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摘要：土木工程建设与我们的生活息息相关，现代的土木工程建设以生产力的发展为动力，新开发的多功能材料为基础，新型的工艺和机械为手段积极地向前发展。土木工程的建设要对多方面内容考虑，既考虑到工程的美观实用，也要重视到安全性和经济性。特别是安全性，与土木工程的结构设计有着极为密切的关系，荷载也在土木工程建设中有着很重要的意义。下面就土木工程的结构设计和荷载进行探讨。
关键词：土木工程；荷载；结构设计；分析
引言：荷载和结构设计是属于土木工程专业的基础课程，在土木工程的教学目标中有提到:尽量让土木工程专业的不同方向的学生对荷载和结构设计都有一定的了解，尽最大的可能让学生知道各种不一样的荷载以及荷载相对应的方程式，在此基础上应该要掌握结构设计的基本理论、结构可靠原理以及结构设计的方法。目前国内的相关研究方面存在一定缺陷，在教学内容上很少对比区分不同结构形式上不同荷载的计算方法和结构设计方法，也没有在具体知识点上体现出差异性和共同点。
1.土木工程荷载
1.1土木工程设计以及与荷载的关系
水木工程中经常会提及到的名词最常见的就是荷载与作用。对于实际的工程设计来说，荷载和作用一般来说并不影响作用效应计算和结构的本身，主要就是一个概念的问题，在我们国家，一般的情况下，荷载指的是直接的作用，而作用有的时候指的就是间接作用和直接作用，但是在国际上，还是有不少的国家对作用和荷载没有明确严格的区分。现在的水木工程的建造有几个主要的环节，是策划、设计、施工。最主要的环节之一有设计，设计包括有结构的设计以及功能的设计。决定采用怎么样的形势的骨架将其支撑起来，怎么样来抵御和传递作用力，有那种材料制造，每个部分的尺寸优势怎么样的等等这些都是结构的设计。功能的设计主要是实现工程建造的用途以及建造的目的是什么。工程的结构设计是要再工程的结构的适用性与外形美观、可靠性与经济之间，选择出一种非常合理的一种平衡。使得我们建造的结构可以让预定的各项功能得到满意。工程结构里面所提到的可靠性，指的就是适用性、安全性以及耐久性，这些可以统一称之为可靠性。如果用工程的结构的可靠性用概率来度量的时候，就称作是可靠度了。
1.2土木工程荷载的分类
第一是按着时间的变化来分类的，一共是分了3个类别，其中有永久的作用，偶然的作用，可变的作用，永久的作用在设计的基准期之内量的值是不随着时间的变化的，或者说与平均值相比较而言基本就是没有什么变化，所以可以忽略不计的。因此，永久荷载的统计时间参数跟规律是没有关系的。它的随机性主要表现在空间位置的变异上面，比如说土压力、水位不变的水的水压力、预加压力、结构自重、地基变形、钢材的焊接变形、混凝土收缩等等都是属于永久作用的。偶然作用是在设计的基准期之内不一定会出现的，但是，如果说出现了，它的量值是很大的，再就是持续的时间非常的短。比如说龙卷风、撞击力、爆炸力等等都可以认为是偶然的作用。可变的作用在设计的基准期之内量的值是随着时间在变化的，而且它的变化和平均值相比不可以忽略。与时间参数有关系的就是可变作用的统计规律。又比如说雪荷载、波浪荷载、水位的变化的水压力、风荷载、人群荷载、房屋建造当中的楼面活荷载、路面桥梁结构上面的车辆荷载、积累的灰尘的荷载等等，这些都是属于可变的作用的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第二是按着结构的动力反应分类的，主要是由两大类，一个是静态作用，另一个是动态作用，静态作用对结构或者构件不产生加速度的，也可以说是产生的加速度基本忽略不计，比如说房屋的楼面活荷载等等。动态作用使得结构或者构件产生的加速度是不能够忽略不计的荷载。比如说地震、设备震动、行驶通过桥梁的车辆、火车荷载等等。
2.土木工程结构设计方法
2.1结构可靠度设计方法
当前,在设计结构可靠度上,较为常用的方法是在结构设计中应用概率论的相关知识。在设计结构可靠度时往往是依据不同极限状态来进行设计,主要包括正常使用极限状态、承载力极限状态以及耐久性极限状态等。再者,采用数据统计的方法来得到荷载数值,通过对相关调查数据的统计与分析,并采用相关统计学的方法来确定出标准荷载值。最后,采用目标概率的方法来确定结构的荷载关系与抗力系数。通常为了确保结构的安全性,采用的是目标概率的95%。
2.2多系数极限状态设计法
通常而言,土木工程结构主要有正常使用状态以及极限状态,其中前者结构处于设计可承受范围,而后者则指结构所承受荷载已经超出设计中最大限值。结合实际来看,一旦土木工程结构处于极限状态,那么极易出现一些严重危害其结构安全性的问题。对此,笔者认为可以在其结构设计中采取多系统极限状态设计法,即设计人员首先需要充分结合土木工程实际将其结构设计状态中诸如荷载、材料强度以及结构抗力等系数确定下来,随后对土木工程结构开展多系数下极限状态设计,以此确保结构所受荷载能够处于可承受范围。
2.3容许应力设计方法
容许应力设计方法提出时间较早,其是以弹性理论为主要理论基础,对在设计结构过程中使用一个统一的系数来对一切不确定因素进行考虑。并没有一个统一的标准来衡量材料的强度极限,且通常依靠经验来确定安全系数,并未全面考虑材料的塑性性能。
3.荷载和结构、抗力的分析情况
3.1影响结构可靠性的因素以及它的随机性
影响结构可靠性的因素是很多种的，其中主要是由两个大的方面，一个方面就是结构本身对各种各样的作用效应的抵抗能力，另一个方面就是结构所受到的各种各样来自于外界的作用。施加在结构上面的各种各样的作用将在支座处产生反力，同时使得结构产生内力、变形、倾覆和滑移。内力包括弯矩、轴力、扭转以及剪力。影响着结构的抗力的主要因素应该是构件的几何参数、材料的性能情况以及计算模式的精确性等等。
3.2结构的可靠度
所谓的结构的可靠度指的是什么呢，就是一个时间的问题，比如说时间是要在一定的范围之内的，这是有规定的，在一定范围之内的条件之下，可以完成的所预定的功能的一个概率，这样来看呢，结构的可靠度是结构可靠性的一个概率度量。换句话来说，也就是说对结构的可靠性有着一种定量的概述。在各种的随即条件因素影响之下，结构完成的预定的功能的能力是不可以预先就可以确定的。只有是用概率来描述才可以。由于结构失效一般为小的概率事件，失效的概率对结构的可靠度的把握也就更加的直接，所以就习惯于采用失效的概率来度量结构的可靠性。
总结：土木工程发展到现在，起到了至关重要的作用，是不可忽视的，然而随着社会的发展，也逐渐的进步起来，蒸蒸日上。随着其他各种各样的科技的不断的发展，以及人类活动的慢慢扩大，水木工程面对的对象也会随着慢慢的扩大起来，而且会有很多的扩张。未来的发展有可能会将目标转向海洋和太空的发展，我们期待着我们国家的技术发展的越来越好，创造出各种新型的材料，新型的科技等等，在这些新擦聊、新技术的支持下，将发展的更加美好。
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论文作者:邵东军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/11
标签：荷载论文; 结构论文; 土木工程论文; 作用论文; 结构设计论文; 概率论文; 可靠性论文; 《建筑学研究前沿》2017年第8期论文;