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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Mark J. Hammer

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1978-02

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471028437

丛书系列:

图书标签:

• Water treatment
• Wastewater treatment
• Environmental engineering
• Water technology
• Wastewater technology
• Water quality
• Environmental science
• Civil engineering
• Pollution control
• Sustainable development

土木工程前沿：先进结构材料与可持续建筑实践 图书名称：先进结构材料与可持续建筑实践 图书简介 本书深入探讨了当代土木工程领域最为关键的两大主题：高性能结构材料的创新发展与面向未来的可持续建筑实践。随着全球对基础设施韧性、能源效率以及环境友好的要求日益提高，传统建筑材料和施工方法正面临严峻的挑战。本书旨在为土木工程师、结构设计师、材料科学家、建筑师以及研究生提供一个全面、深入且高度实用的知识体系，以应对这些挑战，推动行业迈向更安全、更环保、更经济的新纪元。 本书的结构经过精心设计，逻辑清晰地从基础材料科学延伸至复杂的系统集成与实际工程应用。全书共分为六大部分，涵盖了从微观结构到宏观性能，从传统材料的性能优化到颠覆性新材料的研发与应用，再到绿色建筑的全生命周期评估。 --- 第一部分：现代结构材料的基石与演化 本部分首先回顾了传统混凝土和钢材在现代工程中的核心地位，并着重分析了其性能瓶颈，为引入高性能替代品奠定理论基础。 第一章：高性能混凝土（HPC）的设计与应用 详细介绍了超高强度混凝土（UHPC）的微观结构控制、级配优化技术，以及添加剂（如纳米二氧化硅、活性矿物掺合料）对早期强度、长期耐久性和抗渗透性的影响。重点讨论了自密实混凝土（SCC）在复杂钢筋配置环境中的流动性、离析控制和终凝时间管理。同时，阐述了UHPC在预制构件、超大跨度桥梁和抗爆结构中的实际工程案例分析。 第二章：先进钢材与复合材料 本章聚焦于新一代结构钢材，包括高塑性/高韧性钢（HPS）在抗震设计中的应用，以及耐候钢（Corten Steel）的腐蚀机理与表面保护技术。深入探讨了纤维增强聚合物（FRP）材料，特别是碳纤维（CFRP）和玻璃纤维（GFRP）在结构加固、桥梁和海洋工程中的应用优势，包括其轻质、高强度、耐腐蚀特性，以及在不同环境下的长期性能退化模型。 第三章：结构健康监测（SHM）与智能材料 介绍嵌入式传感器技术在材料性能实时监测中的作用，包括光纤布拉格光栅（FBG）传感器用于应变和温度测量。重点分析了形状记忆合金（SMA）和压电材料在构件自修复和主动减震系统中的潜力，探讨了如何利用材料的本构关系变化来实现结构状态的早期预警。 --- 第二部分：可持续性材料的创新与集成 本部分将可持续性置于材料选择的核心，探讨了如何通过材料创新来减少建筑业的碳足迹和资源消耗。 第四章：低碳与地质聚合物混凝土 这是本书讨论环境影响的关键章节。详细阐述了地质聚合物（Geopolymer）的化学激活过程，使用粉煤灰、矿渣等工业废弃物替代波特兰水泥，及其在降低二氧化碳排放方面的巨大潜力。分析了地质聚合物的长期强度发展、耐酸碱腐蚀性能，以及其在特殊环境（如高温或化学侵蚀区）的应用前景。同时，探讨了新型低碳水泥（如碳酸盐水泥）的研发进展。 第五章：可回收与再生材料的工程化 探讨了如何将建筑垃圾、废弃轮胎橡胶、再生骨料（RCA）安全有效地集成到结构材料中。重点研究了再生骨料对混凝土工作性、强度和耐久性的不利影响，并介绍了有效的预处理技术（如碳化法）和改性剂（如纳米材料）来恢复或提升再生混凝土的性能，实现闭环回收。 第六章：生物基与仿生材料 本章展望了未来建筑材料的发展方向。研究了使用生物质衍生的材料（如木质素基材料、纤维素增强复合材料）作为可持续替代品。此外，还深入分析了仿生设计原理，例如模仿贝壳的层状结构来设计高韧性复合材料，以及利用微生物诱导钙化（MICP）技术实现混凝土的自修复。 --- 第三部分：可持续建筑的系统化设计与管理 本部分将材料科学与建筑全生命周期管理相结合，关注整体系统的性能优化。 第七章：建筑能效与热工性能 详细分析了影响建筑热性能的关键因素，包括围护结构的传热系数（U值）、热桥效应和空气渗透率。介绍了真空隔热板（VIP）、相变材料（PCM）在墙体和屋顶中的集成应用，以提高建筑的被动式热控制能力。讨论了如何通过材料选择和优化设计来满足净零能耗建筑（NZEB）的要求。 第八章：建筑全生命周期评估（LCA）与材料选择 系统阐述了LCA的方法论，包括范围界定、清单分析和影响评估。重点讲解了如何使用标准化数据库（如Ecoinvent）对不同结构方案（如钢结构、传统混凝土、木结构）进行“摇篮到大门”或“摇篮到坟墓”的比较分析。强调了在初始成本、使用寿命成本和环境成本之间进行多目标优化的决策框架。 第九章：绿色基础设施与海绵城市 本章关注人居环境的可持续性。详细介绍了透水混凝土、多孔沥青等材料在城市雨洪管理中的应用。讨论了绿色屋顶和立面系统（Bio-integrated Facades）对城市热岛效应的缓解、雨水径流控制和生物多样性的贡献，并分析了其对结构承载力的潜在影响。 --- 第四部分：先进建造技术与数字化集成 本部分探索了如何利用数字化工具和先进制造技术来确保高性能材料的精确应用和结构的优化建造。 第十章：增材制造（3D打印）在结构工程中的应用 全面介绍大型结构构件的混凝土3D打印技术，包括喷射成型过程中的流变学控制、层间粘结的质量保证，以及打印结构件的力学性能测试。探讨了如何利用3D打印实现复杂几何形状的优化设计，以减少材料用量并提高结构效率。 第十一章：数字化建模与参数化设计 阐述了建筑信息模型（BIM）如何与材料性能数据库以及LCA工具进行集成。重点讲解了参数化和拓扑优化设计在结构选型中的应用，例如如何利用算法自动生成满足特定承载和可持续性标准的轻量化桁架或薄壳结构。 --- 第五部分：耐久性、风险管理与韧性建设 本部分聚焦于确保基础设施在复杂和极端环境下的长期可靠性。 第十二章：极端环境下的材料性能 深入分析了材料在海洋环境（氯离子侵蚀、电化学腐蚀）、高寒地区（冻融循环、盐害）以及高温/火灾条件下的退化机理。提出了针对性的材料防护策略，如高性能涂层、渗透性抑制剂以及耐火结构设计。 第十三章：工程韧性（Resilience）的设计理念 将韧性定义为系统抵抗、吸收、适应和快速恢复的能力。本章讨论了如何通过材料冗余、结构多样性以及使用高韧性材料（如高阻尼橡胶支座、SMA阻尼器）来提高建筑和桥梁在地震、洪水等极端荷载下的持续服务能力。 --- 第六部分：法规、标准与未来展望 第十四章：国际绿色建筑标准与材料认证 概述了全球主要的绿色建筑评价体系（如LEED, BREEAM, DGNB）对结构材料的具体要求和评分机制。讨论了材料的环境声明（EPD）在采购决策中的作用，以及如何应对日益严格的建筑能效和碳排放法规。 结论与展望：迈向循环经济的建筑 本书最后总结了当前结构材料和建筑技术的发展趋势，强调了从线性“开采-制造-丢弃”模式向完全循环经济模式转型的必要性。展望了材料基因组计划、人工智能辅助材料发现以及自适应结构系统的未来研究方向。 本书配有大量结构示意图、性能对比图表和实际工程案例照片，旨在为读者提供一个既具理论深度又富实践价值的前沿参考资料。

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