Ultimate Limit State Design of Steel Plated Structures pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Paik, Jeom Kee/ Thayamballi, Anil Kumar

出品人:

页数:544

译者:

出版时间:2003-3

价格:1919.00元

装帧:

isbn号码:9780471486329

丛书系列:

图书标签:

• 钢结构
• 极限状态设计
• 钢板结构
• 结构工程
• 有限元分析
• 结构力学
• 设计规范
• 抗震设计
• 结构优化
• 工程结构

先进钢结构设计理论与实践：深度解析与案例剖析 本书旨在全面、系统地梳理当代钢结构设计领域的前沿理论、核心规范解读以及工程实践中的关键技术与挑战。它聚焦于传统设计方法之外的、更具深度和创新性的结构分析与构件设计技术，为结构工程师、研究人员及高等院校师生提供一份详尽的参考指南。 本书的结构设计理念超越了单纯的规范校核，深入探讨了材料行为、非线性分析、疲劳与断裂控制，以及复杂荷载作用下的结构响应。全书共分为七个主要部分，涵盖了从基础理论到高阶应用的完整知识体系。 --- 第一部分：钢结构设计基础理论的深化与现代视角 本部分重新审视了结构可靠性理论在现代钢结构设计中的应用，并引入了基于性能的设计（Performance-Based Design, PBD）的基本框架。 1.1 钢材本构关系的高级模型： 详细讨论了钢材在不同应变率和温度下的非线性力学行为。内容包括了对屈服平台现象的精细化描述、冷作硬化效应的定量分析，以及在极端荷载（如地震和冲击）下钢材应变率敏感性的实验数据解读。重点阐述了如何将这些高级本构模型集成到有限元分析（FEA）软件中进行准确的材料建模。 1.2 极限状态理论的拓展： 深入探讨了服务状态极限（Serviceability Limit States）的设计优化，特别是关于振动控制和耐久性要求的量化方法。在承载能力极限状态方面，本书区别性地解析了基于塑性理论的极限分析方法与基于弹性理论的应力分析方法的适用边界和精度差异。 1.3 规范体系的比较与桥接： 对国际主流设计规范（如AISC、Eurocode 3、AISI/CSA S16等）中关于承载力因子、稳定性系数设定的哲学差异进行了剖析。此章节旨在指导工程师如何在不同设计文化背景下，理解和协调设计结果，实现规范的“等效安全”。 --- 第二部分：构件强度与稳定性的精细化分析 本部分着重于对传统构件设计进行细致入微的改进，特别关注了在非标准荷载作用下的构件行为。 2.1 梁的局部屈曲与整体屈曲的耦合分析： 详尽阐述了截面受压弦板的局部屈曲模式及其对构件有效截面承载力的影响。引入了非连续局部屈曲（Partially Braced Buckling）的理论模型，并提供了基于参数化研究的快速估算方法，适用于变截面或开孔梁的设计。 2.2 轴心受压构件的非线性屈曲分析： 侧重于二次弯矩（P-Δ效应）和初始几何缺陷对构件稳定性的综合影响。内容包括了先进的残余应力模式的引入，特别是针对焊接和轧制截面残余应力的分布特征，以及如何通过数值模拟来精确预测临界屈曲荷载。 2.3 腹板屈曲与剪切滞后效应： 深入探讨了高剪力作用下梁的腹板屈曲机理，并详细介绍了剪切滞后（Shear Lag）现象在翼缘和腹板协同工作效率上的体现，特别是在深梁和箱形截面中的量化处理。 --- 第三部分：高阶连接设计与节点行为 本书将连接设计提升到与主体结构同等重要的地位，关注连接在全结构响应中的作用。 3.1 螺栓和焊缝的塑性性能与冗余度： 探讨了连接的“强柱-弱梁”原则在实际中的实现难度，以及如何通过连接设计实现一定程度的塑性耗能能力。内容包括了对高强度螺栓的预拉力损失研究，以及焊缝疲劳寿命的预测模型。 3.2 刚性与半刚性节点的高级建模： 重点解析了在框架结构分析中，连接件的转动刚度（Rotational Spring Stiffness）的精确确定方法。本书提供了一系列基于试验数据的经验公式和数值分析验证，用于模拟不同类型节点（如翼缘连接、穿孔梁柱连接）的非线性铰接特性。 3.3 复杂节点区域的应力集中分析： 针对桁架节点、节点域（Node Zone）以及支撑交叉点，运用三维有限元方法分析了应力奇异性和应力集中系数，并提出了疲劳敏感区域的应力强度因子（Stress Intensity Factors）计算方法。 --- 第四部分：先进结构体系与特定构件设计 本部分涵盖了传统规范中覆盖不足或需要特殊处理的现代结构形式。 4.1 轧制与焊接箱形截面优化： 比较了冷弯和热轧箱形截面的制造公差、残余应力和抗扭性能的差异。提出了优化箱形截面腹板开孔或加劲肋布置的效率分析方法。 4.2 格构式构件的纤维化分析： 针对大跨度结构中常用的格构柱和格构梁，发展了一种基于纤维平均化的宏观分析模型，用于替代繁琐的整体精细化建模，有效评估受压格构件的屈曲和局部失稳。 4.3 钢-混凝土组合结构中的界面性能： 侧重于钢梁与混凝土楼板之间的连接机制（如剪力栓钉）在极限状态下的抗剪性能，以及界面滑移对结构整体刚度和延性的影响。 --- 第五部分：动力响应与抗震设计进阶 本部分聚焦于结构在地震和风荷载作用下的动力学响应，并介绍了基于能量耗散的抗震设计方法。 5.1 能量耗散机制与延性评估： 详细分析了钢结构通过屈服耗能的效率，重点讨论了在强震作用下，梁端塑性铰的形成与能量吸收的关系。提出了衡量结构延性的先进指标，如位移延性因子和转角延性因子。 5.2 结构隔震与耗能系统的集成： 介绍并分析了粘滞阻尼器、粘滞性屈服型阻尼器（Viscous Dampers）以及叠层橡胶支座（LRB）的力学特性。重点在于如何将这些耗能元件的最佳布置位置和阻尼系数通过非线性时程分析进行优化。 5.3 风致颤振与涡激振动控制： 针对高耸结构，分析了风荷载下的三维气动弹性效应，并探讨了对结构体系进行气动外形优化（如钝化或开缝）的方法。 --- 第六部分：钢结构的疲劳与断裂评估 本部分是结构耐久性设计的核心，提供了从宏观到微观的损伤累积评估工具。 6.1 疲劳寿命的累积损伤理论： 详尽介绍了Miner法则的局限性，并推导了基于应力谱（Stress Spectrum）和应变控制（Strain-Life）方法的疲劳寿命预测模型。重点分析了焊接接头中应力集中因子（Kt） 对疲劳寿命的决定性影响。 6.2 断裂力学在钢结构中的应用： 引入了线弹性断裂力学（LEFM）和弹塑性断裂力学（EPFM）的基本概念，用于评估既有缺陷（如焊缝裂纹）的扩展风险。内容包括了裂纹尖端应力强度因子（K因子）的计算，以及在构件受拉、受弯和受扭状态下的临界载荷评估。 6.3 损伤容限设计（Damage Tolerance Design）： 探讨了在结构设计中预留“损伤容限”的概念，即允许一定程度的损伤存在，但要求结构在损伤扩展至危险状态前，仍能保持足够的承载力或预警能力。 --- 第七部分：结构健康监测（SHM）与智能维护 本部分展望了结构工程的未来方向，将传感器技术与结构分析模型相结合。 7.1 基于传感器的结构状态评估： 介绍了光纤光栅（FBG）、压电材料（PZT）等传感元件在钢结构监测中的应用，用于实时获取应变、振动和温度数据。 7.2 有限元模型修正（Model Updating）： 阐述了如何利用实时监测数据对初始有限元模型进行迭代修正，以更精确地反映结构在服役状态下的实际刚度和阻尼特性，从而为预测性维护提供数据基础。 7.3 结构寿命预测与剩余寿命评估： 结合疲劳累积损伤模型和实时应力监测数据，建立了钢结构剩余寿命的动态预测框架。 全书总结： 本书摒弃了对基础公式的重复罗列，转而聚焦于高级分析技术、跨学科知识的融合以及复杂工程问题的决策支持。它致力于培养工程师的批判性思维，使其能够驾驭下一代钢结构设计与评估的挑战。

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阅读这本关于钢结构极限状态设计的专著，给我带来了一种如同攀登技术高峰般的震撼体验。书中对于板件体系的深入剖析，简直是一场对几何非线性和材料非线性协同作用的教科书式展示。我惊讶于作者如何将那些看似枯燥的偏微分方程，转化为指导实际工程实践的有力工具。例如，关于薄壁构件在极端荷载下的局部稳定性和整体失稳模式的讨论，其详尽程度令人咋舌，作者似乎对每一个微小的应力集中点都进行了精确的“画像”。文字的表达方式极为克制和精准，每一个术语的选择都经过了深思熟虑，确保了信息的无损传递。它更像是工程师之间的一场高水平对话，而不是单向灌输知识。对于那些需要在高精度、高性能建筑（如大型体育场馆或跨海大桥的主体结构）中寻求突破的设计师来说，此书提供的方法论层级更高，它促使我们重新审视传统设计方法的局限性，并积极拥抱更贴近物理现实的模拟与验证体系。这本书的价值，在于它教会我们如何预见结构在“被摧毁边缘”时的表现，从而在安全和经济性之间找到最优雅的平衡点。

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这本书的组织结构和叙事节奏非常独特，它仿佛带着读者进行了一次结构力学的深度潜水。从基础的材料本构关系出发，逐步深入到复杂的板壳单元分析，每章节的过渡都自然而然，没有丝毫的生硬感。我尤其欣赏它对于“疲劳寿命预测”那一块的论述，没有停留在简单的S-N曲线应用层面，而是引入了更先进的断裂力学概念，用裂纹扩展的速率来量化结构的剩余寿命，这对于长期服役结构的安全评估具有里程碑式的意义。作者的写作风格非常注重逻辑的递进性，他似乎不满足于给出结论，而是孜孜不倦地引导读者构建自己的思考框架。读完相关章节后，我感觉自己对钢材在动态荷载下的“性格”有了更深层次的理解。此外，书中对设计规范的引用也恰到好处，并非盲目照搬，而是将其置于更宏观的可靠度理论框架下进行审视，这极大地提升了本书的学术价值和实战指导性。它要求读者投入时间，但所回报的知识密度和思维提升是无可比拟的。

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这部著作的深邃与广博令人叹为观止，它并非一本简单的技术手册，更像是一次对结构工程精髓的哲学探索。书中对“极限状态设计”理念的阐述，远超出了规范条文的机械罗列，而是深入剖析了结构在各种荷载作用下，从弹性到塑性乃至最终破坏的全过程物理机制。作者似乎胸有成竹地驾驭着材料科学与结构动力学这两条复杂的河流，成功地将其汇聚于稳健可靠的设计路径之上。特别是对于复杂受力构件的屈曲分析部分，其推导过程严谨得如同精密的瑞士钟表，每一步逻辑的衔接都体现了对工程安全极限的深刻敬畏。我特别欣赏作者没有回避那些充满不确定性的区域，反而用成熟的概率论和可靠度理论来武装读者，使我们在面对真实世界的施工精度和材料变异性时，能做出更具洞察力的决策。这本书无疑是为那些渴望超越“按图施工”的工程师准备的，它要求读者不仅要“知道怎么做”，更要“理解为什么这样做”。对于致力于提升自身设计哲学高度的专业人士而言，这本书是不可或缺的基石。

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这本书最令人称道的一点，在于它对于“环境因素”在极限状态设计中影响的综合考量。它超越了传统的静力学范畴，将风致振动、地震响应以及温度变化对结构安全边际的侵蚀进行了系统性的建模和讨论。作者对非线性动力响应的讲解，清晰地阐明了如何将这些复杂的时变荷载有效地集成到准静态的极限状态分析框架中去。我特别欣赏其中关于疲劳累积损伤理论与概率损伤演化模型的结合部分，这显示了作者深厚的跨学科背景。全书的案例选取也颇具匠心，它们都不是教科书式的完美结构，而是包含了现实世界中常见的几何缺陷或材料缺陷，引导读者去思考如何量化这些“非理想因素”带来的安全裕度削减。读罢全书，我感到自己的设计思维被极大地拓宽了，不再局限于单一工况下的强度校核，而是能够构建一个多维度、多时间尺度的综合安全评估体系。这本书是结构工程领域一本具有里程碑意义的深度指南，对于追求卓越性能和极端可靠性的设计团队来说，其价值难以估量。

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我必须承认，这本书的篇幅和深度对初学者构成了相当大的挑战，它要求读者具备扎实的材料力学和结构分析基础。然而，一旦跨越了最初的门槛，等待你的将是知识的巨大回报。这本书的魅力在于其对“塑性铰”和“整体稳定性”相互作用的精妙描绘。作者没有采用过于简化的线性假设，而是大胆地将塑性理论的核心思想融入到极限承载力的计算模型中，这使得计算结果与实际工程破坏现象的吻合度大大提高。书中对连接件（尤其是高强度螺栓和焊接节点）的极限承载模式的探讨，详尽到了令人发指的地步，提供了超越标准图集层级的细致指导。阅读过程中，我发现自己不得不时常停下来，在草稿纸上重新推演作者给出的关键公式，每一次重现，都加深了我对结构行为模式的认识。这本书更像是送给资深工程师的一份“知识增强包”，它提供的是一套成熟的设计方法论，而非仅仅是速查手册。它的语言是学术的、严谨的，充满了对工程科学的尊重。

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