钢结构高等分析的二阶非弹性理论与应用 [Second-Order Inelastic Theory and Application for Advanced Analysis of Steel Str] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘坚 著

图书标签:

• 钢结构
• 二阶效应
• 非弹性分析
• 结构稳定性
• 有限元
• 数值方法
• 结构工程
• 高等分析
• 理论与应用
• 钢结构设计

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030322715

版次：1

商品编码：11049413

包装：平装

外文名称：Second-Order Inelastic Theory and Application for Advanced Analysis of Steel Str

开本：16开

出版时间：2012-07-01

页数：480

正文

编辑推荐

《钢结构高等分析的二阶非弹性理论与应用》钢结构具有技术含量高、抗震性能好、高强轻质、材质均匀、塑性韧性好、工业化程度高、施工速度快和综合经济指标好等优点，且符合环保和可持续发展要求，是一种技术比较成熟的体系。因此，钢结构与其他材料（混凝土、砌体）的结构相比是一种比较理想的结构形式。

内容简介

高等分析是基于结构极限承载力的设计方法的理论基础，《钢结构高等分析的二阶非弹性理论与应用》系统地论述了钢结构高等分析的二阶非弹性计算理论及其设计应用。全书共13章，内容包括绪论、影响钢结构高等分析的主要因素、钢结构高等分析的关键技术、弯剪与翘扭稳定函数、三维梁柱单元与三维支撑杆元二阶弹性非线性刚度方程、基于弯剪与翘扭稳定插值函数的三维梁柱单元与三维支撑杆元二阶非弹性刚度方程、基于弯剪稳定函数的钢结构二维高等分析、基于弯剪与翘扭稳定函数的钢结构三维高等分析、基于纤维模型的钢结构高等分析、钢结构梁柱节点半刚性连接智能计算模型、半刚性连接钢结构的二阶非弹性分析、钢结构二阶非弹性分析算例分析和高等分析的设计方法应用、基于遗传算法与高等分析的钢结构优化等。
《钢结构高等分析的二阶非弹性理论与应用》可供从事土木工程研究、设计与施工的人员参考，也可作为高等院校土木工程专业及相关专业博士、硕士研究生和高年级本科生的参考书。

目录

序
前言
第1章 绪论
第2章 影响钢结构高等分析的主要因素
第3章 钢结构高等分析的关键技术
第4章 弯剪与翘扭稳定函数
第5章 三维梁柱单元与三维支撑杆元二阶弹性非线性刚度方程
第6章 基于弯剪与翘扭稳定插值函数的三维梁柱单元与三维支撑杆元二阶非弹性刚度方程
第7章 基于弯剪稳定函数的钢结构二维高等分析
第8章 基于弯剪与翘扭稳定函数的钢结构三维高等分析
第9章 基于纤维模型的钢结构高等分析
第10章 钢结构梁柱节点半刚性连接智能计算模型
第11章 半刚性连接钢结构的二阶非弹性分析
第12章 钢结构二阶非弹性分析算例分析和高等分析的设计方法应用
第13章 基于遗传算法与高等分析的钢结构优化
附录1 基于剪弯稳定插值函数的三维梁柱单元二阶弹性刚度矩阵系数
附录2 基于翘扭稳定函数的三维梁柱单元翘扭刚度矩阵系数
附录3 半刚性连接智能模型的部分训练样本
参考文献

精彩书摘

　　对非线性问题进行有限元列式便得到非线性有限元方程，它又分为全量有限元方程和增量有限元方程。全量有限元方程是采用变分原理在物质坐标中建立全量形式的非线性有限单元平衡方程，经过组装得到整体结构系统的平衡方程后求解，增量有限元方程是采用增量形式的平衡方程。拉格朗日描述法主要有三种列式法，即完全拉格朗日列式法（total Lagrangian methods，TL）、修正拉格朗日列式法（updated agrangian methods，UL）和一般拉格朗日列式法（general Lagrangian methods，GM）。对非线性结构通常以拉格朗日描述结构运动过程的平衡状态。以C0为参考系的方法称为TL方法，以C为参考系的方法称为UL方法，而以Cm为参考系的方法称为GL方法，它们的主要差别在于采用不同的参考构形（243,244）。完全拉格朗日列式是以构件变形前（初始状态，有明确的位置）的弦长作为基准定义单元自由度，TL法Green应变和第二克希霍夫应力是以C0状态为参考坐标，计算几何刚度矩阵和等效应力时，用的是Ct+△t状态下参照C0的第二Kirchhoff应力，在求解过程中应力可直接叠加，TL法需同时形成初始位移矩阵，如Goto于1987年和Wong于1990年等用此法研究了几何非线性；UL法是以C状态为参考坐标，计算几何刚度矩阵和等效应力用的是C状态的Cauchy应力，求解过程中应力必须进行交换后方可叠加，而不能直接叠加，在UL法中，不断转换坐标即相当于考虑初始位移效应。修正的拉格朗日列式则把构件的刚体位移从局部变形中分离出来，适合于大位移或大转角情况下的几何非线性问题，如Hsiao于1987年、Chen和Hong等于1990年采用此法进行了几何非线性分析。对发展修正的拉格朗日列式及把修正的拉格朗日列式方法应用到几何非线性求解问题上，Bathe和Bolourchi于1979年、Gattass和Abel于1987年、Yang和Kuo等于1994年都对此做出了贡献。早期的几何非线性分析是基于完全拉格朗日列式的方法，在这个方法中，诸如杆端力、位移、应力和应变等变量是参考初始没变形的结构构形C0，但当这些变形和应力在结构接近临界荷载时，完全拉格朗日列式不能精确计算结构变形，另一方面，修正的拉格朗日列式与完全拉格朗日列式相比具有明显的优点，因为在修正的拉格朗日列式中所有变量是参考最后已知已平衡的构形C1，所以尽管结构总变形变大，但修正的拉格朗日列式方法的计算不会遇到任何困难。

前言/序言

结构工程前沿探索：从材料本构到体系响应的深度解析 本书旨在为结构工程师、研究人员以及高年级土木工程专业学生提供一个全面且深入的视角，探讨现代结构分析领域中至关重要的几个核心议题。重点关注在复杂荷载、先进材料以及大变形效应下，如何建立和应用更为精确的结构模型，以确保工程的安全性和经济性。 全书内容架构围绕高性能结构体系的设计理念、先进的计算方法论以及实际工程中的应用挑战展开。我们摒弃了传统分析中过于简化的线性假设，转而聚焦于揭示结构在极限状态下，由材料非线性、几何非线性共同作用所产生的复杂响应机制。 第一部分：高性能结构材料的本构关系与先进表征 本部分是理解高级结构分析的基础，详细剖析了在现代工程实践中日益重要的几类结构材料的精确力学行为模型。 1. 钢材的高级本构模型 区别于简单的弹塑性模型，本章深入探讨了钢材在循环加载、高应变率以及极端温度下的行为。重点讨论了率相关粘塑性模型（Rate-Dependent Viscoplasticity）的应用，特别是如何利用这些模型来准确预测焊缝区域、连接节点在反复地震动或冲击荷载下的疲劳累积损伤和残余变形。我们详细阐述了损伤力学（Damage Mechanics）在描述钢材微观结构退化过程中的作用，包括对屈服后硬化、包辛格效应（Bauschinger Effect）的精确数学描述。 2. 混凝土与钢-混凝土复合材料的非线性行为 针对钢筋混凝土和预应力混凝土结构，本章深入研究了多轴应力状态下混凝土的强度与刚度退化。内容包括：三轴受压下的约束效应、拉伸软化机制以及界面剪切滑移的建模。对于先进的组合结构，如钢管混凝土柱（CFST），本书详细介绍了如何耦合钢材的塑性流动与混凝土的密实化过程，以精确预测构件的极限承载力和延性。 3. 纤维增强复合材料（FRP）在结构修复与加固中的应用 本书探讨了FRP材料的本构关系，侧重于其极高的抗拉强度与模量的各向异性。重点解析了FRP-混凝土界面粘结失效的机理，并介绍了如何将这些非线性界面行为纳入整体结构分析框架，以优化加固效果。 第二部分：结构几何非线性和稳定性分析的理论基础 结构分析的准确性极大地依赖于对几何非线性效应的考量，特别是在高耸结构、大跨度结构以及受压构件中。 1. 几何非线性的理论体系 本章系统梳理了拉格朗日描述（Lagrangian Description）与欧拉描述（Eulerian Description）在处理大转角和大位移问题中的优劣。详细介绍了Green-Lagrange应变张量与有限旋转理论，为建立高阶几何非线性微分方程奠定基础。内容还包括如何处理构件的曲率变化对内力重分布的影响。 2. 结构稳定性的判定与后屈曲行为 本书超越了简单的欧拉屈曲公式，深入探讨了非线性屈曲的判定标准。重点分析了初始几何缺陷和残余应力对结构的临界屈曲载荷的影响。对于复杂体系，如空间桁架或框架，本书阐述了如何利用弧长法（Arc-Length Method）追踪结构的承载力平台（Limit Load Point），并评估结构在极限承载力之后的后屈曲承载能力和失效模式。 第三部分：高级数值方法与计算实施 理论模型的有效性必须依赖于可靠的数值求解工具。本部分侧重于将复杂的本构关系和几何非线性方程转化为可高效求解的离散模型。 1. 有限元方法的革新与实施 详细介绍了非线性有限元分析（FEA）中求解器的选择与效率优化。重点讨论了平面内外的单元选择（如壳单元、实体单元的稳定性增强技术）。针对变截面和接触问题，本书阐述了增广刚度法在处理接触刚度和摩擦阻力时的应用策略。 2. 非线性方程的求解算法 深入讲解了牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson）及其修正形式在线性化迭代中的应用。特别关注当结构进入高度非线性区域（如屈服带扩展、失稳前夕）时，修正牛顿法和载荷步长控制策略（如Palmgren-Bredt法和Riks法）的实施细节和收敛性保证。 3. 动力响应与时间积分 对于涉及材料粘塑性和大变形的动态问题，本书对比了显式积分（Explicit Integration）和隐式积分（Implicit Integration）的适用场景。详细介绍了Newmark-beta法和Wilson-theta法在处理结构耗能和模态叠加中的精度和稳定性控制。 第四部分：实际工程中的先进分析应用案例 本部分将理论和数值方法应用于解决现实世界中的复杂工程问题，强调分析结果的可解释性和工程指导意义。 1. 高层建筑的抗侧力体系评估 应用二阶理论分析高层结构在强风和地震作用下的P-Delta效应对刚度和稳定性的影响。对比了传统规范方法与更精确的数值模型在评估极限层间位移和倾覆风险上的差异。 2. 桥梁结构的长寿命与疲劳分析 侧重于复杂节点（如箱梁焊接段）的局部应力集中问题。利用高精度模型对长期服役下的应力历史进行追踪，并结合Miner准则或其他先进疲劳累积损伤模型，预测结构剩余寿命。 3. 构件局部失稳与整体屈曲的耦合研究 针对薄壁型钢构件，本书演示了如何通过细微的单元划分捕捉板件的局部屈曲，并将此局部刚度损失反馈到整体框架分析中，从而更真实地模拟构件从局部屈曲到整体失效的全过程。 通过上述系统的论述，本书旨在引导读者从经验和简化模型转向基于精确物理规律的结构分析，以应对二十一世纪复杂基础设施对安全性和可靠性的更高要求。

评分☆☆☆☆☆

初读这本书，我被其严谨的学术逻辑和详实的理论推导所折服。作者似乎非常注重从基础概念出发，逐步构建起二阶非弹性分析的理论体系。我印象最深刻的是关于材料本构模型的部分，对于塑性、屈服以及应变硬化的描述，如果能够结合一些图示或者简化模型，会更加直观。当然，作为一本高等分析的书籍，对于数学公式的严谨性是必然要求，我能感受到作者在推导过程中一丝不苟的态度。我对书中关于几何非线性分析的部分尤其感兴趣，了解二阶效应是如何影响结构的整体刚度和稳定性，以及它与材料非弹性的相互作用，这对于精确预测结构的极限承载能力至关重要。我希望书中能够详细阐述如何将这些理论应用于实际的结构分析软件中，或者至少提供一些数值计算的思路和方法。毕竟，理论再好，也需要通过实践来验证和应用。这本书的深度和广度，让我觉得它不仅仅是一本教材，更像是一本能够引领我深入探索钢结构高级分析前沿的指南。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题“钢结构高等分析的二阶非弹性理论与应用”本身就充满了挑战性，预示着它将带领读者进入钢结构分析的更深层次。我推测书中会详细阐述二阶效应的物理意义，以及它对结构整体稳定性和承载能力的影响。同时，“非弹性理论”部分，我期待它能够涵盖屈服准则、塑性流动法则以及应变硬化等核心概念，并解释这些概念如何影响钢构件在承受超过屈服极限载荷时的行为。对于“应用”部分，我非常希望看到作者能够提供一些具体的工程实例，例如高层建筑的侧向抗震设计、大型工业厂房的钢结构稳定性分析，或者桥梁钢结构在极端荷载下的行为预测。能够看到理论如何转化为实际的设计规范和工程实践，对我来说将非常有价值。这本书的深度和专业性，让我相信它能够成为钢结构领域研究者和工程师的宝贵参考，帮助我理解和解决更复杂、更具挑战性的钢结构设计问题。

评分☆☆☆☆☆

在我翻阅这本书的初步印象中，我感受到一股浓厚的学术研究气息。书中大概率会深入探讨钢结构在承受高强度荷载或经历显著变形时的行为。我特别关注书中对“二阶效应”的解释，这通常涉及到结构变形对受力状态的影响，是大型结构设计中不可忽视的关键因素。对于“非弹性理论”的引入，我期望它能够详细阐述材料进入塑性阶段后的行为特点，以及如何通过相应的本构模型来描述这种变化。如果书中能够提供具体的数值方法，例如有限元分析中如何实现二阶非弹性分析，那就极具实用价值。我想知道，本书的作者是否会给出一些实际工程应用的案例，例如大型桥梁、高层建筑的钢结构设计，来演示这些理论的有效性。我希望这本书能帮助我理解，在何种情况下必须采用二阶非弹性分析，以及这种分析方法相比于传统方法的优势和局限性。我的目标是通过阅读这本书，能够提升对钢结构复杂力学行为的认识，并掌握进行更精确结构分析的工具。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得相当朴实，一眼就能看出这是一本学术性很强的著作。拿到手后，我首先被它沉甸甸的分量所吸引，封面上“二阶非弹性理论与应用”这几个字，直接点明了主题，也预示着内容将是深入且复杂的。我个人对钢结构领域一直抱有浓厚的兴趣，尤其是那些能够解释结构在真实受力情况下行为的理论。这本书的标题让我对接下来的阅读充满了期待，我希望它能深入浅出地解析钢结构在复杂荷载作用下的非线性变形和屈曲问题，特别是二阶效应的引入，这对于理解大型、高层钢结构的设计至关重要。我知道，传统的分析方法往往基于线弹性理论，这在很多情况下是足够精确的，但对于一些关键结构，例如连接细节、柱的稳定性以及整体结构的侧向承载能力，非弹性行为和二阶效应的影响是不可忽视的。这本书是否能提供清晰的理论框架，并辅以实际工程案例，来展示这些理论如何指导我们进行更安全、更经济的设计，是我最为关注的。我对这本书寄予厚望，希望能从中学习到更高级的分析技术，从而提升自己在钢结构设计领域的专业能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的编写风格似乎倾向于理论驱动，内容可能更加偏重于数学建模和理论解析。我猜想，书中会详细介绍各种非线性分析方法，包括但不限于增量步长法、迭代求解等，以及如何处理结构在屈服后的复杂响应。对于我这样的读者而言，最期待的是书中能够提供一些经典的算例，用来验证理论的正确性，并展示如何一步步进行二阶非弹性分析。例如，对一个简化的钢框架结构进行全过程加载分析，观察其从弹性变形到屈服，再到失稳的全过程。此外，书中是否会讨论不同类型钢材（如高强度钢）在非弹性分析中的特性差异？以及连接节点在非线性分析中的重要性？这些都是我非常希望能够在这本书中找到答案的问题。如果书中还能涉及到一些最新的研究进展，例如考虑疲劳、断裂等更为复杂的材料行为，那就更好了。我相信，通过研读这本书，我能够对钢结构的破坏机理有更深刻的理解，并能够更自信地应对复杂的工程挑战。