大跨度橋梁結(jié)構(gòu)

前言

　　近十多年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)及交通事業(yè)發(fā)展，國內(nèi)外橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)展很快，跨江跨海工程日益增多，橋梁建設(shè)向“更長、更高、更輕”的趨勢發(fā)展，跨度日益增大，體形越來越復(fù)雜，新材料的應(yīng)用日益增多，結(jié)構(gòu)體系越來越新穎，施工技術(shù)越來越先進(jìn)。橋梁結(jié)構(gòu)的這種大發(fā)展，對橋梁結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展有很大促進(jìn)。目前，橋梁結(jié)構(gòu)理論及分析方法發(fā)展趨勢是：從簡單結(jié)構(gòu)向大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)、新型結(jié)構(gòu)及新材料結(jié)構(gòu)發(fā)展；從線性向非線性發(fā)展；從靜力向動力發(fā)展；從確定性向不確定性發(fā)展；從簡化分析向精細(xì)化分析發(fā)展；發(fā)展智能結(jié)構(gòu)理論，發(fā)展結(jié)構(gòu)性能設(shè)計理論，在橋梁結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計理論方面正在孕育著新的突破。橋梁結(jié)構(gòu)遇到的挑戰(zhàn)首先是實(shí)現(xiàn)基于性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以提高工程結(jié)構(gòu)使用性能及抗災(zāi)性能。要實(shí)現(xiàn)基于性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計，必須精確掌握結(jié)構(gòu)性能，必須精確分析結(jié)構(gòu)性能。為此，必須有考慮到結(jié)構(gòu)非線性、結(jié)構(gòu)不確定性、荷載不確定性及結(jié)構(gòu)損傷等復(fù)雜因素的精細(xì)化分析方法，這是結(jié)構(gòu)性能設(shè)計理論的客觀要求。目前對于結(jié)構(gòu)性能及其可靠度尚無精細(xì)化分析方法，因此發(fā)展結(jié)構(gòu)性能的精細(xì)化分析方法及結(jié)構(gòu)性能的控制方法是創(chuàng)立結(jié)構(gòu)性能設(shè)計理論的關(guān)鍵問題。由此可知，結(jié)構(gòu)非線性、結(jié)構(gòu)不確定性、結(jié)構(gòu)損傷力學(xué)是發(fā)展結(jié)構(gòu)性能精細(xì)化分析方法的重要基礎(chǔ)。因此，致力于創(chuàng)立結(jié)構(gòu)非線性、結(jié)構(gòu)不確定性及結(jié)構(gòu)損傷分析的新理論、新方法是當(dāng)務(wù)之急，也是長遠(yuǎn)之計?！　〗Y(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵守規(guī)范，它是結(jié)構(gòu)設(shè)計的法規(guī)。規(guī)范中提供的設(shè)計方法是基于大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的經(jīng)驗(yàn)公式，能基本上反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際情況，對常規(guī)設(shè)計是行之有效的簡便易行的設(shè)計方法，但也有局限性，例如：①規(guī)范提供的設(shè)計公式主要是對桿件結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)未提出計算公式，如果遇到復(fù)雜結(jié)構(gòu)，則需要另想辦法；②規(guī)范提供的設(shè)計方法，不能清晰地給出結(jié)構(gòu)受力過程，不能正確地理解結(jié)構(gòu)的性態(tài)及發(fā)展規(guī)律，不能揭示結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形重分布的過程，因此不能準(zhǔn)確地評估整個結(jié)構(gòu)的可靠度；③規(guī)范中的計算公式只是保證安全及適用的一種算法，不能算出結(jié)構(gòu)正常使用荷載下結(jié)構(gòu)任意一點(diǎn)的應(yīng)力或應(yīng)變狀態(tài);④隨著橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢，結(jié)構(gòu)超規(guī)范的越來越多或者無規(guī)范，現(xiàn)有規(guī)范不能適用，需要另想辦法。由此可知，工程技術(shù)人員及科技人員，不僅應(yīng)遵守規(guī)范，按規(guī)范辦事，而且也要具備對付超規(guī)范或無規(guī)范的設(shè)計能力。因此，應(yīng)加強(qiáng)培養(yǎng)工程技術(shù)人員及科技人員在這方面的能力。　　1986年以來，作者結(jié)合橋梁工程的生產(chǎn)及科研任務(wù)，致力于研究大跨度橋梁結(jié)構(gòu)分析的新理論、新方法，創(chuàng)立了大跨度橋梁結(jié)構(gòu)分析的新理論、新方法。這些新成果已用于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)，且顯示出優(yōu)越性，比有限元法優(yōu)越，不僅計算簡便，而且精度高。這些新成果已在國內(nèi)外公開發(fā)表，被引用很多，有些成果被EI、ISTP、SCI收錄/引用，其中有關(guān)成果已獲省部級科技進(jìn)步二等獎6項，廣西自然科學(xué)優(yōu)秀論文成果一等獎1項，全國優(yōu)秀成果一等獎1項?！　”緯窃谏鲜龌A(chǔ)上寫成的，是作者21年來科研成果的總結(jié)，是一部科研成果專著，主要介紹大跨度橋梁結(jié)構(gòu)分析的新理論、新方法。全書共28章，內(nèi)容包括橋梁結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)線性與非線性分析、結(jié)構(gòu)不確定性分析、結(jié)構(gòu)損傷分析、結(jié)構(gòu)可靠度分析、結(jié)構(gòu)抗震分析、橋梁施工控制分析的新理論新方法及其在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，內(nèi)容豐富、新穎、富有創(chuàng)造性。

內(nèi)容概要

本書主要介紹大跨度橋梁結(jié)構(gòu)分析的新理論、新方法，重點(diǎn)介紹作者的新成果。主要內(nèi)容包括：大跨度橋梁結(jié)構(gòu)體系，薄壁箱梁箱拱分析的新方法，橋梁結(jié)構(gòu)非線性分析，橋梁結(jié)構(gòu)非線性動力分析，橋梁結(jié)構(gòu)非線性穩(wěn)定性分析，橋梁結(jié)構(gòu)不確定性分析，橋梁結(jié)構(gòu)損傷分析，橋梁結(jié)構(gòu)可靠度分析，橋梁結(jié)構(gòu)抗震分析的新理論新方法及其應(yīng)用。本書內(nèi)容豐富、新穎、富有創(chuàng)新性，不僅有理論意義，而且有廣泛的應(yīng)用前景。    本書可供橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計人員、科研人員及有關(guān)專業(yè)的高校師生及碩士生、博士生、博士后參考。

書籍目錄

前言第一章  基本概念  1.1  大跨度橋    1.1.1  連續(xù)梁橋及連續(xù)剛構(gòu)橋    1.1.2  拱橋    1.1.3  斜拉橋    1.1.4  懸索橋  1.2  大跨度橋梁結(jié)構(gòu)體系    1.2.1  箱梁橋結(jié)構(gòu)體系    1.2.2  連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)體系    1.2.3  拱橋結(jié)構(gòu)體系    1.2.4  斜拉橋結(jié)構(gòu)體系    1.2.5  懸索橋結(jié)構(gòu)體系  1.3  橋梁結(jié)構(gòu)理論發(fā)展現(xiàn)狀  1.4  橋梁結(jié)構(gòu)理論發(fā)展趨勢  1.5  本書主要內(nèi)容  參考文獻(xiàn)第二章  箱型橋梁結(jié)構(gòu)體系  2.1  直箱型橋梁結(jié)構(gòu)體系    2.1.1  單跨箱型橋梁結(jié)構(gòu)    2.1.2  連續(xù)直箱型橋梁結(jié)構(gòu)  2.2  曲箱型橋梁結(jié)構(gòu)體系  2.3  現(xiàn)有分析方法    2.3.1  梁格法    2.3.2  板殼有限元法    2.3.3  有限條法    2.3.4  有限梁段法  2.4  新的分析方法    2.4.1  樣條有限點(diǎn)法    2.4.2  QR法    2.4.3  樣條子域法    2.4.4  樣條無網(wǎng)格法  2.5  樣條函數(shù)    2.5.1  月樣條函數(shù)構(gòu)造的方法    2.5.2  月樣條函數(shù)的性質(zhì)    2.5.3  B樣條函數(shù)的數(shù)值方法    2.5.4  樣條基函數(shù)    2.5.5  樣條函數(shù)值表    2.5.6  樣條離散化  2.6  水平曲梁的應(yīng)變、曲率及扭率  參考文獻(xiàn)第三章  薄壁箱梁橋分析的樣條有限點(diǎn)法  3.1  概述    3.1.1  基本假設(shè)    3.1.2  位移模式    3.1.3  剪力滯位移模式    3.1.4  主扇性坐標(biāo)    3.1.5  計算格式選擇  3.2  基本理論    3.2.1  幾何方程——應(yīng)變與位移的關(guān)系    3.2.2  本構(gòu)關(guān)系——應(yīng)力與位移的關(guān)系    3.2.3  變分原理  3.3  樣條有限點(diǎn)法  3.4  連續(xù)薄壁箱梁橋分析的新方法    3.4.1  位移模型    3.4.2  樣條位移函數(shù)    3.4.3  樣條離散化剛度方程    3.4.4  位移及應(yīng)力  3.5  薄壁箱梁橋畸變效應(yīng)    3.5.1  第三種計算格式    3.5.2  第四種計算格式    3.5.3  第五種計算格式    3.5.4  第六種計算格式    3.5.5  第七種計算格式  ……第四章  連續(xù)薄壁箱梁橋的QR法第五章  連續(xù)薄壁箱梁橋分析的樣條子域法第六章  薄壁箱梁剪力滯效應(yīng)分析的新方法第七章  薄壁箱拱橋分析的新方法第八章  連續(xù)薄壁箱梁橋幾何非線性分析的新方法第九章  結(jié)構(gòu)彈塑性分析的QR法第十章  連續(xù)薄壁箱橋材料非線性分析的新方法第十一章  連續(xù)薄壁箱橋雙重非線性分析的新方法第十二章  連續(xù)薄壁箱橋動力分析的新方法第十三章  橋梁結(jié)構(gòu)非線性穩(wěn)定性分析的新方法第十四章  混凝土徐變收縮性效應(yīng)分析的新方法第十五章  橋梁結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)分析的新方法第十六章  大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋分析的新方法第十七章  大跨度鋼管混凝土拱橋分析的新方法第十八章  大跨度斜拉橋分析的新方法第十九章  大跨度索橋分析的新方法第二十章  橋梁機(jī)構(gòu)損傷分析的新方法第二十一章  橋梁機(jī)構(gòu)不確定性分析的新方法第二十二章  橋梁結(jié)構(gòu)可靠度分析的新方法第二十三章  橋梁結(jié)構(gòu)抗震分析的新方法第二十四章  智能橋梁結(jié)構(gòu)分析的新方法第二十五章  橋梁結(jié)構(gòu)性能設(shè)計理論第二十六章  結(jié)構(gòu)與地基互相作用分析的QR法第二十七章  大跨度橋極限承載能力分析的QR法第二十八章  結(jié)構(gòu)的非線性單元參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第二十章 橋梁結(jié)構(gòu)損傷分析的新方法　　實(shí)際結(jié)構(gòu)都有損傷，因此對結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷分析有重要意義。損傷力學(xué)是固體力學(xué)近年來出現(xiàn)的一個新興分支，它的發(fā)展為結(jié)構(gòu)損傷分析提供了理論基礎(chǔ)及分析手段。為了實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)基于性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能及抗災(zāi)性能，必須精確地把握結(jié)構(gòu)的性能。發(fā)展橋梁結(jié)構(gòu)損傷分析的新方法是正確把握橋梁結(jié)構(gòu)性能的重要基礎(chǔ)。本章主要介紹橋梁結(jié)構(gòu)損傷分析的新方法，在簡介損傷力學(xué)的基本概念及基本理論的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹作者的新成果。　　20.1 概述　　20.1.1 結(jié)構(gòu)損傷　　結(jié)構(gòu)損傷主要是由材料損傷包括應(yīng)力損傷及腐蝕損傷積累造成的。應(yīng)力損傷是結(jié)構(gòu)應(yīng)力引起的局部損傷及其積累；腐蝕損傷是由于不利環(huán)境造成的損傷，也稱環(huán)境損傷?！　〗Y(jié)構(gòu)的應(yīng)力損傷主要包括脆性損傷、彈性損傷、彈塑性損傷、彈粘塑性損傷、蠕變／徐變損傷、疲勞損傷及剝裂損傷。損傷和裂縫是兩個不同的概念，損傷是材料及結(jié)構(gòu)中存在的某一小區(qū)域中連續(xù)分布的缺陷，通常是肉眼看不見的，材料及結(jié)構(gòu)在損傷區(qū)域仍然具有一定的承載能力。裂縫是結(jié)構(gòu)中存在的間斷的肉眼可見的缺陷，裂縫區(qū)域已無承載能力。但損傷會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，例如脆性損傷會導(dǎo)致脆性斷裂，疲勞損傷會導(dǎo)致破斷，蠕變／徐變損傷會導(dǎo)致蠕變／徐變破壞。受損傷的結(jié)構(gòu)稱之為損傷結(jié)構(gòu)?！　p傷與材料的微觀結(jié)構(gòu)的改變有密切關(guān)系，應(yīng)利用細(xì)觀方法／微觀方法進(jìn)行研究，但這條路困難很大，也不易用于實(shí)際工程。因此，人們繞過這一困難，采用宏觀方法研究損傷，把內(nèi)部缺陷用宏觀變量來描述，引入一個損傷變量。本章研究結(jié)構(gòu)損傷采用宏觀方法。

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