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出版者:中国铁道出版社

作者:洪庆章

出品人:

页数:420

译者:

出版时间:2002-5-1

价格:46.00

装帧:平装（带盘）

isbn号码:9787113047191

丛书系列:

图书标签:

• ANSYS
• 有限元分析
• 工程仿真
• 教学
• 案例
• 数值计算
• 结构力学
• 流体力学
• 电磁场
• 多物理场

现代土木工程结构设计与分析实践指南 本书聚焦于当前土木工程领域的核心挑战与前沿技术，旨在为工程师、结构设计师及相关专业人士提供一套全面、深入且高度实用的结构分析与设计方法论。 --- 第一部分：结构力学基础的深化与拓展 本部分内容致力于夯实读者在传统结构力学基础上的应用能力，并引入更贴近现代工程实际的分析框架。 第一章：材料本构模型的精细化描述 本章深入探讨了新型工程材料，如高性能混凝土（HPC）、超高性能混凝土（UHPC）以及纤维增强复合材料（FRP）在实际工程中的本构关系。我们不仅仅停留在线弹性阶段的讨论，而是详细剖析了材料在塑性、损伤和残余强度方面的演化规律。重点内容包括： 非线性本构模型的建立与校准： 介绍如何基于实验数据，利用修正的 Drucker-Prager 准则或更先进的内聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）来描述混凝土的开裂与峰值应力后的软化行为。 钢材的疲劳与断裂韧性评估： 探讨在交变荷载作用下，结构关键节点的疲劳寿命预测方法，采用 S-N 曲线法、应力强度因子法（Stress Intensity Factor, K）以及基于能量耗散的断裂力学方法。 温度与环境对材料性能的影响： 分析长期荷载下的徐变（Creep）和收缩（Shrinkage）效应对结构长期变形和内力重分布的影响机制。 第二章：结构动力学与地震工程基础 本章是理解复杂结构在动态载荷下响应的关键。内容侧重于从理论推导到工程应用的转化。 多自由度系统的振动分析： 详细推导了质量-弹簧-阻尼系统的运动方程，并介绍了模态叠加法（Modal Superposition Method）在计算瞬态响应中的精确应用。 阻尼理论的实际应用： 比较了粘滞阻尼、材料阻尼和黏弹性阻尼在工程模拟中的差异，特别是对于大型桥梁和高层建筑的能量耗散设计。 抗震设计基本概念： 介绍基于性能的设计（Performance-Based Design, PBD）理念，而非传统的基于力的设计。重点分析了反应谱法和非线性时程分析的适用条件和结果解释。 --- 第二部分：现代结构分析技术与数值模拟 本部分是本书的核心，专注于先进的数值计算方法及其在复杂结构问题中的应用。 第三章：有限元方法的理论基础与高级应用 本章不侧重于软件操作本身，而是深入剖析有限元方法（FEM）背后的数学原理，确保读者能够理解和批判性地使用数值结果。 单元的选择与网格无关性： 讨论了梁单元、壳单元和实体单元的插值函数，以及“奇点问题”和网格收敛性的判断标准。特别指出在应力集中区域，如何通过局部网格细化和 $h-p$ 自适应策略来提高精度。 接触问题与非线性约束的求解： 详细阐述了接触算法，如罚函数法、增广拉格朗日法和乘子法在模拟结构部件间相互作用（如预应力锚固区、支座摩擦）时的差异与优劣。 几何非线性分析（大变形理论）： 介绍弧长法、线搜索技术等在求解屈曲和二次失稳问题中的应用，并区分真实应力/应变与工程应力/应变的计算。 第四章：高级结构稳定性和屈曲分析 结构稳定性是确保结构安全的关键，本章提供了精确预测失稳荷载的方法。 线弹性屈曲分析（欧拉理论的局限性）： 阐述如何通过特征值分析确定临界屈曲载荷，并讨论初始缺陷和侧向荷载对屈曲行为的显著影响。 非线性屈曲（后屈曲分析）： 引入几何非线性和材料非线性耦合分析，用于模拟真实屈曲路径，特别是对于承受大侧向荷载的薄壁结构。 构件级屈曲与整体稳定性： 针对复杂框架结构，分析柱的有效长度系数（$K$ 值）的确定，以及 P-Delta 效应的量化处理。 --- 第三部分：特定结构系统与工程应用案例 本部分将理论知识与具体的工程实例相结合，展示复杂结构系统的设计流程。 第五章：桥梁结构分析与荷载效应评估 本章聚焦于超大跨径桥梁，特别是斜拉桥和悬索桥的设计挑战。 索/梁体系的耦合分析： 介绍在施工阶段，如何通过分步加载法精确模拟索力的施加、混凝土的浇筑和钢箱梁的拼装过程，分析由此产生的内力重分布。 风致振动与气动弹性力学： 深入探讨极端气象对桥梁的影响。内容包括涡振（Vortex Shedding）、颤振（Flutter）的判定标准，以及如何利用风洞试验数据指导计算模型参数的选取。 车辆-轨道-结构相互作用（TVI）： 针对高速铁路桥梁，分析动载作用下的疲劳累积损伤，并提出优化支撑系统以抑制车辆振动的方法。 第六章：深基坑与土体相互作用分析 现代城市化进程中，深基坑工程的支护结构设计至关重要。 土体本构模型的选择与参数率定： 比较 Mohr-Coulomb 模型、Hardening Soil 模型（HS）在模拟软土和砂土中的差异，强调地应力状态对模型输出的敏感性。 耦合分析方法： 介绍如何进行土-结构相互作用（Soil-Structure Interaction, SSI）的二维/三维分析，精确模拟支护结构与周围土体的协同工作状态。 监测数据与反馈修正： 探讨如何将现场沉降、位移监测数据与数值模型进行对比，实现对支护体系受力状态的实时评估和设计修正。 第七章：既有结构评估与加固设计 面对日益老化的基础设施，结构评估与可靠性提升是当前工作的重中之重。 结构健康监测（SHM）数据的整合： 介绍如何利用基于模态识别的实验数据来校准数值模型，以获取更真实的结构固有频率和阻尼比。 结构可靠性分析： 引入概率论方法（如First-Order Reliability Method, FORM 或 Monte Carlo 模拟），评估结构在不确定荷载和材料参数下的失效概率。 新型加固技术的力学机理： 详细分析碳纤维片材（CFRP）粘贴加固梁板的粘结性能、应力转移机制，以及预应力技术在恢复结构承载力中的应用。 --- 结语 本书力求在理论深度和工程实用性之间找到最佳平衡点，通过详尽的案例分析和对计算原理的深入剖析，帮助读者从“使用软件”的层面提升到“理解和驾驭”数值模拟的境界，从而能够独立解决复杂工程中的结构力学难题，确保设计与施工的经济性和安全性。

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