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《工程结构设计原理与应用》 图书简介 本书旨在为结构工程领域的学生、工程师及研究人员提供一套全面、深入且实用的工程结构设计理论与实践知识体系。全书内容紧密围绕现代结构工程的核心挑战与发展趋势，系统阐述了从基本力学原理到复杂结构系统性能评估的全过程。 本书的结构设计理念立足于可靠性、经济性与可持续性的统一，强调理论分析与工程实践的紧密结合。我们避免了对特定构件（如梁柱组合体）的过度聚焦，转而构建一个更宏观、更通用的结构分析与设计框架。 第一部分：结构分析的基石与高级方法 本部分首先回顾并深化了结构静力学与材料力学的基本概念，为后续高级分析打下坚实基础。 第一章：结构力学基础的再审视 本章着重于结构体系的自由度、约束条件分析，以及位移法和荷载法的统一框架。重点讨论了结构稳定性理论的引入，包括欧拉屈曲理论的严格推导及其在实际工程中的应用限制。引入了结构刚度矩阵的组装与求解流程，为后续的有限元方法（FEM）奠定基础。我们详细探讨了材料非线性（如弹塑性本构关系）对结构初始刚度的影响，强调了精确位移场计算的迭代过程。 第二章：线弹性与几何非线性分析 深入探讨了经典弹性理论在二维和三维结构分析中的应用。详细阐述了应力强度因子、裂纹尖端场的基本概念，特别是在复杂几何形状下的应力奇异性问题。 几何非线性分析是本章的核心。我们引入了二阶P-Delta效应的精确数学描述，以及高阶非线性分析（如大变形理论）所需的迭代求解算法，包括牛顿-拉夫森法及其收敛性判断标准。本章内容侧重于结构在受荷条件下几何刚度矩阵的构建与应用，用以捕捉结构变形对平衡方程的影响。 第三章：动力学与地震工程基础 本章系统讲解了结构动力响应的理论。从单自由度系统（SDOF）的自由振动与受迫振动分析出发，逐步推广到多自由度系统（MDOF）的模态分析。重点分析了特征值的计算方法（如子空间迭代法）及其在确定结构固有频率和振型中的关键作用。 地震工程部分，基于反应谱理论和时程分析，详细介绍了如何构建合理的结构动力模型，并探讨了阻尼机制的物理意义及其对结构能量耗散的影响。 第二部分：先进材料与结构体系设计 本部分将理论分析应用于现代工程实践中，关注新型材料的应用以及复杂结构体系的性能评估。 第四章：高性能混凝土与钢结构的本构关系 本章避开了对特定“梁柱”受力模式的简化分析，而是聚焦于构成这些构件的基础材料的先进本构模型。对于钢材，讨论了屈服面、强化机制及其对残余应力的影响。对于混凝土，则深入研究了三轴应力状态下的强度和刚度退化模型，以及开裂损伤演化过程的数值模拟。 第五章：结构整体稳定性与屈曲模式 本章全面探讨了结构体系的整体稳定性问题，而非局限于单个构件的局部屈曲。重点分析了框架结构的侧向扭转屈曲、桁架结构的失稳路径，以及板壳结构的薄壳屈曲行为。引入了临界屈曲荷载的有限元计算方法，并讨论了初始缺陷和残余应力对实际屈曲承载力的影响。 第六章：预应力结构设计原理 本章系统阐述了预应力的基本原理、施加方式、应力损失计算及其对结构使用性能的优化作用。重点讨论了预应力构件在不同荷载工况下的应力状态控制，以及如何利用预应力技术实现结构在长期使用阶段的裂缝控制与刚度提升。 第三部分：结构性能化评估与现代设计方法 本部分转向当前结构工程的前沿领域，关注结构在极端荷载下的行为预测和基于性能的设计理念。 第七章：极限荷载与可靠性理论 本章探讨了结构抗力评估的可靠性指标。详细介绍了极限状态设计（LSD）的原理，包括分项系数和分部系数的确定方法。采用可靠度分析（如一阶可靠度方法FORM）来量化结构失效概率，从而指导设计安全等级的划分。本章强调了荷载组合与效应叠加的科学性。 第八章：先进结构的耐久性与疲劳分析 结构耐久性被视为现代结构设计不可或缺的一部分。本章关注材料的长期退化机制，如钢材的腐蚀、混凝土的碳化和氯离子侵蚀。在疲劳分析方面，详细介绍了S-N曲线法、Miner累积损伤法则在循环荷载下的应用，以及如何通过疲劳寿命预测来优化结构维护周期。 第九章：基于性能的抗震设计（PBD） 本章的核心是超越传统基于力的设计，转向基于性能的目标控制。引入了性能点、需求和容量曲线的概念。详细介绍了非线性滞后分析（Pushover Analysis）在评估结构在罕遇地震下残余承载力方面的应用，以及如何通过迭代分析确保结构满足特定性能水平（如立即使用、生命安全或预防倒塌）的要求。 结论：面向未来的结构工程 全书最后总结了结构工程从过去依赖经验和简化模型，向未来依赖精密分析、先进材料和系统可靠性评估的转型趋势。本书提供了一个坚实的理论框架，使用户能够应对日益复杂和高要求的工程挑战。 适用对象： 土木工程、结构工程专业本科高年级及研究生。 从事结构设计、校核、评估和研究的工程师与科研人员。 本书特色： 理论深度与工程实用性并重： 强调数学推导的严谨性，同时紧密结合FEA软件建模与实际工程案例。 框架的普适性： 专注于构建一个适用于各种结构形式（框架、筒体、拱、壳）的通用分析与设计方法论。 强调非线性行为： 涵盖几何非线性、材料非线性和动力学非线性，为深入研究打下基础。
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