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
2、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：结构材料性能的不定性、结构几何参数的不定性、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。标准高度的规
3、定 。我国建筑结构荷载规范规定以 10m 高为标准高度。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。公称风速的时距。规定的基本风速的时距为 10min。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。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：地震震级是衡量一次地震规模大小的数量等级。地震烈度是某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度。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
4、的烈度也越大。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，震中烈度越高震中烈度与震级 近似关系： 0321 IM ；非震中区，烈度与震级的关系： 1lg32321 0 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：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，将不是作用，但同样引起结构效应的因素称为间接作用。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） 1. 计算下图中的土层各层底面处的自重应力。（ 10分
5、） 解： acz KPh 0.340.217111 （ 2 分） acz KPhh 2.1068.3190.21722112 （ 2 分） acz KPhhh 6.1 4 02.4102.188.3190.2173322113 （ 3 分） aczKPhhhh8.1 5 90.2106.192.4102.188.3190.217443322114 （ 3 分） 2. 设标准地貌为空旷地面，标准高度为 10m，条件下测得的风速变化指数15.0s ，梯度风高 mH TS 365 ，基本风压 20 /7.0 mKNw 。计算某市中心 3.0a ， mH a 390 ，高度为 25m 处的风压。（ 1
6、0分） 解： 根据非标准条件下风压的换算公式： 2soaazzwzw（ 2分） 已知： mz 25 ， mzs 10 ， 3.0 ，将高度为 25m 处的风压换算成该地貌标准高度处的风压 则 ： 3.02102525 oaaww oaa ww 73.125 （ 1） （ 2分） 又根据非标准地貌的风压换算公式： asaTssTsooa zHzHww 22 （ 2 分） 已知： 2/7.0 mKNw o ， 15.0s ， 365TsH ，30.0a ， 390TaH ，将该地貌处得基本风压换算成标准地貌的基本风压。 则： 30.0215.0225390103657.0 oaw （ 2 分） 2
7、/3 9 3.0 mKNw oa （ 1） （ 2）代入（ 1）得 2/68.0393.073.1mKNwwaa（ 1 分） 答： 上海市中心某地的标准风压为 0.68KN/m2 。 3. 设有一单质点体系，质点重为 100KN，体系自振周期为 1.0 秒，位于基本烈度 8 度区，体系所在地设计反应谱特征周期 Tg 0.4s，设计反应谱下降段指数为 b=0.7，动力系数最大值 25.2max ，体系结构设计基准期为 50 年，求体系所受小震烈度的水平地震作用。（ 10分） 解：求地震系数。因小地震烈度比基本地震烈度小 1.5 度，则计算地震烈度为： I=8-1.5 6.5 (2 分 ) 地震系
8、数公 式 k=0.125 2I-7=0.125 26.5-7=0.088 (2 分 ) 根据我国建筑抗震设计规范，地震系数取平均值的 85 0 7 5.00 8 8.085.0 k (2 分 ) 计算动力系数。因 TTg，则 18.10.1 4.025.2 7.0 T(2 分 ) 地震作用为 KNTkGF 85.818.1075.0100 (2 分 ) 4.已知一各三层剪切型结构，如下图，已知该结构的第一阶周期为 T1 0.433s，设计反应谱的有关参数 Tg=0.2s、 b=0.9、 max=0.16，采用底部剪力法计算地震作用产生的底部最大剪力及结构各层的地震作用。（ 20 分） 解：确定
9、地震影响系数 0 7 9 8.016.04 3 3.0 2.0 9.0m ax9.0 TTg (2分 ) 求底部最大剪力 1 EGF ,因质点数 n 3， 85.076122 13 nn (2 分 ) KNF 9 9 1.20 7 9 8.08.90.25.10.185.0 (4 分 ) 各质点地震作用： KNFHG HGF EKii 819.0991.2130.195.152 52111 (4 分 ) KNFHG HGF EKii 1 0 6.19 9 1.2130.195.152 95.1222 (4 分 ) KNFHG HGF EKii 065.1991.2130.195.152 130
10、.1333 (4 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=.1
11、0 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） 1. 设有一单质点体系，质点重为 100KN，体系自振周期为 1.0 秒，位于基本烈 度 8 度区，体系所在地设计反应谱特征周期 Tg 0.
12、4s，设计反应谱下降段指数 为 b=0.7，动力系数最大值 25.2max ，体系结构设计基准期为 50 年，求体系 所受小震烈度的水平地震作用。（ 10 分） 解：求地震系数。因小地震烈度比基本地震烈度小 1.5 度，则计算地震烈度为： I=8-1.5 6.5 1 地震系数公式 k=0.125 2I-7=0.125 26.5-7=0.088 3 根据我国建筑抗震设计规范，地震系数取平均值的 85 0 7 5.00 8 8.085.0 k 1 计算动力系数。因 TTg，则 18.10.1 4.025.2 7.0 T2 地震作用为 KNTkGF 85.818.1075.0100 3 2.已知一矩
13、形平面钢筋多层建筑，位于城市中心，建筑高度 45m，平面沿高度保持不变，迎风面宽 B 20m 地 面粗糙度指数 2.0a ，基本风压按地面粗糙度指数的地貌 16.0s ，离地面 10m 高风速确定的基本风压为 20 /55.0 mkN ，风振系数沿高度不变为 0.1z ，求建筑物底部弯矩。（标准地貌的梯度风高为 350m；该城市梯度风高为 400m，建筑物沿高度划分为三段计算）（ 20 分） 解： 0wzzzw zsgk 2 矩形结构，风载体形系数 3.1s ； 1 20 /55.0 mkN 1 0.1z 1 风压高度变化系数 z 4.02.022.0216.0222222210713.010
14、1040010350101010 zzzHHzzZHZHzTaTSsTaSTSzaaSaaS2 838.01 106.12 301.13 3 k p a5 9 2.055.08 2 8.00.13.11 2 k p a79.055.01 0 6.10.13.12 2 k p a93.055.03 0 1.10.13.13 2 mkNHHHM 43.744593.03079.015592.0332211 4 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
15、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： 15m 15
16、m 15m 20m 0 SRSR SR ，令22cos SR RR ，22cos SR SS ，22 SR SR 于是有： 0c o sc o s SR SR ，如图所示 ROS 坐标系， 于是可得：RRPOR c o sc o s* ，SSPOS c osc os* 进行变换到原坐标系，于是RRRRRRR c o s* ，SSSSSSS c o s* ， 已知坐标系 SOR 中，极限状态方程： 0SR ，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
17、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） 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
18、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 0.50.9（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
19、来说的。 7 如何确定结构的目标可靠指标；（ 5 分） SRO*P*S*RRS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
20、，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
21、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）： 1 某结构在抗震设计时可简化成单质点体系，如图所示。已知该结构位于设防烈度为 7 度的III 类场地上，设计地震分组为第一组。集中质量 Kgm 4100.8 ，结构阻尼比 05.0 ，自振周期为 1.64s，求多遇地震时水平地震作用标准值EXF。（本题 6 分） 解：根据已知条件，查
22、书中表 4-4、 4-5 得，水平地震影响系数最大值 08.0max ，特征周期 sTg 45.0，根据结构阻尼比可知： 0.9， 1 0.02， 2 1.0， 因gg TTT 5，故 025.008.00.164.1 45.09.0m a x2 TT g 于是水平地震作用 kNGFEK 6.198.9100.80 2 5.0 4 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mKNM Gk 35 ；风荷载 mKNM k 101 ；吊车竖向荷载 mKNM k 53 ；吊车水平荷载mKNM k 154 ；屋面活荷载 mKNM k 32 ，求 A 柱柱底弯矩设
23、计值（只考虑承载能力极限状态）。（本题 10 分） 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(7.04.13535.1 2）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)
24、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， 36100.850 mW ， 05.0W屈服强度 f：正态分布， MPaf 270， 10.0f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WfWMfZ 1 40 00 01）中心点法 （ 1）取用抗力列式 mNWfZ 8 95 0
25、01 40 00 ， mNfWWffWWfZ 9.2 5 6 5 8222222 可知可靠指标 48.3 （ 2）应力列式 MP aMWfZ3.105 ， M P aMM WWffWWfZ 0.272222222 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 WWWW ，于是在新坐标系中，极限状态方程为： 0)( MWfWWff 2*2*1 )()(Wfff fWW ，2*2*2 )()(WfWW fW f ， 第一次迭代 *W ， *f 用平均值代入，于是有： 0)(
26、 MWWWfff ，求出 ，计算过程如下表所示。 迭代步 Xi *iX i 1 f W 0 610270 610850 -0.894 -0.447 3.74（舍弃52.2） 3.74 2 f 3.74 610180 -0.940 3.71（舍弃 -0.03 W 610779 -0.342 65.41） 3 f W 3.71 610176 610796 -0.944 -0.329 3.71（同上舍弃方法） 0.00 由上表可以看出，采用验算点法两步即可达到收敛。 （一）填空题 1.作 用随时间变化可分为 永久作用、可变作用、偶然作用 ；按空间位置变异分为 固定作用、自由作用 ；按结构反应分类分为
27、 静态作用、动态作用 。 2.造成屋面积雪与地面积雪不同的主要原因是 风的飘积作用 屋面形式 屋面散热 等。 3.在公路桥梁设计中人群荷载一般取值为 3KN m2市郊行人密集区域取值一般为 3.5 KN m2 - 4.土压力可以分为 静止土压力 主动土压力 被动土压力 。 5.一般土的侧向压力计算采用 朗肯土压力 理论或 库仑土压力 理论。 6.波浪按波发生的位置不同可分为 表面波 内波 。 7.根据冻土存在的时间可将其 分为 多年冻土 季节冻土 瞬时冻土 。 8.冻土的基本成分有四种： 固态土颗粒 ，冰， 液态水 ，气体和水汽 。 9. 冻土是一种复杂的 多相天然复合体 ，结构构造也是一种非
28、均质、 各向异性 的多孔介质。 10.土体产生冻胀的三要素是 水分 土质 负温度 。 11.冻土的冻胀力可分为 切向冻胀力 法向冻胀力 水平冻胀力 。 12.水平向冻胀力根据它的形成条件和作用特点可以分为 对称 和 非对称 。 13.根据风对地面（或海面）物体影响程度，常将风区分为 13 等级。 14.我国建筑结构荷载规定规定以 10m 高为标准高度，并定义 标准高度处的最大风速 为基本风速。 15.基本风压是根据 规定的高度 ，规定的地貌，规定的时距和 规定的样本时间 确定最大风速的概率分布，按规定的 重现期（或年保证率） 确定的基本风速，然后根据风速与风压的关系所定义的。 16.由风力产生
29、的 结构位移 速度 加速度响应 等称为结构风效应。 17. 脉动风 是引起结构振动的主要原因。 18.在地面粗糙度大的上空，平均风速 小 脉动风的幅度 大 且频率 高 。 19.脉动风速的均方差也可根据其 功率谱密度函数 的积分求得。 20.横向风可能会产生很大的动力效应，即 风振 。 21.横向风振是由不稳定的空气动力特征形成的，它与 结构截面形状 及 雷诺数 有关。 22.在空气流动中，对流体质点起主要作用的是两种力 惯性力 和 粘性力 。 23.根据气流旋涡脱落的三段现象，工程上将圆桶试结构分三个临界范围，即 亚临界范围 超临界范围 跨临界范围 。 24.地震按产生的原因，可以分为 火山地震 陷落地震 和 构造地震 25. 由于地下空洞突然塌陷而引起的地震叫 陷落地震 而由于地质构造运动引起的地震则称为 构造地震 。 26. 地幔的热对流 是引起地震运动的主要原因。 27. 震中 至 震源 的距离为震源深度，地面某处到震中的距离为 震中距 。 28.地震按震源的深浅分，可分为 浅源地震 中源地震 深源地震 。
