高性能土木工程材料 科学理论与应用PDF电子书下载

第1章 前言 1

1.1 建筑材料的使用和发展史 1

1.1.1 石器时代的栖息地 1

1.1.2 河谷文明——永久性居住的第一步 1

1.1.3 古埃及时期的建筑 1

1.1.4 古希腊时期的建筑 2

1.1.5 罗马时期的建筑 2

1.1.6 早期工业化时期（18—19世纪） 3

1.1.7 20世纪的建筑——高层钢结构／建筑物 4

1.2 现代建筑中的高性能建筑材料 5

1.3 高性能建筑材料的设计规范和规程 7

1.4 本书的编排 8

第2章 高性能混凝土（HPC） 10

2.1 引言 10

2.1.1 HPC的发展史 10

2.1.2 HPC的定义 10

2.1.3 HPC的组成和配比 12

2.2 HPC的性能 16

2.2.1 工作性 16

2.2.2 强度 16

2.2.3 应力-应变关系及弹性模量 17

2.2.4 收缩 19

2.2.5 徐变 21

2.2.6 耐久性 22

2.3 自密实混凝土（SCC） 28

2.3.1 组成和配比 29

2.3.2 测试方法 31

2.3.3 自密实纤维增强混凝土（SCFRC） 33

2.3.4 硬化SCC的特性 34

2.4 HSC、HPC及SCC的规范和指南 34

2.4.1 高强混凝土（HSC）的结构设计 34

2.4.2 HPC的规范和指南 35

2.4.3 SCC的规范和指南 35

2.5 HPC的应用 35

2.5.1 高层建筑 35

2.5.2 青藏铁路 37

2.5.3 桥梁 37

2.6 SCC的应用 38

2.7 结语 40

第3章 高性能纤维增强水泥基复合材料（HPFRC） 53

3.1 纤维增强水泥基（FRC）复合材料 54

3.1.1 定义 54

3.1.2 高性能纤维增强水泥基复合材料 54

3.2 FRC复合材料的水泥基体和纤维 57

3.2.1 水泥或胶凝材料基体 57

3.2.2 用于水泥和混凝土的纤维 59

3.2.3 微纤维 61

3.2.4 纤维的几何特征 62

3.3 FRC复合材料的力学性能及模型 62

3.3.1 纤维增强水泥基和聚合物复合材料在力学模型上的关键区别 62

3.3.2 简化模型和建模的几点假设 63

3.3.3 单位体积和单位面积FRC的纤维含量 64

3.3.4 拉力作用下FRC的基体发生初裂时的应力-应变关系 65

3.3.5 FRC在未开裂状态下的弹性模量 67

3.3.6 FRC开裂后的最大应力值 68

3.3.7 FRC开裂后最大应力处的应变 72

3.3.8 FRC的典型拔出曲线 72

3.3.9 模拟理想化的FRC受拉行为 72

3.3.10 拉力作用下FRC获得应变-硬化时的临界纤维体积分数 73

3.3.11 弯矩作用下FRC获得挠曲-硬化时的临界纤维体积分数 74

3.3.12 拉力作用下材料的表面能 76

3.4 FRC在拉力、压力和弯矩作用下的试验现象 77

3.5 FRC的应用 80

3.5.1 典型的纤维用量和纤维体积分数 82

3.5.2 FRC性能的发展 83

3.6 结语 84

第4章 高性能钢材与抗震建筑结构 90

4.1 引言 90

4.1.1 背景 90

4.1.2 高性能钢材的结构设计规范 91

4.2 高性能结构用钢 92

4.2.1 热机械控制工艺钢材（TMCP） 92

4.2.2 高性能钢板 93

4.2.3 非TMCP高性能结构用钢板（Non-TMCP） 94

4.3 钢板剪力墙结构系统 94

4.3.1 未约束钢板剪力墙的基本行为 94

4.3.2 钢板剪力墙抗震设计 96

4.3.3 钢板剪力墙屈曲约束试验 100

4.4 屈曲约束支撑结构系统 104

4.4.1 屈曲约束支撑行为概述 104

4.4.2 屈曲约束支撑结构的抗震设计 105

4.4.3 含屈曲约束支撑结构试验 110

4.5 钢板剪力墙与屈曲约束支撑在实际工程中的应用 119

4.5.1 钢板剪力墙在建筑中的应用 119

4.5.2 双核芯屈曲约束支撑在中国台湾省的应用实例 119

第5章 先进纤维增强聚合物复合材料 123

5.1 引言 123

5.2 聚合物 123

5.2.1 聚合物的种类 123

5.2.2 聚合物的力学和物理性能 126

5.3 纤维 130

5.3.1 玻璃纤维 130

5.3.2 碳纤维 131

5.3.3 芳烃族聚酰胺纤维（芳烃基化聚酰胺） 133

5.4 先进纤维增强热固性聚合物复合材料 134

5.4.1 纤维／基体材料的相对性质 134

5.4.2 生产工艺及其特性 134

5.4.3 力学性能 138

5.4.4 纤维取向 139

5.4.5 耐久性 139

5.5 黏结剂 142

5.5.1 混凝土黏结剂 142

5.5.2 钢构件黏结剂 143

5.6 黏结前基体的表面处理工作 144

5.7 纤维增强聚合物复合材料的工程应用 145

5.7.1 “全FRP复合材料”结构 145

5.7.2 使用FRP板对混凝土结构与钢结构的外部加固 146

5.7.3 后张钢筋束 147

5.7.4 表层嵌贴（NSM）FRP筋 147

5.7.5 轴向压力下密闭RC构件中的FRP保护层 147

5.7.6 混凝土结构内部筋 148

5.7.7 代替RC桥面板的FRP桥面板 148

5.8 其他 148

第6章 砌体结构性能的改进 155

6.1 砌体作为建筑围护结构 155

6.1.1 水蒸气的控制 156

6.1.2 室内环境（温度、湿度和噪声）的控制 156

6.1.3 防止冰雹和大风杂物的损害 158

6.1.4 抵抗或传递外加荷载 158

6.1.5 抵抗或缓解不一致变形 158

6.1.6 砌体作为建筑围护结构功能的总结 159

6.2 砌体的建筑性能 159

6.2.1 砌体的整体外观 159

6.2.2 砌体的局部外观 160

6.3 砌体的结构性能 160

6.3.1 砌体结构导论 160

6.3.2 强度与容许应力以及经验设计 160

6.3.3 现行设计规范中的矛盾 162

6.3.4 极端荷载作用下的砌体结构 163

6.4 砌体结构的成本竞争力 165

6.4.1 砌体的设计和规范成本 165

6.4.2 砌块的生产成本 166

6.4.3 砌块的施工成本 166

6.4.4 砌体的结构成本 167

6.4.5 业主承担的初期成本 167

6.4.6 砌体建筑物的服役寿命周期成本 167

6.4.7 砌体结构的环境成本 168

6.4.8 小砌体市场的成本效益 168

6.4.9 新市场中砌体的成本效益 168

6.5 总结和建议 169

6.5.1 总结 169

6.5.2 关于砌体结构重点研究领域的建议 169

第7章 土工合成材料——特性及应用 173

7.1 引言 173

7.2 土工布聚合物 173

7.3 土工布类型 173

7.3.1 无纺土工布 174

7.3.2 有纺土工布 174

7.4 土工合成材料的分类 174

7.4.1 分类 174

7.4.2 产品 176

7.5 土工合成材料的功能 176

7.6 指南和规范 177

7.7 土工合成材料的应用 178

7.7.1 排水和过滤中的应用 178

7.7.2 道路工程中的应用 179

7.7.3 稳固基础上斜坡的应用 181

7.7.4 墙体中的应用 184

7.7.5 水利工程中的应用 184

7.7.6 侵蚀防治中的应用 186

7.7.7 垃圾填埋场的应用 188

7.7.8 废水处理中的应用 189

7.8 结语 191

第8章 涂层和密封材料 193

8.1 简介 193

8.2 测试方法 198

8.2.1 样品制备 198

8.2.2 试验室测试 199

8.2.3 足尺试验 206

8.3 液体在涂层混凝土中的传输模型 207

8.3.1 物理模型 208

8.3.2 薄膜模型（模型1） 208

8.3.3 大体积模型（基于混凝土） 209

8.3.4 模型验证 212

8.4 结语 214

第9章 智能材料与结构 218

9.1 引言 218

9.2 自感应材料 218

9.2.1 自感应水泥基复合材料 219

9.2.2 自感应聚合物基复合材料 221

9.3 自激励材料 225

9.4 自愈合材料 225

9.5 外在智能材料和结构 225

9.5.1 用光纤维感应 225

9.5.2 用压电设备进行感应和激励 226

9.5.3 用电致伸缩和磁致伸缩的设备激励 226

9.5.4 用形状记忆材料激励 226

9.5.5 用磁流变液体激励 227

9.6 智能材料与结构的应用 227

9.7 被动形状记忆合金（SMA）设备在结构振动控制中的应用 227

9.7.1 概述 227

9.7.2 SMA隔离装置 228

9.7.3 SMA能量消耗装置 228

9.8 主动SMA设备在结构振动控制中的应用 230

9.8.1 SMA用于结构主动调频 230

9.8.2 用超塑性SMA进行形状复原 230

9.9 压电材料在结构健康监测中的应用 231

9.9.1 阻抗法 231

9.9.2 振动特性法 231

9.9.3 Lamb波法 234