用年限，一般为20、50、100年，当超过设计基准期之后，结构物的可靠度会降低。6荷载代表值的类型及含义；（10分）答：荷载代表值包括荷载的标准值、组合值、频遇值和准永久值，前两者是在承载能力极限状态中使用，而后两种则在主要在正常使用极限状态中使用。代表值：为设计基准期内最大荷载概率分布的某一分位值，我国一般取0.95分位数。组合值：以荷载代表值为基础，考虑当出现两种或两种以上的可变荷载时，荷载不可能同时以其最大值出现，此时荷载代表值可采用组合值或荷载组合系数出现。荷载频遇值主要是为了对结构正常使用极限状态的短期性能进行校核，一般取系数0.5~0.9（具体参见《建筑结构荷载设计规范》，荷载的准永久值系指经常作用在结构上的荷载，同样乘以一个系数即可。总的说来，后三者均是对可变荷载来说的。7如何确定结构的目标可靠指标；（5分）答：确定结构的目标可靠指标是在原有的定值设计基础上，采用的主要方法有：类比法；校准法，后者是《建筑结构可靠度设计统一标准》所采用的方法，并根据安全等级和结构的破坏类型来确定可靠指标。8材料强度的取值是可靠性设计的一个重要方面，材料强度的标准值可以取其平均值吗？为什么？如何取值？（5分）答：为结构设计的安全起见，材料强度的标准值不取平均值，而是取概率分布的0.05分位值，即在平均值的基础上减去1.645f。9作用与荷载的区别与联系，在本书中是如何对其分析的？（5分）答：荷载是指直接作用在结构上的力，而作用是泛指在结构上产生效应（应力、变形等）的一切外界因素，通常将两种概念同等对待。10试说明梁、柱从属面积的含义。（5分）答：对于结构计算来说，要分析构件受力情况，要对荷载作用进行分析，求其作用在梁或柱上的荷载，即将作用在楼面上的活荷载以及楼面本身的恒载进行分析。11作用在跨河桥梁上的荷载有哪些？（5分）答：恒载：桥梁自身重力；活载：风荷载、地震荷载、流水压力、船只（漂浮物）的撞击力、车辆荷载（汽车制动力、汽车离心力、汽车撞击力、汽车冲击力）。12谈谈你对可靠性设计中中心点法和验算点法的理解。（5分）答：中心点法没有考虑基本变量的分布形式，其前提是假定基本变量服从正态分布，因此不是严格意义上的概率分析法，当功能函数为非线性时，只能在中心点附近取线性近似，所得的也是近似的，且中心点离真正的极限状态有相当距离；数学形式的变换也会导致的变化。验算点法考虑了基本变量的分布形式，且能够无限接近验算点的位置，从而可以保证计算结果的精确性。二计算分析（共计30分）：2某单跨工业厂房排架，有桥式吊车，A柱柱底在几种荷载作用下的弯矩标准值为：恒载mKNMGk35；风荷载mKNMk101；吊车竖向荷载mKNMk53；吊车水平荷载mKNMk154；屋面活荷载mKNMk32，求A柱柱底弯矩设计值（只考虑承载能力极限状态）。（本题10分）5解：根据题意，这里只考虑标准组合。1）永久荷载效应控制的组合根据《规范》规定，当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的荷载仅限于竖向荷载，于是有A柱柱底弯矩设计值为mKNM09.55)53(7.04.13535.12）由可变荷载效应控制的组合（1）风荷载为第一可变荷载mKNM54.78)3155(7.04.1104.1352.1（2）吊车水平荷载为第一可变荷载mKNM24.79106.04.1)35(7.04.1154.1352.1（2）吊车竖向荷载为第一可变荷载mKNM04.75106.04.1)315(7.04.154.1352.1可以看出，应采用吊车水平荷载控制的组合作为弯矩设计值。3假定钢梁承受确定性的弯矩mKNM140，钢梁截面的塑性抵抗矩W和屈服强度f都是随机变量，已知其分布类型和统计参数：抵抗矩W：正态分布，36100.850mW，05.0W屈服强度f：正态分布，MPaf270，10.0f用中心点法和验算点法计算钢梁的可靠指标（本题14分）解：功能函数为：抗力列式140000fWMfWZ，或应力列式WfWMfZ1400001）中心点法（1）取用抗力列式mNWfZ8950014000，mNfWWffWWfZ9.25658222222可知可靠指标48.3（2）应力列式MPaMWfZ3.105，MPaMMWWffWWfZ0.272222222可知可靠指标9.3可见中心点法采用不同的功能函数形式计算结果不同。2）验算点法抗力列式选用：140000fWMfWZ均为正态分布，不须进行当量转换，ffffˆˆ，于是在新坐标系中，极限状态方程为：0)ˆ)(ˆ(MWfWWff2*2**1)()(WffffWW，2*2**2)()(WfWWfWf，第一次迭代*W，*f用平均值代入，于是有：60))((M，求出，计算过程如下表所示。迭代步Xi*iXi1fW0610270610850-0.894-0.4473.74（舍弃52.2）3.742fW3.74610180610779-0.940-0.3423.71（舍弃65.41）-0.033fW3.716101766