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页数:157

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出版时间:2008-6

价格:30.00元

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isbn号码:9787112090914

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• 地基与基础工程
• 基坑支护
• 工程设计
• 施工实例
• 土木工程
• 地基处理
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• 案例分析

工程力学与结构基础：理论深度与应用广度探索 图书名称：工程力学与结构基础：理论深度与应用广度探索 图书简介 本书旨在为土木工程、结构工程、岩土工程等相关专业领域的研究人员、设计工程师以及高校师生提供一本全面、深入且具有前瞻性的专业参考书。本书聚焦于工程力学与结构基础的核心理论体系，并强调这些理论在实际工程问题中的应用与验证，力求在理论的严谨性与工程的实用性之间找到最佳平衡点。 本书的结构设计遵循从基础理论到高级应用、从经典模型到现代分析方法的逻辑脉络，共分为六大部分，涵盖了工程力学与结构分析的几乎所有关键领域。 --- 第一部分：经典力学基础与材料本构关系 本部分奠定了整个结构分析的理论基石。我们将对静力学、运动学和动力学进行系统的回顾与深化，尤其关注在复杂载荷和边界条件下的平衡与运动分析方法。 1.1 连续介质力学基础： 深入探讨应力张量、应变张量及其在三维空间中的演化规律。重点解析柯西应力方程、几何方程和本构方程的数学形式及其物理意义，为后续的材料非线性分析做好铺垫。 1.2 材料本构理论精要： 详述线弹性、弹塑性与粘弹性材料模型的建立与应用。在线弹性部分，详细阐述广义胡克定律在各向异性材料（如复合材料或岩石）中的表达形式。在弹塑性部分，集中讨论屈服准则（如冯·米塞斯、德鲁克-普拉格）的选择标准、流动法则和硬化规则的数学描述，并辅以有限元分析中常用的数值积分方法。对于粘弹性材料，则侧重于蠕变和松弛现象的描述，并引入时间-温度等效原理。 1.3 结构稳定性理论： 聚焦于欧拉屈曲理论的推导过程及其局限性。详细分析二阶效应（P-Delta效应）的引入对结构承载力的影响，并介绍非线性屈曲分析（如特征值屈曲分析与弧长法）在实际工程设计中的应用策略。 --- 第二部分：结构分析的高级方法与数值技术 本部分将理论分析的视野扩展到复杂结构的数值模拟，是现代工程分析的核心。 2.1 结构动力学基础： 深入研究单自由度和多自由度系统的自由振动和受迫振动。重点讲解模态分析的原理、模态叠加法求解瞬态响应的适用条件。对于非线性动力学，将介绍Newmark-$eta$法和中心差分法的稳定性和精度控制，尤其关注冲击荷载和地震荷载下的响应分析。 2.2 有限元方法（FEM）的理论深化： 本章不再停留于单元刚度矩阵的组装，而是深入探讨变分原理（如虚功原理、最小势能原理）在有限元推导中的应用。详细解析高阶单元（如二次、三次单元）的选择对精度和计算效率的影响。同时，探讨网格划分策略在处理几何突变、应力集中区域的关键性作用，并引入自适应网格细化技术的基本思想。 2.3 薄壁结构与壳体理论： 侧重于薄壳理论（如Kirchhoff-Love理论）的推导，并讨论其在实际工程构件（如筒仓、压力容器）中的应用。探讨由于厚度变化引起的应力奇异性问题，并介绍如何利用三维实体单元对薄壁构件进行更可靠的模拟。 --- 第三部分：土体与岩体工程力学行为 本部分将理论力学与岩土工程相结合，探讨复杂地质环境下的应力-应变关系。 3.1 土体本构模型进阶： 不仅限于经典的Mohr-Coulomb准则，本书将重点分析临界状态土力学（CSM）模型。详细解释 $p-q$ 平面、 $N$ 面和 $M$ 面，以及其在预测土体排水和不排水剪切条件下的强度和变形特性。此外，还会引入先进的软土本构模型，如修正剑桥模型（MCC）或Skempton模型，用于模拟复杂应力历史对土体强度的影响。 3.2 岩体结构力学特性： 岩体被视为一种结构体而非连续介质。本章分析节理、裂隙等结构面如何影响岩体的宏观力学响应。介绍强度折减法（Strength Reduction Method）在边坡稳定性分析中的应用，以及如何利用岩石隧道工程中的Hoek-Brown准则评估围岩的长期稳定性。 3.3 土体与结构相互作用（SSI）： 详细分析弹性地基梁（Winkler模型）的局限性，并过渡到半空间弹性理论。介绍Boussinesq和Mindlin的解法，用于计算基础荷载在深层土体中的应力分布。对于动态SSI，探讨阻尼理论在传递地震波能量中的作用。 --- 第四部分：结构可靠性与概率分析 本书超越了传统的确定性设计方法，引入了量化不确定性的工具。 4.1 结构可靠性理论： 系统介绍一阶可靠度方法（FORM）和二阶可靠度方法（SORM）。阐述如何将随机变量（如材料强度、荷载值）转化为标准正态分布变量，并通过可靠度指标 $eta$ 评估结构失效概率。 4.2 荷载与材料参数的统计特性： 分析不同荷载类型（恒载、活载、风荷载、地震动）的概率分布模型，并探讨如何利用实测数据校准这些模型参数。讨论材料性能的空间变异性及其对结构整体可靠度的影响。 4.3 极限状态设计原理： 结合现行国际规范（如Eurocode或AISC/ACI的演进方向），深入探讨分项系数和分部系数的确定依据，以及基于可靠性指标的校准流程。 --- 第五部分：非线性分析与先进工程问题 本部分聚焦于现代工程中出现的复杂、非线性问题。 5.1 几何非线性与大变形分析： 详细推导描述大变形的Green-Lagrange应变张量，并讨论应力更新算法（如Polar Decomposition）在保持材料路径独立性中的关键作用。应用于分析悬索结构、膜结构和高层建筑的侧向位移响应。 5.2 材料非线性——混凝土损伤模型： 深入探讨混凝土在受压和受拉过程中的损伤演化规律。对比内聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）在模拟裂缝萌生和扩展中的优势，尤其是在评估钢筋混凝土构件的滞后和疲劳性能时。 5.3 接触力学基础： 分析接触问题的基本数学表述，包括Kuhn-Tucker条件和摩擦模型（如Coulomb摩擦定律）。重点介绍数值求解中常用的Penalty法、Augmented Lagrangian法以及惩罚因子的选择原则。 --- 第六部分：工程应用中的耦合问题与前沿探索 本部分展示了工程力学与其他学科的交叉融合。 6.1 热-力-固耦合分析： 探讨温度场对材料弹性模量、热膨胀系数的影响。分析火灾荷载下结构构件的应力再分布和残余变形，重点关注混凝土的脱层现象和钢材的屈曲行为。 6.2 疲劳寿命的预测与评估： 引入S-N曲线法、应力强度因子法（Fracture Mechanics）。详细解析Paris-Erdogan定律在裂纹扩展速率预测中的应用，并介绍Miner累积损伤法则在多循环载荷下的修正与应用。 6.3 尺度效应与断裂力学： 探讨从微观到宏观尺度的力学性能差异。引入尺寸效应模型（如Bažant的尺寸效应模型）来预测大尺寸结构试件的抗拉强度，并分析岩石和混凝土等脆性材料的应力强度因子在结构开裂过程中的意义。 --- 总结 本书的编写风格力求严谨且注重工程直觉的培养。每一章节的理论推导后均附有详细的解析算例或基于成熟商业软件的模拟对比，旨在帮助读者将抽象的数学模型有效地转化为解决实际工程难题的工具。本书不侧重于特定工程实例的施工步骤或详图绘制，而是聚焦于支撑所有工程实践的底层力学原理、先进分析模型及其背后的数学逻辑，是结构工程师和研究人员案头必备的深度参考资料。

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这本书的书名虽然听起来非常专业，直指“基坑支护工程设计施工实例图集”这一核心领域，但作为一名初次接触这个领域的工程师，我却在翻阅其他相关资料时，发现了一些与此书名截然不同的内容。比如，我最近在研究的几本关于“超高层建筑基础处理技术”的著作，它们深入探讨了桩基的优化设计、复杂地质条件下的地基加固方法，以及如何通过新型材料来提升基础的抗沉降能力。这些书籍的重点显然放在了基础的整体性承载力和长期稳定性上，而非仅仅局限于特定阶段的边坡维护。我期待图集能提供一些关于如何根据不同的土层性质，选择最经济、最可靠的桩基形式的对比分析，但这几本资料更多的是在强调地基处理的理论模型和数值模拟，对实际施工中的细节把控和图例展示似乎有所欠缺，这与一个“图集”应有的直观性相去甚远。我希望看到的，是那些能够清晰展示不同支护结构在受力状态下变形规律的剖面图，而不是纯粹的理论推导公式。

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最近接触的一些“工程测量与三维建模”的最新标准，极大地提升了我对施工精度的认知。这些标准详细描述了基于BIM模型的动态放样技术，如何利用全站仪和GNSS系统实现厘米级的误差控制，尤其是在复杂空间曲线结构（如异形桩或弧形墙体）的施工放样环节。这套体系强调的是数据驱动的实时反馈和纠偏。相对而言，一些传统的岩土工程手册，虽然在支护结构设计时给出了允许的偏差范围，但对于如何通过现代技术手段去“实现”和“验证”这个精度，描述得非常模糊，更像是一种经验性的规定，而非技术指导。我一直在寻找那些能将设计图纸上的参数，直接转化为现场施工放样点的坐标和放线方法的具体指南，尤其是在地下复杂障碍物较多的区域，如何快速定位设计桩位，这与单纯的结构强度计算有着天壤之别。

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在阅读一些关于“工业建筑防腐与防火设计”的规范时，我发现大量的篇幅被用于探讨不同介质（酸、碱、盐溶液）对混凝土和钢材的侵蚀机理，以及不同耐火等级墙体和楼板的构造要求。这些内容聚焦于建筑物的长期使用安全性和功能维护。这与我正在关注的基坑工程——它本质上是一个临时性工程，核心目标是保证主体结构施工阶段的安全——存在本质上的区别。我更关心的是，在基坑开挖的几个月内，如何通过优化的止水措施（比如深层搅拌桩与排桩的结合），来最大限度地降低地下水对土体的影响，从而减少因降水导致的周边地面和邻近建构筑物的位移。我希望看到的图集，能够有专门的章节来对比不同止水方案（如注浆堵漏、高压旋喷止水）在不同渗透系数地层中的实际止水效果图和经济性分析，而不是关于建筑物寿命周期的保护措施。

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深入探究“桥梁上部结构施工技术”的文献时，我发现重点大多集中在大跨度预应力混凝土梁的张拉控制、钢箱梁的吊装校位精度，以及支座的安装与预应力释放过程。这些资料对结构的受力体系转换和线形控制有着近乎苛刻的要求，尤其强调了温度变化对结构几何尺寸的影响。然而，我总觉得这些对上部结构的精细化管理，与基坑支护那种主要解决“局部地层稳定”和“地下水控制”的任务，在关注点上有显著差异。基坑工程更像是与大地进行的短期、高压力的“博弈”，需要对地下水位的瞬时变化、临近构筑物的沉降反馈做出即时反应。我期望能找到一些关于新型锚固技术，例如自钻式或微型灌注桩的应用案例，这些案例应当详细说明其对周边环境的振动影响评估和监测预警体系的建立，而非仅仅停留在传统内支撑或SMW工法的理论比较上。

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最近阅读的几本关于“隧道掘进与衬砌结构”的专著，给我留下了深刻的印象，它们详尽地阐述了TBM（隧道掘进机）在复杂断层破碎带施工中的风险控制措施，以及二次衬砌的施工工艺和质量验收标准。这些内容非常侧重于动态施工过程中的安全管理和应急预案的制定。与此形成鲜明对比的是，我此前接触的一些关于“边坡稳定分析”的手册，它们似乎更偏向于静力学分析，侧重于岩土体的抗剪强度参数确定和极限平衡法的应用。我一直在寻找关于在城市复杂地下管线环境中，如何快速、小扰动地完成基坑开挖的“快速决策”指南，这要求设计者能迅速根据现场地勘报告，拍板定下支护方案的类型和参数。但目前我手头的资料，大多是详尽的计算步骤，缺少那种能让人一目了然看出“此情此景应采用哪种支护”的决策树或流程图，这让实际工程中的快速响应变得有些迟缓。

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