具体描述
这是一部建筑结构的专业教材，全书共分两册，上册主要内容是建筑结构的计算理论、混凝土结构；下册主要内容是砌体结构、钢结构、建筑结构抗震和结构施工图。本册是其中的下册。全书较全面地将不同材料组成的建筑结构的计算理论和方法进行整合，同时增加结构施工图部分，突出高职教育培养应用型工程技术人才的要求和特点。
本书根据国家建设部高职高专土建类专业指导委员会的基本要求与最新规范编写，力求体现高职高专教育的特点。全书分为上、下两册。上册主要内容是建筑结构的计算理论、混凝土结构，下册主要内容是砌体结构、钢结构、建筑结构抗震和结构施工图。本书较全面地将不同材料组成的建筑结构的计算理论和方法进行整合，同时增加结构施工图部分，突出高职教育培养应用型工程技术人才的要求和特点。
本书可作为高等职业教育建筑工程专业的教材，也可作为相近专业如建筑学、施工管理、工程监理、工程造价、房地产管理等专业的教材，以及作为土木工程技术人员的参考书。
土木工程材料学：基础、性能与应用 本书简介 本书深入探讨了土木工程领域最核心的材料——混凝土、钢材、木材以及新型复合材料的理论基础、物理化学性能、力学特性以及在现代工程结构中的具体应用。本书旨在为土木工程、结构工程、材料科学与工程等相关专业的学生、研究人员及一线工程师提供一本全面、系统且具有实践指导意义的参考用书。 --- 第一部分：工程材料的微观结构与基本性能 第一章：工程材料概述与发展趋势 本章首先界定了土木工程材料的范畴，从宏观力学性能的角度区分了结构材料与非结构材料。重点阐述了材料在工程应用中需要满足的耐久性、经济性、环境友好性等关键指标。随后，系统回顾了材料科学在近二十年来的发展脉络，特别关注了高性能材料（如超高性能混凝土UHPC、智能复合材料）和可持续性材料（如再生骨料混凝土、生物基材料）的研发前沿，为后续章节的深入探讨奠定宏观背景。 第二章：材料的原子结构与晶体学基础 本章深入解析了工程材料的微观世界。详细阐述了金属材料中的晶体结构（如体心立方、面心立方、六方最密堆积），以及非金属材料如水泥熟料矿物、硅酸盐晶体在原子层面的排列规律。通过介绍晶格缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）如何影响材料的宏观力学行为，如强度、塑性和蠕变，为理解材料的失效机制打下理论基础。此外，还引入了X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等常用表征手段在材料微观结构分析中的应用方法。 第三章：热力学、动力学与材料相变 材料的性能是其在特定温度和压力下热力学稳定性的体现。本章重点讲解了材料体系的相图分析方法，特别是针对硅酸盐体系（水泥水化）和金属合金体系的关键相变点。深入探讨了扩散、形核与长大等动力学过程如何控制材料微观结构的演化，如热处理对钢材强度的影响。通过热力学平衡计算，预测材料在极端环境（如高温、腐蚀环境）下的稳定性，是评估工程结构长期可靠性的关键环节。 --- 第二部分：混凝土与水泥基材料的深度剖析 第四章：硅酸盐水泥的水化反应机理 本章是关于混凝土科学的核心内容。详细解析了波特兰水泥（C₃S, C₂S, C₃A, C₄AF）与水反应的化学动力学和反应产物（C-S-H凝胶、Ca(OH)₂、AFt相、AFm相）的形成过程。通过研究不同温度、水灰比对水化速率和凝胶结构的影响，解释了早期强度和长期强度的物质基础。引入了同步辐射技术在实时监测水化过程中的最新应用。 第五章：骨料与混凝土的界面过渡区（ITZ） 骨料在混凝土中占据了绝大部分体积，其质量和级配直接决定了和易性与力学性能。本章不仅讨论了骨料的物理特性（密度、吸水率、压碎指标），还着重分析了骨料表面与水泥浆体之间的界面过渡区（ITZ）的微观结构。ITZ的孔隙率、微裂缝和化学组成是混凝土耐久性和抗压强度的薄弱环节。本章探讨了通过添加活性矿物掺合料（如粉煤灰、硅灰）优化ITZ结构，从而提升整体混凝土性能的工程策略。 第六章：混凝土的力学性能、流变性与耐久性 本章涵盖了混凝土工程应用中最关键的性能指标。力学性能部分详细分析了单轴、三轴条件下的应力-应变关系、抗拉强度（及其与抗压强度的经验/理论关系）、脆性特征和断裂韧性。流变性部分深入研究了新拌混凝土的屈服应力、塑性粘度，并介绍了剪切稀化和触变性对泵送和浇筑的影响。耐久性部分是工程实践的重中之重，系统讨论了碳化、氯离子侵蚀、冻融循环、硫酸盐侵蚀等主要劣化机理，并提供了相应的防护与修复技术。 --- 第三部分：结构钢材的冶金特性与设计考量 第七章：钢铁材料的冶金基础与微观组织 本章聚焦于结构钢材。从铁碳合金体系出发，系统阐述了奥氏体、铁素体、渗碳体等相在不同温度下的稳定性与相互转化规律（Fe-C相图）。重点讲解了热轧、正火、淬火、回火等热处理工艺如何通过改变钢材的微观组织（如珠光体、贝氏体、马氏体）来精确调控其力学性能，特别是屈服强度和韧性之间的平衡。 第八章：结构钢材的强度、韧性与疲劳 本章详细分析了结构钢材的核心力学响应。强度与韧性：讨论了夏比冲击试验对脆性断裂倾向的评估，以及温度对钢材韧性的影响（冷脆转变温度）。疲劳性能：深入研究了循环荷载作用下钢材的疲劳裂纹萌生、扩展与最终断裂过程，引入了Paris定律等疲劳寿命预测模型，并探讨了焊缝区域的疲劳敏感性。此外，还涉及了高强度钢在超高层结构和预应力结构中的应用限制与设计规范。 第九章：耐候钢与不锈钢的应用特性 本章介绍了特殊用途结构钢。耐候钢（Corten Steel）：分析了其表面形成的致密保护锈层（富含铜、磷的氧化物）的形成机制及其对大气腐蚀的抵抗能力，适用于桥梁和户外构筑物。不锈钢：介绍了奥氏体、铁素体和马氏体不锈钢的微观结构，重点讨论了奥氏体不锈钢在氯离子环境下的点蚀和应力腐蚀开裂风险，以及在特殊化工设施和海洋工程中的应用。 --- 第四部分：先进工程材料与复合体系 第十章：高性能混凝土（HPC）与超高性能混凝土（UHPC） 本章着眼于二十一世纪的材料创新。HPC：通过精确控制配合比和使用高性能减水剂，实现高强度、高耐久性。UHPC：这是本章的重点，探讨了UHPC如何通过极细的粉料、高模量纤维（钢纤维）的引入，将抗压强度提高到150MPa以上，并显著提升抗拉和抗弯性能。详细分析了UHPC中纤维在基体中的随机取向和荷载转移机制，以及其在薄壁结构、抗爆结构中的应用实例。 第十一章：纤维增强复合材料（FRC）的力学行为 纤维增强复合材料在土木工程中正扮演越来越重要的角色，特别是在结构加固和新型结构体系中。本章分析了玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维的力学特性和化学稳定性。重点讲解了纤维与基体之间的界面粘结力对复合材料整体性能（特别是层间剪切强度）的决定性影响。此外，还讨论了纤维在混凝土中随机分布（如纤维增强水泥基复合材料ECC）的裂缝控制机制。 第十二章：工程木材与工程粘合剂 木材作为一种可再生材料，在结构工程中的应用日益规范化。本章介绍了工程木材的制造过程，如胶合木（Glulam）和交错层压木（CLT）。分析了木材的各向异性力学特性，即沿纹理方向和垂直纹理方向强度的巨大差异。探讨了影响木材耐久性的生物侵蚀（霉菌、虫蛀）机理以及常用的化学防腐处理技术。最后，详细介绍了用于木结构连接的高性能结构粘合剂的性能要求与疲劳寿命评估。 --- 第五部分：材料的长期服役行为与评估 第十三章：材料的蠕变与松弛现象 蠕变（Creep）是结构材料在恒定应力作用下随时间发生的塑性变形，是长期结构安全评估的关键因素。本章针对混凝土和钢材分别建立其蠕变本构模型，分析了温度、湿度和应力水平对蠕变速率的影响。对于钢材，则重点探讨了高温下的蠕变，这在火灾工程中具有重要意义。 第十四章：工程结构材料的无损检测与评估 为了确保既有结构的长期安全，材料的健康监测至关重要。本章系统介绍了用于评估材料内部缺陷和性能的无损检测（NDT）技术，包括超声波法（评估内部缺陷和弹性模量）、回弹法（评估混凝土强度）、电磁声换能法（评估钢材疲劳损伤）以及红外热成像技术在检测结构内部空鼓和水损害中的应用。本章强调了如何将材料的微观劣化信息转化为宏观可用的健康评估指标。 第十五章：材料的可持续性与循环经济 本章关注土木工程材料的未来。从全生命周期（LCA）的角度，评估了传统材料（水泥、钢材）的碳足迹。重点介绍了如何通过优化配方、使用工业副产品替代熟料和天然骨料，来显著降低材料的能耗和环境影响。讨论了高性能再生骨料混凝土（RCA Concrete）的性能瓶颈及突破技术，为实现土木工程的绿色转型提供材料层面的解决方案。
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