地震荷载效应组合分析

结构在使用期间，除受恒载外，可能会承受两种以上的可变荷载，如水工结构上的水压力、浪压力、泥沙压力等，建筑结构上的活荷载、风载、雪载等，这些可变荷载在结构设计基准期内同时出现最大值的概率很小。因此，除了了解单一荷载效应的概率特性外，还需考虑多个可变荷载效应组合的概率特征。但由于问题的复杂性，迄今尚无较成熟的理论研究方法，本节只讨论工程设计中较为常用的两种荷载效应组合规则。

1.土尔克斯特拉（Turkstra）组合规则

该组合规则是，轮流以一个荷载效应的设计基准期T内最大值与其余荷载效应的任意时点值组合（图3-5），即

图3-5　三个可变荷载的组合

式中　t0——Si（t）达到最大值的时刻。

在结构设计基准期T内，荷载效应组合的最大值Sc（结构设计采用值）取为上列诸组合中的最大值，即

例如，水工结构考虑永久荷载G、水压力荷载Q、扬压力荷载W的荷载效应组合。对于可变荷载Q与W，每一次组合只考虑其中之一达到设计基准期T年内荷载效应最大值，其余按荷载效应的任意时点值参与组合，所得两种荷载效应组合为

式中　SG——永久荷载效应；

、——Q、W在结构设计基准期T内的最大荷载效应；

、——Q、W任意时点荷载效应。

、中的大者则为结构设计采用的荷载效应组合。

式（3-31）中任一组合的概率分布，可根据式中各求和项的概率分布通过卷积运算求出，即(www.xing528.com)

式中　ri——效应Si（t）在设计基准期T内的总时段数，并按从小到大的顺序排列：r1≤r2≤r3≤…≤rN；

＝（x）——荷载效应组合的概率分布函数；

Fi＝（x）——效应Si（t）的任意时点分布函数；

“*”——代表卷积运算。

需指出，该规则并非偏于保守，因为在理论上还可能存在更不利的荷载组合[例如，T内某时刻，多个可变荷载出现T内次大值荷载效应，其效应组合值有可能大于由式（3-32）确定的Sc，此类情况应具体分析]。但因其计算简单，工程应用较广，分别为我国《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》（GB 50199—94）、《铁路工程结构可靠度设计统一标准》（GB 50216—94）和《港口工程结构可靠度设计统一标准》（GB 50158—92）采用。

2.JCSS组合规则

该规则是国际结构安全度联合委员会（JCSS）建议并由我国《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068—2001）采用的一种荷载效应组合规则。其组合规则为：

（1）假定结构上荷载效应过程Si（t）（i＝1～n）在T内均为平稳二项随机过程（图3-6），并按Si（t）在T内变动一次持续时间长短，将τi按从大到小的顺序排列：τ1≥τ2≥τ3≥…≥τn。

（2）组合时，将某一可变荷载Q1（t）在设计基准期T内的最大值效应（持续时间为τ1），与另一可变荷载Q2（t）在τ1内的局部最大值效应（持续时间为τ2），以及第三个可变荷载Q3（t）在τ2内的局部最大值效应相组合，依此类推，即

图3-6中阴影部分为三个可变荷载效应组合的示意。

按该规则确定荷载效应组合的最大值时，应考虑Qi（t）在T内各时段τ上取得效应最大值的随机性，注意到所有可能的不利组合，取其中最不利者进行结构设计。对于n个荷载组合，一般有2n—1项可能的不利组合。

图3-6　JCSS组合规则