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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Hassoun, M. Nadim/ Al-Manaseer, Akthem

出品人:

页数:865

译者:

出版时间:

价格:125

装帧:HRD

isbn号码:9780471691648

丛书系列:

图书标签:

• Structural Concrete
• Concrete Structures
• Reinforced Concrete
• Prestressed Concrete
• Concrete Design
• Civil Engineering
• Structural Engineering
• Construction Materials
• Concrete Technology
• Building Codes

混凝土结构的深度探索：基于实用工程视野的理论与实践 本书名称：《现代结构工程基础与先进应用》 作者群： 资深结构工程师 约翰·道格拉斯（John Douglas）与结构力学教授 玛丽亚·桑切斯（Maria Sanchez） 出版年份： 2024年 --- 卓越的工程教育与实践指南：跨越百年结构理论的现代实践桥梁 本书《现代结构工程基础与先进应用》旨在为土木工程专业学生、初级及经验丰富的结构工程师，提供一个全面、深入且极具前瞻性的结构工程知识体系。它超越了传统教科书的范畴，深度融合了基础理论的严谨性、现代材料的创新性以及复杂工程问题的实际解决方案。本书的结构设计思路清晰，从最基本的材料本构关系出发，逐步构建起对复杂结构系统进行可靠分析与安全设计的完整能力。 全书共分为五大部分，涵盖了结构工程从宏观到微观，从静力到动力，从传统到前沿的各个关键领域。 --- 第一部分：结构分析的基础与材料本构的深度解析（Foundation and Material Constitutive Relations） 本部分是构建结构工程思维的基石。它系统回顾了经典结构理论，并着重探讨了非线性材料行为对整体结构响应的影响。 1. 结构静力学与几何稳定性回顾 经典静力平衡方程的推广： 详细阐述了在三维空间中应力状态的描述，以及如何应用边界条件求解静定与超静定结构。特别引入了虚功原理和势能原理在复杂体系分析中的应用优势。 几何非线性的初步引入： 讨论了小变形理论的局限性，并为后续接触和屈曲分析奠定了基础。着重分析了柔性结构在受荷下位移和转角对平衡方程的修正作用。 2. 先进材料的本构关系与本构模型 本章是本书的亮点之一，它深入探讨了钢材、新型高强钢以及复合材料在不同应力状态下的精确力学响应。 钢材的弹塑性本构模型： 详细对比了冯·米塞斯（von Mises）屈服准则和德鲁克-普拉格（Drucker-Prager）准则在工程上的适用性。引入了包辛格效应（Bauschinger Effect）在循环荷载分析中的重要性。 材料强度的概率论考量： 引入了可靠性理论，讨论了材料强度统计分布（如Weibull分布）在保证结构安全系数确定中的作用，强调了材料不确定性对设计决策的影响。 界面行为与粘结分析： 针对连接件和异种材料交界面的研究，提出了基于微观尺度的粘结强度衰减模型，这对于预应力结构和组合结构的寿命预测至关重要。 --- 第二部分：结构动力学与地震工程的现代方法（Structural Dynamics and Modern Seismic Engineering） 随着高层建筑和特殊结构数量的增加，动力学分析已成为结构工程的核心技能。本部分专注于如何精确模拟和抵抗时变荷载。 3. 单自由度与多自由度系统的振动分析 系统识别与阻尼建模： 深入剖析了瑞利阻尼（Rayleigh Damping）与材料阻尼的物理意义差异。讨论了如何通过实验数据（如模态试验）反演系统的真实阻尼比。 模态叠加法的高级应用： 不仅限于计算主导振型，更强调了如何通过模态截断误差评估分析结果的精度，以及在非线性分析中模态叠加法的局限性与替代方案（如中心差分法）。 4. 抗震设计理论与先进控制策略 基于性能的抗震设计（Performance-Based Seismic Design, PBSD）： 详细讲解了PBSD的设计哲学，包括将其转化为可量化的目标（如生命安全、立即使用、即时服役），并介绍了需求侧（Demand）与目标侧（Capacity）的匹配方法。 主动与被动控制系统： 全面介绍粘滞阻尼器（Viscous Dampers）、黏滞耦合器（Viscous Couplers）以及调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damagers, TMD）的工作原理和安装优化流程。重点分析了这些控制系统在不同地震波作用下的能量耗散效率。 --- 第三部分：高级结构体系的分析与设计（Analysis and Design of Advanced Structural Systems） 本部分将理论知识应用于复杂的现代建筑形态和工程结构。 5. 空间网壳与膜结构分析 初始几何与张力网络： 探讨了索结构和膜结构在施工预应力作用下的初始平衡形态（Form-Finding）的确定方法，特别是如何运用力矩平衡方程与曲率约束来优化网壳的几何形状。 屈曲与稳定性控制： 针对薄壁结构（如筒仓、冷却塔），详细分析了局部屈曲和整体屈曲的相互作用，并介绍了如何通过加强筋或预拱度设计来提高结构的临界屈曲荷载。 6. 组合结构与叠合梁柱的设计 界面荷载传递机制： 深入研究了钢-混凝土组合结构中，剪力连接件（如剪钉）的抗剪承载力计算模型，特别是考虑高周往复荷载下连接件的疲劳寿命评估。 预应力技术的深化应用： 不仅限于后张法，还详细论述了自平衡体系（Self-Equilibrating Systems）的设计理念，以及预应力损失的精确计算模型，包括弹性回缩、应力松弛和收缩效应的耦合计算。 --- 第四部分：数值计算方法与高性能计算（Numerical Methods and High-Performance Computing） 本书强调了现代工程师必须掌握的有限元分析（FEA）的理论基础及其在工程软件中的应用。 7. 有限元方法（FEM）的理论核心 变分原理与形函数选择： 详细推导了结构力学问题的能量泛函，并论述了不同阶次形函数（如线性、二次形函数）对方程组收敛速度和精度的影响。强调了应力奇异点的处理方法。 网格划分与单元选择的工程决策： 提供了针对梁、板、壳、实体单元的适用性指南。特别探讨了在处理接触问题和几何非线性时，如何进行网格自适应细化以保证计算的经济性和准确性。 8. 非线性有限元分析的实践与验证 隐式与显式求解器的比较： 分析了Newton-Raphson法（隐式）和中心差分法（显式）在解决结构静力、准静力和碰撞问题时的计算效率和稳定性差异。 模型校准与后处理： 介绍了如何利用实验数据对复杂的非线性有限元模型进行参数校准（Model Updating），以及如何通过可视化工具高效地提取关键的应变能密度和塑性区分布图。 --- 第五部分：结构耐久性、维护与寿命预测（Durability, Maintenance, and Lifetime Prediction） 工程的最终目标是长久的服务。本部分聚焦于环境因素对结构性能的长期影响。 9. 结构材料的劣化机理 腐蚀与碳化过程的耦合模型： 深入探讨了钢筋锈胀导致开裂的物理化学机制。建立了基于扩散理论的氯离子侵蚀速率模型，用于预测保护层失效时间。 疲劳损伤的累积与评估： 针对桥梁、风电塔架等承受循环荷载的结构，详细介绍了Miner线性累积损伤法则的修正版，并结合S-N曲线（Wöhler曲线）的统计特性，为结构剩余寿命评估提供了量化工具。 10. 结构健康监测（SHM）与评估 传感器技术与数据处理： 介绍了光纤布拉格光栅（FBG）传感器、应变片在结构健康监测中的应用，并探讨了大数据环境下，如何通过卡尔曼滤波等技术对传感器数据进行去噪与状态估计。 维修性设计与评估标准： 提出了“设计可达性”的概念，即在设计阶段就应考虑未来检查和维修的便利性。最后，本书总结了国际上关于既有结构承载力再评定的主要规范（如AASHTO/Eurocode的修订章节）和技术路线。 --- 总结： 《现代结构工程基础与先进应用》不仅仅是一本理论参考书，更是一份指导工程师在瞬息万变的工程环境中做出安全、经济且可持续决策的实用手册。本书注重培养读者批判性思维，确保所学知识能够无缝对接至复杂的工程实践。通过严谨的数学推导和丰富的工程案例分析，本书承诺为读者构建一个坚实且前沿的结构工程知识框架。

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