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商品簡介
作者簡介
目次
書摘/試閱
商品簡介
論文從樹脂基復合材料的基本特點出發，從變物性問題、初應力問題、箱梁扭轉問題和幾何非線性問題四個方面，對復合材料斜拉橋的基本理論和主要問題進行了一些基礎性的理論與數值研究。其主要研究內容和貢獻有：
1．復合材料在溫度影響下的變物性特性，研究中發現在某些情況下，由于變物性引起的結構的幾何非線性效應非常大，使得結構的剛度和強度大為下降，已經嚴重的影響了結構的安全使用。為此，在環境條件變化較大的情況下，復合材料的變物性的影響將成為一個不可忽視的因素。
2．樹脂基復合材料，結構設計時的初應力問題在橋梁結構，特別是斜拉橋的應用中是一個不容忽視的重要因素，根據本文研究的結果，在有初應力作用，特別是長期荷載作用時，初應力將對復合材料結構的變形水平、應力水平產生較大的影響，在某些情況下該影響可以超出正常情況下的30％。
3．提出了復合材料蜂芯結構蜂芯結構的簡化設計理論，并用有限元方法進行了驗證。
4．對復合材料箱型結構的扭轉理論進行了推導，得出了相應的有限元格式。
5．對復合材料斜拉橋中的垂度效應、彎矩與軸力組合效應以及幾何非線性問題進行了理論推導與數值研究，并提出了斜拉索垂度效應的簡化計算方法。
基于上述研究，論文對有限元應用程序Ansys作了二次開發，以便指導今後對復合材料斜拉橋的設計與分析工作。
1．復合材料在溫度影響下的變物性特性，研究中發現在某些情況下，由于變物性引起的結構的幾何非線性效應非常大，使得結構的剛度和強度大為下降，已經嚴重的影響了結構的安全使用。為此，在環境條件變化較大的情況下，復合材料的變物性的影響將成為一個不可忽視的因素。
2．樹脂基復合材料，結構設計時的初應力問題在橋梁結構，特別是斜拉橋的應用中是一個不容忽視的重要因素，根據本文研究的結果，在有初應力作用，特別是長期荷載作用時，初應力將對復合材料結構的變形水平、應力水平產生較大的影響，在某些情況下該影響可以超出正常情況下的30％。
3．提出了復合材料蜂芯結構蜂芯結構的簡化設計理論，并用有限元方法進行了驗證。
4．對復合材料箱型結構的扭轉理論進行了推導，得出了相應的有限元格式。
5．對復合材料斜拉橋中的垂度效應、彎矩與軸力組合效應以及幾何非線性問題進行了理論推導與數值研究，并提出了斜拉索垂度效應的簡化計算方法。
基于上述研究，論文對有限元應用程序Ansys作了二次開發，以便指導今後對復合材料斜拉橋的設計與分析工作。
作者簡介
王建平，男，1962年2月出生，漢族，湖北武漢人。1983年華中科技大學船舶與海洋工程學院船舶內燃機專業本科畢業，獲學士學位；1992年武漢理工大學理學院固體力學專業碩士研究生畢業，獲碩士學位：2001武漢理工大學土木工程與建筑學院結構工程專業博士研究生畢業，獲博士學位。共主持科研項目八項，其中省部級項目四項；發表學術論文二十余篇，其中兩篇被SCI收錄，一篇被El收錄，多篇在核心刊物上發表。現任貴州民族學院校長助理兼建筑工程學院院長。
目次
緒論
第一章 復合材料斜拉橋設計的意義
1.1 斜拉橋及其發展
1.1.1 斜拉橋及其優點
1.1.2 斜拉橋在世界及中國的發展
1.2 斜拉橋設計理論基礎及其發展
1.3 復合材料結構及其特點
1.3.1 復合材料結構
1.3.2 復合材料結構的特點
1.4 復合材料結構在工程上的應用
1.5 復合材料結構在橋梁工程上的應用
1.6 本書研究的主要內容
第二章 變物性非均質復合材料力學性質研究
2.1 基本理論
2.1.1 質量守恒定律
2.1.2 動量守恒定律
2.1.3 動量矩守恒定律
2.1.4 熱力學第一定律
2.1.5 熱力學第二定律
2.1.6 傅立葉（Fourier）定律
2.2 本構方程的初始形態--本構關系
2.3 本構方程
2.4 熱傳導方程
2.5 算例
2.5.1 有限元分析模型
2.5.2 變物性的考慮
2.6 小結
第三章 復合材料結構的初應力問題
3.1 有限位移彈性理論
3.1.1 Lagronge應變張量
3.1.2 有限位移彈性理論的應力分析和平衡方程
3.1.3 小位移彈性理論的應力分析和平衡方程
3.1.4 應力一應變本構關系
3.2 虛功原理
3.2.1 小位移彈性理論虛功原理
3.2.2 有限位移彈性理論的虛功原理
3.3 初應力問題
3.4 算例
3.4.1 復合材料制備時的初應力
3.4.2 復合材料受外載荷作用時，由于非線性效應產生的初應力
3.4.3 在長期載荷作用下初應力的考慮與影響
3.5 小結
第四章 復合材料結構斜拉橋箱梁扭轉分析
4.1 復合材料的等代處理
4.1.1 層合梁的抗彎剛度和應力
4.1.2 層合梁的剪應力
……
第五章 斜拉橋幾何非線性簡化分析
第六章 總結與展望
參考文獻
第一章 復合材料斜拉橋設計的意義
1.1 斜拉橋及其發展
1.1.1 斜拉橋及其優點
1.1.2 斜拉橋在世界及中國的發展
1.2 斜拉橋設計理論基礎及其發展
1.3 復合材料結構及其特點
1.3.1 復合材料結構
1.3.2 復合材料結構的特點
1.4 復合材料結構在工程上的應用
1.5 復合材料結構在橋梁工程上的應用
1.6 本書研究的主要內容
第二章 變物性非均質復合材料力學性質研究
2.1 基本理論
2.1.1 質量守恒定律
2.1.2 動量守恒定律
2.1.3 動量矩守恒定律
2.1.4 熱力學第一定律
2.1.5 熱力學第二定律
2.1.6 傅立葉（Fourier）定律
2.2 本構方程的初始形態--本構關系
2.3 本構方程
2.4 熱傳導方程
2.5 算例
2.5.1 有限元分析模型
2.5.2 變物性的考慮
2.6 小結
第三章 復合材料結構的初應力問題
3.1 有限位移彈性理論
3.1.1 Lagronge應變張量
3.1.2 有限位移彈性理論的應力分析和平衡方程
3.1.3 小位移彈性理論的應力分析和平衡方程
3.1.4 應力一應變本構關系
3.2 虛功原理
3.2.1 小位移彈性理論虛功原理
3.2.2 有限位移彈性理論的虛功原理
3.3 初應力問題
3.4 算例
3.4.1 復合材料制備時的初應力
3.4.2 復合材料受外載荷作用時，由于非線性效應產生的初應力
3.4.3 在長期載荷作用下初應力的考慮與影響
3.5 小結
第四章 復合材料結構斜拉橋箱梁扭轉分析
4.1 復合材料的等代處理
4.1.1 層合梁的抗彎剛度和應力
4.1.2 層合梁的剪應力
……
第五章 斜拉橋幾何非線性簡化分析
第六章 總結與展望
參考文獻
書摘/試閱
在土木工程中有許多高聳巨大的工程，除了要充分考慮所承受的靜荷載和動荷載外，還要承受由結構自重引起的巨大荷載以及要承受難以精確估計的地震力。因此，減輕結構自重，提高材料強度、斷裂韌性和阻尼性能，采用有利于抗震的結構形式，都是很重要的問題。采用復合材料（包括智能結構）會有利于抗震和減振問題的解決。
現在舉一個用碳纖維復合材料板加固橋梁的例子。1991年7月，瑞士使用CFRP板對Ibach橋進行了加固。如用鋼板加強則需要175kg鋼板，現場搬動很不方便，鋼的黏接面容易腐蝕，而用CFRP板只要6，2kg就夠了，且耐腐蝕，抗疲勞性能好。雖然CFRP的價格比鋼板貴得多，但由于重量輕得多，費用也就不算高了。此外，考慮到在該橋加固過程中，材料費只占總造價的20%，而工費要占總造價的80%，用CFRP板能大大減少搬運和安裝的工費。所以，把它用做鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土橋梁的加強材料時，其優點已能補償它的昂貴價格。當然，瑞士的勞務報酬和材料價格與我國不同，因此只能作為參考。
再來具體地說明一個問題，若由于材料的比強度提高一倍或者比剛度提高一倍，對于自重占結構總荷載80%，50%和20%的結構，將分別產生怎樣的減輕結構自重的效果呢？分析表明，結構自重可分別下降至40%，25%和10%，其效果也是有差別的，自重所占的百分比越大，下降的百分比也就越大。當自重在總荷載中所占的百分比已很小時，再采用比模量高和比強度大的材料，其必要性就不是很大了，這是對整體而言的。對于一個復雜結構尤其是復合材料的復雜結構，上面的計算值可能有變化，但總的趨勢不變。對于結構的局部在強度或（和）剛度的薄弱環節的，采用比強度高、比剛度大的材料（包括復合材料），可取得很好的效果。
……
現在舉一個用碳纖維復合材料板加固橋梁的例子。1991年7月，瑞士使用CFRP板對Ibach橋進行了加固。如用鋼板加強則需要175kg鋼板，現場搬動很不方便，鋼的黏接面容易腐蝕，而用CFRP板只要6，2kg就夠了，且耐腐蝕，抗疲勞性能好。雖然CFRP的價格比鋼板貴得多，但由于重量輕得多，費用也就不算高了。此外，考慮到在該橋加固過程中，材料費只占總造價的20%，而工費要占總造價的80%，用CFRP板能大大減少搬運和安裝的工費。所以，把它用做鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土橋梁的加強材料時，其優點已能補償它的昂貴價格。當然，瑞士的勞務報酬和材料價格與我國不同，因此只能作為參考。
再來具體地說明一個問題，若由于材料的比強度提高一倍或者比剛度提高一倍，對于自重占結構總荷載80%，50%和20%的結構，將分別產生怎樣的減輕結構自重的效果呢？分析表明，結構自重可分別下降至40%，25%和10%，其效果也是有差別的，自重所占的百分比越大，下降的百分比也就越大。當自重在總荷載中所占的百分比已很小時，再采用比模量高和比強度大的材料，其必要性就不是很大了，這是對整體而言的。對于一個復雜結構尤其是復合材料的復雜結構，上面的計算值可能有變化，但總的趨勢不變。對于結構的局部在強度或（和）剛度的薄弱環節的，采用比強度高、比剛度大的材料（包括復合材料），可取得很好的效果。
……
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