具体描述
本教材根据教育部高等职业教育土力学与地基基础课程教学要求编写，并结合最新规范、技术规程及国内外研究成果。本书主要介绍了土的物理性质及工程分类、土中应力计算、土的压缩性及地基沉降计算、土的抗剪强度和地基承载力、土压力和土坡稳定、工程地质勘察、天然地基上浅基础设计、桩基础与其他深基础、软弱地基处理、土力学实验技术等内容。
建筑之道：结构力学与材料科学概论 本书导读 《建筑之道：结构力学与材料科学概论》旨在为工程技术人员、建筑专业学生以及对建筑结构与材料性能有浓厚兴趣的读者，提供一套全面且深入的理论基础与实践指导。本书侧重于揭示建筑构件在各种载荷作用下的响应规律，并深入探讨构成现代建筑体系的各类基础材料的内在特性、性能评估及工程应用准则。全书结构严谨，逻辑清晰，力求在理论深度与工程实用性之间找到最佳的平衡点。 --- 第一部分：结构力学基础原理 本部分是理解任何工程结构安全与稳定性的基石，详细阐述了物体在外力作用下的平衡、变形和破坏规律。 第一章：静力学与平衡原理的再审视 本章从更广阔的工程视角重新审视了刚体和变形体的静力平衡条件。重点讨论了自由体图的精确绘制技巧，尤其是在处理复杂连接件和多点约束系统时的注意事项。内容涵盖了平面力系和空间力系的平衡方程，并引入了虚功原理和最小势能原理，作为分析超静定结构和非保守系统行为的理论工具。特别分析了桁架、框架等常见工程结构在静载荷下的内力求解方法，如节点法与截面法的高级应用。 第二章：材料的本构关系与本构模型 结构力学分析的前提是准确描述材料的行为。本章详尽阐述了应力与应变的关系，超越了简单的线弹性范围。我们深入探讨了广义胡克定律在各向异性材料（如木材或某些复合材料）中的应用。内容包括： 线弹性阶段：杨氏模量、泊松比的精确测量与意义。 屈服与塑性：冯·米塞斯屈服准则和特雷斯卡屈服准则的适用条件对比。探讨了加工硬化现象对结构承载力的影响。 粘弹性与蠕变：针对聚合物材料和某些高温合金，引入时间依赖性的松弛和蠕变模型，如朗文模型和标准的开尔文-泊松模型。 第三章：梁的挠度和内力分析 梁作为最基本的受弯构件，其变形分析至关重要。本章集中讲解梁的挠度计算。 微分方程法：深入推导了挠度方程 $EIfrac{d^4w}{dx^4} = q(x)$ 的物理意义，并详细演示了如何运用积分法求解不同边界条件下的挠度和转角。 卡氏第二定理（虚功原理在梁中的应用）：重点阐述如何通过引入虚体力矩来计算特定点或截面的挠度，这对于复杂载荷下的结构分析尤为高效。 影响线理论：系统介绍影响线在求解移动荷载（如起重机、车辆）作用下梁的最大弯矩和最大剪力中的应用，并展示了在多跨连续梁上的构造方法。 第四章：结构稳定性理论 稳定性是判断结构在临界荷载下保持原有平衡状态的能力。 欧拉公式的修正与适用性：详细分析了有效长度系数 ($mu$) 对细长柱承载力的决定性影响，并结合实际工程中的铰接、固结端条件，给出 $mu$ 值的工程取值范围。 非线性屈曲分析：讨论了初始缺陷、残余应力以及几何非线性（大变形）对结构临界屈曲荷载的降低效应。引入了英格拉姆（Engesser）理论和修正的 secant 刚度法的概念，用于处理受压构件的后屈曲行为。 --- 第二部分：材料科学与工程应用 本部分聚焦于构成建筑物的核心材料——钢材、混凝土和新型复合材料的微观结构、宏观性能及耐久性设计。 第五章：结构钢材的性能与设计考量 本章深入剖析了现代结构钢材的冶金特性和力学响应。 钢材的微观组织与性能调控：从铁碳合金相图出发，解释了淬火、回火、正火等热处理工艺如何改变钢材的晶体结构（如贝氏体、马氏体），从而影响屈服强度和韧性。 疲劳与断裂韧性：详细分析了钢结构在循环荷载下的疲劳累积损伤模型，包括 S-N 曲线的绘制与应用。引入了断裂力学的基本概念，如应力强度因子 $K$ 和断裂韧性 $K_{IC}$，指导如何评估结构中的裂纹扩展风险。 焊接与连接件的性能：重点讨论了焊接接头（如角焊缝、对接焊缝）的强度计算和缺陷控制，以及螺栓连接在受剪和受拉作用下的承载机制。 第六章：混凝土材料的本构特性与本构模型 混凝土因其优异的抗压性能和经济性，是土木工程中最主要的材料。 水灰比与强度发展：系统阐述了水灰比、养护条件对混凝土早期和后期强度的影响，并引入了溶解沉淀理论来解释水化过程。 应力-应变曲线的非线性特性：详细分析了混凝土在单轴、双轴受压及受拉区下的本构模型。重点介绍Hognestad、Kent-Park等先进的塑性损伤模型，用于更精确地模拟约束与非约束混凝土的峰值应力及残余强度。 耐久性与环境侵蚀：深入探讨了影响混凝土长期性能的关键因素，如氯离子渗透引起的钢筋锈蚀机理，以及碳化作用对保护层失效的影响。并介绍了抗渗设计和防腐蚀措施。 第七章：钢筋混凝土（RC）构件的极限状态分析 本部分将材料特性与结构分析相结合，侧重于钢筋混凝土构件在极限状态下的设计方法。 受弯构件的极限承载力：采用平衡法和应力-应变兼容性原理，推导了钢筋和混凝土在受弯破坏时的屈服极限。详细讨论了过约束、欠约束和正常破坏三种情况的判别标准。 受剪构件的抗剪机制：将混凝土剪压区、拉应力区以及箍筋共同作用的机制进行分解，系统介绍基于桁架模型的抗剪强度计算方法，并强调了剪跨比对破坏模式的影响。 轴心受压构件的承载力：结合钢筋的屈服和混凝土的压溃，推导了带纵向受拉钢筋的柱子在不同配筋率下的极限承载力公式，并考虑了偏心荷载对压区中和轴位置的影响。 第八章：预应力混凝土技术原理 预应力技术是提高构件跨度和耐久性的重要手段。 预应力的引入与效应：详细解释了预应力如何通过施加在构件内部的拉力来抵消或减小工作荷载产生的应力，从而有效控制裂缝的产生。 锚固与损失计算：精确计算了预应力钢筋在张拉过程中的应力损失，主要包括弹性伸长、松弛、混凝土收缩和徐变引起的预应力损失，并介绍了后张法和先张法的施工控制要点。 --- 第九章：复合材料与新型结构体系简介 本章展望了现代工程中应用日益广泛的先进材料和结构形式。 纤维增强复合材料（FRP）：介绍了碳纤维（CFRP）和玻璃纤维（GFRP）的超高强度、轻量化特性。讨论了FRP材料的层合板理论基础，以及其在结构加固和新型构件制造中的潜力与局限性，特别是其抗剪和抗拉性能的显著优势。 木结构与胶合木（Glulam）：从材料学角度分析了木材的各向异性力学特征，以及通过胶合技术制造的大截面胶合木构件在结构中的应用，包括其抗震性能的初步评估。 薄壁结构分析：针对轻型钢结构和空心截面，介绍了薄壁解析理论，侧重于讨论由翘曲效应（Warping） 引起的扭转刚度降低，以及如何应用 Bredt 公式进行非均匀扭转分析。 --- 本书特色 本书在理论阐述中大量穿插了经典的工程案例分析，并辅以大量的截面图、应力云图和实验数据对比，以增强读者的直观理解。每章末尾均设有“工程实践启示”栏目，旨在引导读者将抽象的力学模型转化为具体的设计决策。本书内容覆盖了结构分析的深度和材料科学的广度，是构建扎实土木工程知识体系的理想参考书。
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