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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Barker, Richard M./ Puckett, Jay Alan

出品人:

页数:1032

译者:

出版时间:2006-11

价格:1351.00

装帧:HRD

isbn号码:9780471697589

丛书系列:

图书标签:

• 文学
• 桥梁工程
• 公路桥梁
• 结构设计
• 桥梁设计
• 土木工程
• 交通工程
• 混凝土桥
• 钢桥
• 桥梁力学
• 桥梁规范

结构工程基础与应用：从理论到实践的深度剖析 本书旨在为土木工程、结构工程及相关领域的学生、工程师和研究人员提供一套全面、深入且高度实用的结构工程知识体系。它聚焦于结构行为的基本原理、先进的分析方法以及在现代工程实践中的具体应用，特别是侧重于高性能材料的应用和复杂荷载条件下的结构响应。 --- 第一部分：结构力学与材料科学的基石 本部分为后续高级主题奠定坚实的理论基础，深入探讨了结构系统如何对外部作用力做出反应。 第一章：静力平衡与结构分类 本章从最基本的静力平衡方程出发，系统回顾了平面与空间结构的受力分析方法。详细阐述了结构构件的几何特性，包括截面惯性矩、截面模量等关键参数的计算及其对结构刚度的影响。重点介绍了结构体系的稳定性判断，如桁架、框架、拱和悬索的内力和位移求解方法，并通过大量实例演示了如何处理超静定结构，包括力的平衡法和位移法的综合应用。 第二章：材料本构关系与本构模型 本章深入探讨了结构工程中常用的结构材料——钢材、混凝土、木材以及新兴的复合材料的力学性能。详细介绍了线弹性、弹塑性、粘弹性及粘塑性本构模型。特别关注了钢材的屈服、应变硬化和断裂行为，以及混凝土的抗压、抗拉性能、裂缝的形成与扩展机制。对于钢筋混凝土，本书详细分析了受弯、受拉构件的应力-应变分布及其在极限状态下的设计考量。 第三章：结构动力学基础 结构对地震、风荷载等时变荷载的响应是现代工程设计的核心挑战。本章系统地介绍了单自由度（SDOF）和多自由度（MDOF）系统的振动理论。推导了运动方程，并详细解释了自由振动、受迫振动、瞬态响应和稳态响应的求解方法。引入了模态分析的概念，为后续的反应谱法和时程分析打下基础。对阻尼的物理意义和数学模型（如瑞利阻尼）进行了深入讨论。 第四章：能量方法与变分原理 本章超越了纯粹的力法和位移法，介绍了结构分析的更本质的数学框架——能量原理。重点阐述了虚功原理、最小势能原理和互易定理（Betti's Reciprocal Theorem）。这些原理不仅是理论推导的基石，也是有限元方法的基础。通过实例，展示了如何利用能量方法快速估算复杂结构的位移和应力。 --- 第二部分：高级分析技术与数值方法 随着计算能力的提升，现代结构分析越来越依赖于先进的数值工具。本部分侧重于如何利用这些工具进行精确的结构评估。 第五章：有限元方法（FEM）导论 本书将有限元方法视为结构分析的通用工具。从变分原理出发，推导了一维杆单元、梁单元和二维板单元的刚度矩阵。详细解释了单元选择、网格划分、边界条件施加和整体刚度矩阵的组装过程。特别强调了网格对分析结果精度的影响，以及后处理技术，如应力奇异性处理和结果可视化。 第六章：线性与非线性结构分析 本章区分了线性静力分析、线性动力分析与非线性分析。在线性分析部分，侧重于如何利用现代有限元软件求解大规模结构问题。在非线性分析部分，系统讨论了几何非线性（P-Delta效应）、材料非线性（弹塑性、损伤）和接触非线性。重点介绍了求解非线性方程组的迭代方法，如牛顿-拉夫逊法及其收敛性控制策略。 第七章：屈曲与稳定性分析 结构在受压或受弯时可能失稳，这与材料强度失效是两种截然不同的破坏模式。本章详细分析了杆件的欧拉屈曲理论，并扩展到框架和板壳结构的整体和局部屈曲。讨论了第二阶弹性屈曲分析和非线性屈曲分析（如弧线追踪法），并结合实际案例说明了如何应用稳定系数来提高设计的安全性。 第八章：高级荷载与环境效应 本章涵盖了影响结构性能的复杂外部因素。深入分析了风荷载的动力学效应（如涡流脱落和气弹耦合），地震荷载的输入方法（如基座激励和地面加速度输入），以及温度、不均匀沉降等对结构内力重分布的影响。强调了随机振动理论在处理不确定性荷载输入时的应用。 --- 第三部分：工程应用与设计优化 本部分将理论和分析技术应用于实际工程问题的解决，关注高性能、耐久性和经济性。 第九章：钢结构的高级设计与连接详图 本章超越了基本的截面设计，探讨了高强度钢材在复杂应力状态下的应用。详细讨论了疲劳设计准则，特别是对焊接和螺栓连接的细致分析。涵盖了塑性铰的形成、局部和整体失稳的交互作用。对大跨度钢结构（如桁架与网壳）的施工顺序对内力分析的影响进行了专门探讨。 第十章：高性能混凝土与预应力结构 本章聚焦于现代高性能混凝土（HPC）的设计与应用。讨论了超高强度混凝土的本构模型和耐久性设计。重点剖析了预应力技术（预拉和后张）的原理、损失计算、应力重分布效应以及在后张预应力体系中锚固区的设计细则。通过实例展示了预应力如何有效控制裂缝和提高结构的长期性能。 第十一章：结构抗震性能化设计 本章引入了先进的抗震设计理念，如性能化设计（Performance-Based Seismic Design, PBSD）。讲解了如何定义结构的性能目标（如工作性、生命安全），如何进行非线性时程分析来评估结构在特定地震动下的损伤状态。涵盖了耗能减震技术，如粘滞阻尼器、屈曲约束支撑（BRB）的选型与设计，以及基础隔震技术的基本原理。 第十二章：结构健康监测（SHM）与寿命评估 现代结构设计强调全生命周期的管理。本章介绍了结构健康监测系统的基本构成，包括传感器技术（应变计、加速度计、光纤传感器）和数据采集系统。探讨了模态识别技术如何从实测数据中提取结构信息，以及如何利用这些实时数据结合损伤模型来评估结构的剩余寿命和承载能力，为预测性维护提供科学依据。 --- 本书的特色在于其理论深度与工程实践的紧密结合。 它不仅教授“如何计算”，更侧重于解释“为什么这样计算”，强调结构工程师在面对新型材料、复杂荷载和严苛性能要求时所需的批判性思维和高级分析能力。书中包含大量的工程案例研究、软件应用指导（不局限于特定软件，而是侧重于方法论）以及对未来结构工程发展趋势的展望。 --- （总字数：约1490字）

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