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出版者:人民大学出版社

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isbn号码:9781511404136

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现代土木工程材料与结构设计 本书聚焦于土木工程领域的前沿材料、结构力学理论及其在现代工程实践中的应用，旨在为工程技术人员、结构工程师以及相关专业的研究生提供一本系统、深入的参考手册与学习指南。 本书严格遵循工程科学的基本原理，内容涵盖了高性能混凝土、新型钢材、复合材料在土木工程中的应用，同时深入探讨了结构抗震、疲劳分析以及长期性能评估等关键技术。全书结构严谨，逻辑清晰，力求在理论深度与工程实用性之间达到完美的平衡。 --- 第一部分：先进土木工程材料的性能与应用 (约 450 字) 本部分系统梳理了二十一世纪以来土木工程领域中涌现出的关键新型材料及其特性。重点关注如何利用材料的微观结构调控来提升宏观性能。 第一章 高性能混凝土（HPC）技术 本章详细介绍了高性能混凝土（HPC）的设计理论与配合比优化。内容不仅限于传统的强度等级划分，更侧重于耐久性、工作性（包括自密实混凝土 SGC 的应用）和环境友好性。 超高韧性水泥基复合材料（UHTCs）：探讨了纤维增强机制如何显著提高材料的抗裂性和延展性，包括纳米纤维和微米级钢纤维的应用研究。 绿色与再生骨料混凝土：深入分析了使用工业废渣（如粉煤灰、粒化高炉矿渣）替代部分水泥所带来的长期性能影响，尤其关注氯离子渗透性和碳化抗性。 温敏与自修复混凝土：介绍了智能材料在结构健康监测中的潜力，包括嵌入式传感器技术和微胶囊自修复技术的工作机理。 第二章 新型结构钢材与连接技术 本章关注于提高结构使用寿命和抗灾能力的关键——结构钢材的选择与连接可靠性。 高强钢与耐候钢：详细阐述了 Q550 级以上高强度钢材的焊接工艺控制，以及耐候钢在不同环境下的锈蚀机理与防护措施。 焊接与螺栓连接的疲劳性能：基于S-N曲线和断裂力学原理，分析了关键节点在反复荷载作用下的疲劳累积损伤模型，并提供了疲劳设计规范的解读与应用实例。 第三章 结构复合材料的应用 探讨了纤维增强聚合物（FRP）在基础设施中的新兴应用，特别是在既有结构加固和新建结构耐腐蚀构件中的集成。 CFRP/GFRP 在桥梁和海洋工程中的应用：分析了 FRP 的拉伸强度优势与剪切弱点，重点介绍 FRP 筋混凝土（FRP-RC）构件的受弯、受剪承载力计算方法。 粘结界面性能的长期稳定性：研究了不同胶黏剂在高温、湿热循环条件下的老化效应，确保复合材料与基材间的有效锚固。 --- 第二部分：高级结构分析与设计方法 (约 600 字) 本部分是全书的理论核心，系统讲解了结构工程中从静力分析到非线性动力响应的高级计算模型。 第四章 结构承载力极限状态设计理论 本章基于概率极限状态设计（LSD）理论，统一了材料强度设计值与荷载分项系数的选取原则。 材料强度与塑性理论：深入探讨了混凝土的本构关系（如 Kent-Park 模型的改进），以及钢材屈服后承载力的确定，强调基于性能的评估方法。 构件承载力与截面延性：详细推导了钢筋混凝土和钢结构构件在轴压、弯曲、剪力和扭转组合作用下的极限承载力公式，并给出了保证结构延性的配筋（或配材）原则。 第五章 结构动力学与抗震设计 针对地震、风荷载等动态作用，本章提供了从基本振动理论到复杂非线性动力分析的完整技术路线。 多自由度系统振动分析：采用模态叠加法分析结构的基本周期、振型和参与振动质量系数，为地震作用下的反应谱分析奠定基础。 非线性反应谱分析与时程分析：重点讲解了如何建立结构的非线性恢复力模型（如纤维模型、集中塑性铰模型），并进行逐步积分法的动力响应模拟，以精确预测结构在罕遇地震下的损伤状态。 消能减震技术：介绍了粘滞阻尼器、屈服型阻尼器以及隔震支座的工作原理，并阐述了如何将其引入结构动力分析模型中以优化抗震性能。 第六章 结构可靠性与寿命预测 本章关注结构的长期安全性和服役性能评估，超越了初始设计阶段的要求。 概率可靠度分析：应用一阶可靠度方法（FORM）和蒙特卡洛模拟，评估结构在不确定性荷载和材料强度下的失效概率。 结构疲劳寿命预测：结合 Miner 准则和损伤累积模型，预测桥梁、高耸结构等在长期交通或风荷载作用下的疲劳寿命，并指导预防性维修计划的制定。 --- 第三部分：现代施工控制与质量保证 (约 450 字) 本部分将理论成果转化为可操作的施工技术和质量控制标准，确保设计意图能够在现场得到准确实现。 第七章 复杂结构施工控制技术 本章集中讨论大型、特殊结构（如大跨度桥梁、超高层建筑）施工过程中需要精确控制的关键技术环节。 预应力体系的张拉与锚固控制：详细论述了预应力钢绞线的应力损失计算，包括静载、活载、钢材松弛和混凝土蠕变的影响，并提出了精确的张拉力测量与反馈控制流程。 大体积混凝土的温度控制：分析了水化热对混凝土内部温度场分布的影响，介绍了冷却水管法、预埋保温模板等温控技术，以有效预防温度裂缝的产生。 施工阶段结构安全监测：探讨了在施工过程中，如何利用应变计、倾角仪等实时监测系统，对临时支撑、索塔等关键受力构件进行实时荷载评估，确保施工安全。 第八章 结构健康监测（SHM）与维护 本章介绍了将先进传感器技术集成到基础设施中，实现对结构健康状态的连续、非侵入式评估。 传感器网络设计与数据融合：讨论了基于光纤光栅（FBG）和压电陶瓷（PZT）的分布式传感网络设计，以及多源异构数据的状态评估算法。 损伤识别与状态评估：介绍了模态特征变化法和基于神经网络的损伤定位技术，以实现对结构内部缺陷的早期、精确识别。 第九章 质量保证与工程验收标准解读 本书最后一部分着重于如何通过严格的质量控制流程，确保工程符合设计规范的最终要求。 关键部位的无损检测（NDT）：详细介绍了超声波回弹法、探地雷达（GPR）在评估混凝土内部缺陷、钢筋保护层厚度和碳化深度的应用规范和操作细则。 施工质量与服役性能的关联：通过大量案例分析，揭示了施工阶段的微小偏差（如钢筋位置偏差、振捣不实）如何转化为结构服役阶段的耐久性风险，从而强调了施工过程质量控制的极端重要性。 --- 全书共计九章，内容紧密围绕高性能材料的选用、先进的结构分析理论和严格的施工过程控制展开，致力于为土木工程专业人员提供一个全面、深入且具有高度实践指导意义的参考工具。

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