第6章其讲义它荷载与作用1

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第8-讲其他荷载与作用

第六章其他荷载与作用
2020/2/20
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第六章其他荷载与作用
2020/2/20
2
§6.1 温度作用
基本概念及温度作用原理固体的温度发生变化时，会产生变形，如果变形受到约束，固体内将产生应力温度变化
➢季节变化 ➢室内外温差变化 ➢混凝土水化热（大体积混凝土） ➢火灾
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➢压力波：爆炸压力以超压为主，动压可以忽略
爆炸作用的特点
➢峰值压力 ➢升压时间 ➢泄爆压力
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§6.5 行车动态作用
冲击作用
➢由于车辆荷载动力作用而使桥梁发生振动造成内力和变形增大的现象
公路桥冲击系数
钢筋混凝土、混凝土、砖石砌桥涵的冲击系数
结构种类
跨径或荷载长度（m）
梁、刚构、拱上构造、柱式墩台、涵洞盖板
➢方法二：将温度变化当作等效力作用于结构
T1
M
T2
N
N

EA
EA T1 T2 2
T0
M

EI

EI h

T2

T1
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§6.2 变形作用
基本概念对于超静定结构，如果结构的约束或非约束处被迫发生变形，这一变形将使结构产生内力常见的变形作用
➢W—车辆总重力（kN）
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§6.5 行车动态作用
制动力
➢公路桥1、2车道，荷载长度内车队总重的10%，不小于一辆车的30% ➢公路桥4车道去上述制动力的2倍 ➢公路桥履带车和平板挂车不记制动力 ➢城市桥城—A制动力采用160kN或10%车道荷载中较大值 ➢城市桥城—B制动力采用80kN或10%车道荷载中较大值 ➢城市桥2条或2条以上车道，以2车道为准，制动力不折减

建筑结构上的荷载与作用

腐蚀作用
高湿度环境会加速建筑材料的腐蚀，如木材腐朽、金属锈蚀等。
腐蚀环境对结构影响
化学腐蚀
01
建筑物处于腐蚀性环境中，如酸雨、盐碱地等，会导致建筑材
料的化学腐蚀。
电化学腐蚀
02
不同金属间存在电位差，会导致电化学腐蚀的发生，如钢筋在
混凝土中的锈蚀。
生物腐蚀
03
微生物、昆虫等生物活动会对建筑材料造成破坏，如木材被白
智能化技术是当前科技发展的热点之一，其在建筑结构工程领域的应用前景广阔。通过引入智能化技术，可以实现建筑结构的自适应、自修复和智能化管理，提高结构的安全性和可靠性。
随着环保意识的不断提高，绿色环保理念将在建筑结构工程中得到更广泛的推广和应用。在未来的发展中，应注重环保材料的选择、节能减排措施的实施以及建筑废弃物的回收利用等方面，推动建筑结构工程向更加环保、可持续的方向发展。
荷载分类
根据荷载的性质和变化规律，可分为静力荷载和动力荷载；根据荷载的作用时间和变化特点，可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。
作用在建筑结构上的力
风力
风对建筑结构产生的压力或吸力，是可变荷载的一种。
雪荷载
积雪对建筑结构产生的压力，是可变荷载的一种。
重力
建筑结构自身重量产生的重力，是永久荷载的主要来源。
影响
风荷载会对建筑物的稳定性和安全性产生影响，特别是在高层建筑、大跨度桥梁等结构中，风荷载的作用更加显著。
雪荷载
定义
雪荷载是指降雪在建筑物顶部或屋面上堆积产生的荷载。
影响
雪荷载会对建筑物的屋顶结构和承重墙等产生压力，可能导致结构变形或破坏。
计算方法
雪荷载的计算需要考虑降雪量、雪的密度、建筑物的形状和坡度等因素，通常采用规范规定的公式进行计算。

《荷载与作用》课件

线荷载：作用在一条线上的荷载
体荷载：作用在一定体积上的荷载
静荷载：不随时间变化的荷载
04 常见荷载与作用
恒载
定义：建筑物自身重量和固定设备重量的总和特点：长期作用于建筑物，不随使用条件变化影响：影响建筑物的稳定性和承载能力计算方法：根据建筑物的材质、结构、尺寸等因素进行计算
活载
定义：活载是指在结构上施加的随时间变化的荷载特点：活载的大小、方向和作用点随时间变化常见类型：交通荷载、风荷载、地震荷载等影响：活载对结构的安全性、稳定性和耐久性有重要影响
结构分析方法：静力分析、动力分析、稳定
性分析等
结构分析软件：有限元分析软件、结构分析
软件等
结构优化设计：根据结构分析结果，对结构进行优化设计，提高结构的安全性和稳定性。
静力分析方法
静力分析的定义：研究结构在静力作用下的响应
静力分析的方法：有限元法、边界元法、有限差分法等
静力分析的应用：结构设计、优化、安全评估等
课件背景
荷载与作用是建筑结构设计的基础课件旨在帮助学生理解荷载与作用的概念、分类和计算方法课件内容涵盖了荷载与作用的基本原理、计算方法和应用实例课件适用于建筑结构设计、土木工程等专业的学生和从业人员
课件目的
介绍荷载与作用的基本概念
讲解荷载与作用的分类和特点
提供荷载与作用的计算方法和实例
静力分析的步骤：建立模型、施加荷载、求解、结果分析等
动力分析方法
静力分析：研究结构在静力作用下的响应动力分析：研究结构在动力作用下的响应静力-动力分析：结合静力和动力分析，研究结构在复杂荷载作用下的响应数值模拟：通过计算机模拟，分析结构在荷载作用下的响应

第六章其它荷载与作用

荷载与结构设计方法
第六章其它荷载与作用
第六章其它荷载与作用
本章内容第一节温度作用第二节变形作用第三节冻胀力第四节爆炸作用第五节行车动态作用
第一节温度作用
一、温度作用基本概念及原理
当结构物所处环境的温度发生变化，且结构或构件的热变形受到边界条件约束或相邻部分的制约，不能自由胀缩时，就会在结构或构件内形成一定的应力，这个应力被称为温度应力，即温度作用，是指因温度变化引起的结构变形和附加力。温度作用——因温度变化引起的结构变形和附加力。
图6-1 工程结构物的变形
第二节变形作用
对于混凝土结构而言，有两种特殊的变形作用，即徐变和收缩。二、混混凝凝土土收收缩缩：和徐变 ➢混凝土在空气中结硬时其体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。
混凝土徐变：混凝土在长期外力作用下产生随时间而增长的变形称为徐变
第二节变形作用
工程设计中如何考虑？
允许产生符合其约束条件的位移，结构内不会产生应力和应变 ➢对于超静定结构：
多余约束限制结构自由变形，从而产生应力和应变
第二节变形作用
由于在工程实际中大量碰到的是超静定问题，在这种情况下，由于变形作用引起的内力问题必须引起我们足够的重视，譬如支座的下沉或转动引起结构物的内力；地基不均匀沉降使得上部结构产生次应力，严重时会使房屋开裂；构件的制造误差使得强制装配时产生内力等等。
②大体积混凝土梁结硬时，水化热使得中心温度较高，两侧温度偏低，内外温差不均衡在截面引起应力。
第一节温度作用
二、温度应力计算
根据不同的结构类型和约束条件考虑温度变化对结构内力和变形的影响。
静定结构：
静定结构在温度变化时能够产生自由变形，结构物无约束应力产生，故无内力。此变形可由变形体系的虚功原理计算。

荷载与作用

荷载与结构设计(前六章)知识点熊茂翔(哈尔滨工业大学威海) 摘要：荷载与结构设计课程主要讨论工程荷载特性和研究结构可靠度、稳定性问题。

课程讲解过程主要强调后者，导致学生明白了结构可靠度的问题，却不甚了解工程荷载的种类及其特点的尴尬现状。

此篇论文，以清晰、准确的方式集中归纳了各荷载章节的知识点，补充了老师教学过程中的非主观短板，也可以让同学从基本理论、基本概念、基本模式上理解知识点，打好三基，将认识和理解深入贯彻。

关键词：荷载与结构设计；知识点归纳；地震；风荷载；Load and structural design (the first six chapters) knowledgegeneralizations (Xiongmaoxiang)Abstract: Load and structure design course mainly discuss engineering load characteristics and research structure reliability and stability problem. Course interpretation process, resulting in the latter basically emphasize students understand the structure reliability problems, but does not understand very engineering load species and characteristics of embarrassing situation. This paper, based on clear and accurate manner concentrated summarizes the knowledge of various load chapters, added the teacher in the teaching process of the subjective short board, also can let students from the basic theories, basic concept, the basic mode of knowledge, understanding, will play good sanki deep-going understanding and the understanding.1. 荷载与作用1.1工程结构工程建筑物中以各种工程材料建成的能承受荷载或其他作用的构件的组合体。

第六章-其它荷载与作用(修改)

P P2
二、爆炸力学性质
P
P
P1
从压力时间曲线看： ➢核爆升压时间很快；
P1
t
t
O
O t2
O t2
t
负压段
（a）核爆炸
（b）化学爆炸图6-2 压力—时间曲线
（c）燃气爆炸
➢化爆升压时间相对较慢，峰值压力亦较核爆为低；
➢燃爆升压最慢，峰值压力也更低。
超2. 压冲击波爆和炸会压在力瞬波间压缩周围空气而产生超压，爆炸压力超过正常大气压，
《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)规定： ➢一个设计车道上汽车制动力标准值按规定的车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10％计算，但公路－Ⅰ级汽车制动力标准值不得小于165kN；公路－Ⅱ级汽车制动力标准值不得小于90kN。
➢同向行驶双车道的汽车制动力标准值为一个设计车道制动力标准值的两倍；同向行驶三车道为一个设计车道的2.34倍；同向行驶四车道为一个设计车道的2.68倍。
Ⅴ
不冻胀弱冻胀
冻胀强冻胀特强冻胀不ห้องสมุดไป่ตู้胀弱冻胀
冻胀强冻胀特强冻胀
第三节冻胀力
（1）切向冻胀力平行于结构物基础侧面产生上拔力，下图所示基础侧面作用的侧向力T。
（2）法向冻胀力垂直于结构物基础底面，下图所示基础底面作用的法向力N。
P
G
T
T
冻
土
T
T
深
度
N
冻胀力 ho
第三节冻胀力
（3）水平冻胀力垂直作用于基础或结构物侧面，当水平冻胀力对称作用于基础两侧，侧向力相互平衡，对结构无不利影响；当水平冻胀力作用于下图所示挡土结构侧壁时，会产生水平方向推力，类似于土压力的作用。

荷载与作用课件ppt

p
➢ Qk :某一(偏于不利得)分位值;
fQT pk
➢ pk : Qk不被超越得概率,即标
准值得保证率;
O
平均值 Qk
QT
概率分布曲线
36
第1章荷载与作用
荷载代表值得分类-标准值
➢ ②重现期Tk取值法: ➢ 荷载值保证率 pk (重现期50年)
p
年最大雪压的概率分布曲线
pk=0.98
设计基准期内最大雪压的概率分布曲线
作用、爆炸力
➢ 两点说明: ➢ 动态作用更不利,设计时×动力系数 ➢ 划分静态作用与动态作用得原则,不在于作用本身就是否具有动力特征,而主要在于她就是否使结构产生不可忽略得加速度。
25
第1章荷载与作用
判断下列作用属于动态得还就是静态得 ➢ 停在桥中间得汽车 ➢ 在桥梁上呼啸而过得火车 ➢ 吹在砖混结构上得风 ➢ 吹在高耸结构上得风
荷载代表值得分类-标准值 ➢ 荷载标准值:荷载得基本代表值,为设计基准期内
最大荷载统计分布得特征值。
➢ 概率分布曲线(阴影面积为保证率) ➢ 一般取95%保证率得荷载值为标准值
Q(t)
fQT
p 1, r 50, 1
pk
o
Tt O
平均值QkFra bibliotekQT32
第1章荷载与作用
荷载代表值得分类-标准值 ➢ 取值方法 ➢ ①分位值取值法:标准值为设计基准期内最大作
个值就就是荷载得准永久值。
42
第1章荷载与作用
荷载代表值得分类-频遇值、准永久值
Q
Qf
超过 Qf 的持续时间
Qq
超过 Qq 的持续时间
T
频遇荷载值与准永久荷载值

荷载课件

本章小结
几个重要概念：
荷载；作用；作用效应；作用分类
结构设计方法：概率极限状态设计法
第2章重力荷载
§2.1重力
一、结构自重
结构的自重是由地球引力产生的组合结构的材料重力，一般而言，可以根据结构的材料种类、材料体积和材料容重计算结构自重。结构自重一般按照均匀分布的原则计算，在施工阶段，构件在吊装运输或悬臂施工时引起的结构内力，有可能大于正常设计荷载产生的内力，因此，在施工阶段演算构件的强度和稳定时，构件重力应乘以适当的动力系数。自重指结构的材料自身重量产生的重力，属永久作用。
其中，Ka= tan2(45°－ φ/2) 对无粘性土，σa沿墙高三角形分布，如图2-8b
Ea=1/2 γH2Ka
对粘性土， σa分布如图2-8c,包括土压力γzKa和粘聚力引起的负侧压力（即拉力）2c√Ka，不考虑这部分拉力，则
Ea=1/2 （H－z0）(γHKa－ 2c√Ka)
其中， z0 = 2c/ γ√ Ka
2.屋面活荷载 1）房屋均布活荷载 2）屋面积灰荷载
表2-19 表2-21
积灰荷载应与雪荷载或屋面活荷载两者中的较大值同时考虑。
§2.2
侧压力
一、土的侧向压力
1.基本概念及土压力分类土压力——墙后填土的自重或填土表面上的荷载对墙产生的侧向压力。根据墙的位移情况和墙后土体所在的应力状态，可分为： 1）静止土压力E0 2）主动土压力Ea 3）被动土压力Ep Ea ＜ E0 ＜Ep
cz z
(a)任意深度水平截面上的土自重应力
(b)自重应力呈线性增加
一般情况下，地基土由不同重度的土层所组成。如图所示，天然地面下深度z范围内各层土的厚度自上而下分别为h1，h2，…， hi，…，hn，则多层土深度z处的竖直有效自 n 重应力的计算公式为：

荷载与作用PPT课件

（2）工程结构需要形成一个坚实的骨架承受使用过程中可能出现的各种外力和环境作用。—安全性
房屋结构：承受自身重量、人群和家具重量、风压力和雪重等作用；道路桥梁：承受车辆重量、车辆制动力和冲击力、水压力和土压力等作用；在地震区的工程结构：承受地震作用。
第2页/共17页
第一章荷载与作用第一节工程结构荷载与作用
作用按时间的变异分类
最主要的分类（应用最多）
第12页/共17页
第一章荷载与作用第三节荷载代表值
在设计时为了便于取值，考虑荷载变异的统计特征赋予一个规定的量值，称为荷载代表值。
荷载代表值
标准值组合值频遇值准永久值
第13页/共17页
第一章荷载与作用第三节荷载代表值
（1）荷载标准值 ——荷载在结构使用期间可能出现的最大值，通过对某类荷载长期观察和实
结构的抗力
>
外力
保证结构具有足够的承载能力，将结构变形控制在满足正常使用的范围内。
第7页/共17页
第一章荷载与作用第二节作用分类
为便于考虑不同的作用所产生的效应，可将结构上的作用按随时间或空间位置的变异分类，或按结构的反应性质分类。
一、按随时间的变异分类（1）永久作用
其中的直接作用为恒荷载
例如：楼面活荷载、车辆荷载、风荷载、雪荷载、流水压力、温度变化等。
（3）偶然作用
——在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现其持续时间较短，量值可能很大。
例如：地震作用、爆炸力、船只或漂流物撞击力等。
第9页/共17页
第一章荷载与作用第二节作用分类
二、按随空间位置的变异分类（1）固定作用 ——在结构上出现的空间位置固定不变，但其量值可能具有随机性。

其他荷载与作用

冻胀 60~80 20~30
强冻胀 80~120 40~80
特强冻胀 120~150 90~200
第六章其他荷载与作用第三节冻胀力
总的切向冻胀力为： T A
式中 T——总的切向冻胀力（kN）；
t——单位切向冻胀力（kPa）；
A——与冻土接触的基础侧面积（m2）。
（2）法向冻胀力
式中
no E
荷载与结构设计方法
第六章其他荷载与作用
第六章其他荷载与作用
本章内容第一节温度作用第二节变形作用第三节冻胀力第四节爆炸作用第五节行车动态作用第六节预加力
第六章其他荷载与作用第一节温度作用
一、温度作用基本概念及原理
温度作用——因温度变化引起的结构变形和附加力。
具体表现：当结构或构件的温度发生变化时，体内任一点（单元体）热变形（膨胀或收缩）由于受到周围相邻单元体的约束（内约束）或边界受到其他结构或构件的约束（外约束），使体内该点产生温度应力。
第六章其他荷载与作用第二节变形作用
徐变系数：徐变值在工作应力范围内随应力比值的增加而增
加，常用徐变系数反映这种变形增大现象，徐变系数为极限徐变应变与初始弹性应变的比值，与受荷时混凝土龄期、混凝土构件厚度、暴露于大气的表面积有关，可按表6.2取用。
第六章其他荷载与作用第三节冻胀力
混凝土结构：当梁高H小于 400mm时，图中A=H-100(mm)；梁高H等于或大于 400mm时， A=300mm。
带混凝土桥面板的钢结构： A=300mm，图中的t为混凝土桥面板的厚度(mm)。
第六章其他荷载与作用第一节温度作用
竖向日照正温差计算的温度基数

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第六章其它荷载与作用第一节温度作用
例如：厂房纵向排架结构柱嵌固于地面，排架横梁受到均匀温差作用向两边伸长或缩短，中间有一变形不动点（位于各柱抗侧刚度分布的中点）。变形不动点两侧横梁伸缩变形将在柱中和横梁引起应力。
厂房纵向排架温度变形分布
第六章其它荷载与作用第一节温度作用
不动点
ΔLi Vi
温度作用大小影响因素：
环境温度变化
约束条件
第六章其它荷载与作用第一节温度作用
工程约束条件：
➢（1）结构物的变形受到其它物体的阻碍或支承条件的制约，不能自由变形。
①框架结构基础梁的伸缩变形受到柱基约束，没有任何变形余地。
第六章其它荷载与作用第一节温度作用
②排架结构上部横梁因温度变化伸长时，横梁的变形使柱产生侧移，在柱中引起内力；柱子对横梁施加约束，在横梁中产生压力。
第六章其它荷载与作用第一节温度作用
竖向日照正温差计算的温度基数
结构类型混凝土铺装 50mm沥青混凝土铺装层 100mm沥青混凝土铺装层
T1（℃） 25 20 14
T2（℃） 6.7 6.7 5.5
混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构的竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。
第六章其它荷载与作用第二节变形作用
E iI i
H
Li
排架结构温度应力计算简图
不动点右侧第i根柱的柱顶变位DLi=aTLi（忽略横梁变形），
第i根柱的抗侧刚度Ki=3EiIi/H3，则该柱受到的柱顶剪力为：
式中 Li——V 第i i根DL 柱i到Ki不a 动T点iL 的3H E 距i3 I离i 。
第六章其它荷载与作用第一节温度作用
气温分区
严寒地区寒冷地区温热地区
钢桥面板钢桥
最高
最低
46
-43
46
-21
46
-9（-3）
混凝土桥面板钢桥
最高
最低
39
-32
39
-15
39
-6（-1）
混凝土、石桥
最高
最低
34
-23
34
-10
34
-3（0）
注：表中括弧内数值适用于昆明、南宁、广州、福州地区。
第六章其它荷载与作用第一节温度作用
沿桥梁横向也存在梯度温度，由于影响小，设计时不再计及其作用。
第六章其它荷载与作用第一节温度作用
（1）均匀温度作用
➢计算时应从结构受到约束（架梁或结构合龙）时的结构温度作为起点，计算结构最高和最低有效温度的作用效应。如缺乏实际调查资料，公路混凝土结构和钢结构的最高和最低有效温度标准值可按下表取用。
刚架桥，当右端支柱基础下沉，刚架梁柱相应产生附加弯矩。横梁节点处产生裂缝。
连续梁桥，墩台沉降不均匀引起梁内附加力，如两端桥台下沉较大，则中间桥墩上梁身所受负弯矩增大，顶部会产生自上而下的裂缝。
下沉下沉
下沉下沉
下沉下沉
刚架桥右侧支柱下沉引起裂缝
连续梁桥两端桥台沉陷引起裂缝
第六章其它荷载与作用第二节变形作用
三、温度变化的考虑
温度变化：由气温变化和结构温差引起
气温变化：一年中大气气温年温差，通常取最高月和最低月平均气温的差值。我国长江中下游一带大气气温年温差约为 30℃。
结构温差：由于日照、骤冷等天气原因或高温车间、低温冷库等使用情况造成的结构内外温度差异，应考虑房屋散热和保暖条件，按实际调查情况确定温差取值。
第6章其它荷载与作用1
第六章其它荷载与作用
本章内容第一节温度作用第二节变形作用第三节冻胀力第四节爆炸作用第五节行车动态作用第六节预加力
第六章其它荷载与作用第一节温度作用
一、温度作用基本概念及原理
温度作用——因温度变化引起的结构变形和附加力。具体表现：
当结构或构件的温度发生变化时，体内任一点（单元体）热变形（膨胀或收缩）由于受到周围相邻单元体的约束（内约束）或边界受到其他结构或构件的约束（外约束），使体内该点产生温度应力。
变形作用
由于外界因素的影响（如结构或构件的支座移动或地基发生不均匀沉降），或自身原因构件发生伸缩变形（如混凝土构件发生徐变），使得结构物被迫发生变形和内力。
➢静定结构：允许产生符合其约束条件的位移，结构内不会产生应力和应变
➢超静定结构：多余约束限制结构自由变形，从而产生应力和应变
第六章其它荷载与作用第二节变形作用
第六章其它荷载与作用第一节温度作用
四、桥梁结构的温度作用
➢气温变化：常年的气温变化导致桥梁沿纵向均匀地位移，这种位移不产生结构内力，只有当结构的位移受到约束时才会引起温度次应力。（均匀温度作用）
➢结构温差：由于太阳的辐射，使结构沿高度方向形成非线性的温度梯度，导致结构产生次应力。（梯度温度作用）
（2）梯度温度作用
➢计算梯度温度引起的效应时，采用下图所示的竖向温度梯度曲线，其桥面板表面的最高温度T1规定见下表。
混凝土结构：当梁高H小于 400mm时，图中A=H-100(mm)；梁高H等于或大于 400mm时， A=300mm。
带混凝土桥面板的钢结构： A=300mm，图中的t为混凝土桥面板的厚度(mm)。第六章来自其它荷载与作用第一节温度作用
➢（2）构件内部各单元体之间相互制约，不能自由变形。
①简支屋面梁，在日照作用下屋面温度高于室内温度，简支梁沿梁高受到不均匀温差作用，产生翘曲变形，在梁中引起应力。
②大体积混凝土梁结硬时，水化热使得中心温度较高，两侧温度偏低，内外温差不均衡在截面引起应力。
一、地基变形的影响
砌体结构房屋，地基不均匀沉降在砌体中引起附加拉力或剪力，当附加内力超过砌体本身强度便产生裂缝。
单层厂房，因地面大面积堆载造成基础下沉，使柱身在附加弯矩作用下开裂。
下沉
下沉
中部沉降过大引起的正八字裂缝
下沉
下沉
厂房大面积堆载基础下沉
第六章其它荷载与作用第二节变形作用
简支屋面梁温差引起的应力分布
大体积混凝土梁水化热引起的应力分布
第六章其它荷载与作用第一节温度作用
二、温度应力计算
根据不同的结构形式和约束条件考虑温度变化对结构内力和变形的影响。
静定结构：由于温度变化引起的材料膨胀和收缩变形是自由的，故在结构上不引起内力，其变形可由虚功原理计算。
超静定结构：存在多余约束，其温度作用效应的计算，一般根据变形协调条件，按结构力学或弹性力学方法确定。