钢衬钢筋混凝土压力管道设计与非线性分析

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出版者:中国水利水电出版社
作者:董哲仁
出品人:
页数:304
译者:
出版时间:1998-04
价格:29.60元
装帧:平装
isbn号码:9787801248084
丛书系列:
图书标签:
  • 钢衬钢筋混凝土
  • 压力管道
  • 管道设计
  • 非线性分析
  • 结构工程
  • 混凝土结构
  • 钢结构
  • 有限元分析
  • 工程结构
  • 管道工程
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具体描述

内 容 提 要

水电站钢衬钢筋混凝土压力管道是一种新型结构。该书为这种结构提供了一

套完整实用的结构计算方法。首先,阐述了结构布置和设计原则,扼要介绍了结

构模型试验概况。在此基础上,该书提出了适用于混凝土开裂前后钢衬与钢筋混

凝土联合承载的结构计算公式,给出了适用于混凝土开裂后的以正交各向异性材

料模型为基础的准解析递推公式。该书还提出了管道结构优化设计方法及求解经

济管径的计算机方法。对这种管道温度应力分析方法,该书进行了详细阐述。为

计算混凝土径向裂缝宽度,该书建议了一套内压荷载作用下的裂缝宽度计算公式

及因温度变化引起的裂缝张合度计算公式。为对大型结构进行更细致的分析,该

书还阐述了钢筋混凝土非线性有限元的若干最新模型。最后,给出了包括三峡工

程在内的工程计算实例。书后附录提供了结构分析及优化设计的计算机源程序。

该书可供工程设计人员和科学研究人员使用,也可供有关高等院校师生参考。

作者简介

作者简介

董哲仁,1943年2月生于北京,

满族,工学博士,教授级高级工程

师,博士生导师。1966年毕业于清

华大学水利工程系,80年代中期在

美国Akron大学从事研究工作。历

任陕西省褒河工程指挥部技术员,

中国水利水电科学研究院高级工程

师、结构材料研究所所长、副院长

等职;现任中华人民共和国水利部

科学技术司司长,水利部技术监督

委员会副主任,中国水力发电工程

学会理事,清华大学、河海大学、

武汉水利电力大学、华北水利水电

学院兼职教授。

长期从事水利水电工程的科

研工作,主要研究领域是水工建筑

物结构分析,包括水工钢筋混凝土

结构非线性分析,计算机在水工结

构分析中的应用,实验应力分析等。

主持完成过若干“七五”、“八五”

国家科技攻关项目 著有《钢筋混

凝土非线性有限元法原理和应用》,

主编了《三峡枢纽工程应用基础研

究》等

目录信息

目 录

前 言
符 号
第一章 水电站钢衬钢筋混凝土压力管道的布置与
设计原则
1.1混凝土坝下游坝面压力管道的布置
1.1.1布置原则
1.1.2工程实例
1.2钢衬钢筋混凝土地面压力管道的布置
1.3结构模型试验
1.3.1概述
1.3.2下游坝面管斜直段模型试验
1.3.3下游坝面管上弯段模型试验
1.3.4钢衬钢筋混凝土地面管模型试验
1.3.5小结
1.4钢衬钢筋混凝土压力管道的设计原则
1.4.1设计特点及荷载组合
1.4.2下游坝面压力管道的受力状态
1.4.3下游坝面压力管道的合理外形
1.4.4下游坝面压力管道与坝体的连接
1.4.5伸缩节间题
1.4.6钢衬与混凝土之间的间隙
1.4.7强度安全系数
1.4.8钢衬钢筋混凝土下游坝面压力管道的设计原则
第二章 结构计算方法
2.1概述
2.2混凝土开裂前联合受力计算公式――弹性模型
2.3混凝土强度Kupfer判据
2.4混凝土开裂后联合受力计算公式――正交异性
模型
2.5程序实现和算例
2.5.1程序实现
2.5.2算例
第三章 结构优化设计
3.1概述
3.1.1结构优化的基础知识
3.1.2钢衬钢筋混凝土压力管道优化的任务
3.2经济直径的优化模型
3.3管道的结构优化设计
3.3.1优化数学模型
3.3.2齿行法
3.3.3程序实现及算例
第四章 温度应力分析和混凝土裂缝宽度计算
4.1温度场和温度应力分析
4.1.1概述
4.1.2计算原理
4.1.3下游坝面管温度场和温度应力计算特点
4.2混凝土裂缝宽度计算
4.2.1概述
4.2.2公式推演
4.2.3算例和讨论
第五章 非线性有限元分析
5.1材料非线性有限元的基础知识
5.1.1线性有限元法简介
5.1.2材料非线性有限元的基本概念
5.1.3钢筋混凝土非线性分析主要数学模型简介
5.2Willam-Warnke混凝土破坏准则
5.2.1混凝土破坏曲面的特点
5.2.2Willam-Warnke混凝土三参数破坏准则模型
5.2.3Willam-Warnke混凝土五参数破坏准则模型
5.3混凝土弹塑性模型
5.3.1弹塑性矩阵的一般表达式
5.3.2混凝土弹塑性三参数模型
5.3.3混凝土弹塑性五参数模型
5.4混凝土弹性――塑性硬化模型
5.4.1等向硬化模型
5.4.2应力应变增量关系
5.4.3三参数混凝土等向硬化模型
5.5混凝土裂缝模型
5.5.1分布裂缝模型
5.5.2混凝土开裂时的应力释放
5.5.3混凝土开裂时的应力重分布
5.6钢筋数学模型
5.7非线性有限元模型的数值实现
5.7.1材料非线性分析的求解方法
5.7.2弹塑性模型的数值计算步骤
5.8工程应用实例――东江水电站压力管道
5.8.1结构模型试验
5.8.2非线性有限元分析
第六章 工程应用
6.1三峡水电站下游坝面钢衬钢筋混凝土压力管道
设计和结构计算
6.1.1三峡水电站压力管道的设计
6.1.2常规荷载下管-坝整体结构三维有限元分析
6.1.3混凝土正交异性准解析模型全过程分析
6.1.4管道结构温度场和温度应力分析
6.1.5混凝土径向裂缝宽度计算
6.2依萨河二级水电站钢衬钢筋混凝土地面管
结构计算
6.2.1结构优化设计
6.2.2非线性有限元全过程分析
6.2.3径向间隙值的计算及工程对策
6.2.4试验与计算对比分析及原型观测分析
附录Ⅰ 矢量与张量
附录Ⅱ 应力分析
附录Ⅲ 结构全过程分析源程序SAPDF4
附录Ⅳ 结构优化设计源程序OsDP
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我购买这本书时,其实对它的“非线性分析”部分抱有最高的期待,因为这往往是理论与实际脱节最严重的地方。这本书的实践应用部分,着实没有让我失望。它提供了一个完整的案例研究,模拟了一个跨江的超高压输水管道在极端地质活动中的反应。这个案例覆盖了从初步选型、材料疲劳评估、到最终的残余寿命预测的完整流程。其中,对管道与土壤相互作用的Pasternak模型应用,以及如何将其参数与现场测试数据进行反演校准的过程,细致得令人称奇。很多工程手册只会告诉你“使用这个参数”,但这本书展示了如何从现场数据中“推导出”那个参数。此外,作者还探讨了在非线性分析中,计算成本与精度之间的权衡艺术,这对于实际工程项目管理决策具有不可估量的指导意义。它不仅仅是一本教你“如何计算”的书,更是一本教你“如何做出合理工程判断”的书,这一点,是所有高级工程师梦寐以求的宝贵财富。

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我是一名资深结构工程师,职业生涯中接触过不下数十本关于管道和结构分析的书籍,坦率地说,大部分都是在“炒冷饭”,缺乏真正有价值的新见解。然而,这本书的第三部分,关于“动态荷载响应与时程分析”的章节,彻底颠覆了我对传统分析方法的认知。作者大胆地引入了先进的数值模拟技术,特别是对瞬态水锤效应与管道系统耦合振动的处理,其模型的复杂度和精度远超现行的国家标准推荐方法。我个人尤其欣赏其在“非线性几何效应”处理上的细致入微,它不仅仅停留于大变形理论的简单应用,而是深入探讨了在极端压力波动下,管道环向应力和纵向应力场如何相互作用,并最终影响到整体的稳定性。书中提供的那些详细的有限元建模参数和边界条件设置,对于我们处理那些非标准的、复杂地形下的埋地管道项目时,提供了极具操作性的参考。读完这部分,我感觉我的分析工具箱得到了极大的扩充,不再仅仅依赖于传统的线性假设进行粗略估算,而是能够更自信地处理那些真正考验工程智慧的“硬骨架”问题。这本书的价值,在于它敢于挑战现有规范的边界,并提供了一条通往更高精度分析的路径。

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这本书的封面设计非常引人注目,那种深邃的蓝色调,搭配着硬朗的几何线条,立刻让人联想到工程学的严谨与力量感。我本来以为这会是一本枯燥的教科书,没想到它在结构上做了很多巧妙的安排。首先,它并非简单地罗列公式和规范,而是通过大量的实例和图示,将复杂的理论知识具象化。比如,在讲解材料性能衰减的部分,作者并没有停留在理论层面,而是深入分析了不同服役环境下钢材和混凝土的协同工作机制,这种深入浅出的讲解方式,对于初涉此领域的读者来说,无疑是最好的引路人。特别是关于“极限状态设计”的章节,它不是冷冰冰的数学推导,而是结合了实际工程案例,展示了如何在保证安全冗余的前提下,实现经济效益的最大化,这在很多同类著作中是比较少见的深度。作者的笔触非常细腻,即便是对那些看似非常基础的概念,也进行了富有洞察力的阐述,让人在阅读过程中不断有“原来如此”的顿悟感。可以说,这本书在理论深度和工程实践的结合上,达到了一个很高的平衡点,为读者提供了一个扎实的学习框架。

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这本书的文献综述和历史背景介绍部分,做得相当有“史诗感”。它没有像很多技术书籍那样,将理论凭空地抛出来,而是用一种近乎叙事的方式,追溯了压力管道设计理念的发展脉络。从早期的经验设计到欧拉的薄壁圆筒理论,再到现代的断裂力学介入,作者梳理了关键学者们如何一步步攻克技术难关。这种历史的纵深感,让读者在学习当前最先进的分析方法时,能够体会到这套体系是如何在无数次失败和修正中建立起来的。这对于培养工程人员的敬畏心和批判性思维至关重要——我们不能盲目迷信任何一种模型。书中对不同设计规范(如ASME、EN标准)在处理某些特定问题时的哲学差异,也进行了精彩的对比分析,这让原本看似标准化的工程实践,变得富有地域特色和思想交锋的魅力。阅读这部分内容,仿佛是在进行一次穿越时空的学术对话,极大地提升了阅读体验的厚重感和知识的广度。

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对于广大学生和青年工程师来说,学习任何一本技术专著,最怕的就是“读不懂”和“用不上”。这本书在这方面做得极为出色。它的章节逻辑设计非常清晰,知识的递进关系如同搭积木一般,层层递进,没有出现任何突然跳跃或信息断层的情况。举个例子,在讲解“应力-应变关系本构模型”时,作者首先用非常直观的图表解释了理想弹塑性体的行为,然后才引入更复杂的应变硬化模型,最后才过渡到针对高强度钢材的损伤演化模型。这种循序渐进的教学法,极大地降低了学习曲线的陡峭程度。更重要的是,书中对每一个关键公式的推导过程都进行了详尽的文字注释,而不是仅仅扔下一个黑箱结果。这种对“为什么”的深度挖掘,使得读者不仅仅是记住公式,而是真正理解了公式背后的物理意义和数学逻辑。这种对基础理解的重视,是任何高水平技术人才培养的基石。我敢说,认真研读完这本书,即便没有参加过相关课程,也足以建立起一个非常坚实、不易动摇的理论基础。

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