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出版者:广东经济出版社

作者:姜炜

出品人:

页数:336

译者:

出版时间:2002-11

价格:46.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787806773178

丛书系列:

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建筑结构设计中的荷载与材料性能研究 图书简介 本书深入探讨了现代建筑结构设计中最为核心的两个要素：结构荷载的精确评估与结构材料的内在性能分析。在当前快速发展的城市化进程和对建筑安全性、耐久性、经济性提出更高要求的背景下，传统的设计方法已逐渐显露出其局限性。本书旨在为土木工程师、结构设计师、建筑学专业人士以及相关领域的研究人员提供一套系统、前沿且具有实践指导意义的理论框架和分析工具。 全书共分为六个主要部分，层层递进，力求构建一个完整的结构设计知识体系。 --- 第一部分：结构荷载的分类、获取与精确建模 本部分聚焦于结构设计输入端——荷载的全面解析。我们不再仅仅停留在规范提供的经验值，而是深入探究荷载的随机性、时变性和空间分布特征。 1.1 活荷载的时变性与概率分布： 详细分析不同用途建筑（如办公楼、体育场馆、居住小区）的人员流动、家具布置等活荷载的统计规律。引入随机过程理论，建立考虑时间相关性的活荷载模型，特别是针对超高层建筑和大型公共空间中可能出现的极端活荷载组合。 1.2 风荷载的非定常特性与CFD模拟： 探讨风场的不确定性及其对结构动态响应的影响。重点介绍计算流体力学（CFD）在预测复杂建筑外形（如带有镂空、悬挑结构）周围气动力的应用，并对比传统风洞试验与数值模拟的优劣与互补性。引入基于实时气象数据的风荷载概率预测方法。 1.3 地震作用的场地效应与反应谱分析： 深入研究地震波在不同土层条件下的传播与放大效应，即场地效应分析。详细阐述多点激励下的结构动力反应计算，以及在非均匀地基条件下的结构响应模拟。对基于性能化设计（Performance-Based Seismic Design, PBSD）的地震作用评估方法进行了详尽的论述。 1.4 其他特殊荷载的考量： 涵盖温度梯度荷载（尤其是超长结构和复杂保温体系下的应力集中）、雪荷载（考虑积雪不均分布和风吹扫效应）、以及施工阶段的临时荷载控制与监测。 --- 第二部分：结构材料的本构关系与先进测试技术 本部分将视角转向材料本身，着重于理解和利用材料在复杂应力状态下的真实行为，超越传统的线弹性假设。 2.1 混凝土材料的非线性本构模型： 重点剖析高温、高湿、高应力环境下混凝土材料的损伤机制。详述基于内聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）和内变量模型（Internal Variable Model）的损伤塑性框架，用于准确模拟混凝土在开裂、压溃过程中的能量耗散。对超高性能混凝土（UHPC）和再生骨料混凝土的力学特性进行了专题研究。 2.2 钢材的屈服、包辛格效应与疲劳寿命预测： 深入研究高强钢材在循环荷载作用下的滞回特性，特别是Bauschinger效应。引入基于断裂力学和微观损伤理论的钢材疲劳寿命预测模型，并对比S-N曲线法、Miner累积损伤法在实际工程中的适用性。 2.3 复合材料与新型结构元件的力学性能： 分析纤维增强复合材料（FRP）在结构加固和新型结构体系中的应用，着重讨论其界面粘结性能和长期耐久性。对木结构材料的各向异性力学特性及湿热耦合作用下的稳定性进行了细致的讨论。 2.4 材料性能的现场无损评估： 介绍超声波检测（UT）、声发射技术（AE）以及地面试验（Flatjack Test）在评估既有结构材料强度和损伤程度中的应用，强调现场数据与实验室数据的关联性。 --- 第三部分：基于性能的结构抗力评估与优化 超越传统的“强度与稳定性”设计，本部分引入现代结构工程的核心理念——基于性能的设计（PBD）。 3.1 性能指标的量化与目标设定： 明确结构在不同荷载水平下（日常使用、罕遇地震、极罕遇地震）应达到的性能状态（如“完全使用”、“生命安全”、“防止倒塌”）。建立明确的位移控制、应变限制和损伤指标体系。 3.2 极限状态分析与可靠度校核： 采用半概率方法（如First-Order Reliability Method, FORM）对结构抵抗极端荷载的能力进行量化评估。重点讨论在材料和荷载不确定性并存下的结构可靠性指标β值的确定与校正。 3.3 结构优化设计： 结合拓扑优化和形状优化理论，指导设计师在满足特定性能目标的前提下，实现材料使用的最优化配置，减少冗余结构并提高整体效率。 --- 第四部分：结构动力响应与主动/被动控制 针对高层、大跨度或抗震设防区结构，本部分侧重于如何有效管理和抑制结构的动态行为。 4.1 模态识别与健康监测（SHM）： 介绍模态分析技术在确定结构固有频率和振型中的作用。详细阐述基于光纤光栅、加速度计等传感器的结构健康监测系统的数据采集、处理与状态评估流程。 4.2 粘滞阻尼器与耗能支撑设计： 深入研究粘滞阻尼器（Viscous Damper）的本构模型，并将其集成到非线性动力分析中，评估其对结构振动周期和振幅的有效控制范围。 4.3 隔震技术与基础隔离的设计原理： 详细分析铅芯橡胶支座（LRB）、高阻尼橡胶支座（HDRB）的力学特性，以及基础隔震层如何有效分离地面运动与上部结构，降低结构加速度响应。 --- 第五部分：特殊结构体系的荷载效应与分析方法 本部分针对工程实践中遇到的复杂结构类型，提供专门的分析指导。 5.1 筒体结构与伸臂桁架的相互作用： 针对超高层建筑，研究核心筒、巨型框架与伸臂桁架系统之间的荷载传递机制、刚度匹配问题，以及顶层结构在强风作用下的扭转效应。 5.2 空间网壳结构的几何非线性分析： 探讨薄壁结构在受压或受拉作用下产生的显著几何位移，及其对内力分布的反馈影响。介绍张拉整体结构（Tensegrity Structures）在轻质结构中的应用潜力。 5.3 地基与结构间的相互作用（SSI）： 分析地基柔性对结构动力响应的影响。利用Winkler地基模型、弹性半空间模型，对比不同地基模型在地震作用下对基础受力和结构位移的计算差异。 --- 第六部分：数字化工具与设计流程的集成 本部分关注现代工程软件的应用与数据驱动的设计理念。 6.1 有限元模型的质量控制与验证（Verification & Validation, V&V）： 强调构建高保真有限元模型的重要性，包括网格划分的敏感性分析、边界条件的合理设置，以及模型结果与试验数据的对比验证流程。 6.2 BIM环境下结构信息的集成与冲突检测： 讨论结构分析模型（如ETABS, SAP2000）与建筑信息模型（BIM）平台之间的数据交换标准和接口协议，实现从设计到施工全生命周期的信息连续性。 6.3 高性能计算在结构工程中的应用： 介绍并行计算技术在处理大规模非线性动力分析问题中的加速效果，以及云计算平台在解决结构优化问题中的潜力。 本书通过大量的实例计算、图表分析和前沿研究引用，力求实现理论深度与工程实践的完美结合，为结构工程领域的持续创新提供坚实的技术支撑。

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