六、荷载的代表值
荷载的取值大小影响结构的可靠性与经济性,所以荷载应根据不同极限状态的设计要求,规定不同的量值,即荷载代表值。水工建筑物的荷载则按《水工建筑物荷载设计规范》(DL5077-1997)取用。
1.荷载标准值Gk,Qk
荷载标准值是指结构构件在使用期间正常情况下可能出现的最大荷载值。一般取具有95%的保证率荷载值作为荷载标准值,即实际荷载超过设计时取用的荷载标准值的可能性只有5%。
2.可变荷载准永久值Qq
所谓准永久值是指可变荷载在结构设计基准期内经常作用的那一部分荷载,它对结构的影响类似于永久荷载。
可变荷载的准永久值Qq可由可变荷载标准值Qk乘以相应的长期组合系数ρ(≤1)得出,即:Qq =ρQk。不同的可变荷载随机变化特征不同,其ρ值就不同。
3.可变荷载组合值Qc
考虑到各种可变荷载不可能同时以其最大值(标准值)出现,而在荷载组合时,取由标准值上乘以小于1.0的组合系数得到的荷载组合值。
七、材料强度的代表值
材料强度也是随机变量,取值直接影响到结构的可靠与经济。材料强度的代表值主要是指材料强度标准值,材料强度标准值是指使用期间正常情况下可能出现的最小值。材料强度的标准值由材料强度概率按具有95%的保证率来确定,即材料的实际强度小于设计时取用的强度标准值的可能性只有5%。
设计时,材料强度尽可能取低些,荷载尽可能取大些,才能保证所设计的结构的可靠性。其中,材料强度可以查表,但荷载需按规范要求自己计算。
八、极限状态计算的实用设计表达式
1.承载能力极限状态设计表达式
基本组合是持久状况或短暂状况下永久荷载与可变荷载的效应组合。
对于基本组合,承载能力极限状态设计表达式为
式中 γ0——结构重要性系数,对结构安全级别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级的结构构件,分别取为1.1、1.0及0.9;
ψ——设计状况系数,对应于持久状况、短暂状况、偶然状况,分别取为1.0、0.95及0.85;
γG、γQ——分别为永久荷载和可变荷载的荷载分项系数。荷载标准值乘以相应的荷载分项系数后即为荷载设计值。永久荷载和可变荷载的设计值可分别记为γGGk及γQQk。一般是γG = 1.05,γQ = 1.2;
γc、γs——分别为混凝土和钢筋的材料性能分项系数;材料强度标准值fck、fyk除以相应的大于1的材料性能(强度)分项系数后,即为材料强度设计值fc = fck/γc 、fy = fyk/γs;
γd——结构系数。在水工结构设计中,结构系数直接与结构构件的可靠度水平有关。
2.正常使用极限状态设计表达式
由于荷载的作用时间长短对抗裂验算的要求、裂缝宽度和变形的大小有影响,因此在正常使用极限状态验算时,应按荷载效应的短期组合及长期组合分别进行。