Nanotechnology in Construction pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Bartos, P. J. M. (EDT)/ Hughes, J. J. (EDT)/ Trtik, P. (EDT)/ Zhu, W. (EDT)

出品人:

页数:412

译者:

出版时间:2004-7

价格:$ 180.80

装帧:HRD

isbn号码:9780854046232

丛书系列:

图书标签:

• 纳米技术
• 建筑
• 材料科学
• 土木工程
• 可持续建筑
• 创新技术
• 纳米材料
• 结构工程
• 建筑工程
• 前沿科技

结构工程的未来：前沿材料与智能建造技术 图书简介 本书深入探讨了在现代土木工程和建筑领域中，那些超越传统材料范畴、正在重塑设计、施工和结构性能的革命性技术与材料体系。它旨在为结构工程师、材料科学家、建筑师以及相关领域的决策者提供一个全面而深入的视角，审视当前正从实验室走向实际应用的前沿创新。 本书的焦点在于智能材料、先进复合结构、数字化建造流程的深度融合，以及它们如何应对全球基础设施日益增长的性能要求、可持续性挑战和弹性需求。我们不会涉及纳米尺度下的材料改性，而是将视角聚焦在宏观尺度上可观测、可实施的结构性突破。 第一部分：高性能结构材料的新纪元 本部分详尽分析了那些在强度、耐久性、自适应能力等方面远超传统钢筋混凝土和普通钢材的现代工程材料。 第一章：超高性能混凝土（UHPC）的结构应用与设计 超高性能混凝土（UHPC）因其极高的抗压强度（通常超过 150 MPa）和优异的韧性，正在成为超长跨度结构、抗爆结构和抗疲劳构件的首选材料。本章首先剖析 UHPC 的微观结构特性——尤其是其低孔隙率和纤维增强机制，如何转化为宏观的机械性能优势。 详细讨论了 UHPC 在预制构件、复杂曲面结构中的应用案例。重点分析了 UHPC 与传统钢筋和新型纤维增强材料（如玄武岩纤维或高强钢纤维）的协同作用机制。在设计层面，本章提供了 UHPC 结构构件的强度校核方法、裂缝控制策略，并对比了其在长期耐久性（如抗冻融、抗腐蚀）方面相对于普通混凝土的显著提升。我们还将探讨 UHPC 施工过程中对模板系统和振捣工艺的特殊要求，确保材料性能的充分发挥。 第二章：先进纤维增强聚合物（FRP）在结构加固与新建中的角色 纤维增强聚合物（FRP）材料，特别是碳纤维增强聚合物（CFRP）和玻璃纤维增强聚合物（GFRP），已经从辅助加固材料转变为重要的结构主体材料。本章系统地介绍了不同类型 FRP 的力学性能、耐环境腐蚀性及其在极端条件下的长期性能衰减模型。 重点内容包括：FRP 筋材在钢筋混凝土梁、柱、桥面板中的替代应用。详细阐述了 FRP 筋材的粘结性能研究，包括与不同强度等级混凝土的界面剪切强度测试方法。此外，本章深入探讨了 FRP 复合材料在后张预应力系统中的应用，以及如何通过预应力技术抵消 FRP 自身的低弹性模量问题，实现更经济、更耐用的结构设计。对于老旧基础设施的修复，本章提供了基于外贴法、全包围法和近共振法的 FRP 加固技术指南，并讨论了施工过程中的表面处理和粘结剂选择对最终修复效果的影响。 第三章：形状记忆合金（SMA）在动响应结构中的潜力 形状记忆合金（SMA），特别是镍钛合金，因其独特的超弹性（Superelasticity）和形状记忆效应，为结构工程带来了“自复位”的潜力。本章侧重于 SMA 作为主动或被动阻尼元件在结构工程中的应用。 详细分析了 SMA 在承受大变形后恢复初始形状的能力，这对于地震工程中减少结构残余变形至关重要。我们探讨了 SMA 构件（如 SMA 绑带或连接件）的设计原理，以及如何将其集成到钢框架或预应力系统中，以构建具有优异韧性和快速恢复能力的结构节点。本章也涵盖了 SMA 驱动器在结构主动控制系统中的应用，例如利用热驱动实现构件的微小位置调整或预应力的施加与释放。 第二部分：数字化与智能化的建造流程 本部分关注如何利用现代信息技术和自动化手段，革新传统建筑的设计、制造和现场装配模式，以提高效率、精度和安全性。 第四章：参数化设计与高性能结构分析的集成 本书强调了从概念设计到详细工程分析流程的无缝集成。参数化设计方法不再仅仅是几何造型的工具，而是与结构分析软件深度耦合，用于探索最优结构形态、材料用量和性能指标的强大引擎。 本章介绍了基于几何参数和性能驱动的结构优化流程。讨论了如何利用算法来快速迭代梁柱截面尺寸、墙板厚度乃至整体结构布局，以同时满足强度、刚度、抗风和抗震等多目标优化要求。重点分析了 BIM（建筑信息模型）与 FEA（有限元分析）模型之间的数据流转机制，特别是如何保证从设计阶段的精细化模型能准确无误地指导后续的加工和安装。 第五章：预制化、模块化与先进装配技术 面对劳动力成本上升和工期压力，大规模工业化预制和模块化建造已成为主流趋势。本章专注于提高预制构件的精度、连接技术的可靠性以及现场装配的自动化水平。 详细分析了高精度、大跨度预制构件的工厂生产工艺，包括自动化浇筑、蒸汽养护和质量控制标准。核心内容在于先进连接技术的研究，如干式连接（螺栓、胶接）和湿式连接（灌浆套筒）的性能对比与长期可靠性评估。本章特别关注模块化建筑中，如何确保不同工厂制造的模块在现场接口处实现厘米级甚至毫米级的精准对接，以及如何有效管理连接部位的应力集中和耐久性问题。 第六章：建筑信息模型（BIM）在施工质量控制中的应用 本章超越了 BIM 在设计阶段的可视化作用，深入探讨其在施工现场的动态应用，特别是作为质量保证和进度监控的核心工具。 讨论了如何将 BIM 模型与 4D（时间）和 5D（成本）数据结合，实现施工进度的实时对比和偏差预警。重点介绍了“点云捕获”技术（如激光扫描）在验证已建结构几何精度方面的应用。通过将现场采集的点云数据与设计 BIM 模型进行比对，本章展示了如何快速识别安装偏差、定位隐蔽工程缺陷，从而在材料浪费和返工发生前进行干预。同时，还探讨了移动设备（如平板电脑、AR/VR 技术）如何将 BIM 模型信息直接投射到现场工人面前，指导复杂的安装和验收流程。 第三部分：结构韧性与可持续性集成 本书最后一部分聚焦于如何将结构设计与环境责任和长期韧性目标紧密结合。 第七章：考虑生命周期评估（LCA）的结构决策 可持续性不再是额外选项，而是结构工程的核心约束之一。本章的核心是提供量化的决策工具，评估结构方案的环境影响。 详细解释了 ISO 14040/14044 标准下的结构材料生命周期评估（LCA）方法学。重点比较了不同结构体系（如钢结构、钢筋混凝土、木结构）在“从摇篮到坟墓”阶段的碳足迹、能源消耗和水资源占用差异。本章特别关注了“低碳混凝土”的发展，分析了使用地质聚合物、工业副产品（如粉煤灰、矿渣）替代部分水泥对结构性能和 LCA 结果的综合影响。此外，还讨论了结构设计中如何融入“材料的未来可回收性”指标，优化连接设计以利于结构拆解和材料的二次利用。 第八章：面向极端事件的结构韧性设计 韧性（Resilience）关注的是结构在遭受极端荷载（如强震、大风、洪水）后，不仅要保证不倒塌（安全性），更要快速恢复服务能力（功能性）。 本章阐述了韧性设计的核心理念，即超越传统的“极限状态设计”。讨论了如何通过“冗余设计”、“可更换元件设计”和“主动消能减震系统”的集成，来提高结构的抗毁能力。重点分析了高性能阻尼器（如粘滞阻尼器、调谐质量阻尼器）在维持结构服务功能方面的作用。此外，本章还探讨了灾后快速评估的策略，包括利用传感器网络或无人机技术对受损结构进行快速性能分级，指导抢险和修复工作的优先级排序，以最大限度地缩短社会和经济的中断时间。 本书通过对这些宏观、可实施的前沿技术的系统梳理和深入分析，为读者构建了一个面向未来、高效、耐用且环境友好的结构工程蓝图。它强调的是工程实践中的技术迭代和系统集成，而非基础科学的微观探索。

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