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上篇 工程荷载组合理论3

第1章 工程荷载随机过程基础3

1.1 随机过程的基本概念3

1.1.1 随机过程的定义3

1.1.2 有限维分布3

1.1.3 数字特征与特征函数4

1.1.4 随机过程的类型7

1.2 随机过程概率分布10

1.2.1 概率密度函数10

1.2.2 均值和方差14

1.2.3 概率分布函数15

1.3 联合概率分布17

1.3.1 二维概率密度函数17

1.3.2 二维平均值19

1.3.3 条件概率19

1.4 相关性21

1.4.1 相关系数ρ21

1.4.2 自相关24

1.4.3 互相关26

1.5.1 Fourier分析27

1.5 Fourier变换27

1.5.2 Fourier积分29

1.5.3 Fourier变换的复数形式30

1.6 谱密度31

1.6.1 谱密度定义31

1.6.2 窄带和宽带随机过程33

1.6.3 导出过程的谱密度35

1.6.4 互谱密度36

第2章 工程荷载响应随机特性38

2.1 线性结构系统的荷载作用响应关系38

2.1.2 频率响应法39

2.1.1 经典方法39

2.1.3 脉冲响应法40

2.1.4 频率响应函数与脉冲响应函数之间的关系41

2.1.5 对任意输入的响应42

2.2 随机振动的传递43

2.2.1 均值44

2.2.2 自相关45

2.2.3 谱密度47

2.2.4 均方响应48

2.2.5 互相关48

2.2.6 互谱密度49

2.3 窄带过程的统计分析50

2.2.7 概率分布50

2.3.1 穿越分析53

2.3.2 峰值分布57

2.3.3 极大值频率58

第3章 工程荷载随机模型61

3.1 工程荷载作用模型61

3.2.1 概率密度分布函数62

3.2.2 重度62

3.2 永久荷载模型62

3.2.3 体积63

3.3 可变荷载随机模型64

3.3.1 基本模型64

3.3.2 随机模型64

3.3.3 时间上的变化66

3.3.4 荷载模型参数66

3.4 风荷载随机模型67

3.4.1 风荷载67

3.4.2 风速平均值68

3.4.3 地面粗糙度（类型）68

3.4.4 风荷载平均值高度变异系数69

3.4.5 阵风强度70

3.4.6 谱密度和阵风自相关函数72

3.4.7 相干函数73

3.4.8 风压平均值和粗糙因数74

3.4.9 风压的阵风系数74

3.4.10 不确定因素75

3.5 雪荷载随机模型75

3.5.1 屋顶上雪荷载的基本模型75

3.5.2 Sg的概率模型76

3.5.3 地面与屋顶的雪荷载转换76

3.6.1 波浪模型78

3.6 波浪及波浪荷载随机模型78

3.6.2 波浪荷载模型80

3.7 冰荷载随机模型81

3.8 地震与地震作用随机模型83

3.8.1 地震动随机过程模型83

3.8.2 地震荷载的随机过程模型84

3.9 温度作用随机模型85

3.9.1 小砌块砌体结构设计基准期内年温差统计分析86

3.9.2 小砌块砌体结构设计基准期内日温差及组合温差统计分析92

3.10.1 冲击荷载的基本模型93

3.10 冲击荷载随机模型93

3.10.2 车辆冲击荷载95

3.10.3 船舶冲击荷载96

3.10.4 飞机碰撞97

3.11 火的模型100

3.11.1 火的引燃模型100

3.11.2 火灾事件100

3.11.3 易燃材料模型101

3.11.4 温度—时间关系102

3.12 极值条件下海洋工程随机荷载概率模型103

3.12.2 极值条件下常见概率模型参数估计104

3.12.1 极值条件下海洋环境荷载常见概率模型104

第4章 工程荷载作用组合基础理论105

4.1 组合理论的基本方法105

4.1.1 峰值叠加法106

4.1.2 穿越分析法107

4.1.3 泊松过程的组合理论109

4.1.4 平方和开方法（SRSS）110

4.1.5 Turkstra法110

4.1.6 Ferry Borges-Castanheta法111

4.1.7 JCSS法112

4.2 持久性可变荷载与临时性可变荷载的组合113

4.2.1 持久性可变荷载与临时性可变荷载的概率模型113

4.2.2 持久性可变荷载与临时性可变荷载组合的解析解114

4.3 相关荷载效应组合118

4.3.1 引言118

4.3.2 相关荷载效应的Turkska组合规则118

4.3.3 等效荷载效应的近似概率分布函数120

4.4 常见随机荷载组合规则比较122

4.5.1 工程随机荷载组合理论的选用123

4.5 工程随机荷载组合分析实例123

4.5.2 不考虑相关性随机荷载组合124

4.5.3 考虑相关性随机荷载组合127

第5章 工程荷载组合设计方法133

5.1 基于可靠度的荷载组合133

5.1.1 结构可靠性的表述及具体应用133

5.1.2 荷载组合规则及设计值的确定135

5.1.3 荷载规范修订后的组合规则137

5.2 随机荷载过程的代表值138

5.2.1 随机荷载的标准值139

5.2.2 随机荷载的频遇值和准永久值139

5.3.1 荷载组合系数概述140

5.3 基于可靠度的组合设计方法140

5.3.2 荷载组合系数确定方法143

5.3.3 荷载组合系数及组合系数法确定设计表达式145

5.3.4 试算法确定设计表达式149

5.4 基于可靠度的设计方法的工程应用149

5.4.1 海洋平台设计方法149

5.4.2 渤海海底管线抗震设计方法154

6.2 常用材料和构件自重的标准值165

6.1 永久荷载标准值的取值165

第6章 永久荷载165

下篇 工程荷载及其分类165

6.3 永久荷载分项系数的选择174

第7章 平面活荷载176

7.1 楼面和屋面活荷载的取值原则176

7.1.1 楼面活荷载标准值的取值原则176

7.1.2 楼面活荷载准永久值的取值原则176

7.1.3 楼面活荷载标准值177

7.2 民用建筑楼面均匀活荷载179

7.2.1 常用民用建筑的楼面均布活荷载标准值及组合值、频遇值和准永久值系数179

7.3.1 一些工业建筑的楼面等效均布活荷载181

7.3 工业建筑的楼面活荷载181

7.2.2 民用建筑楼面活荷载标准值的折减181

7.3.2 操作荷载及楼梯荷载184

7.4 屋面活荷载185

7.4.1 屋面均布活荷载185

7.4.2 直升机停机坪屋面活荷载185

7.4.3 积灰荷载186

7.5 楼面与屋面施工和检修荷载及栏杆水平荷载187

7.6 屋面和楼面荷载效应组合188

7.6.1 屋面和楼面等效均布活荷载的确定方法188

7.6.2 屋面和楼面荷载效应组合200

7.7 楼面荷载及内力计算例题201

7.8 堆货和人群荷载203

7.8.1 堆货荷载203

7.8.2 人群荷载213

第8章 风荷载214

8.1 风的基本概念214

8.1.1 全球性的风214

8.1.2 地域性的风215

8.2 风对城市的作用217

8.2.1 城市规划中考虑主导风向的原则217

8.2.2 各类风向的特征217

8.2.3 局部环流与城市规划218

8.3 风对建筑物的作用219

8.3.1 风荷载的标准值219

8.2.4 近地层风随高度的变化与城市规划219

8.3.2 基本风压220

8.3.3 风荷载体型系数μs221

8.3.4 风压高度变化系数μz233

8.4 风振系数236

8.4.1 顺风向风振和风振系数236

8.4.2 横风向风振239

8.5.1 结构的随机风振动反应分析241

8.5 风荷载的随机模型241

8.5.2 随机风振力与随机风振系数242

8.5.3 等效随机静风荷载244

8.6 风荷载随机振动及随机分布模型245

8.6.1 一维多变量随机过程的模型245

8.6.2 风荷载随机振动和谱方法247

8.6.3 脉动风场的随机模拟方法248

8.6.4 风荷载湍流及其随机性250

8.6.5 风场样本模拟的各种参数及模拟方法253

9.1 基本雪压255

第9章 雪荷载255

9.2 雪荷载标准值257

9.2.1 雪荷载标准值、准永久值、组合值和频遇值257

9.2.2 屋面积雪分布系数259

9.3 雪荷载的概率分布261

第10章 地震作用270

10.1 地震的基本概念270

10.1.1 地震270

10.1.2 地震的成因与地理分布270

10.1.3 地震震级和烈度271

10.1.4 地震波简介272

10.2 地震的随机模型274

10.2.1 平稳随机模型274

10.2.2 非平稳随机模型276

10.2.3 地震危险性分析双态Poisson模型的计算277

10.2.4 人工加速度时程曲线278

10.2.5 抗震设计方法278

10.3 地震作用计算279

10.3.1 地震力计算一般规定279

10.3.2 地震影响系数284

10.3.3 水平地震力计算285

10.3.4 竖向地震力计算293

10.4 时程动力分析294

10.4.1 时程分析简介294

10.4.2 单自由度体系时程分析295

10.4.3 输入地震动的选择控制指标296

10.4.4 地震波的选用297

第11章 温度作用301

11.1 基本概念301

11.2 温度场的数值模拟方法302

11.2.1 温度场理论302

11.2.2 建筑物热过程303

11.2.3 温度场分析和物理模型简化308

11.2.4 混凝土小型空心砌块建筑温度场有限元模拟310

11.3 温度应力的计算319

11.3.1 基本概念319

11.3.2 影响温度应力的因素320

11.3.3 一维结构（构件）温度作用效应320

11.4 火灾中的温度应力322

11.4.1 基本概念和理论323

11.4.2 温度的理论计算法324

11.4.3 影响建筑物火灾温度的因素325

11.4.5 建筑物的耐火等级326

11.4.4 砌体结构的温度应力研究现状326

11.5.1 砌体结构的温度裂缝及其控制330

11.5 工程中的温度裂缝及其控制330

11.5.2 大体积混凝土的温度裂缝及其控制332

11.5.3 高层建筑结构的温度裂缝及其控制333

第12章 波浪荷载336

12.1 波浪的成因及基本概念336

12.1.1 风浪的基本概念336

12.1.2 风浪的成长336

12.1.3 浪级和海况339

12.2.1 波浪的描述341

12.2 波浪的基本性质341

12.2.2 波速、波长和波浪周期342

12.2.3 波列的叠加343

12.2.4 波浪的压力343

12.2.5 波浪的能量344

12.3 波浪荷载344

12.3.1 几种常用的波浪理论及适用范围345

12.3.2 作用于孤立桩柱上的波浪力计算363

12.3.3 群桩波浪力计算369

12.3.4 水下水平构件的波浪力370

12.3.5 速度力系数CD和惯性力系数CM372

12.3.6 海生物附着对波浪力的影响377

12.3.7 设计波高377

第13章 海流荷载380

13.1 海流的形成与特点380

13.2 海流荷载的计算383

第14章 潮汐385

14.1 潮汐的起因与特点385

14.2 引潮力的特性386

14.3.2 潮汐动力学387

14.3.1 潮汐静力学387

14.3 潮汐分析387

第15章 冰荷载405

15.1 冰的基本性质405

15.2 海冰静力作用419

15.2.1 海冰对平台作用的主要形式及影响因素419

15.2.2 大冰原切入直立桩时的冰压力420

15.2.3 流冰冲击桩柱时的冰压力422

15.2.4 流冰撞击力424

15.2.5 低坝冰压力425

15.2.6 大冰原对桩柱的竖向作用力425

15.2.7 冰排对斜面结构物的静冰力426

15.3 海冰动力作用428

15.3.1 冰激振动428

15.3.2 动冰力430

15.3.3 冰力谱432

15.4 海冰作用的概率分析法434

第16章 车辆荷载436

16.1 车辆荷载的特点436

16.2 车辆荷载的取值436

16.2.1 铁路列车活荷载436

16.2.2 公路车辆438

16.2.3 港口车辆荷载446

16.3 车辆荷载的计算449

16.4 车辆荷载算例453

16.4.1 铁路桥涵桥墩（台）验算算例453

16.4.2 公路桥涵行车道板的计算算例454

第17章 起重荷载457

17.1 起重机分类457

17.2 起重机荷载457

17.2.1 起重机竖向荷载和水平荷载457

17.2.2 多台起重机的组合461

17.2.3 起重机工作制的确定462

17.2.4 起重机荷载的组合464

17.2.5 起重机制动力的统计特性465

17.3 港口起重机荷载465

17.3.1 一般规定465

17.3.2 荷载标准值466

第18章 船舶荷载474

18.1 船舶荷载的种类474

18.2 作用于船舶上的风荷载474

18.3 作用在船舶上的水流力475

18.4 系缆力479

18.5 挤靠力480

18.6 撞击力481

第19章 冲击荷载484

19.1 冲击荷载及现象484

19.2 爆炸及其分类485

19.2.1 爆炸概述485

19.2.2 爆炸分类485

19.2.3 炸药爆炸486

19.3 介质中的波487

19.3.1 波的分类487

19.4.1 接触爆炸荷载488

19.3.2 不同介质中波的特性488

19.4 爆炸荷载分析488

19.4.2 接近爆炸的荷载489

19.4.3 水中爆炸491

19.5 冲击荷载作用下的结构分析493

19.5.1 变截面构件受冲击荷载作用493

19.5.2 爆炸作用下海洋平台的结构设计493

第20章 土压力作用496

20.1 三种土压力496

20.3 库仑土压力公式498

20.2 静止土压力498

20.4 朗肯土压力公式500

20.5 土压力计算中的几个问题501

20.6 特殊情况的处理503

20.7 按规范计算主动土压力506

20.8 动荷载情况下的土压力508

20.9 桩土相互作用510

20.9.1 地基反力的计算510

20.9.2 桩的竖向荷载传递方法512

20.9.3 P-y曲线法514

参考文献519