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出版者:

作者:马晓倩

出品人:

页数:131

译者:

出版时间:2007-8

价格:18.00元

装帧:

isbn号码:9787113082482

丛书系列:

图书标签:

• 建筑力学
• 结构力学
• 建筑工程
• 土木工程
• 力学
• 材料力学
• 结构分析
• 建筑结构
• 工程力学
• 岩土力学

结构设计与工程实践：现代建筑的力学基础与应用 本书旨在为结构工程师、土木工程专业学生以及关注建筑结构性能的专业人士提供一本全面、深入且极具实践指导意义的参考书。它聚焦于现代结构设计中的核心挑战与前沿技术，着重于将理论力学原理转化为可操作的工程设计规范和实践经验。 --- 第一章：结构行为的本构关系与材料科学的深度融合 本章将结构分析的起点置于材料层面，深入探讨工程结构中所使用的主要材料——钢材、混凝土、木材以及新型复合材料——在不同荷载条件下的本构关系。我们不再停留在简化的线弹性模型，而是着重于粘塑性、蠕变、疲劳以及脆性破坏的细致描述。 1.1 钢材的非线性行为与疲劳寿命预测： 详细分析高强度钢材屈服后的应变硬化特性，引入弹塑性分析中的塑性铰模型。针对地震和风荷载引起的反复作用，探讨疲劳裂纹的萌生、扩展速率计算（基于Paris-Erdogan定律的深化应用），以及如何利用损伤力学参数优化钢结构部件的寿命设计。此外，对焊接节点区域残余应力的测量、模拟及其对整体结构稳定性的影响进行专题讨论。 1.2 钢筋混凝土的长期性能与界面过渡区（ITZ）效应： 混凝土作为最常用的结构材料，其长期性能（如徐变和收缩）对大跨度结构和高层建筑的预应力损失及挠度控制至关重要。本章将深入研究混凝土内部微裂缝网络的发展，重点剖析钢筋与混凝土之间的界面过渡区（ITZ）在力学传递中的关键作用。引入寿命周期评估（LCA）视角，探讨环境因素（如碳化、氯离子侵蚀）如何加速材料性能的衰减。 1.3 复合材料与新型土木工程材料的力学特性： 涵盖纤维增强聚合物（FRP）在结构加固和新型构件中的应用。分析FRP材料的铺设方向性对层合板刚度和强度的影响，并讨论FRP-混凝土界面脱粘的机理。对于木结构，则侧重于胶合木（Glulam）和正交胶合木（CLT）在多轴应力状态下的剪切性能和抗拉强度评估。 --- 第二章：先进结构分析方法与数值模拟的工程化 本章将结构分析从传统的解析法扩展至现代高效的数值计算方法，强调如何准确、可靠地将这些方法应用于复杂的实际工程问题。 2.1 有限元方法（FEM）的高级应用： 聚焦于非线性有限元分析（NLFEA）在结构工程中的实际操作。讲解几何非线性（大变形）、材料非线性（塑性、损伤）和接触非线性（支座、预埋件）的处理策略。重点讨论网格划分对结果精度的影响，并介绍壳单元、实体单元以及梁单元的适用性选择标准，确保计算模型能准确反映物理现实。 2.2 动力学分析与响应谱的精细化： 阐述模态分析在识别结构固有频率和振型中的关键性。深入讲解反应谱法（Response Spectrum Analysis）的应用局限性及其向时程分析（Time History Analysis）过渡的条件。对于复杂的空间结构，介绍子结构法在简化分析模型中的应用技巧，以及如何通过阻尼模型（如Rayleigh阻尼、质量比例阻尼）更精确地模拟能量耗散过程。 2.3 稳定性分析与屈曲理论的扩展： 不仅限于欧拉屈曲，本章详述了第二阶P-Δ效应在框架结构中的量化评估方法。针对薄壁构件（如箱型截面、冷弯型钢），引入欧拉-梁辛普森（Euler-Bernoulli-Timoshenko）理论的修正形式，分析局部和整体屈曲的相互作用，并结合有限条（FSM）方法进行截面稳定性评估。 --- 第三章：复杂荷载作用下的结构可靠性与抗灾设计 本章将理论分析成果转化为面向实际风险管理的抗灾设计策略，核心关注极端荷载和结构冗余度。 3.1 风工程与气动弹性力学： 详细剖析风剖面随高度的变化规律（Power Law vs. Logarithmic Law）。重点介绍风洞试验数据的应用，以及高层建筑在涡激振动（Vortex Shedding）和抖振（Galloping）现象中的设计对策。引入脉动风压与结构动力响应的耦合分析方法，确保结构在极端风事件下的使用极限状态和安全极限状态。 3.2 地震工程中的隔震与耗能技术： 系统介绍隔震系统（如铅芯橡胶支座LRB、摩擦摆支座FPS）的工作原理、刚度与阻尼参数的选取依据。对于耗能支撑（如屈服型、粘滞型），探讨其在不同层间刚度分布下的效率评估。强调如何通过结构性能化分析（Performance-Based Seismic Design, PBSD）实现多目标优化。 3.3 结构可靠度理论与概率设计： 引入极限状态设计方法（LSM）的概率基础。讲解荷载和抗力分项系数的确定依据，区分基于经验的方法与基于可靠度指标（β值）的校准方法。讨论在特殊结构（如核设施、重要基础设施）中，如何通过目标可靠度指标的设定来指导抗风、抗震的设计安全裕度。 --- 第四章：特殊结构体系的力学设计与构造细节 本章聚焦于非传统、大跨度及超高层结构所特有的力学挑战和关键构造处理。 4.1 超高层建筑的剪力分配与扭转控制： 探讨巨型框架、伸臂桁架、核心筒-伸臂桁架等复杂体系的力流传递机制。详细分析如何通过刚度差异控制结构扭转响应，并介绍高阻尼支撑和粘滞元件在控制高层结构顶层加速度中的应用。讨论垂直交通系统（如电梯机房、设备层）对结构整体刚度与动力特性的影响。 4.2 大跨度结构中的索、拱与膜结构： 侧重于预应力钢结构（如斜拉桥、悬索结构）的平衡态分析和二次效应计算。讨论拱结构在施工阶段的找形与应力重分布。对于膜结构，分析其初始平衡态的确定（形状找形）以及在风载和雪载作用下的动稳定性问题。 4.3 结构节点的承载力与构造细则： 强调“结构设计必须落地到构造”的原则。深入分析梁柱节点（如刚接、暗柱、桁架节点）的域控制理论，包括节点域的剪切承载力校验。对焊接节点、螺栓连接的受力特性进行细致的有限元验证，并结合施工工艺对节点构造的合理性进行评判。 --- 第五章：结构健康监测（SHM）与性能化评估的力学基础 本书的最后一部分展望未来结构工程的发展方向，重点关注实时监测数据如何反哺和修正结构分析模型。 5.1 传感器技术与数据采集： 介绍应变片、加速度计、位移传感器在结构健康监测中的部署策略。讨论如何通过模式识别技术从传感器数据中准确提取结构的振型和阻尼参数。 5.2 状态依赖型分析模型更新： 阐述模型修正（Model Updating）的基本流程。讲解如何将实际监测数据输入到有限元模型中，通过迭代优化算法（如最小二乘法、卡尔曼滤波）来校正材料参数或边界条件，从而使计算模型更贴近真实的结构状态，为评估剩余使用寿命提供科学依据。 5.3 结构安全评估与退役决策： 结合疲劳累积损伤和材料老化数据，建立结构剩余寿命预测模型。讨论在评估现有桥梁、老旧厂房等既有结构时，如何基于性能化评估结果，科学决策是加固、维修还是退役。 --- 本书的特色在于其对理论深度与工程实践的平衡把握，尤其侧重于对非线性行为、极端荷载响应以及复杂构造细节的深入剖析，为读者提供一套严谨、前瞻性的结构设计工具箱。

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