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出版者:机械工业出版社

作者:宋玉普

出品人:

页数:377

译者:

出版时间:2006-7

价格:48.00元

装帧:精裝本

isbn号码:9787111190936

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图书标签:

• 疲劳
• 混凝土结构的疲劳性能及设计原理
• 混凝土结构
• 疲劳性能
• 结构工程
• 耐久性
• 设计原理
• 材料力学
• 桥梁工程
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• 建筑工程
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钢筋混凝土结构的耐久性与寿命预测 本书深入探讨了钢筋混凝土结构在长期使用过程中所面临的关键挑战——耐久性，并在此基础上，系统阐述了如何科学有效地预测和评估结构的剩余寿命，以确保其安全可靠地服务于社会。 第一部分：材料基础与腐蚀机理 混凝土的微观结构与孔隙特性： 详细解析混凝土的组成成分，包括水泥、骨料、水和外加剂，以及它们在水化过程中形成的复杂微观结构。深入研究混凝土的孔隙体系，如毛细孔、凝胶孔和界面过渡区孔隙，揭示其尺寸分布、连通性以及对物质迁移（如水、离子、气体）的关键影响。理解这些微观层面的特性是理解宏观耐久性行为的基础。 钢筋的锈蚀机理： 详细剖析钢筋在混凝土环境中发生电化学腐蚀的整个过程。从氯离子侵蚀、碳化作用引发的pH值降低等外部诱因，到氧气和水分作为必需条件，再到阳极反应（钢筋氧化）和阴极反应（氧气还原），一一进行阐述。重点分析锈胀现象，即钢筋锈蚀产物体积膨胀，产生张应力，进而导致混凝土开裂、剥落，最终影响结构的承载能力。 侵蚀性环境对混凝土的影响： 广泛研究各种常见的侵蚀性环境因素对混凝土耐久性的影响。 氯离子侵蚀： 深入分析海洋环境、融雪剂以及含氯外加剂等来源的氯离子是如何穿透混凝土保护层，到达钢筋表面，并破坏钝化膜，引发锈蚀的。讨论氯离子在混凝土中的迁移机理，包括扩散、毛细吸湿和渗透等，以及影响迁移速率的因素，如混凝土的密实度、水灰比、养护条件和保护层厚度。 碳化作用： 详述大气中的二氧化碳与混凝土中的氢氧化钙反应，导致混凝土碱度降低（pH值下降）的过程。解释碳化深度对钢筋锈蚀启动的影响，以及影响碳化速率的因素，如湿度、CO2浓度、混凝土密度和养护历史。 冻融循环： 详细分析水在混凝土孔隙中结冰时产生的体积膨胀和孔隙水压力，以及反复冻融对混凝土内部微观结构的破坏，导致强度下降、裂缝产生和表面剥落。探讨抗冻剂的使用机理和效果。 硫酸盐侵蚀： 阐述外部硫酸盐（如土壤、地下水）侵入混凝土后，与水泥水化产物（如水化铝酸钙）发生化学反应，生成体积膨胀的矿物（如石膏、钙矾石），导致混凝土膨胀、开裂和强度损失。 碱-骨料反应（ASR）： 深入解释当混凝土中的碱性物质（主要来自水泥）与某些具有活性的骨料（如某些石英、玉石）发生反应，生成具有吸湿膨胀性的硅酸凝胶，导致混凝土内部产生应力，引发开裂。 保护层厚度与表面防护： 强调钢筋保护层厚度在抵抗侵蚀性介质渗透方面的关键作用。讨论不同荷载等级和环境类别下，规范要求的最低保护层厚度及其背后的科学依据。同时，介绍各种表面防护技术，如涂料、密封剂、渗透型防护材料等，以及它们如何延缓或阻止侵蚀性物质的进入，延长混凝土结构的服役寿命。 第二部分：耐久性评估与寿命预测模型 现场检测技术： 系统介绍用于评估混凝土结构耐久性的各种非破坏性及微损检测技术。 表面检查： 包括裂缝宽度和分布的目测、记录，表面风化、剥落、酥松的评估。 回弹法、超声波法： 用于评估混凝土的强度和密实度，间接反映其耐久性潜力。 氯离子含量检测： 通过钻芯取样或表面扫描，定量测量混凝土中的氯离子浓度，评估氯离子侵蚀的严重程度。 碳化深度检测： 使用酚酞指示剂等方法，快速准确地测量混凝土的碳化深度。 电化学检测： 如表面电位法、电阻率测量，用于评估钢筋锈蚀的活性和混凝土的电阻率，进而判断锈蚀风险。 声发射技术： 用于监测结构内部的微裂纹扩展和材料损伤过程。 地质雷达（GPR）： 用于探测结构内部的钢筋位置、保护层厚度以及是否存在空洞、裂缝等缺陷。 加速试验方法： 介绍实验室中用于模拟长期耐久性破坏过程的加速试验方法。 加速氯离子渗透试验： 通过施加电场或增加氯离子浓度，缩短氯离子进入混凝土的时间，以预测长期性能。 加速碳化试验： 在高CO2浓度环境下进行试验，以快速评估混凝土的碳化速率。 加速冻融试验： 通过反复冻融循环，模拟严寒地区长期冻融对混凝土的损害。 加速硫酸盐侵蚀试验： 在高浓度硫酸盐溶液中进行浸泡或循环试验，评估混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。 寿命预测模型： 深入探讨用于预测混凝土结构剩余寿命的各种理论模型和工程实践方法。 基于物理机理的模型： 阐述基于腐蚀过程（如扩散、反应动力学）的寿命预测模型，这些模型通常需要输入材料参数、环境参数和结构参数。例如，Fick's第一定律用于模拟氯离子扩散，并以此推算锈蚀启动时间和速率。 基于统计和可靠性理论的模型： 介绍如何利用已有的损伤数据和概率统计方法，建立结构寿命的概率分布模型。讨论寿命不确定性在结构可靠性评估中的重要性。 基于性能退化的模型： 关注结构性能（如承载能力、刚度）随时间退化的过程，并预测当性能下降到某一临界值时结构的使用寿命。 混合模型与机器学习应用： 探讨将物理机理模型与数据驱动的机器学习方法相结合，以提高寿命预测的准确性和适应性。介绍神经网络、支持向量机等在耐久性预测中的应用前景。 模型的局限性与不确定性分析： 坦诚地指出各种寿命预测模型的局限性，包括参数的不确定性、环境变化的不可预测性以及模型本身的简化性。强调进行不确定性分析的重要性，并介绍蒙特卡洛模拟等方法。 第三部分：结构维护与寿命延长策略 预防性维护： 强调预防性维护在保障结构耐久性方面的基础性作用。包括定期的检查和监测，及时清除表面污染物，修复细小裂缝，以及根据环境条件采取适当的表面防护措施。 修补与加固技术： 详细介绍针对不同损伤类型和程度的修补与加固技术。 表面修补： 如修补砂浆、环氧树脂灌注等，用于恢复混凝土表面完整性。 钢筋锈蚀处理： 包括除锈、钝化处理、阴极保护等，以阻止或延缓钢筋锈蚀。 结构加固： 如粘贴碳纤维增强聚合物（CFRP）、外包钢或混凝土等，以恢复或提高结构的承载能力和延性。 裂缝控制与封闭： 介绍注浆、表面涂层等方法，以封闭裂缝，阻止侵蚀性介质的进一步渗透。 寿命延长措施： 探讨通过优化使用、环境控制以及适时干预等手段，显著延长混凝土结构的使用寿命。 合理荷载管理： 避免超载，减少应力集中。 环境控制： 如在寒冷地区加强融雪剂的管理，在沿海地区加强防腐蚀措施。 早期干预： 在结构出现初期损伤时及时进行修复，避免小问题发展成大隐患，显著降低后期维护成本。 定期性能评估与寿命再评估： 建立长期的监测和评估机制，根据实际使用情况和环境变化，定期对结构的剩余寿命进行再评估，并据此调整维护计划。 生命周期成本分析（LCCA）： 介绍生命周期成本分析的概念，强调将结构的初始建设成本、运行维护成本以及最终的报废处理成本进行综合考量，以实现结构经济效益的最大化。通过对不同维护策略的LCCA，为决策者提供科学依据，选择最优的耐久性管理方案。 本书旨在为工程师、研究人员以及相关决策者提供一个全面、深入的知识体系，帮助他们更好地理解混凝土结构的耐久性挑战，掌握科学的评估和预测方法，并制定切实有效的维护和管理策略，从而最大程度地发挥混凝土结构的价值，保障城市基础设施的安全与可持续发展。

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我是在寻找一个能够突破现有规范限制，理解“为什么”而不是仅仅知道“怎么做”的参考资料时偶然发现这本书的。市面上很多关于结构设计的书籍，更多的是停留在对现行设计规范条文的解释和套用上，读完后虽然会做题了，但遇到新颖或极端荷载情况时，往往束手无策。然而，这本书的视角完全不同，它将疲劳作为一种材料的“记忆”过程来研究，这一点极大地拓宽了我的思路。书中对循环荷载作用下应力历史的累积效应的描述，特别是引入了“损伤容许度”的概念，为我们评估既有结构的安全裕度提供了一种全新的、更具前瞻性的评估框架。我特别喜欢作者在讨论不同应力幅值对寿命影响时，所采用的概率统计方法，它没有给出绝对的答案，而是给出了风险区间，这才是对真实世界不确定性的最好回应。阅读过程中，我感觉自己仿佛在和一位经验极其丰富的老专家对话，他不仅告诉我桥梁为什么会疲劳失效，更重要的是，他教会了我如何用更科学、更量化的方式去预测这种失效的临界点。这种从现象到本质的穿透力，是这本书最宝贵的财富。

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这本书的封面设计颇具匠心，那种深沉的灰色调，配上清晰有力的字体，立刻就能让人感受到其专业性和厚重感。当我翻开第一页时，就被作者严谨的学术态度所折服。书中对于材料科学的阐述，特别是混凝土拌合物的微观结构是如何影响其宏观力学性能的探讨，简直是教科书级别的示范。作者没有仅仅停留在传统的力学分析上，而是深入挖掘了内部微裂纹扩展的机理，将化学、物理和工程学的知识点巧妙地融合在一起。尤其让我印象深刻的是其中关于长期荷载作用下钢筋与混凝土粘结性能退化的分析模型，那套复杂的偏微分方程推导过程，虽然晦涩难懂，但其逻辑的严密性和对实际工程问题的指导意义是毋庸置疑的。这无疑是一本为高阶工程师和科研人员量身定做的工具书，它迫使读者跳出舒适区，去思考那些在日常设计中常常被简化或忽略的深层次问题。那种对基础理论一丝不苟的钻研精神，让我对后续内容的学习充满了期待，它绝不是一本可以轻松快速翻阅的书籍，而更像是一部需要沉下心来细细品味的经典著作，每一个公式、每一个图表背后都凝聚着作者大量的实验数据和深厚的理论积累。

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我花了很长时间才读完关于“非线性累积损伤模型”的章节，那部分的内容对阅读者的数学基础要求非常高。作者似乎并不担心读者会因为公式过多而望而却步，反而坚信只有通过严密的数学语言，才能真正把握混凝土在复杂荷载组合下的隐蔽破坏过程。他没有回避多轴应力状态下的疲劳准则的复杂性，而是耐心地梳理了从单轴到多轴扩展的每一步逻辑跳跃。特别是他将温度变化、腐蚀环境等环境因素，如何作为“应力加速器”嵌入到疲劳寿命预测公式中去，这个跨学科的整合能力令人叹服。对我而言，这本书最大的挑战和最大的收获并存——挑战在于它需要你不断地回溯和检验自己的知识储备；收获则在于，一旦你真正理解了其中的某个核心概念，你会发现很多你过去认为理所当然的设计假设，其实都可以被更精确地量化和优化。这本书不是用来应付考试的，它是用来重塑你对结构可靠性认知的。

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这本书的排版和插图质量，说实话，一开始让我有些犹豫。它不像那些商业出版的畅销书那样色彩斑斓，很多图表都是黑白的，显得有些古朴甚至略显过时。但是，当我真正投入到阅读内容中后，便完全理解了这种“朴实无华”背后的用意。这里的每一个示意图都不是为了美观，而是为了精准地传达复杂的应力分布或裂纹扩展路径。作者在阐述动态荷载效应时，对简支梁和连续梁在不同频率荷载下的响应差异进行了细致的对比分析，配上的有限元模拟截图，虽然分辨率不算顶尖，但其关键节点的应力集中区域的标注异常清晰。更值得称道的是，作者在回顾经典疲劳理论时，对S-N曲线的局限性进行了深入的剖析，并引出了更先进的断裂力学方法，这使得全书的内容既有历史的厚度，又不失前沿的锐度。对于一个需要将理论快速转化为工程实践的工程师来说，这种务实和聚焦核心问题的态度，远比华丽的包装来得重要得多。

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总的来说，这是一部需要“慢读”的著作。我个人的阅读习惯是先通读一遍理论框架，标记出不理解的部分，然后再针对性地查阅相关文献进行二次消化。这本书的独特之处在于，它成功地将疲劳设计从一个仅仅是“安全系数”的概念，提升到了一个关于“服务期经济性评估”的高度。书中关于长期运营成本与初始设计强度之间权衡的讨论，为结构全生命周期的管理提供了深刻的见解。作者在讨论如何通过优化配筋率来平衡初始投资和后期维护成本时，给出的几个案例分析非常具有说服力，它不再是单纯地追求极限强度，而是追求在特定荷载谱下的最优经济寿命。这种将工程技术与经济学、管理学视角结合的尝试，使得这本书的受众范围虽然专业，但其价值却延伸到了项目决策层面。它提供给读者的，是一套完整的、从材料选择到全寿命周期风险控制的系统性思维方法论。

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