钢筋混凝土结构非线性分析PDF电子书下载

绪论 1

0.1　引言 1

0.2　结构抗火研究 2

0.3　结构抗震研究 4

0.4　结构抗爆研究 5

0.5　结构非线性分析的意义 5

第1章　火灾下钢筋混凝土结构抗高温性能及特点 8

1.1　钢筋混凝土结构抗火研究的必要性及特点 8

1.1.1　钢筋混凝土结构抗火研究的必要性 8

1.1.2　钢筋混凝土结构抗高温性能的特点 9

1.2　国内外钢筋混凝土结构抗火研究的发展及研究现状 10

1.2.1　钢筋混凝土结构抗火研究的发展 10

1.2.2　国内外钢筋混凝土结构抗火性能研究现状 11

1.3　钢筋和混凝土的热工性能和热力学性能 18

1.3.1　材料的热工性能 18

1.3.2　高温下材料的热力学性能 21

思考题 28

第2章　火灾下钢筋混凝土结构温度场非线性有限元分析 29

2.1　钢筋混凝土构件热传导方程及其定解条件 30

2.1.1　钢筋混凝土构件热传导方程 30

2.1.2　钢筋混凝土构件热传导方程的定解条件 31

2.2　有限元法求解非线性瞬态温度场分布 32

2.2.1　变分计算格式 32

2.2.2　有限单元法的单元划分及温度插值函数 32

2.2.3　单元变分计算 35

2.2.4　有限单元法的总体合成 37

2.2.5　时间差分格式 38

2.2.6　计算的稳定性 38

2.2.7　试验数据与计算数据的比较 39

2.2.8　火灾高温下钢筋混凝土构件截面温度场的模拟 40

2.3　钢筋混凝土构件截面温度场的影响因素分析 41

2.3.1　截面尺寸的影响 41

2.3.2　受火面数的影响 41

2.3.3　受火时间的影响 42

思考题 43

第3章　火灾作用下钢筋混凝土结构构件的承载能力 44

3.1　钢筋混凝土结构防火设计的一般原则 44

3.1.1　建筑结构设计和构造要求 44

3.1.2　结构抗火设计要求 45

3.1.3　火灾作用下荷载效应组合 45

3.2　火灾下钢筋混凝土结构的极限状态 46

3.2.1　与承载能力有关的极限状态 46

3.2.2　与分隔功能有关的极限状态 47

3.3　火灾高温作用下钢筋混凝土简支梁的极限承载力与结构等效楼面活荷载分析 48

3.3.1　基本假设 48

3.3.2　火灾高温作用下钢筋混凝土简支梁抗弯、抗剪承载力分析 48

3.3.3　火灾高温下钢筋混凝土简支梁楼面等效活荷载计算 50

3.3.4　不同混凝土强度等级钢筋混凝土简支梁极限承载力及等效楼面活荷载算例 51

3.3.5　计算结果分析 53

3.3.6　不同梁截面配筋率钢筋混凝土梁极限承载力及等效楼面活荷载算例 54

3.4　钢筋混凝土偏压构件耐火极限分析 56

3.4.1　钢筋混凝土偏压构件极限承载力计算 56

3.4.2　试验验证 59

3.4.3　钢筋混凝土构件耐火极限承载力的影响因素分析 60

3.5　考虑薄膜效应的钢筋混凝土楼板耐火极限分析 63

3.5.1　火灾时钢筋混凝土板内温度场分析 63

3.5.2　火灾作用下钢筋混凝土板的薄膜效应分析 64

3.5.3　火灾作用下钢筋混凝土板的极限承载力分析 70

思考题 72

第4章　火灾作用下钢筋混凝土超静定结构非线性分析 73

4.1　几何非线性有限元基本方程 73

4.1.1　应变度量的描述 74

4.1.2　应力度量的描述 76

4.1.3　虚位移原理 78

4.1.4　位形表述形式 79

4.2　钢筋混凝土超静定结构抗火性能非线性分析 80

4.2.1　基本假定 80

4.2.2　几何描述与结构离散 81

4.2.3　轴向应变 82

4.2.4　火灾作用下梁-柱单元的增量平衡方程 82

4.2.5　坐标变换 85

4.2.6　二阶效应 85

4.2.7　大变形条件下的材料非线性 86

4.2.8　非线性数值求解 87

4.3　钢筋混凝土连续梁抗火性能分析 88

4.3.1　高温极限承载力 89

4.3.2　荷载对结构抗火性能的影响 90

4.3.3　内力重分布分析 91

4.4　火灾高温作用下钢筋混凝土结构框架内力重分布分析 93

4.4.1　结构内力重分布计算 93

4.4.2　计算结果分析 99

思考题 100

第5章　火灾高温后钢筋混凝土构件可靠性分析 101

5.1　火灾高温后混凝土材料的力学性能 101

5.1.1　高温后混凝土的抗压强度 101

5.1.2　高温后混凝土的弹性模量 103

5.1.3　高温后混凝土的应力-应变关系 104

5.1.4　高温后混凝土的泊松比和体积应变 105

5.2　高温后钢筋的力学性能 105

5.2.1　高温后钢筋的强度 105

5.2.2　高温后钢筋的弹性模量 111

5.2.3　高温后钢筋的应力-应变关系 111

5.2.4　高温后钢筋与混凝土的黏结强度 112

5.3　火灾后钢筋混凝土受弯构件剩余承载力的计算 112

5.3.1　计算原理和基本假设 113

5.3.2　分层计算法 113

5.3.3　等效截面缩减法 115

5.4　火灾后钢筋混凝土受弯构件剩余承载力计算实例 119

5.4.1　火灾时钢筋混凝土梁内最高温度分布的确定 120

5.4.2　分层法计算火灾后钢筋混凝土梁的剩余承载力 121

5.4.3　等效截面缩减法计算火灾后钢筋混凝土梁的剩余承载力 122

5.5　火灾后钢筋混凝土构件可靠性要求 123

5.5.1　结构可靠性的功能要求 124

5.5.2　结构功能函数和极限状态 124

5.5.3　结构可靠度和失效概率 125

5.5.4　结构可靠性指标 125

5.6　影响火灾后钢筋混凝土构件可靠性的因素 127

5.6.1　火灾后钢筋混凝土构件抗力模型的确定 127

5.6.2　钢筋混凝土构件等效火灾荷载的理论计算 128

5.6.3　钢筋混凝土梁的等效火灾荷载 131

5.7　荷载和抗力统计参数 132

5.7.1　荷载的统计分析 132

5.7.2　抗力的概率类型分布 133

5.7.3　影响抗力各随机变量的统计分析 133

5.8　火灾后钢筋混凝土梁功能函数的建立 135

5.8.1　考虑火灾荷载作用的功能函数 135

5.8.2　考虑抗力衰减的功能函数 135

5.9　火灾后钢筋混凝土梁时变可靠性分析 135

5.9.1　抗力随时间变化模型 136

5.9.2　火灾前抗力的概率类型分布和统计参数计算 137

5.10　火灾前荷载效应的计算和功能函数的建立 138

5.11　火灾后钢筋混凝土梁的可靠性分析 140

5.11.1　极限状态方程的建立 140

5.11.2　影响受火后RC梁抗力统计参数的分析 141

5.11.3　火灾前和火灾后两个过程抗力的相关性分析 142

5.11.4　火灾后钢筋混凝土梁的可靠性计算实例 143

5.11.5　长期使用受火后梁的可靠性分析 147

5.12　火灾后钢筋混凝土柱的可靠性分析 148

5.12.1 四面受火后钢筋混凝土柱的可靠性分析——抗力模型和极限状态方程 149

5.12.2　计算实例 151

5.12.3　影响受火后柱可靠性指标β值的因素 152

5.12.4　火灾后RC偏压受压柱综合考虑轴力和弯矩的可靠性 154

思考题 159

第6章　大体积混凝土的温度场和温度应力 160

6.1　大体积混凝土结构设计与施工的特点 160

6.2　研究大体积混凝土结构的意义 161

6.3　大体积混凝土结构温控防裂的研究现状 162

6.4　大体积混凝土温度裂缝的成因机理 163

6.4.1　裂缝的类型 163

6.4.2　裂缝的危害性 164

6.4.3　混凝土的温度应力 164

6.4.4　大体积混凝土温度裂缝产生的机理 167

6.5　大体积混凝土温度裂缝的主要影响因素 168

6.6　大体积混凝土温度场基本原理 169

6.7　混凝土的热学性能 173

6.7.1　热学性能主要参数 173

6.7.2　水泥水化热与混凝土绝热温升 173

6.8　混凝土的力学性能 176

6.8.1　混凝土的抗压强度 176

6.8.2　混凝土的轴向抗拉强度 176

6.8.3　混凝土极限拉伸变形 178

6.8.4　混凝土弹性模量 178

6.9　大体积混凝土温度场有限元计算 179

6.9.1　温度场的变分形式 179

6.9.2　稳定温度场的有限单元法公式 181

6.9.3　不稳定温度场的有限元法公式 185

6.9.4　温度应力场的有限元法计算 187

6.10　温度场仿真分析及算例 190

6.10.1　仿真分析的主要步骤 190

6.10.2　混凝土仿真分析的实现 191

6.10.3　工程实例分析 192

思考题 198

第7章　钢筋混凝土结构的地震反应时程分析 200

7.1　抗震设计理论的发展 200

7.2　结构地震动方程的建立 201

7.2.1　数学模型的建立 201

7.2.2　结构动力平衡方程建立的基本方法 202

7.2.3　结构地震动方程 203

7.3　结构的刚度矩阵、阻尼矩阵与质量矩阵 204

7.3.1　结构的振动模型 204

7.3.2　结构刚度矩阵的建立 208

7.3.3　结构的质量矩阵与阻尼矩阵 214

7.4　钢筋混凝土构件与结构的恢复力模型 215

7.4.1　刚度退化双线性型模型 215

7.4.2　刚度退化三线性型模型 217

7.4.3　钢筋混凝土构件恢复力曲线模型特征参数 219

7.4.4　钢筋混凝土结构层恢复力曲线模型特征参数 221

7.5　地震波的选取 225

7.5.1　地震波类型及选用波数 225

7.5.2　地震波的调整及选择原则 226

7.6　算例分析 227

思考题 232

第8章　钢筋混凝土结构地震作用的静力弹塑性分析 233

8.1　Pushover分析方法研究现状 233

8.2　Pushover分析方法（Pushover静力弹塑性分析） 235

8.2.1　基本原理及假定 235

8.2.2　Pushover分析方法理论背景 235

8.2.3　目标位移的确定 237

8.2.4　加载模式 241

8.2.5　Pushover分析的基本步骤 242

8.3　结构Pushover静力弹塑性分析 243

8.3.1　分析过程 243

8.3.2　塑性铰的定义和布置 244

8.3.3　Pushover分析工况 245

8.3.4　荷载控制 245

8.3.5　分析提取的结果 246

8.4　算例分析 246

思考题 248

第9章　爆炸载荷及材料动力性能 249

9.1 自由大气中的冲击波参数 249

9.1.1　波阵面超压及压力-时间曲线 249

9.1.2　波阵面状态参量的关系式 252

9.1.3　动压 253

9.1.4　爆炸相似律 254

9.1.5　爆炸冲击波参数的理论计算 256

9.2　地面附近的冲击波参数 257

9.2.1　冲击波地面反射时的物理现象 257

9.2.2　地面附近冲击波的计算 259

9.3　地面结构物上的冲击波荷载 263

9.3.1　封闭箱形结构 265

9.3.2　部分敞开的箱形结构 266

9.3.3　地面拱形结构 267

9.4　结构材料的动力性能 269

9.4.1　钢材 271

9.4.2　混凝土 275

9.5　结构可靠性分析的统计模型 278

9.5.1　引言 278

9.5.2　钢筋混凝土材料的统计模型 278

9.5.3　爆炸载荷的统计模型 281

9.5.4　失效模式及失效准则 286

9.5.5　结构抗力模型 286

思考题 290

第10章　基本构件抗爆动力分析 291

10.1　单自由度体系的弹塑性动力分析 291

10.2　梁的弹塑性动力分析 297

10.2.1　弹性阶段动力分析 297

10.2.2　塑性阶段动力分析 302

10.3　柱的动力分析 315

10.3.1　轴向力为静载时的分析 315

10.3.2　轴向力为动载时的分析 320

10.4　考虑整体位移时动力反应分析 324

10.4.1　结构整体作为刚体时的动力计算 325

10.4.2　同时考虑结构整体位移及顶盖变形时的动力计算 331

思考题 333

第11章　板壳动力分析 334

11.1　概述 334

11.2　薄板的动力分析 335

11.2.1　弹性薄板的自由振动计算原理 335

11.2.2　利用已知弹性解作薄板的弹塑性动力分析 339

11.2.3　薄板的刚塑性动力分析 344

11.3　厚板的动力分析 348

11.3.1　弹性厚板的振动 348

11.3.2　弹塑性厚板的动力分析 351

思考题 353

第12章　结构抗爆动力计算的有限元方法 354

12.1　概述 354

12.2　振动方程及其数值积分方法 356

12.2.1　振动方程的有限元表达式 356

12.2.2　振动方程的直接逐步时间积分 358

12.2.3　数值积分法的稳定性和计算精度 361

12.3　材料非线性问题的结构有限元动力分析 371

12.3.1　材料非线性多自由度体系动效分析的特点 371

12.3.2　增量平衡方程 372

12.3.3　逐步积分的线加速度法 373

12.3.4　威尔逊-Q法在非线性系统中的应用 374

12.3.5　计算步骤 376

12.3.6　增量迭代混合法及对弹塑性问题的加速收敛措施 377

12.4　几何非线性问题动力响应计算 378

12.4.1　本构关系 378

12.4.2　有限元法的计算模式 380

12.4.3　求解方法 383

12.4.4　计算示例 384

思考题 385

第13章　钢筋混凝土结构在爆炸作用下的数值模拟技术 386

13.1　引言 386

13.2　混凝土材料本构模型 388

13.2.1　LS-DYNA中的常用模型 388

13.2.2　损伤-塑性本构模型 390

13.3　钢筋混凝土简支梁考虑钢筋时的有限元数值模拟 391

13.3.1　有限元模型描述 391

13.3.2　材料状态方程 392

13.3.3　钢筋模拟方法 395

13.3.4　数值模拟及结果分析 396

13.4　爆炸荷载的生成 399

13.5　时间步长的影响 399

13.6　网格尺寸的影响 401

13.7　ALE耦合数值算法 401

13.8　装药爆炸对混凝土板作用的数值模拟 403

13.8.1　计算模型 403

13.8.2　数值模拟 403

13.9　爆炸作用下混凝土板的塑性动力响应 405

13.9.1　计算模型和基本假设 405

13.9.2　理论分析 405

13.9.3　土-结构界面应力势能的计算 407

13.9.4　四边固支钢筋混凝土板的运动微分方程 409

13.9.5　板运动微分方程的解析解 410

13.9.6　理论验证 410

思考题 412

参考文献 413