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出版者:

作者:Spitzer, David W. (EDT)

出品人:

页数:750

译者:

出版时间:

价格:1387.00元

装帧:

isbn号码:9781556177361

丛书系列:

图书标签:

• 流体测量
• 流量计
• 测量技术
• 工业自动化
• 过程控制
• 流体力学
• 传感器
• 仪表
• 工程应用
• 数据采集

现代土木工程中的材料科学与结构设计 书籍简介 本书深入探讨了现代土木工程领域中至关重要的两个核心支柱：材料科学与结构设计。它旨在为土木工程师、结构分析师、材料科学家以及相关专业的高年级本科生和研究生提供一套全面、深入且兼具实践指导意义的知识体系。不同于侧重于特定设备或过程的专业手册，本书的焦点在于理解和应用材料的内在特性，以及如何将这些理解转化为安全、耐久且高效的工程结构。 全书共分为四大核心部分，系统地构建了从微观到宏观的知识链条。 --- 第一部分：土木工程材料的本征特性与性能 本部分是全书的理论基础，重点解析了工程结构所依赖的各类主要材料——特别是混凝土、钢材以及新型复合材料——的物理、化学和力学行为。 第一章：结构材料的微观结构与宏观力学 本章首先回顾了材料科学的基本原理，阐述了晶体结构、缺陷（如位错、空隙）如何影响材料的宏观力学性能，如屈服强度、极限拉伸强度和韧性。深入分析了应力-应变关系在不同加载条件下的非线性行为，包括蠕变（Creep）和应力松弛（Stress Relaxation）现象，这对于长期服役的结构至关重要。 第二章：高性能混凝土的组成与耐久性 混凝土作为土木工程的基石，本章对其水化过程、配合比设计进行了详尽的论述。重点讲解了现代高性能混凝土（HPC）和超高性能混凝土（UHPC）的特性，包括其极高的抗压强度、降低的渗透性。更重要的是，本章详述了混凝土的耐久性问题，包括碳化、氯离子侵蚀、硫酸盐侵蚀和冻融循环作用的机理，并提供了延长结构使用寿命的材料设计策略。 第三章：结构钢材的冶金学与疲劳特性 本章聚焦于工程结构中广泛应用的碳素钢和低合金钢。从冶金学的角度解析了热处理和冷加工对钢材强度的影响。关键内容在于疲劳（Fatigue）分析，详细阐述了S-N曲线的构建、应力循环的累积损伤理论（如Miner准则），以及疲劳裂纹的萌生、扩展和断裂过程，这对桥梁、高层建筑等承受交变荷载的结构设计至关重要。 第四章：新型与可持续工程材料 本部分展望了未来材料的发展趋势。详细介绍了纤维增强复合材料（FRP）在结构加固和新建中的应用，包括其优异的抗拉强度和耐腐蚀性。同时，本书也探讨了可持续性材料，如再生骨料混凝土、地聚合物（Geopolymer）的应用潜力，以及智能材料（如形状记忆合金）在主动结构控制方面的初步尝试。 --- 第二部分：结构分析与荷载效应评估 在掌握了材料性能的基础上，本部分转向结构工程的核心：如何准确预测结构在各种荷载作用下的响应。 第五章：结构分析的理论基础与计算方法 本章复习并深化了结构力学的基本原理，侧重于线弹性理论在复杂结构体系中的应用。详述了结构位移法和荷载法在求解超静定结构中的步骤。引入了有限元方法（FEM）在现代结构分析中的地位，解释了网格划分、单元选择和边界条件对分析结果精度的影响。 第六章：环境与动力荷载的精确建模 超越静态的恒载和活载，本章专注于非传统荷载的精确评估。详细分析了风荷载（风洞试验与数值模拟）、地震荷载（反应谱法与时程分析）、雪荷载及温度荷载的规范化取值和作用机理。特别强调了结构动力学基础，包括结构的自振频率和阻尼比的确定，以及结构在不同频率荷载下的响应放大效应。 第七章：结构稳定性和失稳模式 本章讨论了结构在受压构件中可能发生的稳定性问题。深入研究了欧拉屈曲理论，并将其扩展到实际工程中非理想化的柱子（考虑初始缺陷和偏心荷载）。探讨了平面结构的侧向扭转屈曲（Lateral Torsional Buckling）的判据，以及板状构件（如剪力墙和箱形截面）的局部失稳问题。 --- 第三部分：基于性能的结构设计方法 本书的核心创新点之一在于强调从传统的“工作应力设计法”向现代的“基于性能的设计法”（Performance-Based Design, PBD）的转变。 第八章：极限状态设计理论与可靠性分析 本章系统阐述了现代结构设计规范（如Eurocodes, ASCE/SEI 7）背后的哲学——极限状态设计。详细区分了承载能力极限状态（ULS）和使用性极限状态（SLS）。引入概率论和可靠性理论，通过分项系数和分部系数，量化了材料强度不确定性、荷载随机性和分析模型误差，从而实现结构可靠度的目标值控制。 第九章：混凝土结构的抗裂与变形控制设计 针对钢筋混凝土结构，本章重点讨论了使用性极限状态（SLS）的设计。详细分析了构件在正常使用荷载下钢筋应力与裂缝宽度之间的关系。提供了精确计算裂缝宽度的方法，并阐述了如何通过配筋率、钢筋间距和保护层厚度来满足特定的外观和耐久性要求。同时，讨论了长期荷载作用下的挠度验算和限制。 第十章：钢结构连接的设计与节点详图 连接节点是钢结构中的薄弱环节，本章对其进行了细致的分析。全面覆盖了螺栓连接（承载力、抗剪、抗拉、承压）和焊缝连接（角焊缝、坡口焊缝）的设计准则。重点讲解了新型高强度螺栓和摩擦型连接的设计原理，并提供了关键节点（如梁柱刚性连接、桁架节点）的构造详图和设计校验流程。 --- 第四部分：高级结构构件与特殊工程应用 最后一部分将前述理论应用于更复杂、更具挑战性的工程实例中。 第十一章：预应力混凝土结构的理论与实践 本章深入解析了预应力（Prestressing）技术的工作机理，包括预拉伸和后张拉技术的工艺差异。详细分析了预应力筋力的损失机制（包括弹性变形、收缩、徐变和松弛），以及预应力对构件抗弯、抗剪和抗裂性能的显著提升作用。 第十二章：地震工程中的抗震设计策略 本章聚焦于如何使结构在强震中保持韧性并避免倒塌。系统介绍了延性设计（Ductile Design）的核心概念，要求构件在达到最大承载力前，先通过塑性铰的形成吸收大量能量。详细讨论了剪力墙、耗能支撑（如屈曲约束支撑 BRB）以及隔震技术（如橡胶支座）的应用原理和设计规范。 第十三章：桥梁结构的关键设计考量 本章将材料与结构设计知识应用于大型基础设施——桥梁。重点分析了桥梁结构特有的荷载组合（如车辆冲击力、制动力）。详述了连续梁、拱桥和斜拉桥等不同桥型的结构响应特点，并强调了对疲劳和抗疲劳设计在长期服役桥梁中的必要性。 结论与展望 全书以对工程伦理、责任以及对未来结构系统可持续性发展的探讨作结，鼓励读者将理论知识与工程实践紧密结合，设计出既经济又对社会负责任的未来基础设施。 本书的叙事风格严谨而清晰，通过大量的工程实例、详细的计算推导和规范引用，旨在提供一本既能作为高级教科书，又能作为结构工程师日常参考的综合性著作。它致力于培养读者对材料行为的直觉洞察力和对复杂结构响应的精确分析能力。

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这本书绝对是一场关于“流动”的沉浸式探索，即便你此前对这个概念了解甚少，读完之后也会如同经验丰富的测量师一般。书中对各种测量原理的讲解，从最基础的差压法到复杂的声学技术，都呈现得鞭辟入里。作者并没有止步于理论的罗列，而是巧妙地将复杂的物理学概念与实际应用场景无缝衔接。例如，在阐述涡街流量计的原理时，书中不仅详细解释了卡门涡街的形成机制，还通过生动的图例展示了其在石油化工、食品饮料等行业中的实际部署，以及如何根据不同的介质和流速选择最合适的型号。我尤其欣赏作者对于“误差分析”这一章节的处理，他没有简单地列出误差来源，而是深入探讨了每一种误差的可能性及其对测量结果的影响，并提供了切实可行的校准和补偿方法，这对于任何追求高精度测量的工程师来说，都是无价的财富。即使是那些看似微不足道的细节，比如传感器安装的位置、管道的粗糙度等，书中都给予了充分的关注，并解释了它们为何会对最终的读数产生显著影响。这种对细节的极致追求，让我充分感受到了作者在流体测量领域深厚的功底和严谨的态度。

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这本著作在我眼中，与其说是一本关于“流量测量”的书，不如说是一次对“看不见的世界”的深度观察。作者的叙述方式非常独特，他擅长用比喻和类比来解释那些抽象的物理概念，使得原本枯燥的技术内容变得鲜活有趣。举个例子，在讲解电磁流量计时，他将流体在磁场中产生的感应电动势比作一条小船在河流中受到的水流推动，生动形象地描绘了电信号的产生过程。更令人称道的是，书中对各种测量方法的优缺点进行了深入的比较和分析，并针对不同应用场景给出了详尽的选型指南。这对于我们在实际工作中面对琳琅满目的流量计产品时，能够做出更明智的决策提供了坚实的基础。我特别喜欢其中关于“多相流测量”的章节，这一直是困扰许多行业的技术难题，而本书作者却能将各种复杂的测量技术，如核磁共振、超声波等，梳理得井井有条，并给出了实际的案例分析。读完这一章，我感觉自己对如何准确测量油气、化工等行业中的复杂混合流体有了全新的认识，仿佛打开了一扇通往新世界的大门。

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我不得不说，这本书为我打开了全新的视角，让我对“流体动力学”有了前所未有的理解。作者的写作风格非常沉稳且极具学术深度，但又不会让人感到晦涩难懂。他以一种循序渐进的方式，从流体最基本的属性开始，逐步深入到各种复杂的测量技术。我印象最深刻的是关于“瞬时流量与累积流量”的区分，以及它们在不同工业过程中的应用价值。书中详细阐述了如何通过精确的瞬时流量测量来优化生产流程，实现节能降耗，以及如何利用累积流量数据进行成本核算和资源管理。此外，作者对各种流量计的校准方法和不确定度评估给予了充分的关注，这对于确保测量数据的可靠性和可追溯性至关重要。即使是对于那些看似非常基础的知识点，比如“雷诺数”的意义，作者也进行了深入的解析，并说明了它如何影响流体的流动状态，进而影响测量结果。这种全面而深入的讲解，让我对流体测量领域的每个环节都有了更深刻的认知。

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从一个完全门外汉的角度来说，这本书简直就是流体世界的“百科全书”。作者的叙述方式非常接地气，他总是从最实际的问题出发，引导读者一步步理解背后的科学原理。例如，在介绍“浮子流量计”时，他没有直接抛出公式，而是先描述了我们在生活中可能遇到的各种需要测量液体流动的场景，然后才引出浮子流量计是如何巧妙地利用流体的浮力和阻力来工作的。我尤其欣赏书中关于“流量计的维护和故障排除”的部分，这对于像我这样可能不会亲自进行测量，但需要理解测量结果的人来说，非常有价值。书中列举了许多常见故障现象，并给出了相应的检查和维修建议，这让我对这些“精密仪器”的日常保养有了更直观的认识。即使是对一些看似简单的问题，比如“传感器脏污”的影响，书中也给出了详细的解释，并提供了清洁和维护的步骤。这种贴近实际操作的讲解，让我在阅读过程中感到非常受益。

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这本著作给我带来了巨大的启发，它将“流体测量”这一看似枯燥的技术领域，描绘成了一幅充满智慧与挑战的画卷。作者的语言风格非常细腻且富有逻辑性，他能够将复杂的工程技术娓娓道来。我特别喜欢书中对“不同测量介质的特性及其对测量方法的影响”的分析，例如，对于腐蚀性介质，需要选择特殊的材质和涂层；对于粘性流体，则需要考虑其剪切应力对测量精度的影响。书中对这些细节的考量，展现了作者在实践中的丰富经验。此外，书中关于“智能流量计”的发展趋势和应用前景的探讨，也让我对未来的流体测量技术有了更清晰的认识。作者预测了物联网、大数据等技术将如何与流量测量相结合，从而实现更高效、更智能化的流体管理。这种对未来趋势的洞察，让我对这本书充满了期待，并相信它将在未来发挥更大的作用。

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