關(guān)于土木工程荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析

【摘要】針對關(guān)于土木工程荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析問題，介紹了土木工程結(jié)構(gòu)的荷載問題，包括土木工程設(shè)計以及與荷載的關(guān)系和土木工程荷載的分類，探討了土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，包括土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的發(fā)展情況和土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，指出了荷載和結(jié)構(gòu)、抗力的分析情況，主要有影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素以及它的隨機性和土木工程結(jié)構(gòu)的可靠度。

【關(guān)鍵詞】土木工程；荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計；設(shè)計方法

0.引言

自20世紀(jì)90年代以來，我國土木工程建設(shè)進入了一個快速發(fā)展的時期，大量土木工程結(jié)構(gòu)在長期使用過程中受到自然環(huán)境的侵蝕，其所用的建筑材料性能會隨著時間推移而不同程度下降，導(dǎo)致土木工程結(jié)構(gòu)的承載力不斷下降，使結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性受到威脅。

1.土木工程結(jié)構(gòu)的荷載

1.1土木工程設(shè)計以及與荷載的關(guān)系

在土木工程建筑中涉及到質(zhì)量問題，經(jīng)常會提及到是建筑物結(jié)構(gòu)受到的荷載或作用力。對于實際的工程設(shè)計來說，荷載和作用力一般來說是不影響作用效應(yīng)的計算和結(jié)構(gòu)的本身，結(jié)構(gòu)的荷載問題主要就是一個概念的問題，在我們國家，一般的情況下，結(jié)構(gòu)的荷載指的是直接的作用力，而作用力有的時候并不是直接作用的，常常指的就是間接作用力，但是在國際上，還是有不少的國家對作用和荷載沒有明確嚴(yán)格的區(qū)分，而是將兩種作用力歸為一種。

現(xiàn)在的土木工程的建造有幾個主要的環(huán)節(jié)，是策劃、設(shè)計、施工。其中最主要的環(huán)節(jié)之一就有設(shè)計，設(shè)計的范疇包括有結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及功能的設(shè)計。決定采用怎么樣的形勢的骨架可以將建筑物支撐起來，利用什么樣的方式來抵御和傳遞作用力，在結(jié)構(gòu)中選用那種材料來進行制造，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時每個部分的尺寸優(yōu)勢怎么樣的來體現(xiàn)，這些都是結(jié)構(gòu)設(shè)計時必需明確的。對于建筑物功能的設(shè)計，主要是實現(xiàn)工程建造的用途以及建造的目的是什么。工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計是要在工程的結(jié)構(gòu)的適用性與外形美觀、可靠性與經(jīng)濟之間，選擇出一種合理的一種平衡。這樣就可以使設(shè)計的結(jié)構(gòu)可以建筑的各項功能得到用戶的滿意。在建筑工程結(jié)構(gòu)里面所提到的可靠性，指的主要就是適用性、安全性以及耐久性，這些就是對建筑物質(zhì)量的要求。

1.2土木工程荷載的分類

土木工程荷載的分類可以有兩種。第一種分類是按著時間的變化來進行的，一共可以分為3個類別，它們又有永久的作用，偶然的作用，可變的作用。對于永久的作用來說，它是在設(shè)計的基準(zhǔn)期之內(nèi)量的值是不隨時間的變化的，或者說與平均值相比較而言基本就是沒有什么變化，所以可以忽略不計的。因此，對于永久荷載的統(tǒng)計時間參數(shù)跟規(guī)律是沒有關(guān)系的。它的隨機性主要表現(xiàn)在空間位置的變異上面，比如說土壓力、水位不變的水的水壓力、預(yù)加壓力、結(jié)構(gòu)自重、地基變形、鋼材的焊接變形、混凝土收縮等等都是屬于永久作用的。對土木建筑來說，這些是可以不考慮的。對于偶然作用，雖然它在設(shè)計的基準(zhǔn)期之內(nèi)出現(xiàn)的幾率很少，有時就可能根本不會出現(xiàn)，但是，如果一旦出現(xiàn)，它的量能是很大的，對建筑物的損害程度就會很大；由于這種偶然作用持續(xù)的時間非常的短。比如說龍卷風(fēng)、地震出現(xiàn)的撞擊力、爆炸力等等都可以認(rèn)為是偶然的作用。可變的作用在設(shè)計的基準(zhǔn)期之內(nèi)量能值是隨著時間變化的，而且它的變化與平均值相比不可以忽略。與時間參數(shù)有關(guān)系的就是可變作用的統(tǒng)計規(guī)律。又比如說雪荷載、波浪荷載、水位的變化的水壓力、風(fēng)荷載、人群荷載、房屋建造當(dāng)中的樓面活荷載、路面橋梁結(jié)構(gòu)上面的車輛荷載、積累的灰塵的荷載等等，這些都是屬于可變的作用的。第二是按著結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)分類的，主要是由兩大類，一個是靜態(tài)作用，另一個是動態(tài)作用，靜態(tài)作用對結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件不產(chǎn)生加速度的，也可以說是產(chǎn)生的加速度基本忽略不計，比如說房屋的樓面活荷載等等。動態(tài)作用使得結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件產(chǎn)生的加速度是不能夠忽略不計的荷載。比如說地震、設(shè)備震動、行駛通過橋梁的車輛、火車通過軌道時的荷載等等。

2.土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法

2.1土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的發(fā)展情況

在現(xiàn)代社會，土木工程發(fā)展也得到不容忽視的發(fā)展。土木工程伴隨著各種經(jīng)驗的積累，各種科學(xué)的不斷深入研究，以及生產(chǎn)實踐所得到的經(jīng)驗，土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法和理論知識也得到不斷的發(fā)展，是土木工程設(shè)計方法也得到完善和提高。土木工程在設(shè)計方法上面經(jīng)歷從定值法到概率法的發(fā)展，主要表現(xiàn)的是有幾個階段，第一階段是容許應(yīng)力的設(shè)計法；第二階段是破損階段設(shè)計法；第三階段是半概率、半經(jīng)驗極限狀態(tài)設(shè)計法；第四階段就是近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計的方法。這些設(shè)計方法對土木建筑的設(shè)計都起到重要的作用。

2.2土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方法簡介

近幾年來看，我們國家的土木工程技術(shù)部門也開始編制和頒布了第一層次的土木工程結(jié)構(gòu)可靠度的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，還有就是第二層次的鐵路土木工程結(jié)構(gòu)、建筑土木工程結(jié)構(gòu)、公路土木工程結(jié)構(gòu)、港口土木工程結(jié)構(gòu)還有水利水電土木工程結(jié)構(gòu)的可靠度設(shè)計統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。但是目前一些不同的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法還是沒有達(dá)到完全的統(tǒng)一。但是工程結(jié)構(gòu)的可靠度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，必須采用國際概率理論設(shè)計法。

3.荷載和結(jié)構(gòu)、抗力的分析情況

3.1影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素以及它的隨機性

影響土木工程結(jié)構(gòu)可靠性的因素是很多種的，其中主要是由兩個大的方面，一個方面就是土木工程結(jié)構(gòu)本身對各種各樣的作用效應(yīng)的抵抗能力，另一個方面就是土木工程結(jié)構(gòu)所受到的各種各樣來自于外界的作用。施加在土木工程結(jié)構(gòu)上面的各種各樣的作用將在支座處產(chǎn)生反力，同時使得土木工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、變形、傾覆和滑移。內(nèi)力包括彎矩、軸力、扭轉(zhuǎn)以及剪力。影響著土木工程結(jié)構(gòu)的抗力的幾何參數(shù)，材料的性能和計算模式的精確性等等。

3.2土木工程結(jié)構(gòu)的可靠度

土木工程結(jié)構(gòu)的可靠度指的是什么呢，就是時間的問題，比如說時間是要在一定的范圍之內(nèi)，就是要求在一定范圍之內(nèi)的條件之下，可以完成的所預(yù)定的功能的一個概率，這樣來看，土木工程結(jié)構(gòu)的可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的一個概率度量。換句話來說，也就是說對土木工程結(jié)構(gòu)可靠性有著一種定量的需求。在各種的隨機條件因素影響下，土木工程結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的能力是不可以預(yù)先就可以確定的，它存在著變數(shù)，只有是用概率來描述才可以。由于土木工程結(jié)構(gòu)失效一般為小的概率，失效的概率對結(jié)構(gòu)的可靠度的把握也就更加直接，就習(xí)慣于采用失效的概率來度量結(jié)構(gòu)的可靠性。

4.結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)不斷的提高發(fā)展，人類對土木工程的需要就會有更大的需求，尤其是對于那些林間小橋的建設(shè)，它的載荷和設(shè)計就會更顯得主要，土木工程師要關(guān)注科技界新材料的應(yīng)用，關(guān)注新材料對土木工程荷載與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。未來土木工程的發(fā)展隨著科學(xué)的發(fā)展一定會有嶄新的前途，我們期待著隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)新的建筑材料問世，在這些新材料、新技術(shù)的支持下，土木工程建設(shè)將發(fā)展的更加美好。

【參考文獻(xiàn)】

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