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商品簡介
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序
目次
書摘/試閱
商品簡介
本書重點闡述鋼管混凝土徐變理論。本書主要內容包括鋼管混凝土軸心受壓、偏心受壓、受彎構件以及鋼管混凝土構件在溫度影響下的徐變行為分析，鋼管混凝土結構在考慮幾何非線性、溫度效應等因素作用下的徐變效應分析，鋼管混凝土結構徐變效應的概率分析以及徐變對鋼管混凝土結構適用性可靠度的影響，徐變對鋼管混凝土結構動力特性、確定性動力響應、隨機振動響應和動力可靠度的影響等內容。本書的研究內容屬于鋼管混凝土徐變研究的前沿問題。本書按照研究問題劃分章節，每一章都獨立、完整地敘述了一類問題，包括相應的研究背景、研究方法和過程、研究結論等。
本書可供從事土木工程領域研究的科技人員及高等院校相關專業的師生參考。
本書可供從事土木工程領域研究的科技人員及高等院校相關專業的師生參考。
名人/編輯推薦
《鋼管混凝土徐變理論》可供從事土木工程領域研究的科技人員及高等院校相關專業的師生參考。
序
科學研究的主要目的是探究未知世界。盡管在持續荷載作用下混凝土的徐變被發現和研究已百年有余，但其機理還不完全被人們所認識。而且，隨著工程技術的發展和應用，一些與其相關聯的新問題也不斷出現。鋼管混凝土徐變，就是隨著鋼管混凝土組合結構在20世紀七八十年代后逐漸得到廣泛應用，而成為特別需要研究的問題。
我們課題組是在1996年開始鋼管混凝土徐變的研究。2006年出版的《鋼管混凝土徐變》一書對我們在此之前十年的工作成果進行了梳理和總結。而在過去的七年多時間里，我們課題組進一步開展鋼管混凝土徐變問題的研究，對這一問題的認識繼續深化，研究的范圍進一步拓展。這些研究成果在這本書中主要體現在以下幾個方面：
（1）基于混凝土徐變固結理論和微預應力固結理論，在材料層次分析了混凝土徐變的基本性質，提出了含不同摻和材料混凝土徐變的數學模型。結合鋼管混凝土的受力特點，采用混凝土徐變B3模型，建立的鋼管混凝土軸心受壓、偏心受壓和受彎構件徐變分析方法的數學物理基礎更堅實，考慮影響混凝土徐變的因素拓展到混凝土的內部組分，如水灰比、骨料水泥比和水泥類型等。此外，進一步分析了環境溫度對混凝土長期變形性能的影響，建立了在溫度作用下鋼管混凝土軸心受壓、偏心受壓構件徐變的計算模型，給出了各種參數的影響規律。對于在實際工程中應用日益增多的鋼管高強混凝土開展了試驗研究，測試了軸心受壓構件的徐變規律，并建立了徐變計算的方法。
（2）在結構分析方面，將混凝土徐變這種長期荷載作用下的靜力問題與地震作用引起的結構動力問題以及結構在靜荷載、動荷載下的可靠度這種不確定性問題相結合，使對徐變這種貫穿混凝土結構全壽命周期問題的分析，與其他問題耦合統籌進行。
（3）在徐變對結構的靜力行為影響方面，建立了同時考慮幾何非線性和環境溫度兩種因素影響的鋼管混凝土結構徐變效應的確定性分析方法。進一步引入來源于混凝土徐變模型、材料以及結構幾何尺寸三方面的不確定性因素，利用基于拉丁超立方體抽樣方法的Monte Carlo法，對考慮輸入變量隨機性的鋼管混凝土結構進行了徐變效應的概率分析，同時給出了徐變對結構時變可靠度影響的評價方法，以及結構徐變效應的敏感性分析方法。
（4）在混凝土徐變對結構的動力行為影響方面，分析了持續荷載與瞬時荷載效應、靜力與動力響應之間的聯系，闡釋了徐變對結構動力行為影響的機制，以長期持續荷載作用后混凝土力學性能試驗為基礎，提出了混凝土徐變后彈性模量的預測模型。以此為基礎，分析了徐變對鋼管混凝土結構動力特性以及不同激勵作用下確定性動力響應的影響。然后采用結構隨機振動分析的虛擬激勵方法，以鋼管混凝土結構在一致、非一致地震激勵作用下的隨機振動分析結果為依據，在均方響應的意義上揭示了徐變對其隨機地震響應的影響規律，對徐變與結構動力性能關系的研究作了進一步深化。最后，以考慮徐變影響的結構隨機振動分析結果為基礎，依據符合Poisson假設的首次超越破壞準則，分析和評價了徐變對鋼管混凝土結構動力可靠性的影響。
雖然經過16年的努力，我們對混凝土和鋼管混凝土的徐變有了一定的認識，但距離真正清楚了解混凝土徐變的機理，把握鋼管混凝土徐變的本質，還有很長的路要走。希望這本書的出版能夠對從事混凝土和鋼管混凝土徐變研究的人員有一定借鑒作用，能夠吸引更多對這方面問題感興趣的青年學者開展相關研究，使人類早日解開混凝土徐變的謎底。
在我們課題組開展鋼管混凝土徐變研究的過程中，韓冰教授起到非常重要的作用。他最初的碩士論文工作開啟了我們課題組這方面的研究，而他這些年在鋼管混凝土徐變方面的研究和組織工作，使我們的研究能夠不斷向前進展。感謝劉保東教授，這些年大家在課題組集思廣益、相互交流，彼此受益良多。感謝馬伊碩博士扎實和富有開拓性的工作，使得我們能夠在較廣的領域內研究混凝土徐變這一并不新穎的問題，并取得新穎的成果，而她認真、負責的編輯工作，是推動本書得以盡快出版的關鍵因素。感謝劉明輝博士這些年在課題組的組織管理和研究工作，這對保障課題組工作的順利進行起到特別重要的作用。還要感謝參與鋼管混凝土徐變相關研究的博士和碩士研究生張電杰、曹健、雷陽、王茜、劉可為、陳晨、毛忠坤、鄧思溢、李紫宇、鞏健和張杰超，他們辛勤和富有創新性的工作，使我們能夠不斷攀登新的科學高峰。
限于作者水平，書中難免存在不當之處，懇請讀者批評指正。
王元豐
于2013年春節
我們課題組是在1996年開始鋼管混凝土徐變的研究。2006年出版的《鋼管混凝土徐變》一書對我們在此之前十年的工作成果進行了梳理和總結。而在過去的七年多時間里，我們課題組進一步開展鋼管混凝土徐變問題的研究，對這一問題的認識繼續深化，研究的范圍進一步拓展。這些研究成果在這本書中主要體現在以下幾個方面：
（1）基于混凝土徐變固結理論和微預應力固結理論，在材料層次分析了混凝土徐變的基本性質，提出了含不同摻和材料混凝土徐變的數學模型。結合鋼管混凝土的受力特點，采用混凝土徐變B3模型，建立的鋼管混凝土軸心受壓、偏心受壓和受彎構件徐變分析方法的數學物理基礎更堅實，考慮影響混凝土徐變的因素拓展到混凝土的內部組分，如水灰比、骨料水泥比和水泥類型等。此外，進一步分析了環境溫度對混凝土長期變形性能的影響，建立了在溫度作用下鋼管混凝土軸心受壓、偏心受壓構件徐變的計算模型，給出了各種參數的影響規律。對于在實際工程中應用日益增多的鋼管高強混凝土開展了試驗研究，測試了軸心受壓構件的徐變規律，并建立了徐變計算的方法。
（2）在結構分析方面，將混凝土徐變這種長期荷載作用下的靜力問題與地震作用引起的結構動力問題以及結構在靜荷載、動荷載下的可靠度這種不確定性問題相結合，使對徐變這種貫穿混凝土結構全壽命周期問題的分析，與其他問題耦合統籌進行。
（3）在徐變對結構的靜力行為影響方面，建立了同時考慮幾何非線性和環境溫度兩種因素影響的鋼管混凝土結構徐變效應的確定性分析方法。進一步引入來源于混凝土徐變模型、材料以及結構幾何尺寸三方面的不確定性因素，利用基于拉丁超立方體抽樣方法的Monte Carlo法，對考慮輸入變量隨機性的鋼管混凝土結構進行了徐變效應的概率分析，同時給出了徐變對結構時變可靠度影響的評價方法，以及結構徐變效應的敏感性分析方法。
（4）在混凝土徐變對結構的動力行為影響方面，分析了持續荷載與瞬時荷載效應、靜力與動力響應之間的聯系，闡釋了徐變對結構動力行為影響的機制，以長期持續荷載作用后混凝土力學性能試驗為基礎，提出了混凝土徐變后彈性模量的預測模型。以此為基礎，分析了徐變對鋼管混凝土結構動力特性以及不同激勵作用下確定性動力響應的影響。然后采用結構隨機振動分析的虛擬激勵方法，以鋼管混凝土結構在一致、非一致地震激勵作用下的隨機振動分析結果為依據，在均方響應的意義上揭示了徐變對其隨機地震響應的影響規律，對徐變與結構動力性能關系的研究作了進一步深化。最后，以考慮徐變影響的結構隨機振動分析結果為基礎，依據符合Poisson假設的首次超越破壞準則，分析和評價了徐變對鋼管混凝土結構動力可靠性的影響。
雖然經過16年的努力，我們對混凝土和鋼管混凝土的徐變有了一定的認識，但距離真正清楚了解混凝土徐變的機理，把握鋼管混凝土徐變的本質，還有很長的路要走。希望這本書的出版能夠對從事混凝土和鋼管混凝土徐變研究的人員有一定借鑒作用，能夠吸引更多對這方面問題感興趣的青年學者開展相關研究，使人類早日解開混凝土徐變的謎底。
在我們課題組開展鋼管混凝土徐變研究的過程中，韓冰教授起到非常重要的作用。他最初的碩士論文工作開啟了我們課題組這方面的研究，而他這些年在鋼管混凝土徐變方面的研究和組織工作，使我們的研究能夠不斷向前進展。感謝劉保東教授，這些年大家在課題組集思廣益、相互交流，彼此受益良多。感謝馬伊碩博士扎實和富有開拓性的工作，使得我們能夠在較廣的領域內研究混凝土徐變這一并不新穎的問題，并取得新穎的成果，而她認真、負責的編輯工作，是推動本書得以盡快出版的關鍵因素。感謝劉明輝博士這些年在課題組的組織管理和研究工作，這對保障課題組工作的順利進行起到特別重要的作用。還要感謝參與鋼管混凝土徐變相關研究的博士和碩士研究生張電杰、曹健、雷陽、王茜、劉可為、陳晨、毛忠坤、鄧思溢、李紫宇、鞏健和張杰超，他們辛勤和富有創新性的工作，使我們能夠不斷攀登新的科學高峰。
限于作者水平，書中難免存在不當之處，懇請讀者批評指正。
王元豐
于2013年春節
目次
第1章緒論
11鋼管混凝土徐變研究概述
111鋼管混凝土構件徐變研究
112鋼管混凝土結構徐變研究
113考慮溫度效應的鋼管混凝土徐變研究
114鋼管混凝土徐變不確定性研究
115鋼管混凝土徐變研究總結與展望
12本書主要研究內容
第2章混凝土徐變理論
21引言
22混凝土材料的徐變
221混凝土變形性能
222混凝土徐變機理
223溫度對混凝土徐變的影響
224混凝土徐變流變模型
23混凝土徐變的微觀本構模型
231混凝土徐變的固結理論
232混凝土徐變的微預應力固結理論
24混凝土徐變的數學模型
241普通混凝土徐變的B3模型
242硅粉混凝土徐變的B3修正模型
243粉煤灰混凝土徐變的B3修正模型
244混凝土徐變的微預應力固結理論數學模型
245考慮溫度效應的微預應力固結理論數學模型及其數值解法
246考慮溫度效應的混凝土徐變B3修正模型
25多軸應力狀態下的混凝土徐變
26小結
第3章鋼管混凝土構件徐變
31引言
32鋼管混凝土軸心受壓構件的徐變
321鋼管混凝土軸心受壓構件的受力分析
322鋼管混凝土軸心受壓構件的緊箍應力
323鋼管混凝土軸心受壓構件的徐變
324模型驗證
325參數分析
33鋼管混凝土偏心受壓構件的徐變
331鋼管混凝土偏心受壓構件的受力分析
332鋼管混凝土偏心受壓構件的緊箍應力
333鋼管混凝土偏心受壓構件的初始應力
334鋼管混凝土小偏心受壓構件的徐變
335鋼管混凝土大偏心受壓構件的徐變
336模型驗證
337參數分析
34鋼管混凝土受彎構件的徐變
341鋼管混凝土受彎構件的工作原理
342鋼管混凝土受彎構件的受力分析
343鋼管混凝土受彎構件的徐變
344參數分析
35考慮溫度效應的鋼管混凝土構件徐變
351考慮溫度效應的鋼管混凝土軸心受壓構件徐變
352考慮溫度效應的鋼管混凝土小偏心受壓構件徐變
353考慮溫度效應的鋼管混凝土大偏心受壓構件徐變
354參數分析
36鋼管高強混凝土軸心受壓構件的徐變
361試驗內容及方法
362試驗結果及分析
363模型建立
364模型驗證
365參數分析
37小結
第4章鋼管混凝土結構徐變
41引言
42結構徐變效應的確定性分析
421增量型類彈性本構關系和簡化方法
422結構徐變效應分析方法
423考慮幾何非線性的結構徐變效應分析方法
424考慮溫度作用的結構徐變效應分析方法
43結構徐變效應的概率分析
431結構徐變效應分析的不確定性
432結構徐變效應的概率分析方法
433敏感性分析方法
44確定性徐變效應數值模擬
441工程概況
442有限元模型
443考慮幾何非線性的徐變效應分析結果
444考慮溫度作用的徐變效應分析結果
445參數分析
45概率性徐變效應數值模擬
451計算模型
452極限狀態定義
453模型驗證
454結果與分析
46小結
第5章徐變對鋼管混凝土結構確定性地震響應的影響
51引言
52徐變對結構動力性能影響的關鍵問題
521徐變對結構動力性能的影響機制
522混凝土徐變后效
523徐變后幾何非線性梁單元的切線剛度矩陣
53考慮徐變效應的結構動力分析
531運動方程的建立
532特征問題數值解法
533結構動力響應數值解法
54徐變對鋼管混凝土結構確定性地震響應影響的數值模擬
541計算模型
542徐變對結構動力特性的影響
543徐變對結構地震響應的影響
55小結
第6章徐變對鋼管混凝土結構隨機地震響應的影響
61引言
62地震地面運動的隨機模型
621隨機地震動的譜描述
622地震地面運動加速度功率譜密度模型
623地震地面運動空間變化效應
624地震激勵功率譜的分解
63結構隨機地震響應分析的數值方法
631一致激勵下結構隨機地震響應
632非一致激勵下結構隨機地震響應
64徐變對鋼管混凝土結構隨機地震響應影響的數值模擬
641計算模型
642徐變對結構隨機地震響應的影響
65小結
第7章徐變對鋼管混凝土結構動力可靠性的影響
71引言
72結構的首次超越破壞準則
73隨機反應超越界限的概率分析
74基于Poisson假設的動力可靠性分析
741隨機反應最大值的概率分布
742確定界限下的動力可靠性
743隨機界限下的動力可靠性
75徐變對鋼管混凝土結構動力可靠性影響的數值模擬
751徐變對隨機反應最大值的影響
752徐變對動力可靠性的影響
76小結
參考文獻
11鋼管混凝土徐變研究概述
111鋼管混凝土構件徐變研究
112鋼管混凝土結構徐變研究
113考慮溫度效應的鋼管混凝土徐變研究
114鋼管混凝土徐變不確定性研究
115鋼管混凝土徐變研究總結與展望
12本書主要研究內容
第2章混凝土徐變理論
21引言
22混凝土材料的徐變
221混凝土變形性能
222混凝土徐變機理
223溫度對混凝土徐變的影響
224混凝土徐變流變模型
23混凝土徐變的微觀本構模型
231混凝土徐變的固結理論
232混凝土徐變的微預應力固結理論
24混凝土徐變的數學模型
241普通混凝土徐變的B3模型
242硅粉混凝土徐變的B3修正模型
243粉煤灰混凝土徐變的B3修正模型
244混凝土徐變的微預應力固結理論數學模型
245考慮溫度效應的微預應力固結理論數學模型及其數值解法
246考慮溫度效應的混凝土徐變B3修正模型
25多軸應力狀態下的混凝土徐變
26小結
第3章鋼管混凝土構件徐變
31引言
32鋼管混凝土軸心受壓構件的徐變
321鋼管混凝土軸心受壓構件的受力分析
322鋼管混凝土軸心受壓構件的緊箍應力
323鋼管混凝土軸心受壓構件的徐變
324模型驗證
325參數分析
33鋼管混凝土偏心受壓構件的徐變
331鋼管混凝土偏心受壓構件的受力分析
332鋼管混凝土偏心受壓構件的緊箍應力
333鋼管混凝土偏心受壓構件的初始應力
334鋼管混凝土小偏心受壓構件的徐變
335鋼管混凝土大偏心受壓構件的徐變
336模型驗證
337參數分析
34鋼管混凝土受彎構件的徐變
341鋼管混凝土受彎構件的工作原理
342鋼管混凝土受彎構件的受力分析
343鋼管混凝土受彎構件的徐變
344參數分析
35考慮溫度效應的鋼管混凝土構件徐變
351考慮溫度效應的鋼管混凝土軸心受壓構件徐變
352考慮溫度效應的鋼管混凝土小偏心受壓構件徐變
353考慮溫度效應的鋼管混凝土大偏心受壓構件徐變
354參數分析
36鋼管高強混凝土軸心受壓構件的徐變
361試驗內容及方法
362試驗結果及分析
363模型建立
364模型驗證
365參數分析
37小結
第4章鋼管混凝土結構徐變
41引言
42結構徐變效應的確定性分析
421增量型類彈性本構關系和簡化方法
422結構徐變效應分析方法
423考慮幾何非線性的結構徐變效應分析方法
424考慮溫度作用的結構徐變效應分析方法
43結構徐變效應的概率分析
431結構徐變效應分析的不確定性
432結構徐變效應的概率分析方法
433敏感性分析方法
44確定性徐變效應數值模擬
441工程概況
442有限元模型
443考慮幾何非線性的徐變效應分析結果
444考慮溫度作用的徐變效應分析結果
445參數分析
45概率性徐變效應數值模擬
451計算模型
452極限狀態定義
453模型驗證
454結果與分析
46小結
第5章徐變對鋼管混凝土結構確定性地震響應的影響
51引言
52徐變對結構動力性能影響的關鍵問題
521徐變對結構動力性能的影響機制
522混凝土徐變后效
523徐變后幾何非線性梁單元的切線剛度矩陣
53考慮徐變效應的結構動力分析
531運動方程的建立
532特征問題數值解法
533結構動力響應數值解法
54徐變對鋼管混凝土結構確定性地震響應影響的數值模擬
541計算模型
542徐變對結構動力特性的影響
543徐變對結構地震響應的影響
55小結
第6章徐變對鋼管混凝土結構隨機地震響應的影響
61引言
62地震地面運動的隨機模型
621隨機地震動的譜描述
622地震地面運動加速度功率譜密度模型
623地震地面運動空間變化效應
624地震激勵功率譜的分解
63結構隨機地震響應分析的數值方法
631一致激勵下結構隨機地震響應
632非一致激勵下結構隨機地震響應
64徐變對鋼管混凝土結構隨機地震響應影響的數值模擬
641計算模型
642徐變對結構隨機地震響應的影響
65小結
第7章徐變對鋼管混凝土結構動力可靠性的影響
71引言
72結構的首次超越破壞準則
73隨機反應超越界限的概率分析
74基于Poisson假設的動力可靠性分析
741隨機反應最大值的概率分布
742確定界限下的動力可靠性
743隨機界限下的動力可靠性
75徐變對鋼管混凝土結構動力可靠性影響的數值模擬
751徐變對隨機反應最大值的影響
752徐變對動力可靠性的影響
76小結
參考文獻
書摘/試閱
圖3.77是該種變溫作用與恒溫23℃作用下鋼管混凝土大偏心受壓構件核心混凝土應力隨齡期發展的對比曲線，同樣分為四個階段來討論。第一階段環境溫度為23℃時，兩種情況下的混凝土應力曲線重合，混凝土處于卸載狀態，應力值隨齡期不斷減小。第二階段環境溫度升高到47℃，這一階段混凝土繼續卸載，混凝土應力的下降幅度是相應恒溫23℃作用下下降值的11倍左右，是上階段下降幅度的56％。溫度變化瞬時，核心混凝土應力有一突變下降段，此突變值是整個第二階段總下降應力值的80％。第三階段環境溫度升高到60℃，此階段混凝土應力的下降值是相應恒溫23。C作用下下降值的3倍左右，是上階段下降值的49％。溫度變化瞬時，核心混凝土應力有一突變下降段，此突變值是整個第三階段總下降應力值的61％。第四階段環境溫度下降回23℃，混凝土在這個階段繼續卸載，但是幅度很小，曲線趨于平緩，加載約一年后，混凝土的應力終值約是恒溫23℃情況下的59％。
圖3.78是該種變溫作用與恒溫23℃作用下鋼管混凝土大偏心受壓構件的鋼管應力對比曲線，同樣分為四個階段來討論。第一階段環境溫度為23℃時，兩種情況下的鋼管應力曲線重合，且應力值隨齡期發展不斷增大。第二階段環境溫度升高到47℃，這一階段鋼管應力的增長是相應恒溫23℃作用下增長值的11倍左右，是上階段增長值的57％。溫度變化瞬時，鋼管應力有一突變增長，此突變值是整個第二階段總增大應力值的82％。第三階段環境溫度升高到60℃，此階段鋼管應力的增長值是相應恒溫23℃作用下增長值的3倍左右，是上階段應力增長值的49％。溫度變化瞬時，鋼管應力有一突變上升段，此突變值是整個第三階段鋼管應力總增大值的60％。第四階段環境溫度恢復到23℃，鋼管應力繼續增加，但是增加幅度不如前幾個階段，曲線趨于平緩。加載約一年后，鋼管的應力終值約是恒溫23℃情況下的1.1倍。
按照圖3.61所示的環境溫度曲線（溫度大于等于常溫且周期變化）計算周期溫度作用下鋼管混凝土小偏心、大偏心受壓構件的徐變曲線，并與常溫23℃情況下的徐變曲線對比，如圖3.79和圖3.80所示。圖3.79表明在周期溫度作用下，鋼管混凝土小偏心受壓構件的徐變值在第一次溫度升高時有一個較大的增量，這個增量是相應的恒溫23℃作用時徐變增值的15倍。經過這個突變后，雖然后面環境溫度發生周期變化，但是徐變增量很小，其最終徐變值是恒溫23℃下的1.4倍左右。圖3.80表明在周期溫度作用下，鋼管混凝土大偏心受壓構件的徐變值在第一次溫度升高時同樣有一個較大的增量，這個增量是相應的恒溫23℃作用時徐變增值的24倍。同樣地，經過這個突變后，雖然后面環境溫度發生周期變化，但是徐變增量很小，其最終徐變值是恒溫23℃下的1.6倍左右。
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