混凝土结构破坏过程仿真分析
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作者顾祥林
出版社科学出版社
ISBN9787030605009
出版时间2020-06
装帧精装
开本16开
定价256元
货号9909458
上书时间2024-11-18
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目录
绪论
0.1 结构破坏过程仿真分析的意义
0.2 结构仿真分析的发展与应用
0.3 结构仿真分析的基本任务
0.4 实现结构仿真分析的基本方法
0.5 本书的主要内容
参考文献
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
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
1.2 钢筋和混凝土材料的应力-应变关系
1.2.1 钢筋的应力-应变关系
1.2.2 混凝土单轴受压时的应力-应变关系
1.2.3 侧向约束混凝土单轴受压时的应力-应变关系
1.2.4 浸油混凝土单轴受压时的应力-应变关系
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
1.2.6 混凝土单轴受拉时的应力-应变关系
1.3 梁、柱截面弯矩-曲率关系的数值模拟分析
1.3.1 短期荷载作用下梁、柱截面的弯矩-曲率（M-?）关系
1.3.2 长期荷载作用下梁、柱截面的弯矩-曲率（M-?）关系
1.4 梁、柱荷载-位移关系的数值模拟分析
1.4.1 梁的荷载-位移关系
1.4.2 柱的荷载-位移关系
1.5 破坏过程的仿真分析
1.5.1 梁的斜截面承载力
1.5.2 梁破坏形态的确定
1.6 仿真系统应用
1.6.1 梁、柱截面延性分析
1.6.2 开裂后梁的抗弯刚度
参考文献
第2章 单调加载时预应力混凝土梁破坏过程仿真分析
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
2.2 混凝土和预应力筋的应力-应变关系
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
2.3.1 梁截面分析的相容和平衡方程
2.3.2 截面的破坏条件
2.3.3 梁荷载-位移关系的数值模拟分析
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
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
2.4.2 梁荷载-位移关系的数值模拟分析
2.5 实例验证
2.6 仿真系统应用
参考文献
第3章 单调加载时钢筋混凝土双向板破坏过程仿真分析
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
3.2 板截面弯矩-曲率关系的数值模拟分析
3.2.1 相容关系
3.2.2 混凝土及钢筋的应力-应变关系
3.2.3 板截面的平衡方程
3.2.4 弯矩-曲率关系
3.3 双向板荷载-位移关系的数值模拟分析
3.3.1 确定各受力阶段板的抗弯刚度
3.3.2 求解各阶段板的挠度系数和弯矩系数
3.3.3 荷载-挠度关系
3.4 实例验证
参考文献
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
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
4.2 剪力墙开裂前荷载-位移关系的数值模拟分析
4.3 剪力墙开裂后钢筋混凝土单元的平衡和相容关系
4.3.1 钢筋混凝土单元体中的应力状态
4.3.2 钢筋混凝土单元中的应变状态
4.4 剪力墙开裂后混凝土斜向受压时的应力-应变关系
4.4.1 钢筋混凝土方板的剪切试验
4.4.2 应力-应变关系式
4.4.3 混凝土的软化系数
4.5 混凝土受拉时的应力-应变关系
4.6 钢筋的应力-应变关系
4.6.1 普通（低碳钢）钢筋的应力-应变关系
4.6.2 预应力钢筋的应力-应变关系
4.7 剪力墙开裂后荷载-变形关系的数值模拟分析
4.8 实例验证
4.9 仿真系统应用
4.9.1 纵横向配筋率对剪力墙受力性能的影响
4.9.2 预应力对剪力墙抗剪性能的影响
参考文献
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
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
5.2 混凝土开裂前扭矩-扭转角关系
5.3 混凝土开裂后扭矩-扭转角关系
5.3.1 平衡条件
5.3.2 变形协调条件
5.3.3 物理关系及其应用
5.4 受扭构件扭矩-扭转角关系的数值模拟分析
5.5 实例验证
5.6 仿真系统应用
参考文献
第6章 水平反复加载时钢筋混凝土柱破坏过程仿真分析
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
6.2 钢筋混凝土柱荷载-位移关系的空间分析模型
6.2.1 塑性单元截面弹簧布置
6.2.2 弹簧的滞回模型
6.2.3 柱顶位移计算
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
6.3.1 建立在材料层次上的损伤累积模型
6.3.2 引入损伤累积指标的弹簧滞回模型
6.3.3 损伤参数α和β的标定
6.4 钢筋混凝土柱荷载-位移关系的数值模拟分析
6.4.1 拟静力试验的加载方式
6.4.2 水平反复荷载作用下柱荷载-位移关系计算步骤
6.5 实例验证
6.5.1 不同加载制度下柱的荷载-位移关系
6.5.2 低周疲劳荷载作用下柱的荷载-位移关系
6.6 仿真系统应用
6.6.1 轴压比对钢筋混凝土柱抗震性能的影响
6.6.2 加载路径对钢筋混凝土柱抗震性能的影响
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
6.6.4 变轴力对钢筋混凝土柱抗震性能的影响
参考文献
第7章 考虑剪切作用时钢筋混凝土柱破坏过程仿真分析
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
7.2 剪切弹簧的剪力-剪切变形关系
7.2.1 单调加载下剪切弹簧剪力-剪切变形关系
7.2.2 反复加载下剪切弹簧剪力-剪切变形滞回规则
7.2.3 剪切破坏准则
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
7.3.1 初始抗剪能力小于极限抗弯能力
7.3.2 初始抗剪能力大于极限抗弯能力
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
7.5 实例验证
参考文献
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
8.1 结构计算简图及平衡方程
8.2 等截面直杆单元的刚度矩阵
8.3 带刚域杆单元的刚度矩阵
8.4 塑性铰区段截面抗弯刚度
8.5 单元几何刚度矩阵
8.6 杆系结构破坏准则
8.7 框架结构的机构识别算法
8.7.1 机构的模式
8.7.2 规则框架的识别算法
8.7.3 局部缺梁框架的识别算法
8.8 结构荷载-位移关系的数值模拟分析
8.9 实例验证
参考文献
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
9.1 结构计算简图
9.2 动力平衡方程的建立和求解
9.2.1 结构体系的动力平衡方程
9.2.2 体系的自振特性
9.2.3 体系的动力反应
9.3 二维单元模型
9.3.1 平均刚度模拟
9.3.2 分布刚度模拟
9.3.3 集中刚度模拟
9.4 不同层次上的恢复力模型
9.4.1 建立在材料层次上的恢复力模型
9.4.2 建立在截面层次上的恢复力模型
9.4.3 建立在构件层次上的恢复力模型
9.5 结构的地震反应的数值模拟分析
9.5.1 数值模拟分析的计算步骤
9.5.2 数值分析中几个关键问题的讨论
9.6 结构体系的破坏准则
9.7 实例验证
9.8 仿真系统应用
参考文献
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
10.1 结构计算简图及动力平衡方程的求解
10.2 三维杆单元模型
10.2.1 弹性分析时的刚度矩阵
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）
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）
10.3 不同层次上的恢复力模型
10.3.1 建立在材料层次的恢复力模型
10.3.2 建立在截面层次上的恢复力模型
10.3.3 建立在构件层次上的恢复力模型
10.4 结构空间地震反应的数值模拟分析
10.4.1 对逐步积分法的改进
10.4.2 地震反应的求解步骤
10.5 实例验证
10.6 仿真系统应用
10.6.1 剪切变形对框架结构地震反应的影响
10.6.2 填充墙对框架结构地震反应的影响
参考文献
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
11.1 离散单元法的基本思路
11.2 离散单元法的基本方程
11.2.1 单元间的连接与相互作用
11.2.2 单元的动力平衡方程
11.2.3 弹簧的力-变形关系
11.3 平衡方程的求解
11.3.1 静态松弛法和动态松弛法
11.3.2 用中心差分法解平衡方程
11.3.3 单元坐标更新
11.3.4 关键参数选择
11.4 单元间的接触判断
11.4.1 单元接触粗检索
11.4.2 单元接触精细检索
11.4.3 接触与碰撞类型
11.5 单元间接触作用模型
11.6 基于冲量形式的单元间碰撞作用模型
11.6.1 多体系统中单元间的多点碰撞问题
11.6.2 混凝土单元间的碰撞作用模型
11.6.3 混凝土单元和地面间的碰撞作用模型
11.7 基于动量守恒定律的单元间碰撞作用模型
参考文献
第12章 单调加载时混凝土材料破坏过程仿真分析
12.1 混凝土的细观结构特征和数值模拟方法
12.2 细观尺度上混凝土材料二维离散单元模型
12.2.1 单元的划分与连接
12.2.2 粗骨料单元的生成
12.2.3 砂浆的离散
12.2.4 砂浆弹簧的本构关系
12.2.5 界面弹簧的本构关系
12.2.6 单元间接触本构关系
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
12.3.1 动力平衡方程及其求解
12.3.2 计算时步和阻尼参数的选取
12.3.3 边界单元的处理
12.3.4 计算的初始条件和终止条件
12.4 二维仿真系统的实例验证
12.4.1 天然骨料混凝土试件单轴受力试验
12.4.2 人工骨料混凝土试件单轴受力试验
12.5 二维仿真系统的应用
12.5.1 骨料随机分布对混凝土宏观力学性能的影响
12.5.2 骨料形状及表面粗糙度对混凝土力学性能的影响
12.5.3 骨料轴长比不一致性对混凝土宏观变异性的影响
12.5.4 骨料棱角性不一致对混凝土宏观变异性的影响
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
12.5.6 不同因素对混凝土宏观变异性的影响程度
12.5.7 混凝土材料双轴受力分析
12.6 细观尺度上混凝土材料三维离散单元模型
12.6.1 骨料生成
12.6.2 砂浆离散
12.6.3 单元的划分与连接
12.6.4 砂浆弹簧的本构关系
12.6.5 界面弹簧的本构关系
12.6.6 单元间接触本构关系
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
12.7.1 动力平衡方程及其求解
12.7.2 计算时步和阻尼参数的选取
12.7.3 边界单元的处理
12.7.4 计算的初始条件和终止条件
12.8 实例验证
12.8.1 混凝土单轴受拉破坏过程分析
12.8.2 混凝土单轴受压破坏过程分析
12.9 仿真系统应用
参考文献
第13章 单调加载时钢筋混凝土剪力墙破坏过程仿真分析
13.1 宏观尺度上剪力墙的三维离散元模型
13.1.1 剪力墙体的离散
13.1.2 单元的几何特性
13.1.3 混凝土弹簧的力学性能
13.1.4 钢筋弹簧的性能
13.2 单调加载时剪力墙破坏过程的数值模拟
13.2.1 动力平衡方程及其求解
13.2.2 加载与输出
13.3 实例验证
13.3.1 钢筋混凝土剪力墙水平加载试验
13.3.2 面内受力剪力墙计算结果与试验结果的比较
13.3.3 面外受力剪力墙计算结果与试验结果的比较
13.3.4 斜向受力剪力墙计算结果与试验结果的比较
13.4 仿真系统应用
13.4.1 剪力墙非面内受力性能数值模拟分析
13.4.2 轴压比对剪力墙承载力的影响分析
13.4.3 轴压比对剪力墙峰值位移的影响分析
13.4.4 加载角度对剪力墙的影响分析
13.4.5 剪力墙面内外受力的相互影响分析
13.4.6 剪力墙面外位移对面内受剪性能的影响
参考文献
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
14.1 爆炸荷载的确定
14.1.1 爆炸荷载的经验公式
14.1.2 爆炸荷载的数值模拟
14.2 局部爆炸作用下钢筋混凝土构件的破坏准则
14.2.1 爆炸荷载作用下材料力学性能
14.2.2 爆炸荷载下钢筋混凝土构件受力性能试验研究
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
14.2.4 以压力-冲量图（p-I图）表示的构件破坏准则
14.2.5 钢筋混凝土构件的破坏准则
14.3 宏观尺度上混凝土结构三维离散单元模型
14.3.1 结构的空间离散
14.3.2 单元间的弹簧连接
14.3.3 弹簧本构关系及其破坏准则
14.3.4 单元分离判定及分离单元之间的接触与碰撞
14.4 局部爆炸作用下结构倒塌过程数值模拟分析
14.4.1 动力平衡方程及其求解
14.4.2 爆炸荷载下受损构件的处理
14.5 仿真系统设计与数据结构
14.5.1 仿真系统构成
14.5.2 程序编制及数据结构
14.6 实例验证
14.6.1 模型试验验证
14.6.2 工程实例验证
14.7 仿真系统应用
14.7.1 倒塌过程中的动力效应
14.7.2 楼面荷载对结构倒塌反应的影响
14.7.3 局部爆炸位置对结构倒塌反应的影响
14.7.4 楼板对多跨结构倒塌反应的影响
14.7.5 剪力墙对高层结构倒塌反应的影响
参考文献
第15章 地震作用下钢筋混凝土结构倒塌过程仿真分析
15.1 地震作用下结构三维离散单元模型
15.2 地震作用下结构倒塌过程数值模拟分析
15.2.1 动力平衡方程及其求解
15.2.2 地震波的输入
15.3 仿真系统设计与数据结构
15.3.1 仿真系统构成
15.3.2 程序编制及数据结构
15.4 地震作用下钢筋混凝土框架结构倒塌过程仿真分析
15.4.1 仿真系统验证
15.4.2 仿真系统应用
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
15.5.1 仿真系统验证
15.5.2 仿真系统应用
参考文献
精彩内容
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。
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