混凝土结构破坏过程仿真分析--详细介绍

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 当前位置:店销书,专著 建筑 建筑 建筑 混凝土结构破坏过程仿真分析
   
混凝土结构破坏过程仿真分析
作者:顾祥林
书名:混凝土结构破坏过程仿真分析
定价:¥ 256 元
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开本: 小16K
标准书号: 978-7-03-060500-9
字数(千): 608
页数: 496
出版日期: 2020-9-28
发行号: TU-1749.0101
装帧: 精装
点击热度: 310
最新印刷日期:    
 
编辑推荐
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获奖情况
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图书介绍
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  本书共分两篇。第一篇主要介绍基于连续体力学的结构仿真分析方法。首先讨论钢筋混凝土梁、板、墙、柱及预应力混凝土梁等基本构件破坏过程的仿真分析方法;其次介绍动、静力荷载作用下钢筋混凝土杆系结构破坏过程。第二篇主要介绍基于非连续体力学的结构仿真分析方法。以离散单元法作为手段,在细观尺度上分析混凝土材料的破坏过程;在宏观尺度上分析地震、爆炸等偶然外部作用下钢筋混凝土框架结构、钢筋混凝土剪力墙结构的倒塌过程。本书的研究形成一套多尺度、多层次的完整分析系统。
  本书适合高等院校土木工程及相关专业的教师和研究生使用,也可供相关领域工程技术人员参考。
 
前言
...........................................................................................................................................
  作为实验室物理试验的补充和拓展,在材料、构件和结构等不同层次上对混凝土结构的破坏过程进行多尺度的仿真分析,可以更加深入地揭示混凝土结构的破坏机理,充分认识结构的受力性能,对既有结构的性能评估和新结构的设计均具有重要的意义。结构的物理试验和数值试验是土木工程领域进行科学研究和工程实践的重要方法。基于这一认识,作者于2002年和孙飞飞博士合作出版了《混凝土结构的计算机仿真》一书,并连续14年在同济大学结构工程专业的博士和硕士研究生中开设“混凝土结构非线性分析”课程,详细介绍了动、静力荷载作用下混凝土结构基本构件、钢筋混凝土杆系结构破坏过程的非线性分析方法,旨在使同学们通过学习更好地掌握结构数值分析这个有效的工具,为后续的科学研究、工程实践打下良好的基础。该课程受到了同学们的欢迎并取得了良好的效果。为了使读者能深入了解混凝土结构破坏过程的分析方法,作者对《混凝土结构的计算机仿真》一书中的内容进行了大量扩充和调整,结合最近10余年的科研成果写成本书。
  本书分两篇。第一篇共10章,主要介绍基于连续体力学的结构仿真分析方法。遵循由简单到复杂、由构件到结构的原则,兼顾静力和动力荷载作用,先讨论钢筋混凝土梁、板、墙、柱及预应力混凝土梁等基本构件破坏过程的仿真分析方法;再介绍动、静力荷载作用下钢筋混凝土杆系结构破坏过程。第二篇共5章,主要介绍基于非连续体力学的结构仿真分析方法。考虑到有限单元法在分析大变形、不连续位移场时表现出的不足,以离散单元法作为手段,在细观尺度上分析混凝土材料的破损过程;在宏观尺度上分析地震、爆炸等偶然外部作用下钢筋混凝土框架结构、钢筋混凝土剪力墙结构的倒塌过程,形成一套多尺度、多层次的完整分析系统。
  本书中相关的研究内容先后受到国家基础性研究重大关键项目(攀登计划B类)、教育部国家重点实验室访问学者基金项目、教育部留学回国人员科研启动基金项目、国家自然科学基金面上项目(项目编号:50578116、50978191)、国家自然科学基金重点项目(项目编号:50538050)、国家自然科学基金重大研究计划(重大工程的动力灾变)面上项目(项目编号:90715004)、国家高技术研究发展计划(863 计划)课题(课题编号:2012AA050903)等的资助。在此,表示衷心的感谢!另外,同济大学结构工程专业的多位博士、硕士研究生和本科生也为本书做出了贡献,他们是苗吉军、彭斌、黄庆华、侯健、王卓琳、印小晶、汪小林、洪丽、付武荣、华晶晶、贾君玉、张宏、张斌、姚利民、王立明、李承、周湘赟、马星、黄勤、周钦海、王伟、任晓勇、孟益、宋晓滨、陈涛、吴周偲、商登峰、张强、孙凯、匡昕昕、蔡茂、周虹宇、戴博等。感谢他们的工作!感谢孙飞飞博士的帮助!感谢林峰博士在上述部分研究生指导过程中的帮助!感谢国家科学技术学术著作出版基金的资助!
  限于作者的理论水平,书中肯定有不足之处,恳请广大读者指正!

                                                      2019年1月于同济大学

 
 
图书目录
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绪论    1
0.1  结构破坏过程仿真分析的意义    1
0.2  结构仿真分析的发展与应用    1
0.3  结构仿真分析的基本任务    2
0.4  实现结构仿真分析的基本方法    3
0.5  本书的主要内容    4
参考文献    4

第一篇  基于连续体力学的仿真分析
第1章  单调加载时钢筋混凝土梁、柱破坏过程仿真分析    7
1.1  钢筋混凝土梁、柱单调受荷时的破坏特征及仿真分析时的基本假定    8
1.2  钢筋和混凝土材料的应力­应变关系    8
1.2.1  钢筋的应力­应变关系    9
1.2.2  混凝土单轴受压时的应力­应变关系    10
1.2.3  侧向约束混凝土单轴受压时的应力­应变关系    13
1.2.4  浸油混凝土单轴受压时的应力­应变关系    14
1.2.5  高温(火灾)下及高温(火灾)后混凝土单轴受压时的应力­应变关系    15
1.2.6  混凝土单轴受拉时的应力­应变关系    16
1.3  梁、柱截面弯矩­曲率关系的数值模拟分析    18
1.3.1  短期荷载作用下梁、柱截面的弯矩­曲率(M­?)关系    18
1.3.2  长期荷载作用下梁、柱截面的弯矩­曲率(M­?)关系    28
1.4  梁、柱荷载­位移关系的数值模拟分析    29
1.4.1  梁的荷载­位移关系    29
1.4.2  柱的荷载­位移关系    33
1.5  破坏过程的仿真分析    34
1.5.1  梁的斜截面承载力    34
1.5.2  梁破坏形态的确定    35
1.6  仿真系统应用    37
1.6.1  梁、柱截面延性分析    37
1.6.2  开裂后梁的抗弯刚度    39
参考文献    43
第2章  单调加载时预应力混凝土梁破坏过程仿真分析    45
2.1  预应力混凝土梁单调受荷时的破坏特征及仿真分析时的基本假定    45
2.2  混凝土和预应力筋的应力­应变关系    46
2.3  有黏结预应力混凝土梁荷载­位移关系的数值模拟分析    47
2.3.1  梁截面分析的相容和平衡方程    47
2.3.2  截面的破坏条件    49
2.3.3  梁荷载­位移关系的数值模拟分析    49
2.4  后张无黏结预应力混凝土梁荷载­位移关系的数值模拟分析    50
2.4.1  梁截面弯矩­预应力筋拉力­曲率关系和弯矩­预应力筋拉力­应变关系    50
2.4.2  梁荷载­位移关系的数值模拟分析    51
2.5  实例验证    53
2.6  仿真系统应用    55
参考文献    59
第3章  单调加载时钢筋混凝土双向板破坏过程仿真分析    60
3.1  钢筋混凝土双向板单调受荷时的破坏特征及仿真分析时的基本假定    60
3.2  板截面弯矩­曲率关系的数值模拟分析    61
3.2.1  相容关系    61
3.2.2  混凝土及钢筋的应力­应变关系    62
3.2.3  板截面的平衡方程    65
3.2.4  弯矩­曲率关系    66
3.3  双向板荷载­位移关系的数值模拟分析    66
3.3.1  确定各受力阶段板的抗弯刚度    66
3.3.2  求解各阶段板的挠度系数和弯矩系数    67
3.3.3  荷载­挠度关系    68
3.4  实例验证    70
参考文献    71
第4章  水平单调加载时混凝土结构剪力墙面内破坏过程仿真分析    72
4.1  混凝土结构剪力墙单调受荷时的破坏特征及仿真分析时的
基本假定    73
4.2  剪力墙开裂前荷载­位移关系的数值模拟分析    73
4.3  剪力墙开裂后钢筋混凝土单元的平衡和相容关系    74
4.3.1  钢筋混凝土单元体中的应力状态    74
4.3.2  钢筋混凝土单元中的应变状态    75
4.4  剪力墙开裂后混凝土斜向受压时的应力­应变关系    76
4.4.1  钢筋混凝土方板的剪切试验    76
4.4.2  应力­应变关系式    78
4.4.3  混凝土的软化系数    79
4.5  混凝土受拉时的应力­应变关系    81
4.6  钢筋的应力­应变关系    82
4.6.1  普通(低碳钢)钢筋的应力­应变关系    82
4.6.2  预应力钢筋的应力­应变关系    83
4.7  剪力墙开裂后荷载­变形关系的数值模拟分析    83
4.8  实例验证    86
4.9  仿真系统应用    88
4.9.1  纵横向配筋率对剪力墙受力性能的影响    88
4.9.2  预应力对剪力墙抗剪性能的影响    89
参考文献    90
第5章  单调加载时钢筋混凝土纯扭构件破坏过程仿真分析    92
5.1  钢筋混凝土纯扭构件单调受荷时的破坏特征及仿真分析时的
基本假定    92
5.2  混凝土开裂前扭矩­扭转角关系    94
5.3  混凝土开裂后扭矩­扭转角关系    96
5.3.1  平衡条件    96
5.3.2  变形协调条件    98
5.3.3  物理关系及其应用    103
5.4  受扭构件扭矩­扭转角关系的数值模拟分析    105
5.5  实例验证    107
5.6  仿真系统应用    110
参考文献    112
第6章  水平反复加载时钢筋混凝土柱破坏过程仿真分析    113
6.1  钢筋混凝土柱水平反复受荷时的破坏特征及仿真分析时的
基本假定    113
6.2  钢筋混凝土柱荷载­位移关系的空间分析模型    114
6.2.1  塑性单元截面弹簧布置    115
6.2.2  弹簧的滞回模型    118
6.2.3  柱顶位移计算    119
6.3  考虑损伤累积效应的混凝土弹簧与钢筋弹簧恢复力模型    120
6.3.1  建立在材料层次上的损伤累积模型    120
6.3.2  引入损伤累积指标的弹簧滞回模型    121
6.3.3  损伤参数? 和? 的标定    124
6.4  钢筋混凝土柱荷载­位移关系的数值模拟分析    125
6.4.1  拟静力试验的加载方式    125
6.4.2  水平反复荷载作用下柱荷载­位移关系计算步骤    126
6.5  实例验证    128
6.5.1  不同加载制度下柱的荷载­位移关系    128
6.5.2  低周疲劳荷载作用下柱的荷载­位移关系    129
6.6  仿真系统应用    131
6.6.1  轴压比对钢筋混凝土柱抗震性能的影响    132
6.6.2  加载路径对钢筋混凝土柱抗震性能的影响    133
6.6.3  循环幅值及循环次数对钢筋混凝土柱抗震性能的影响    134
6.6.4  变轴力对钢筋混凝土柱抗震性能的影响    135
参考文献    137
第7章  考虑剪切作用时钢筋混凝土柱破坏过程仿真分析    138
7.1  钢筋混凝土柱考虑剪切作用时的破坏特征及仿真分析时的基本
假定    138
7.2  剪切弹簧的剪力­剪切变形关系    139
7.2.1  单调加载下剪切弹簧剪力­剪切变形关系    139
7.2.2  反复加载下剪切弹簧剪力­剪切变形滞回规则    142
7.2.3  剪切破坏准则    145
7.3  考虑剪切作用时钢筋混凝土柱荷载­位移关系分析模型    147
7.3.1  初始抗剪能力小于极限抗弯能力    148
7.3.2  初始抗剪能力大于极限抗弯能力    149
7.4  考虑剪切作用时钢筋混凝土柱的荷载­位移关系的数值模拟分析    150
7.5  实例验证    151
参考文献    166
 
第8章  水平单调加载时钢筋混凝土杆系结构破坏过程仿真分析    167
8.1  结构计算简图及平衡方程    168
8.2  等截面直杆单元的刚度矩阵    170
8.3  带刚域杆单元的刚度矩阵    173
8.4  塑性铰区段截面抗弯刚度    174
8.5  单元几何刚度矩阵    176
8.6  杆系结构破坏准则    177
8.7  框架结构的机构识别算法    177
8.7.1  机构的模式    177
8.7.2  规则框架的识别算法    178
8.7.3  局部缺梁框架的识别算法    180
8.8  结构荷载­位移关系的数值模拟分析    181
8.9  实例验证    183
参考文献    183
第9章  单向地震作用下钢筋混凝土结构破坏过程仿真分析    185
9.1  结构计算简图    186
9.2  动力平衡方程的建立和求解    187
9.2.1  结构体系的动力平衡方程    187
9.2.2  体系的自振特性    189
9.2.3  体系的动力反应    191
9.3  二维单元模型    195
9.3.1  平均刚度模拟    195
9.3.2  分布刚度模拟    195
9.3.3  集中刚度模拟    196
9.4  不同层次上的恢复力模型    196
9.4.1  建立在材料层次上的恢复力模型    196
9.4.2  建立在截面层次上的恢复力模型    197
9.4.3  建立在构件层次上的恢复力模型    200
9.5  结构的地震反应的数值模拟分析    200
9.5.1  数值模拟分析的计算步骤    200
9.5.2  数值分析中几个关键问题的讨论    202
9.6  结构体系的破坏准则    205
9.7  实例验证    206
9.8  仿真系统应用    210
参考文献    213
第10章  多向地震作用下钢筋混凝土框架结构破坏过程仿真分析    215
10.1  结构计算简图及动力平衡方程的求解    216
10.2  三维杆单元模型    216
10.2.1  弹性分析时的刚度矩阵    216
10.2.2  弹塑性分析时的刚度矩阵(不考虑剪切变形或受剪破坏)    218
10.2.3  弹塑性分析时的刚度矩阵(考虑剪切变形或受剪破坏)    221
10.3  不同层次上的恢复力模型    222
10.3.1  建立在材料层次的恢复力模型    222
10.3.2  建立在截面层次上的恢复力模型    224
10.3.3  建立在构件层次上的恢复力模型    227
10.4  结构空间地震反应的数值模拟分析    227
10.4.1  对逐步积分法的改进    228
10.4.2  地震反应的求解步骤    231
10.5  实例验证    233
10.6  仿真系统应用    240
10.6.1  剪切变形对框架结构地震反应的影响    240
10.6.2  填充墙对框架结构地震反应的影响    242
参考文献    244

第二篇  基于非连续体力学的仿真分析
第11章  混凝土结构仿真分析中的离散单元法    249
11.1  离散单元法的基本思路    249
11.2  离散单元法的基本方程    250
11.2.1  单元间的连接与相互作用    250
11.2.2  单元的动力平衡方程    251
11.2.3  弹簧的力­变形关系    253
11.3  平衡方程的求解    253
11.3.1  静态松弛法和动态松弛法    253
11.3.2  用中心差分法解平衡方程    254
11.3.3  单元坐标更新    257
11.3.4  关键参数选择    259
11.4  单元间的接触判断    262
11.4.1  单元接触粗检索    262
11.4.2  单元接触精细检索    263
11.4.3  接触与碰撞类型    267
11.5  单元间接触作用模型    270
11.6  基于冲量形式的单元间碰撞作用模型    271
11.6.1  多体系统中单元间的多点碰撞问题    271
11.6.2  混凝土单元间的碰撞作用模型    273
11.6.3  混凝土单元和地面间的碰撞作用模型    276
11.7  基于动量守恒定律的单元间碰撞作用模型    277
参考文献    279
第12章  单调加载时混凝土材料破坏过程仿真分析    281
12.1  混凝土的细观结构特征和数值模拟方法    281
12.2  细观尺度上混凝土材料二维离散单元模型    283
12.2.1  单元的划分与连接    283
12.2.2  粗骨料单元的生成    284
12.2.3  砂浆的离散    288
12.2.4  砂浆弹簧的本构关系    291
12.2.5  界面弹簧的本构关系    296
12.2.6  单元间接触本构关系    297
12.3  基于二维离散单元法的混凝土材料破坏过程数值模拟分析    298
12.3.1  动力平衡方程及其求解    298
12.3.2  计算时步和阻尼参数的选取    301
12.3.3  边界单元的处理    301
12.3.4  计算的初始条件和终止条件    302
12.4  二维仿真系统的实例验证    302
12.4.1  天然骨料混凝土试件单轴受力试验    302
12.4.2  人工骨料混凝土试件单轴受力试验    311
12.5  二维仿真系统的应用    315
12.5.1  骨料随机分布对混凝土宏观力学性能的影响    316
12.5.2  骨料形状及表面粗糙度对混凝土力学性能的影响    317
12.5.3  骨料轴长比不一致性对混凝土宏观变异性的影响    323
12.5.4  骨料棱角性不一致对混凝土宏观变异性的影响    325
12.5.5  骨料表面粗糙度不均匀性对混凝土宏观变异性的影响    327
12.5.6  不同因素对混凝土宏观变异性的影响程度    328
12.5.7  混凝土材料双轴受力分析    330
12.6  细观尺度上混凝土材料三维离散单元模型    331
12.6.1  骨料生成    331
12.6.2  砂浆离散    334
12.6.3  单元的划分与连接    335
12.6.4  砂浆弹簧的本构关系    336
12.6.5  界面弹簧的本构关系    339
12.6.6  单元间接触本构关系    339
12.7  基于三维离散单元法的混凝土材料破坏过程数值模拟分析    340
12.7.1  动力平衡方程及其求解    340
12.7.2  计算时步和阻尼参数的选取    340
12.7.3  边界单元的处理    341
12.7.4  计算的初始条件和终止条件    341
12.8  实例验证    341
12.8.1  混凝土单轴受拉破坏过程分析    341
12.8.2  混凝土单轴受压破坏过程分析    343
12.9  仿真系统应用    345
参考文献    347
第13章  单调加载时钢筋混凝土剪力墙破坏过程仿真分析    349
13.1  宏观尺度上剪力墙的三维离散元模型    350
13.1.1  剪力墙体的离散    350
13.1.2  单元的几何特性    352
13.1.3  混凝土弹簧的力学性能    355
13.1.4  钢筋弹簧的性能    358
13.2  单调加载时剪力墙破坏过程的数值模拟    358
13.2.1  动力平衡方程及其求解    358
13.2.2  加载与输出    358
13.3  实例验证    360
13.3.1  钢筋混凝土剪力墙水平加载试验    360
13.3.2  面内受力剪力墙计算结果与试验结果的比较    360
13.3.3  面外受力剪力墙计算结果与试验结果的比较    363
13.3.4  斜向受力剪力墙计算结果与试验结果的比较    364
 
13.4  仿真系统应用    366
13.4.1  剪力墙非面内受力性能数值模拟分析    366
13.4.2  轴压比对剪力墙承载力的影响分析    370
13.4.3  轴压比对剪力墙峰值位移的影响分析    371
13.4.4  加载角度对剪力墙的影响分析    373
13.4.5  剪力墙面内外受力的相互影响分析    374
13.4.6  剪力墙面外位移对面内受剪性能的影响    375
参考文献    377
第14章  局部爆炸作用下钢筋混凝土结构倒塌过程仿真分析    378
14.1  爆炸荷载的确定    379
14.1.1  爆炸荷载的经验公式    379
14.1.2  爆炸荷载的数值模拟    383
14.2  局部爆炸作用下钢筋混凝土构件的破坏准则    388
14.2.1  爆炸荷载作用下材料力学性能    389
14.2.2  爆炸荷载下钢筋混凝土构件受力性能试验研究    392
14.2.3  爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件受力性能数值模拟分析    397
14.2.4  以压力­冲量图(p­I图)表示的构件破坏准则    399
14.2.5  钢筋混凝土构件的破坏准则    404
14.3  宏观尺度上混凝土结构三维离散单元模型    411
14.3.1  结构的空间离散    411
14.3.2  单元间的弹簧连接    414
14.3.3  弹簧本构关系及其破坏准则    417
14.3.4  单元分离判定及分离单元之间的接触与碰撞    419
14.4  局部爆炸作用下结构倒塌过程数值模拟分析    419
14.4.1  动力平衡方程及其求解    419
14.4.2  爆炸荷载下受损构件的处理    419
14.5  仿真系统设计与数据结构    420
14.5.1  仿真系统构成    420
14.5.2  程序编制及数据结构    421
14.6  实例验证    429
14.6.1  模型试验验证    429
14.6.2  工程实例验证    435
14.7  仿真系统应用    436
14.7.1  倒塌过程中的动力效应    436
14.7.2  楼面荷载对结构倒塌反应的影响    437
14.7.3  局部爆炸位置对结构倒塌反应的影响    439
14.7.4  楼板对多跨结构倒塌反应的影响    440
14.7.5  剪力墙对高层结构倒塌反应的影响    441
参考文献    442
第15章  地震作用下钢筋混凝土结构倒塌过程仿真分析    445
15.1  地震作用下结构三维离散单元模型    445
15.2  地震作用下结构倒塌过程数值模拟分析    446
15.2.1  动力平衡方程及其求解    446
15.2.2  地震波的输入    446
15.3  仿真系统设计与数据结构    449
15.3.1  仿真系统构成    449
15.3.2  程序编制及数据结构    449
15.4  地震作用下钢筋混凝土框架结构倒塌过程仿真分析    450
15.4.1  仿真系统验证    450
15.4.2  仿真系统应用    460
15.5  地震作用下钢筋混凝土框架­剪力墙结构倒塌过程仿真分析    464
15.5.1  仿真系统验证    464
15.5.2  仿真系统应用    472
参考文献    482
 
 
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