鋼管混凝土徐變

內(nèi)容介紹

《鋼管混凝土徐變》在對鋼管混凝土構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用混凝土徐變的繼效流動理論及多軸應(yīng)力下混凝土徐變理論，對鋼管混凝土構(gòu)件的徐變進(jìn)行了分析，并給出簡便的設(shè)計公式，將其應(yīng)用于鋼管混凝土的格構(gòu)柱、框架結(jié)構(gòu)和拱橋結(jié)構(gòu)中。全書共分7章，主要內(nèi)容包括緒論、鋼管混凝土的軸心受壓構(gòu)件徐變、小偏心受壓構(gòu)件徐變、大偏心受壓構(gòu)件徐變、受彎構(gòu)件徐變及鋼管混凝土結(jié)構(gòu)徐變等。《鋼管混凝土徐變》可供從事土木工程、力學(xué)研究等的科技人員及高等院校相關(guān)專業(yè)師生參考。

2100433B

第1章緒論

11鋼管混凝土徐變研究概述

111鋼管混凝土構(gòu)件徐變研究

112鋼管混凝土結(jié)構(gòu)徐變研究

113考慮溫度效應(yīng)的鋼管混凝土徐變研究

114鋼管混凝土徐變不確定性研究

115鋼管混凝土徐變研究總結(jié)與展望

12本書主要研究內(nèi)容

第2章混凝土徐變理論

21引言

22混凝土材料的徐變

221混凝土變形性能

222混凝土徐變機(jī)理

223溫度對混凝土徐變的影響?yīng)í?

224混凝土徐變流變模型

23混凝土徐變的微觀本構(gòu)模型

231混凝土徐變的固結(jié)理論

232混凝土徐變的微預(yù)應(yīng)力固結(jié)理論

24混凝土徐變的數(shù)學(xué)模型

241普通混凝土徐變的B3模型

242硅粉混凝土徐變的B3修正模型

243粉煤灰混凝土徐變的B3修正模型

244混凝土徐變的微預(yù)應(yīng)力固結(jié)理論數(shù)學(xué)模型

245考慮溫度效應(yīng)的微預(yù)應(yīng)力固結(jié)理論數(shù)學(xué)模型及其數(shù)值解法

246考慮溫度效應(yīng)的混凝土徐變B3修正模型

25多軸應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土徐變

26小結(jié)

第3章鋼管混凝土構(gòu)件徐變

31引言

32鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件的徐變

321鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件的受力分析

322鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件的緊箍應(yīng)力

323鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件的徐變

324模型驗(yàn)證

325參數(shù)分析

33鋼管混凝土偏心受壓構(gòu)件的徐變

331鋼管混凝土偏心受壓構(gòu)件的受力分析

332鋼管混凝土偏心受壓構(gòu)件的緊箍應(yīng)力

333鋼管混凝土偏心受壓構(gòu)件的初始應(yīng)力

334鋼管混凝土小偏心受壓構(gòu)件的徐變

335鋼管混凝土大偏心受壓構(gòu)件的徐變

336模型驗(yàn)證

337參數(shù)分析

34鋼管混凝土受彎構(gòu)件的徐變

341鋼管混凝土受彎構(gòu)件的工作原理

342鋼管混凝土受彎構(gòu)件的受力分析

343鋼管混凝土受彎構(gòu)件的徐變

344參數(shù)分析

35考慮溫度效應(yīng)的鋼管混凝土構(gòu)件徐變

351考慮溫度效應(yīng)的鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件徐變

352考慮溫度效應(yīng)的鋼管混凝土小偏心受壓構(gòu)件徐變

353考慮溫度效應(yīng)的鋼管混凝土大偏心受壓構(gòu)件徐變

354參數(shù)分析

36鋼管高強(qiáng)混凝土軸心受壓構(gòu)件的徐變

361試驗(yàn)內(nèi)容及方法

362試驗(yàn)結(jié)果及分析

363模型建立

364模型驗(yàn)證

365參數(shù)分析

37小結(jié)

第4章鋼管混凝土結(jié)構(gòu)徐變

41引言

42結(jié)構(gòu)徐變效應(yīng)的確定性分析

421增量型類彈性本構(gòu)關(guān)系和簡化方法

422結(jié)構(gòu)徐變效應(yīng)分析方法

423考慮幾何非線性的結(jié)構(gòu)徐變效應(yīng)分析方法

424考慮溫度作用的結(jié)構(gòu)徐變效應(yīng)分析方法

43結(jié)構(gòu)徐變效應(yīng)的概率分析

431結(jié)構(gòu)徐變效應(yīng)分析的不確定性

432結(jié)構(gòu)徐變效應(yīng)的概率分析方法

433敏感性分析方法

44確定性徐變效應(yīng)數(shù)值模擬

441工程概況

442有限元模型

443考慮幾何非線性的徐變效應(yīng)分析結(jié)果

444考慮溫度作用的徐變效應(yīng)分析結(jié)果

445參數(shù)分析

45概率性徐變效應(yīng)數(shù)值模擬

451計算模型

452極限狀態(tài)定義

453模型驗(yàn)證

454結(jié)果與分析

46小結(jié)

第5章徐變對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)確定性地震響應(yīng)的影響?yīng)í?

51引言

52徐變對結(jié)構(gòu)動力性能影響的關(guān)鍵問題

521徐變對結(jié)構(gòu)動力性能的影響機(jī)制

522混凝土徐變后效

523徐變后幾何非線性梁單元的切線剛度矩陣

53考慮徐變效應(yīng)的結(jié)構(gòu)動力分析

531運(yùn)動方程的建立

532特征問題數(shù)值解法

533結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)值解法

54徐變對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)確定性地震響應(yīng)影響的數(shù)值模擬

541計算模型

542徐變對結(jié)構(gòu)動力特性的影響?yīng)í?

543徐變對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響?yīng)í?

55小結(jié)

第6章徐變對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)隨機(jī)地震響應(yīng)的影響?yīng)í?

61引言

62地震地面運(yùn)動的隨機(jī)模型

621隨機(jī)地震動的譜描述

622地震地面運(yùn)動加速度功率譜密度模型

623地震地面運(yùn)動空間變化效應(yīng)

624地震激勵功率譜的分解

63結(jié)構(gòu)隨機(jī)地震響應(yīng)分析的數(shù)值方法

631一致激勵下結(jié)構(gòu)隨機(jī)地震響應(yīng)

632非一致激勵下結(jié)構(gòu)隨機(jī)地震響應(yīng)

64徐變對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)隨機(jī)地震響應(yīng)影響的數(shù)值模擬

641計算模型

642徐變對結(jié)構(gòu)隨機(jī)地震響應(yīng)的影響?yīng)í?

65小結(jié)

第7章徐變對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)動力可靠性的影響?yīng)í?

71引言

72結(jié)構(gòu)的首次超越破壞準(zhǔn)則

73隨機(jī)反應(yīng)超越界限的概率分析

74基于Poisson假設(shè)的動力可靠性分析

741隨機(jī)反應(yīng)最大值的概率分布

742確定界限下的動力可靠性

743隨機(jī)界限下的動力可靠性

75徐變對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)動力可靠性影響的數(shù)值模擬

751徐變對隨機(jī)反應(yīng)最大值的影響?yīng)í?

752徐變對動力可靠性的影響?yīng)í?

76小結(jié)

參考文獻(xiàn)

科學(xué)研究的主要目的是探究未知世界。盡管在持續(xù)荷載作用下混凝土的徐變被發(fā)現(xiàn)和研究已百年有余，但其機(jī)理還不完全被人們所認(rèn)識。而且，隨著工程技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，一些與其相關(guān)聯(lián)的新問題也不斷出現(xiàn)。鋼管混凝土徐變，就是隨著鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)在20世紀(jì)七八十年代后逐漸得到廣泛應(yīng)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(jìn)行了梳理和總結(jié)。而在過去的七年多時間里，我們課題組進(jìn)一步開展鋼管混凝土徐變問題的研究，對這一問題的認(rèn)識繼續(xù)深化，研究的范圍進(jìn)一步拓展。這些研究成果在這本書中主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）基于混凝土徐變固結(jié)理論和微預(yù)應(yīng)力固結(jié)理論，在材料層次分析了混凝土徐變的基本性質(zhì)，提出了含不同摻和材料混凝土徐變的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合鋼管混凝土的受力特點(diǎn)，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(gòu)件徐變分析方法的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)更堅實(shí)，考慮影響混凝土徐變的因素拓展到混凝土的內(nèi)部組分，如水灰比、骨料水泥比和水泥類型等。此外，進(jìn)一步分析了環(huán)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(gòu)件徐變的計算模型，給出了各種參數(shù)的影響規(guī)律。對于在實(shí)際工程中應(yīng)用日益增多的鋼管高強(qiáng)混凝土開展了試驗(yàn)研究，測試了軸心受壓構(gòu)件的徐變規(guī)律，并建立了徐變計算的方法。

（2）在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)動力問題以及結(jié)構(gòu)在靜荷載、動荷載下的可靠度這種不確定性問題相結(jié)合，使對徐變這種貫穿混凝土結(jié)構(gòu)全壽命周期問題的分析，與其他問題耦合統(tǒng)籌進(jìn)行。

（3）在徐變對結(jié)構(gòu)的靜力行為影響方面，建立了同時考慮幾何非線性和環(huán)境溫度兩種因素影響的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)徐變效應(yīng)的確定性分析方法。進(jìn)一步引入來源于混凝土徐變模型、材料以及結(jié)構(gòu)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(jī)性的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了徐變效應(yīng)的概率分析，同時給出了徐變對結(jié)構(gòu)時變可靠度影響的評價方法，以及結(jié)構(gòu)徐變效應(yīng)的敏感性分析方法。

（4）在混凝土徐變對結(jié)構(gòu)的動力行為影響方面，分析了持續(xù)荷載與瞬時荷載效應(yīng)、靜力與動力響應(yīng)之間的聯(lián)系，闡釋了徐變對結(jié)構(gòu)動力行為影響的機(jī)制，以長期持續(xù)荷載作用后混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)為基礎(chǔ)，提出了混凝土徐變后彈性模量的預(yù)測模型。以此為基礎(chǔ)，分析了徐變對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)動力特性以及不同激勵作用下確定性動力響應(yīng)的影響。然后采用結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動分析的虛擬激勵方法，以鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在一致、非一致地震激勵作用下的隨機(jī)振動分析結(jié)果為依據(jù)，在均方響應(yīng)的意義上揭示了徐變對其隨機(jī)地震響應(yīng)的影響規(guī)律，對徐變與結(jié)構(gòu)動力性能關(guān)系的研究作了進(jìn)一步深化。最后，以考慮徐變影響的結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動分析結(jié)果為基礎(chǔ)，依據(jù)符合Poisson假設(shè)的首次超越破壞準(zhǔn)則，分析和評價了徐變對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)動力可靠性的影響。

雖然經(jīng)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(rèn)識，但距離真正清楚了解混凝土徐變的機(jī)理，把握鋼管混凝土徐變的本質(zhì)，還有很長的路要走。希望這本書的出版能夠?qū)氖禄炷梁弯摴芑炷列熳冄芯康娜藛T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(xué)者開展相關(guān)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(jìn)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(shí)和富有開拓性的工作，使得我們能夠在較廣的領(lǐng)域內(nèi)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(rèn)真、負(fù)責(zé)的編輯工作，是推動本書得以盡快出版的關(guān)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(jìn)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(guān)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(chuàng)新性的工作，使我們能夠不斷攀登新的科學(xué)高峰。

限于作者水平，書中難免存在不當(dāng)之處，懇請讀者批評指正。

王元豐

于2013年春節(jié)2100433B

本書重點(diǎn)闡述鋼管混凝土徐變理論。本書主要內(nèi)容包括鋼管混凝土軸心受壓、偏心受壓、受彎構(gòu)件以及鋼管混凝土構(gòu)件在溫度影響下的徐變行為分析，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在考慮幾何非線性、溫度效應(yīng)等因素作用下的徐變效應(yīng)分析，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)徐變效應(yīng)的概率分析以及徐變對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)適用性可靠度的影響，徐變對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)動力特性、確定性動力響應(yīng)、隨機(jī)振動響應(yīng)和動力可靠度的影響等內(nèi)容。本書的研究內(nèi)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(jié)，每一章都獨(dú)立、完整地敘述了一類問題，包括相應(yīng)的研究背景、研究方法和過程、研究結(jié)論等。 本書可供從事土木工程領(lǐng)域研究的科技人員及高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。