钢结构学PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1新中国建筑钢结构的发展概况 1

1.2当代建筑钢结构体系的变革 2

1.3建筑结构分析方法的发展趋势 2

1.4建筑结构抗灾新技术的发展 3

1.5本书编写的宗旨 4

参考文献 4

第2章 钢结构构件极限承载力分析理论 5

2.1概述 5

2.1.1钢结构构件在外力作用下的工作性能 5

2.1.2钢结构构件极限承载力的分类 5

2.2构件截面按力学性能的分类 6

2.2.1构件截面按力学性能分类的原因 6

2.2.2构件截面的分类 6

2.3特厚实截面构件塑性设计时应考虑的问题 7

2.4.2薄壁构件几何非线性方程的统一表达式 9

2.4.1极限承载力分析时需要考虑的各种因素 9

2.4薄壁构件几何非线性分析理论 9

2.4.3构件几何非线性方程的数值积分解法 12

2.4.4构件几何非线性问题的有限单元法 15

2.5薄壁构件极限承载力的数值积分分析法 20

2.5.1薄壁构件截面弹塑性阶段的内力和变形协调关系 20

2.5.2华格纳效应的数值积分表达 26

2.5.3位移递推式 27

2.5.4薄壁弯扭构件极限承载力的计算步骤 34

2.5.5发散的判别条件 34

2.5.6初值边界条件关联计算 35

2.6薄壁构件极限承载力的有限元分析法 37

2.6.1单元弹塑性切线刚度矩阵 37

2.6.2薄壁构件极限承载力的计算 45

2.7薄柔截面构件承载力的计算 48

2.7.1薄柔截面构件的设计方法 48

2.7.2薄柔截面构件考虑板件屈曲后强度的分析 48

2.7.3薄柔截面构件采用有效截面简化假定的分析方法 49

参考文献 53

第3章 架结构非线性分析理论 55

3.1概述 55

3.2扩大梁单元的弹塑性增量刚度方程 56

3.2.1梁单元的弹性刚度方程 56

3.2.2梁单元的弹塑性增量刚度方程 57

3.2.3连带半刚性连接的梁单元增量刚度方程 59

3.2.4扩大梁单元的增量刚度方程 62

3.3扩大柱单元的弹塑性增量刚度方程 66

3.3.1柱单元的弹性刚度方程 66

3.3.2柱单元的弹塑性增量刚度方程 68

3.3.3扩大柱单元的增量刚度方程 69

3.4梁柱截面、半刚性连接及节点域的滞回模型 70

3.4.1钢材的滞回模型 70

3.4.2梁、柱截面的滞回模型 72

3.4.3半刚性连接的滞回模型 75

3.4.4节点域的滞回模型 76

3.5钢框架结构非线性分析的统一矩阵方法 77

3.5.1局部坐标转化为整体坐标 77

3.5.2钢框架结构的静力非线性增量刚度方程 79

3.5.3钢框架结构的动力非线性增量刚度方程 80

参考文献 80

第4章 及超高层钢结构设计中的若干理论问题 82

4.1概述 82

4.1.1发展历史 82

4.1.2发展现状 84

4.2结构体系 84

4.2.1框架体系 84

4.2.2支撑－框架结构体系 85

4.2.3筒体体系 86

4.2.4巨型结构体系 86

4.3结构分析原理 87

4.3.1基本分析方法 87

4.3.2楼面无限刚性假定 88

4.3.3平面子结构模型 89

4.3.4P－△效应 91

4.4厚钢板的层状撕裂 93

4.4.1概述 93

4.4.2层状撕裂的发生 93

4.4.3层状撕裂的防止 94

4.4.4钢材的Z向性能 97

4.4.5层状撕裂的检测与补救措施 98

4.4.6结语 98

4.5厚板柱的稳定系数 98

4.5.1残余应力对柱稳定系数的影响 98

4.5.2厚板柱残余应力的理论分析 100

4.5.3厚板柱残余应力的实测 104

4.5.4厚板柱稳定系数的计算 107

4.5.5各国厚板柱稳定系数的对比 108

4.6.1结构的弹塑性运动微分方程 109

4.6抗震分析中的弹塑性时程分析 109

4.6.2结构的弹塑性地震反应时程分析 110

4.6.3结构刚度矩阵的确定 110

4.6.4结构弹塑性地震反应分析模型 111

4.7抗风分析中的风致振动 113

4.7.1顺风向风脉动与风振系数 113

4.7.2横风向风振 116

4.7.3风振舒适度验算 120

4.8.1火灾下钢结构分析的特点 121

4.8抗火分析中的非线性分析 121

4.8.2高温下钢材的性质 122

4.8.3高温下钢杆件的单元刚度矩阵 123

4.8.4钢框架非线性反应分析 128

4.9梁柱节点设计 128

4.9.1梁柱连接的类型 128

4.9.2梁柱连接的性能 130

4.9.3梁柱连接的设计要求 133

4.10.1梁柱节点在地震中的脆性断裂破坏形式与原因 137

4.10梁柱节点在地震中的脆性断裂破坏及防止措施 137

4.10.2梁柱节点防止地震脆性断裂破坏的措施 141

4.11振动控制 144

4.11.1耗能减震技术 145

4.11.2吸振制振技术 150

参考文献 153

第5章 大跨空间钢结构设计中的若干理论问题 159

5.1概述 159

5.2.1平面桁架体系 163

5.2空间网架结构的类型 163

5.2.2四角锥体系 164

5.2.3三角锥体系网架 166

5.2.4三层网架 167

5.3网架结构的分析原理 167

5.3.1网架结构计算的基本假定 167

5.3.2网架结构的分析方法 167

5.3.3空间杆系有限元法 168

5.4.1概述 172

5.4网架结构的极限承载力 172

5.4.2网架杆件受力全过程曲线 173

5.4.3杆单元的非线性大位移单元刚度矩阵 175

5.4.4网架结构极限承载力的非线性分析 176

5.5螺栓球节点的计算方法 180

5.5.1概述 180

5.5.2螺栓球节点的构造及受力特点 180

5.5.3螺栓球节点的设计计算 180

5.6空间网壳结构的类型及其分析原理 185

5.6.1网壳结构的类型 185

5.6.2网壳结构的分析原理 187

5.6.3网壳结构稳定性的特点 188

5.7网壳结构的静力非线性稳定 190

5.7.1网壳结构失稳的类型及机理 190

5.7.2网壳结构非线性稳定分析方法概述 190

5.7.3非线性分析基本方程 190

5.7.4非线性空间杆元 191

5.7.5非线性梁－柱单元 192

5.7.6网壳结构非线性稳定平衡路径跟踪 198

5.8网壳结构的动力稳定 201

5.8.1网壳结构非线性动力增量平衡方程 202

5.8.2结构非线性动力稳定平衡路径跟踪的迭代算方法 202

5.8.3网壳结构动力稳定判别准则 203

5.8.4网壳结构在地震作用下的动力稳定性 205

5.9空心球节点的计算方法 206

5.9.1空心球节点的构造特点 206

5.9.2空心球节点的设计 207

5.9.3钢管与空心球节点的连接 209

5.10其他形式的网格结构及其分析方法简介 209

5.10.1常用混合形式网架的类型 209

5.10.2组合网架结构的计算方法 210

5.10.3预应力网架（壳）和斜拉网架（壳）的分析方法 210

参考文献 210

6.1概述 212

第6章 柔性大跨度钢结构设计中的若干理论问题 212

6.2柔性大跨度结构的设计特点 214

6.2.1柔性大跨度结构的零状态、初始状态和工作状态 214

6.2.2不同状态的分析方法 215

6.3索杆体系的形状确定问题 215

6.3.1索杆体系的几何组成分析及其判定 216

6.3.2形状确定的最小预拉力方差法 218

6.4索梁体系的形状确定问题 220

6.5.1形状确定的等效有限元解法 221

6.5柔性大跨度索网的形状确定问题 221

6.5.2给定索段放样长度下的形状确定 222

6.5.3给定索段预张力下的形状确定 225

6.6膜结构的形状确定问题 227

6.6.1动力松弛法 227

6.6.2应力密度法 230

6.6.3有限单元法 231

6.7膜结构裁剪的等效有限单元法 236

6.8.1概述 237

6.8柔性大跨度结构的成形过程分析 237

6.8.2弹性变形问题的有限单元基本公式 238

6.8.3弹性变形和机构运动混合问题的有限单元基本公式 238

6.8.4数值算例 240

参考文献 243

第7章 厂房钢结构设计中的若干理论问题 245

7.1概述 245

7.2重型厂房钢结构的体系及其分析原理 251

7.2.1重型厂房结构体系布置要点 251

7.2.2结构计算模型 253

7.2.3荷载 257

7.3重型厂房三阶柱的计算长度 258

7.4上下柱连接的分析理论 260

7.4.1上下柱连接构造 260

7.4.2下柱为实腹式阶梯柱的上下柱连接分析 261

7.4.3下柱为格构式阶梯柱的上下柱连接分析 262

7.5.1重型桁架节点板连接的一般原则和主要分析内容 264

7.5重型桁架节点板的应力分析 264

7.4.4对肩梁的刚度要求 264

7.5.2节点板的应力分析 266

7.5.3节点板的稳定性 267

7.6钢管桁架的节点计算 268

7.6.1钢管桁架及节点构造 268

7.6.2钢管相贯节点的强度 272

7.6.3钢管相贯节点的刚度 278

7.7重型厂房中的疲劳、断裂问题 278

7.7.1疲劳、断裂破坏现象 278

7.7.2关于疲劳的试验研究成果 279

7.7.3疲劳破坏机理和理论解释 281

7.7.4提高吊车梁等钢结构构件抗疲劳能力的措施 283

参考文献 284

第8章轻型钢结构设计中的若干理论问题 287

8.1概述 287

8.2.1轻型钢结构变截面门式刚架的设计概念 288

8.2变截面门式刚架的非线性分析和整体稳定 288

8.2.2楔形梁柱刚架结构分析的若干问题 289

8.2.3刚架整体稳定 291

8.3等截面门式刚架的塑性设计 293

8.3.1等截面梁柱截面的塑性展开和极限承载强度 293

8.3.2塑性设计的概念与条件 296

8.3.3单层刚架的塑性设计 297

8.4等截面多层刚架的塑性设计 298

8.4.1多层刚架的机构模式 298

8.4.2塑性设计中的节点问题 300

8.5变截面楔形构件的设计理论 302

8.5.1应力分析 302

8.5.2整体稳定 303

8.5.3板件屈曲后强度的利用 306

8.6用于檩条和墙梁的冷弯薄壁型钢构件的设计 307

8.6.1檩条 307

8.6.2墙梁 308

8.7.1应力蒙皮的基本概念 309

8.7应力蒙皮效应的计算理论 309

8.7.2应力蒙皮的抗剪强度 310

8.7.3应力蒙皮的刚度及其在结构整体分析中的应用 311

8.7.4应力蒙皮对构件稳定的支承作用 313

参考文献 314

第9章 桅杆结构设计中的若干理论问题 316

9.1概述 316

9.2桅杆结构的单元刚度矩阵和非线性平衡方程 317

9.2.1桅杆结构非线性平衡方程 317

9.2.2桅杆杆身构件的单元刚度矩阵 317

9.2.3桅杆纤绳的单元非线性方程及其对结构的作用力 318

9.2.4桅杆杆身单元和纤绳单元的质量矩阵 318

9.3桅杆的稳定分析和影响桅杆稳定的因素 320

9.3.1桅杆平衡路径的迭代求解 320

9.3.2桅杆失稳前后的平衡路径 321

9.3.3桅杆稳定性能的影响因素 322

9.4.1地面运动激励下桅杆的动力性能 323

9.4桅杆的动力性能和动力稳定 323

9.4.2桅杆的动力稳定定义及判断 324

9.5桅杆结构的随机风振动力响应 326

9.5.1桅杆结构随机风振响应基本理论 326

9.5.2桅杆结构风荷载值的确定 327

参考文献 330

第10章 钢板结构设计中的若干理论问题 331

10.1概述 331

10.1.1板与壳的特征 331

10.1.2板壳理论的发展简史 331

10.1.3板壳结构的研究进展与趋势 333

10.2钢板结构的型式及其分析原理 334

10.2.1钢板结构的型式 334

10.2.2平板钢板结构的分析原理 335

10.2.3曲板钢板结构的分析原理 340

10.3.2折板钢板结构 356

10.3.1波纹钢板结构 356

10.3波纹钢板结构和折板钢板结构 356

10.4球形钢板结构的分析理论 362

10.4.1旋转壳的薄膜理论（无矩理论） 362

10.4.2一般荷载作用下旋转薄壳的有矩理论 368

10.5球形钢板结构的非线性稳定 374

10.5.1旋转薄壳稳定的基本方程 374

10.5.2球壳的线性稳定 378

10.5.3旋转薄壳非线性稳定的有限元解法 383

10.5.4球壳屈曲理论数值比较及事例分析 397

10.6筒形钢板结构的线性分析理论 404

10.6.1薄壁筒壳的薄膜特性 404

10.6.2薄壁筒壳的有矩理论 408

10.7筒形钢板结构的稳定 413

10.7.1筒形壳屈曲的基本理论 413

10.7.2筒形钢板结构的非线性稳定 429

参考文献 432