徐变和收缩影响下钢-混凝土组合梁长期力学计算 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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韩春秀 著

图书标签:

• 钢-混凝土组合梁
• 徐变
• 收缩
• 长期力学
• 结构工程
• 计算方法
• 力学性能
• 混凝土结构
• 桥梁工程
• 有限元分析

出版社： 重庆大学出版社

ISBN：9787568904827

版次：1

商品编码：12339205

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-03-01

用纸：胶版纸

页数：131

字数：166000

正文语种：中文

内容简介

　　《徐变和收缩影响下钢-混凝土组合梁长期力学计算》介绍了采用解析计算法、数值模拟法、实验分析法分别计算徐变和收缩影响下钢—混凝土组合梁长期受力情况，并对理论结果和实验结果进行了对比，对钢—混凝土组合梁设计具有较强的参考意义。

作者简介

　　韩春秀，女，云南民族大学副教授、博士；专业方向：钢—混凝土组合结构力学计算、装配式建筑系统研发与设计；主持国家自然科学基金1项，主持云南省科技计划面上项目1项，主持云南省科学研究基金重点项目1项、云南省科学研究基金一般项目1项；主持校级教学改革项目1项；参与国家自然科学基金项目4项；以第1作者发表学术论文20余篇（其中SCI／EI检索7篇），出版专著1部，出版教材2本，获得国家实用新型专利2项，获得市级科技论文奖励1项，校级教学奖励5项；指导学生参加大学生结构设计竞赛，获得优秀指导教师2项。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 钢-混凝土组合梁的长期力学性能
1．1．1 混凝土徐变和收缩的时程关系曲线
1．1．2 考虑徐变和收缩的混凝土本构关系
1．1．3 混凝土徐变和收缩效应的结构分析方法
1．2 目前存在和待解决的问题
1．3 国内外研究现状

第2章 解析计算——组合梁徐变和收缩效应计算的解析方法推导
2．1 计算中采用的基本理论和参数
2．1．1 基本假定
2．1．2 徐变系数与收缩应变
2．1．3 徐变（收缩）本构方程
2．2 内力分配法
2．2．1 内力分配法推导过程
2．2．2 内力分配法算例分析
2．3 直接法
2．3．1 材料换算系数mA帧�mI?
2．3．2 徐变调整系数谹、豂
2．3．3 收缩调整系数谹sh、豂sh
2．3．4 混凝土截面有效厚度dcr
2．3．5 直接法算例分析
2．4 本章小结
2．4．1 主要完成内容
2．4．2 结论和规律

第3章 数值模拟——验证解析计算结果和关键影响因素分析
3．1 混凝土徐变（收缩）本构关系在软件中的实现
3．1．1 徐变本构方程系数
3．1．2 收缩本构方程系数
3．1．3 算例验证
3．2 考虑徐变和收缩影响的组合梁数值模拟分析
3．2．1 模型单元
3．2．2 模型材料
3．2．3 收敛控制
3．2．4 模型建立
3．2．5 结果分析
3．3 影响组合梁徐变的关键因素分析
3．4 本章小结
3．4．1 主要完成内容
3．4．2 结论和规律

第4章 试验分析——对比解析和数值计算结果及组合梁力学规律分析
4．1 试验设计方案
4．2 试验前期准备
4．2．1 小型预试验，观测应变仪的准确性和适用性
4．2．2 试验厂房搭建
4．3 试件制作及测试
4．4 材料基本力学性能
4．4．1 混凝土基本力学性能
4．4．2 钢材基本力学性能
4．5 试验结果与分析
4．5．1 实测数据的有效性分析
4．5．2 实测数据定性对比分析
4．5．3 解析、数值和试验结果定量对比分析
4．6 本章小结
4．6．1 主要完成内容
4．6．2 结论和规律

附录 组合梁徐变收缩重分布内力的微分方程组求解过程
参考文献

前言/序言

　　钢，混凝土组合梁在世界各国的桥梁、多高层建筑、多层工业厂房中的应用越来越广，已成为结构体系的重要发展方向之一，具有显著的技术经济效益和广泛的应用前景。组合梁由钢材和混凝土两种性质完全不同的材料组合而成，钢是一种比较理想的均质材料，而混凝土则是一种复杂的多相复合材料，在长期荷载作用下，混凝土会发生徐变、收缩、应力松弛等复杂的耦合现象。其中，徐变的最终应变一般会达到初始应变的1-3倍，而钢材在常温且应力低于屈服强度时不产生徐变，二者之间通过抗剪连接件相连，钢梁会阻止混凝土的徐变变形，导致组合梁内部发生应力重分布，进一步使结构变形发生改变。这对挠度要求比较严格的结构，如轨道交通梁是非常不利的，直接影响结构的使用功能，甚至危及人身安全。在超静定结构中，结构变形的改变会导致约束次内力的产生，增加了应力方程求解的难度；对于预应力组合梁就更复杂了，徐变会引起钢索预应力损失，预应力的损失又会影响组合截面应力，将使预应力组合梁长期受力性能更加复杂。
　　目前我国的规范还未对组合梁徐变应力重分布的计算进行介绍，相关的文献也很少，不成体系；在国外，见过一些研究的相关报道，但是这些研究不够深入，未达到普遍统一的认识，各国设计规范也未给出相应的计算条款，这方面的理论研究严重滞后于组合梁的应用和发展。因此，提出组合梁徐变应力重分布的计算方法成为亟待解决的问题，准确估计组合梁在徐变作用下的应力重分布大小，预测混凝土的徐变时效行为特征对保证组合梁的耐久性和安全性有着重要的理论意义和实用价值。

书籍简介：探索钢-混凝土组合梁在长期荷载作用下的力学响应 钢-混凝土组合梁作为一种重要的结构形式，在桥梁、高层建筑等工程领域得到了广泛应用。其独特的优势在于能够充分发挥钢材的高强度和混凝土的良好抗压性能，实现结构整体效率的最优化。然而，在实际工程应用中，结构所承受的荷载往往是长期存在的，而钢材和混凝土作为两种性质迥异的材料，在长期荷载作用下会发生一系列非线性变化，如徐变和收缩。这些长期效应的存在，显著影响着组合梁的力学行为，甚至可能导致结构承载能力和使用性能的下降。因此，深入研究钢-混凝土组合梁在徐变和收缩影响下的长期力学行为，对于保证结构的安全、可靠和耐久性至关重要。 本书旨在系统地梳理和阐述钢-混凝土组合梁在徐变和收缩作用下所展现出的复杂长期力学特性，并在此基础上，提供一套严谨、有效的力学计算方法。本书内容聚焦于理论推导、模型建立和计算分析，力求为结构工程师、研究学者以及相关专业学生提供一份具有实践指导意义的参考。 一、 材料长期性能分析 在深入探讨组合梁的整体力学行为之前，充分理解组成结构的单一材料在长期荷载下的特性是必不可少的。 混凝土的徐变： 混凝土作为一种粘弹性材料，在恒定应力作用下，其应变会随时间缓慢增长，这一现象称为徐变。本书将详细介绍混凝土徐变现象的机理，包括水分迁移、微裂缝扩展等微观层面上的解释。在此基础上，我们将探讨影响混凝土徐变的主要因素，如混凝土的材料特性（水泥用量、水灰比、骨料种类等）、环境条件（温度、湿度）、荷载水平和荷载持续时间等。我们将回顾和评述现有的经典徐变本构模型，例如，基于老化理论的模型、基于微分方程的模型以及基于积分方程的模型等，并对这些模型的适用范围和精度进行比较分析。对于实际工程应用，我们将重点介绍工程实践中常用的徐变系数法，并讨论其在不同荷载和时间尺度下的修正方法。 混凝土的收缩： 混凝土在硬化过程中，由于水分蒸发和化学反应，会发生体积收缩，称为收缩。收缩同样会引起应力和应变的变化，并与徐变效应相互作用，共同影响组合梁的长期变形和内力分布。本书将阐述混凝土收缩的机理，区分自收缩和干缩。我们将分析影响混凝土收缩的主要因素，如水灰比、水泥类型、外加剂的使用、养护条件以及构件尺寸等。同时，我们将介绍几种常用的收缩模型，并讨论如何将收缩应变纳入力学计算中。 钢材的力学性能： 相较于混凝土，钢材在温度变化不大且未超过屈服强度的范围内，其力学性能在长期荷载作用下的变化可以忽略不计。然而，在某些特殊情况下（如高温环境或长期疲劳荷载），钢材的力学性能也可能发生变化。本书将简要回顾钢材在常温下的典型应力-应变曲线，并强调其在组合梁长期分析中的线性或小幅度非线性行为。 二、 组合梁的长期力学机理 钢-混凝土组合梁的力学行为远比单一材料复杂，钢材和混凝土之间的相对变形、滑移以及界面传递的应力，在长期荷载作用下会发生显著变化。 滑移和连接件的响应： 钢梁与混凝土楼板之间的连接是实现组合效应的关键。本书将重点分析在长期荷载作用下，连接件（如剪力钉、螺栓等）的性能变化。我们将探讨连接件的受力特性，包括其刚度和承载能力的长期变化，以及其对钢-混凝土界面滑移的影响。我们将审视连接件的疲劳性能，特别是当组合梁承受反复荷载时。 钢-混凝土界面的应力传递： 长期荷载引起的徐变和收缩，会导致钢梁与混凝土楼板之间产生相对变形，进而影响界面上的正应力和剪应力分布。本书将分析这些界面应力在长期荷载作用下的演变过程。我们将讨论由材料不均匀性、荷载变化以及连接件特性共同作用下引起的复杂界面应力状态。 应力重分布： 钢-混凝土组合梁的显著特征之一是应力重分布。在短期荷载作用下，荷载主要由钢梁承担。然而，随着时间的推移，混凝土的徐变和收缩会导致应力在钢材和混凝土之间发生转移。例如，混凝土的徐变会引起其内部应力增大，而钢梁则可能承担一部分由混凝土转移过来的荷载。本书将深入分析这一应力重分布的机制，并探讨其对组合梁整体承载能力的影响。 三、 组合梁的长期力学计算方法 基于对材料长期性能和组合梁力学机理的深入理解，本书将重点介绍和推导适用于钢-混凝土组合梁的长期力学计算方法。 计算模型的建立： 截面分析法： 本书将首先介绍基于截面分析法的计算思路。该方法将组合梁截面视为由钢材和混凝土组成，并考虑两者之间的粘结性能。我们将讨论如何根据不同时间点和荷载水平，确定混凝土的有效模量和徐变、收缩系数，从而计算出组合截面的等效刚度。 有限元分析法： 对于结构复杂或需要精细化分析的工程问题，有限元方法是更强大的工具。本书将阐述如何建立考虑材料非线性和长期效应的钢-混凝土组合梁有限元模型。我们将重点讨论单元类型选择、材料本构模型的实现，以及边界条件和荷载施加的策略。特别地，我们将聚焦于如何在有限元模型中有效地模拟混凝土的徐变和收缩，例如，通过时间相关的材料属性或者专门的徐变/收缩单元。 老化理论在组合梁分析中的应用： 我们将审视老化理论如何被应用于描述材料随时间的性能退化，以及如何将其融入组合梁的力学计算中。 徐变和收缩对内力与变形的影响分析： 挠度计算： 长期荷载作用下的徐变和收缩会导致组合梁产生远大于短期荷载下的挠度。本书将推导计算组合梁长期挠度的解析和数值方法，并分析徐变和收缩对挠度增量的贡献。 内力计算： 应力重分布是长期效应带来的另一个重要现象。本书将详细说明如何通过计算方法，量化徐变和收缩对组合梁内部弯矩、剪力和轴力的影响。我们将分析哪些构件的内力会增大，哪些会减小，以及这种变化趋势的动态过程。 连接件性能对长期行为的影响： 本书将进一步探讨连接件刚度和承载能力的长期变化如何影响组合梁的整体变形和应力分布。我们将分析不同连接方式（如全连接、部分连接）在长期荷载下的差异性表现。 模型验证与工程应用： 本书将结合实际工程案例或试验数据，对所提出的计算方法进行验证，以证明其有效性和可靠性。同时，我们将讨论这些计算方法在实际工程设计中的应用流程和注意事项，例如，如何根据设计规范选择合适的徐变和收缩参数，以及如何处理边界效应和不规则荷载情况。 四、 结构安全与耐久性评估 长期承载能力评估： 钢-混凝土组合梁的长期承载能力不仅仅是短期承载能力的简单叠加，而是需要综合考虑徐变、收缩以及应力重分布等因素。本书将探讨如何通过长期力学计算，评估组合梁在设计寿命内的可靠性，并预测其潜在的失效模式。 疲劳与耐久性： 对于承受动荷载的组合梁（如桥梁），疲劳损伤是影响其耐久性的关键因素。本书将简要探讨徐变和收缩对抗疲劳性能可能产生的影响，并提示后续的研究方向。 结论 本书通过对钢-混凝土组合梁在徐变和收缩影响下力学行为的深入研究，旨在为结构工程师提供一套全面、系统的分析工具和理论指导。通过理解材料的长期性能，掌握组合梁的力学机理，并运用严谨的计算方法，能够更准确地预测结构的长期变形和内力分布，从而保证结构的安全性、可靠性和耐久性，为土木工程建设贡献力量。本书内容严谨、方法科学，适合作为高等院校相关专业师生的教材或参考书，也可作为工程技术人员的专业参考读物。

评分☆☆☆☆☆

对于从事桥梁工程设计多年的工程师来说，钢-混凝土组合梁在桥梁结构中扮演着越来越重要的角色，尤其是在大跨度桥梁和城市快速路桥梁中。桥梁作为长期服役的结构，其长期变形和应力变化是必须仔细考虑的关键因素。混凝土桥面板的徐变和收缩，以及钢箱梁在长期荷载下的蠕变，都会对组合梁的整体刚度、跨中挠度以及支座反力等产生显著影响。这些长期效应如果不进行有效控制，可能会导致桥面铺装开裂、伸缩缝处理困难，甚至影响桥梁的安全性和使用寿命。我非常希望这本书能够针对桥梁工程的特点，深入分析这些长期效应在桥梁结构中的具体表现，并提供专门的计算方法和设计建议。比如，如何根据桥梁的使用环境（例如，温度变化幅度、湿度变化情况）来预测徐变和收缩的程度？对于钢箱梁，如何考虑其自身的长期蠕变效应，以及与混凝土的粘结力在长期荷载下的变化？我特别关注书中是否能提供一些实际桥梁工程的案例分析，展示如何通过科学的计算和设计，有效控制组合梁的长期变形，延长桥梁的使用寿命。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，对我这个长期在工程一线摸爬滚打的结构工程师来说，简直是及时雨。我常常在设计钢-混凝土组合梁时，面对一个棘手的问题：材料的长期性能。混凝土的徐变和收缩，以及钢材在长期荷载下的蠕变，这些因素如果不加以充分考虑，很容易导致计算结果与实际情况产生偏差，甚至埋下安全隐患。市面上关于组合梁的教材和专著不少，但往往侧重于短期力学行为的分析，对于长期效应的探讨则显得较为肤浅，要么就是理论性太强，难以直接应用于实际工程计算。当我看到这本书的标题，立刻就被吸引住了。“徐变和收缩影响下钢-混凝土组合梁长期力学计算”，这几个字精准地击中了我的痛点。我迫切地想知道，作者是如何系统地阐述这些复杂长期效应的，是否给出了切实可行的计算方法和模型，以及这些方法在实际工程中有没有得到验证。我很期待这本书能够提供一些量化的指导，帮助我在设计中更准确地预测组合梁在长期荷载下的变形和应力分布，从而做出更经济、更安全的结构设计。特别是对于一些跨度较大、荷载较重的组合梁结构，长期效应的影响往往更为显著，这本书能否提供一些处理这类复杂情况的经验和建议，也是我最为关注的。我希望这本书不仅仅是理论的堆砌，更能与实际工程相结合，为我们这些一线工程师提供实实在在的帮助。

评分☆☆☆☆☆

我是一名热衷于结构抗震设计的研究生，我对组合梁在地震作用下的动力响应比较感兴趣。虽然这本书的重点是长期力学计算，但我认为长期变形可能会对组合梁的动力特性产生影响。例如，徐变和收缩可能会导致组合梁的刚度发生变化，进而影响其自振频率和模态。如果自振频率发生显著变化，那么在地震作用下，组合梁的动力响应也可能与短期计算的结果有所不同。我希望这本书能够提及，或者至少为研究者提供一个起点，去思考长期变形如何影响结构的动力响应。例如，是否可以通过对长期变形后的结构进行模态分析，来评估其动力特性的改变？或者，在进行动力时程分析时，是否需要将长期变形的影响纳入考虑？对于一些对动力性能要求较高的结构，例如一些特殊的桥梁结构或高层建筑，这种长期效应与动力响应的耦合研究，将具有重要的学术价值。

评分☆☆☆☆☆

作为一名研究混凝土材料性能的学者，我对钢-混凝土组合结构中混凝土的长期性能表现出极大的兴趣。混凝土的徐变和收缩是其固有的内在属性，在组合结构中，这些变形会与钢梁的受力行为发生复杂的相互作用，从而影响整个结构的长期力学性能。我希望这本书能够深入探讨混凝土徐变和收缩的微观机理，以及它们如何通过宏观变形影响组合梁的受力状态。例如，书中是否会分析不同配合比、不同养护龄期、不同环境湿度下，混凝土的徐变和收缩速率以及总变形量的差异？以及这些差异如何通过界面传力，作用于钢梁？我期待书中能够提供基于微观机理的本构模型，或者对现有本构模型的深入分析和改进。此外，对于混凝土的长期耐久性，如裂缝发展、钢筋锈蚀等，是否也能与组合梁的长期力学性能相结合进行讨论？

评分☆☆☆☆☆

对于很多项目而言，成本控制是重要的考量因素。在设计钢-混凝土组合梁时，合理地考虑徐变和收缩等长期效应，可以避免过度设计，从而节约成本。例如，如果能够准确预测长期挠度，我们就可以避免为了控制挠度而增加过多的钢材或混凝土用量。反之，如果忽视了这些长期效应，可能会导致结构在服役过程中出现问题，带来更高的维修和加固成本。我希望这本书能够提供一些关于如何通过优化设计来应对长期效应影响的思路，从而达到经济效益的最大化。例如，是否可以通过选择合适的混凝土配合比、优化钢梁的截面尺寸、调整界面连接方式等，来有效控制组合梁的长期变形？我期待书中能够包含一些经济性分析的案例，或者给出一些在成本效益方面的设计建议。

评分☆☆☆☆☆

作为一名结构工程领域的教师，我一直在寻找能够帮助我的学生理解复杂结构行为的书籍。钢-混凝土组合梁是一个经典但又不乏挑战性的研究课题。很多学生在接触到组合梁的长期力学计算时，常常感到无从下手，对徐变、收缩等概念的理解也比较模糊。我希望这本书能够以清晰易懂的方式，系统地介绍钢-混凝土组合梁在徐变和收缩影响下的力学行为。首先，能否从材料本构关系出发，详细解释徐变和收缩的物理机理，以及影响这些因素的各种变量？其次，如何将这些材料层面的长期变形，有效地引入到整体结构力学分析中？例如，是否采用了增量法的计算思路，或者其他有效的数值方法？我期待书中能够提供一些教学上的亮点，比如图文并茂的解释，或者一些直观的演示，帮助学生建立对这些概念的深刻理解。此外，如果在计算方法之外，还能对长期效应对结构整体刚度、自振频率、动力响应等方面的影响进行探讨，那将对教学内容起到极大的补充作用。

评分☆☆☆☆☆

对于一些从事高层建筑和大型公共建筑设计的结构顾问来说，钢-混凝土组合梁的应用越来越普遍，尤其是在需要大跨度楼板和梁体系的情况下。在这些项目中，除了短期荷载下的稳定性和安全性，长期变形控制也是一个至关重要的设计指标。混凝土楼板的徐变和收缩，以及钢梁在长期荷载下的变形，会直接影响到隔墙的开裂、门窗的开启、精密设备的安装精度，甚至建筑物的整体外观。因此，一套可靠的、能够准确预测组合梁长期行为的计算方法，对于我们来说至关重要。我希望这本书能够提供一套实用的计算流程，能够帮助我们快速、准确地评估组合梁的长期挠度、应力以及界面应力等关键参数。特别是对于一些特殊工况，比如荷载的增减、环境湿度的剧烈变化等，这本书是否能提供相应的处理方法？我很期待书中能够给出一些与现行规范相结合的计算示例，使我们能够将书中的理论知识直接应用于实际项目的设计中。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对结构工程理论有着浓厚兴趣的博士生，我一直在寻找能够深入剖析结构行为的学术著作。钢-混凝土组合梁作为一种高效的结构形式，其力学性能的研究一直是工程界和学术界关注的焦点。然而，随着结构使用年限的增长，材料的长期变形，特别是混凝土的徐变和收缩，对组合梁整体受力性能的影响不容忽视。我希望这本书能够深入探讨这些长期效应的机理，并基于可靠的理论模型，提出一套严谨的计算方法。例如，对于徐变，如何准确地考虑加载历史、混凝土强度等级、湿度、温度等多种因素的影响？对于收缩，如何量化不同养护条件和混凝土配合比带来的差异？更重要的是，这些长期效应如何与组合梁的界面滑移、钢梁的蠕变等因素耦合作用，共同影响结构的长期承载能力和变形？我期待书中能够提供详细的推导过程，并附带一些具有代表性的算例，以展示这些方法的应用。此外，如果书中还能涉及到一些先进的计算技术，比如有限元方法在模拟长期效应中的应用，或者考虑材料非线性的长期分析，那将是极大的加分项。对于学术研究而言，能够填补现有理论空白、提出创新性观点和方法的研究成果，总是备受推崇的。

评分☆☆☆☆☆

在建筑信息化和智能化的大背景下，结构健康监测（SHM）也日益受到重视。对于钢-混凝土组合梁这类复杂的结构体系，准确的长期变形预测是进行有效结构健康监测的基础。如果能够准确预测组合梁在不同荷载和环境条件下的长期变形，那么在实际监测中，我们就可以通过对比实测变形与预测变形的差异，来判断结构是否存在异常，及时发现潜在的结构损伤。我希望这本书能够为结构健康监测的研究提供理论支持。比如，书中提出的长期力学计算模型，是否可以方便地集成到SHM系统中，作为预测模型的一部分？是否可以利用SHM的实测数据，来反演或修正组合梁的长期力学参数，从而提高预测的精度？我期待书中能够提供一些关于如何结合SHM技术，来验证和优化组合梁长期力学计算方法的思路。

评分☆☆☆☆☆

我对钢结构和混凝土结构的设计都略有涉猎，对于两者的组合应用一直抱有浓厚的兴趣。钢-混凝土组合梁的优点显而易见，但其长期力学行为的计算确实是一个复杂的问题。我希望这本书能够对组合梁的长期力学计算提供一个比较完整的框架。从荷载的长期效应（例如，恒载、活载的长期变化）开始，到混凝土的徐变和收缩，再到钢梁在长期荷载下的蠕变，以及它们之间的相互作用，能够有一个清晰的梳理。我尤其关心书中是否能提供一些关于界面连接在长期荷载下的行为分析，比如粘结滑移的长期发展，剪力连接件的长期性能等。这些因素对于组合梁的整体受力协同性至关重要。我期待书中能够包含一些能够指导实际工程应用的细节，比如如何选择合适的计算参数，如何进行必要的现场监测等。