■吳傳偉 ■北京國科天創(chuàng)建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江西 南昌 330000;身份證號碼:362226198611121210

荷載和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是屬于土木工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，在土木工程的教學(xué)目標(biāo)中有提到:盡量讓土木工程專業(yè)的不同方向的學(xué)生對荷載和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都有一定的了解，盡最大的可能讓學(xué)生知道各種不一樣的荷載以及荷載相對應(yīng)的方程式，在此基礎(chǔ)上應(yīng)該要掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本理論、結(jié)構(gòu)可靠原理以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法。目前國內(nèi)的相關(guān)研究方面存在一定缺陷，在教學(xué)內(nèi)容上很少對比區(qū)分不同結(jié)構(gòu)形式上不同荷載的計(jì)算方法和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，也沒有在具體知識點(diǎn)上體現(xiàn)出差異性和共同點(diǎn)。

1 土木工程荷載和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的簡介

近年來，我國的工程技術(shù)部門也慢慢開始編制和發(fā)布第一層次的工程結(jié)構(gòu)可靠的具有統(tǒng)一性的標(biāo)準(zhǔn)，第二層的鐵路工程結(jié)構(gòu)、建筑工程結(jié)構(gòu)、公路工程結(jié)構(gòu)、港口工程結(jié)構(gòu)等等都存在一套比較好的設(shè)計(jì)方法。但是由于當(dāng)前還有一些不同的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法依然沒有達(dá)到統(tǒng)一，但是工程結(jié)構(gòu)的可靠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范都必須采用國際先進(jìn)概率理論作為基礎(chǔ)的極限態(tài)度設(shè)計(jì)，從而就使得土木工程結(jié)構(gòu)逐漸達(dá)到了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)了［2］。

1.2 土木工程荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系

在土木工程學(xué)科中，荷載以及作用這兩個(gè)詞在學(xué)習(xí)的時(shí)候出現(xiàn)的頻率是最高的，對于現(xiàn)實(shí)中的工程設(shè)計(jì)來說，荷載和作用大部分情況都不會(huì)影響作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)的本身。就目前而言，最主要還是一個(gè)概念的問題，在我們國家，一般的情況下，荷載指的是直接的作用，而作用有的時(shí)候指的就是間接作用和直接作用，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［1］。

2 荷載組合隨機(jī)方法

2.1 隨機(jī)荷載組合理論以及規(guī)則

對承受n種荷載作用的結(jié)構(gòu)，如果抗力隨時(shí)間的變化而忽略不計(jì)，這種荷載的極限狀態(tài)的方程式可以表示為:

其中公式中的R指的是結(jié)構(gòu)抗壓力度，Si(t)是i種荷載的效應(yīng)，而且這個(gè)過程是一個(gè)隨機(jī)的過程，S(t)是指n種荷載的所有效應(yīng)，這個(gè)過程也是一個(gè)隨機(jī)的過程。

從上面的公式分析中可以看出，結(jié)構(gòu)的可靠程度是由荷載組合來決定的，而且從數(shù)學(xué)的角度講，荷載的問題在很多個(gè)隨機(jī)過程中進(jìn)行疊加方面都有關(guān)系。但是在實(shí)際的工作中，通常情況都是采用基準(zhǔn)期最大的荷載隨機(jī)變量代替隨機(jī)過程進(jìn)行有效的分析，所以荷載組合的關(guān)鍵是荷載組合的最大值SM所決定的，如下公式:

所以，隨機(jī)的荷載組合比較合理的理論和規(guī)則主要包括很多種方法，如:峰值迭加法、穿越分析法、平方和方根法等等。

2.2 常見的隨機(jī)荷載組合規(guī)則比較

為了把這么多隨機(jī)荷載組合的規(guī)則進(jìn)行有效的比較，使用比較耐久性的活性荷載Li、比較臨時(shí)性的荷載Lr、風(fēng)荷載W等等三個(gè)活性的荷載組合的算法來進(jìn)行有效的對比。

依據(jù)前面介紹的各種隨機(jī)理論，分別對這三種荷載以及荷載效應(yīng)進(jìn)行荷載相遇法、F－B組合、TR組合、JCSS組合的各種不一樣的情況。同時(shí)為了這種三種不同的荷載方法能夠更好的比較，組合結(jié)果都使用無量綱化的比值得出，然后找到組合效應(yīng)最大的分布平均值，結(jié)合平均值得出荷載自身的規(guī)律，跟組合的方法沒有任何的關(guān)系。

各種不一樣的組合規(guī)則計(jì)算結(jié)果都會(huì)隨著荷載效應(yīng)比例的變化，SL/SW會(huì)增大，而且在荷載效應(yīng)比的數(shù)值取1時(shí)，會(huì)產(chǎn)生最小值，可以看出F－B組合規(guī)則計(jì)算結(jié)果是三種之中最大的，那就說明這種計(jì)算方法比較保守;從圖3－1中還可以看出JCSS組合規(guī)則和TR組合規(guī)則在荷載效應(yīng)值比較小的時(shí)候，計(jì)算結(jié)果值也偏小，所以JCSS和TR組合規(guī)則是偏于不保守的，但是隨著荷載效應(yīng)值的增大會(huì)慢慢的偏向保守。所以，在不同的荷載效應(yīng)值得情況下，各種隨機(jī)組合的風(fēng)險(xiǎn)是不同的。

3 荷載和結(jié)構(gòu)的抗力情況分析

3.1 影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素

影響結(jié)構(gòu)可靠性原因在實(shí)際的操作中有很多種，其中最主要的原因有兩個(gè)方面，一方面是結(jié)構(gòu)本身對不同的作用效果的抵抗情況，另一方面是結(jié)構(gòu)對自身所承受到的不同壓力來自于外界的作用。施加在結(jié)構(gòu)上的不同的作用會(huì)在支座處生成反壓力，而且同時(shí)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、變形、傾覆和滑移。

3.2 結(jié)構(gòu)的可靠度

結(jié)構(gòu)的可靠度指的是什么呢，簡單地說就是一個(gè)結(jié)構(gòu)所能夠承受的時(shí)間問題，打個(gè)比方說，一個(gè)工程一個(gè)結(jié)構(gòu)的可靠時(shí)間是有規(guī)定的，而且這個(gè)規(guī)定是在特定的范圍之內(nèi)以及特定的條件之下的，并且可以完成的所預(yù)定的功能的一個(gè)概率，這樣來看呢，結(jié)構(gòu)的可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的一個(gè)概率度量［3］。也就是說結(jié)構(gòu)的可靠度是對結(jié)構(gòu)的可靠性有一種規(guī)定好的概述。在不同的隨機(jī)原因的影響下，結(jié)構(gòu)完成的預(yù)先規(guī)定的功能的能力是不能確定的。所以結(jié)構(gòu)的可靠度就只能用概率來表示了，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)失去作用是一個(gè)非常小的事件，失去作用的概率對結(jié)構(gòu)的可靠度的把握也就顯得更加的明顯，所以一般在學(xué)術(shù)上或者專業(yè)學(xué)習(xí)上大部分的情況都會(huì)用概率來表示結(jié)構(gòu)的可靠度。

4 結(jié)束語

土木工程多年來的發(fā)展，在社會(huì)建設(shè)中起到了舉足輕重的作用，這種作用是不可以忽視的，然而隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，土木工程也隨之發(fā)展起來。隨著我們國家的科學(xué)技術(shù)發(fā)展越來越專業(yè)，逐漸創(chuàng)造新型的材料，而且好好的利用土木工程這一技術(shù)，使國家的發(fā)展更加完善。

［1］中國土木工程學(xué)會(huì).中國土木工程指南［M］.版.北京:科學(xué)出版社，2000.

［2］中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)術(shù)語和符號標(biāo)準(zhǔn).

［3］趙國藩.工程結(jié)構(gòu)可靠性理論及應(yīng)用［J］.大連:大連理工大學(xué)出版社2011，10(9):12－13.