桥梁结构有限元分析 桥梁工程方向研究生教材 重庆交通大学 同济大学 长安大学 浙江大学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 人民交通出版社

ISBN：9787114145544

商品编码：29224862180

包装：平装

开本：16

出版时间：2018-05-01

页数：339

字数：524000

桥梁结构有限元分析 研究生教材  本书重量626克
	定价	62.00
	出版社	人民交通出版社
	版次	1
	出版时间	2018年05月
	开本	16
	作者
	装帧	平装
	页数	339
	字数	524000
	ISBN编码	9787114145544

桥梁结构有限元分析 本书简介 编著者： 重庆交通大学、同济大学、长安大学、浙江大学 出版信息： 桥梁工程方向研究生教材 内容概述： 本书旨在为桥梁工程方向的研究生提供一套全面、深入的有限元分析理论与实践教材。内容涵盖了桥梁结构分析的经典理论、现代计算方法以及前沿研究方向，力求为读者建立扎实的理论基础，并掌握实际工程应用中的关键技术。全书结构清晰，逻辑严谨，图文并茂，既强调理论的系统性，又注重方法的实用性，是桥梁工程领域研究生学习与研究的必备参考。 第一部分：有限元方法基础与桥梁结构建模 本部分将带领读者从最基础的有限元理论出发，逐步深入到桥梁结构的具体建模。 第一章 有限元方法基本原理： 概念引入： 详细阐述有限元法的基本思想，即“离散化”——将连续的物理体划分为离散的、具有有限数量自由度的单元。讲解变分原理（如虚功原理、瑞利-里特法）在推导单元控制方程中的作用。 单元的类型与性质： 介绍在桥梁工程中常用的有限元单元类型，包括杆单元（用于模拟梁、柱、桁架等）、梁单元（考虑弯曲、剪切、扭转等）、板壳单元（用于模拟桥面板、挡土墙等）、实体单元（用于模拟墩台、基础等）以及更复杂的单元（如接触单元、嵌入式单元）。深入分析各单元的自由度、位移-节点位移关系、应变-位移关系以及应力-应变关系，并推导其刚度矩阵。 插值函数（形函数）的选择： 讲解不同阶次插值函数（如线性、二次、三次形函数）对计算精度和稳定性的影响。分析多项式插值、样条插值等常用方法的原理与适用性。 单元分析与组装： 详细介绍如何根据单元的局部坐标系推导出其刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。讲解坐标变换，将单元矩阵变换到整体坐标系，然后通过“直接刚度法”或“能量叠加法”将所有单元的矩阵进行组装，形成宏观的整体刚度方程。 边界条件的处理： 深入探讨约束（位移约束、力约束）在整体方程中的体现方式。详细介绍如何处理固定边界、简支边界、弹性支座等实际工程中常见的边界条件，以及在数值计算中的具体实现方法。 第二章 桥梁结构离散化建模技术： 桥梁结构的组成与抽象： 分析各类桥梁（如梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥）的结构组成，提炼出其力学模型，为有限元建模奠定基础。 模型建立的原则与步骤： 强调建模的“精确性”与“经济性”的平衡，避免过度细化或过于粗糙。详细阐述从结构设计图纸到有限元模型的转化流程，包括节点定义、单元选择、材料属性输入、荷载施加等。 单元选择策略： 结合桥梁结构特点，指导读者如何根据构件的功能（受力特征）选择合适的单元类型。例如，对于主梁，可能需要梁单元；对于桥面板，板壳单元是更优选择；对于斜拉索或悬索，杆单元或特种单元更适合。 材料本构模型的选择： 介绍线弹性、弹塑性、损伤力学、黏弹性等材料本构模型在桥梁分析中的应用。分析钢材、混凝土、高强钢绞线等不同材料在不同工况下的力学行为，并指导读者如何将其转化为有限元模型中的参数。 节点与单元的连接： 探讨不同单元之间的连接方式，如刚接、铰接、滑动连接等，以及如何在有限元模型中精确模拟这些连接。 常见建模错误与修正： 总结桥梁结构建模中易出现的错误，如自由度遗漏、单元类型误选、材料参数不当、边界条件设置错误等，并提供相应的排查与修正方法。 第二部分：静力分析与荷载效应计算 本部分将重点讲解有限元方法在桥梁结构静力分析中的应用，包括各种荷载的计算与效应分析。 第三章 桥梁结构静力分析： 整体刚度方程与求解： 回顾整体刚度方程 $K mathbf{u} = mathbf{f}$，深入分析求解大型稀疏方程组的数值方法，如Cholesky分解、LU分解、迭代法（共轭梯度法等）。 位移与内力计算： 讲解在获得节点位移后，如何通过单元的应变-位移关系和应力-应变关系计算单元内部的应力和应变。进一步介绍如何由单元内力计算杆件的轴力、剪力、弯矩、扭矩等。 荷载类型与转换： 详细分类介绍桥梁结构所承受的各种荷载，包括恒载（自重、铺装层、栏杆等）、活载（车辆荷载、人群荷载）、风荷载、地震荷载、温度变化荷载、收缩徐变荷载等。重点讲解如何将这些实际荷载转化为有限元模型中的节点力、面力或体积力。 车辆荷载模型与移动荷载分析： 介绍经典的车辆荷载模型（如GB/T 700-2009、AASHTO HL-93等），并讲解如何在有限元模型中模拟车辆在桥梁上的移动，进行影响线分析与最不利荷载组合分析。 温度效应与收缩徐变分析： 讲解温度变化引起的结构变形和应力，以及混凝土在长期荷载作用下的收缩与徐变现象对其力学行为的影响。 第四章 桥梁结构内力与应力分析： 截面内力计算与分布： 详细介绍如何根据单元节点反力与位移，计算梁、板、柱等构件的轴力、剪力、弯矩、扭矩。分析内力在结构中的分布规律，并绘制内力图。 应力分析与应力集中： 讲解单元内的应力计算，包括正应力、剪应力。重点分析结构中的应力集中现象，特别是在截面突变处、开孔处、连接部位等，以及这些应力集中对结构安全性的影响。 应力/应变恢复方法： 介绍精确恢复单元应力的方法，如基于节点位移的高阶插值应力恢复，以及避免应力突变的平滑处理技术。 应力/应变奇异性与注意事项： 讲解在尖角、裂缝等几何奇异点处，有限元法计算出的应力/应变可能存在奇异性，并指导读者如何正确解释这些结果。 关键部位应力分析： 针对桥梁结构的关键部位（如支座、墩台连接、斜拉索锚固区、悬索锚碇等），进行详细的应力分析，评估其承载能力。 第三部分：动力分析与抗震设计 本部分将深入探讨桥梁结构在动荷载作用下的响应，特别是抗震性能分析。 第五章 桥梁结构动力学基本理论： 自由振动分析（模态分析）： 讲解自由振动方程（广义特征值问题），并详细介绍求解振动模态（振型）和固有频率的方法（如Lanczos算法、QR算法）。分析振型与固有频率在桥梁结构动力响应中的重要性。 阻尼的模拟与效应： 介绍瑞利阻尼、库仑阻尼等不同阻尼模型，以及阻尼在消散结构振动能量中的作用。 强迫振动与响应谱分析： 讲解在外力作用下的强迫振动问题，以及响应谱分析在地震工程中的应用，即通过反应谱估算结构的最大反应。 第六章 桥梁结构抗震分析与设计： 地震动输入与模拟： 介绍地震动记录（加速度时程）、反应谱等地震动输入方式。讲解如何将地震动转化为有限元模型中的地面运动，包括多点激励和单点激励。 动力时程分析： 详细介绍如何采用Newmark方法、Wilson-θ方法等积分算法求解动力时程方程，模拟结构在地震作用下的动力响应，包括位移、速度、加速度、内力等随时间的变化。 反应谱分析方法： 讲解如何利用反应谱进行地震作用下的设计，包括振型分解反应谱方法（SRSS）、二次组合方法（CQC）等。 抗震性能指标与评估： 介绍用于评估桥梁抗震性能的指标，如最大位移、最大层间位移角、屈服状态、塑性转动等。 隔震与减震技术： 探讨桥梁抗震设计中的隔震（如铅芯橡胶支座、摩擦摆支座）和减震（如阻尼器）技术，以及如何在有限元模型中模拟这些装置，并评估其减震效果。 第四部分：高级分析与应用 本部分将拓展至桥梁结构分析的一些高级主题和实际应用。 第七章 非线性分析在桥梁结构中的应用： 材料非线性分析： 深入探讨混凝土开裂、钢材屈服、钢绞线断裂等材料非线性行为对桥梁结构承载能力和变形的影响。讲解迭代求解方法（如牛顿-拉夫逊法）在处理材料非线性问题中的应用。 几何非线性分析： 讲解大变形引起的几何刚度变化，特别是对柔性结构（如斜拉桥、悬索桥）的影响。分析几何非线性在稳定性分析中的作用。 接触非线性分析： 重点分析桥梁结构中可能出现的接触问题，如支座与桥面之间的接触、预应力腱与孔道之间的接触、钢桥面与混凝土板之间的接触等。讲解接触单元的建立与求解。 损伤力学与断裂力学： 介绍损伤力学模型用于描述材料性能退化，以及断裂力学方法用于分析裂纹扩展，在桥梁结构疲劳寿命评估和剩余寿命预测中的应用。 第八章 桥梁结构施工过程模拟： 施工阶段分析的必要性： 强调施工过程对桥梁结构应力、变形的影响，以及某些设计（如悬臂浇筑）必须进行施工模拟。 施工顺序与阶段划分： 指导读者如何根据实际施工方案，将施工过程划分为若干个阶段，并对每个阶段进行分析。 预应力施加模拟： 详细介绍张拉预应力钢筋/钢绞线对结构产生的内力和变形的模拟方法。 节段拼装与吊装模拟： 讲解如何模拟预制节段的拼装过程，以及大型构件（如主梁、桥塔）的吊装对结构产生的瞬时应力与变形。 施工变形与控制： 分析施工过程中可能出现的变形，并探讨如何通过优化施工顺序和采取措施来控制变形，确保结构的几何精度。 第九章 桥梁结构的特殊分析问题： 疲劳分析： 讲解桥梁结构在反复荷载作用下的疲劳损伤累积机理，介绍疲劳寿命评估的常用方法（如Miner法则），以及有限元分析在疲劳裂纹萌生和扩展预测中的作用。 振动与舒适度分析： 针对行人桥、车辆桥，分析其在人群、车辆荷载作用下的动力响应，进行振动舒适度评估，并提出优化设计建议。 风致振动分析： 探讨桥梁结构在大风作用下的颤振、涡激振动等现象，介绍空气动力学模型与结构动力学模型的耦合分析方法。 桥梁健康监测与损伤识别： 介绍如何利用传感器数据，结合有限元模型，对桥梁结构的健康状况进行监测，并进行损伤识别和诊断。 本书特色： 理论与实践并重： 既深入讲解有限元法的理论基础，又紧密结合桥梁工程实际，提供丰富的工程案例和算例。 内容全面深入： 涵盖了桥梁结构分析的各个方面，从基础理论到前沿技术，满足研究生学习的深度需求。 多校联合编写： 汇聚了国内顶尖桥梁工程研究机构的智慧，保证了内容的权威性和前沿性。 注重计算方法： 详细介绍各种计算方法的原理和实现细节，便于读者掌握和应用。 图文并茂： 配备了大量的示意图、计算结果图和工程实例图，帮助读者更直观地理解抽象概念。 学习建议： 建议读者在学习本书之前，应具备一定的结构力学、材料力学、高等数学和数值分析基础。在学习过程中，鼓励读者结合具体的工程项目，利用成熟的有限元分析软件（如ANSYS, ABAQUS, MIDAS Civil等）进行模拟和验证，将理论知识转化为解决实际工程问题的能力。 本书的出版，将为广大桥梁工程领域的研究生提供一套高质量的学习资源，推动桥梁结构分析技术的进步与发展。

评分☆☆☆☆☆

作为一名跨学科学习者，我希望《桥梁结构有限元分析》能够提供足够的背景知识，帮助我更好地理解有限元分析方法在桥梁工程领域的应用。例如，在介绍动力分析时，如果能够简单回顾一下桥梁工程中常见的动力学理论，如振动理论、弹性动力学等，将有助于我更好地理解模型建立的依据。同样，在讲解材料的非线性行为时，如果能简要介绍一下混凝土和钢材在力学性能方面的特点，将有助于我更准确地选择材料模型。我希望教材能够成为一座桥梁，连接理论学习与工程实践，为我打下坚实的专业基础。

评分☆☆☆☆☆

对于桥梁结构这种受力复杂、形式多样的工程对象，其有限元建模的技巧和策略是决定分析精度和效率的关键。《桥梁结构有限元分析》中能否提供关于如何对桥梁进行合理离散化，如何选择合适的单元类型和网格密度，如何精确地模拟各种连接（如支座、锚固、接缝）以及材料的非线性行为（如混凝土的开裂、钢材的屈服），是我非常关注的重点。我希望书中能提供一些通用的建模原则和方法，并针对不同类型的桥梁结构（如连续梁桥、斜拉桥的索塔体系、悬索桥的主缆和吊杆）给出具体的建模建议。例如，斜拉桥中索力的施加和传递、悬索桥中主缆的预张力效应、以及大跨度桥梁中材料的非线性问题，都是非常值得深入探讨的话题。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，一本优秀的教材不仅在于内容的深度和广度，还在于其逻辑性和条理性。《桥梁结构有限元分析》是否能够将繁杂的有限元理论和桥梁工程应用有机地结合起来，构建清晰的学习脉络，是我能否高效学习的关键。我希望教材的章节安排能够循序渐进，从基础理论到具体应用，再到高级专题，层层递进，让读者能够逐步建立起对有限元分析方法的全面认识。同时，术语的统一和概念的清晰界定也非常重要，避免因理解上的偏差而影响学习效果。我期待教材在讲解每个概念时，都能提供清晰的定义和必要的数学推导，并辅以图示和表格，帮助读者更好地理解抽象的理论。

评分☆☆☆☆☆

在学习方法上，我偏向于理论与实践相结合，因此，《桥梁结构有限元分析》中是否包含丰富的工程案例和实例分析，对我来说至关重要。理论知识的掌握固然重要，但如何将其应用于实际的桥梁工程问题才是最终的目的。我希望教材能够选取一些代表性的桥梁工程项目，通过有限元软件（如ANSYS、ABAQUS、MIDAS等）进行建模和分析，并详细展示分析过程、结果解读以及如何根据分析结果指导设计。这包括对桥梁在静载、活载、风载、地震载等不同荷载作用下的响应进行分析，评估结构的应力、应变、位移、挠度等关键参数，并与规范要求进行对比，最终判断结构的安全性与适用性。对一些复杂的工程问题，例如施工过程中的结构变形、温度效应对桥梁的影响、疲劳分析等，如果书中能够有所涉及，那将极大地提升教材的实用价值。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对理论深度有较高追求的学生，我期望《桥梁结构有限元分析》能够提供扎实和严谨的理论基础。有限元方法本身就是基于离散化思想，将连续的物理模型转化为离散的代数方程组，从而利用计算机进行求解。因此，书中对变分原理、虚功原理、伽辽金法等核心理论的阐述是否清晰、透彻，直接关系到读者对方法本质的理解。我希望教材能够从最基本的杆单元、梁单元开始，逐步深入到更复杂的平面应力单元、三维实体单元，以及针对桥梁结构特点而设计的特种单元，例如板壳单元、索单元、预应力单元等。对这些单元的推导过程，以及它们在不同应用场景下的适用性和局限性的讲解，是我非常期待的部分。此外，关于单元刚度矩阵的组装、求解线性方程组的各种数值算法（如直接法和迭代法）及其优劣的比较，也希望能够有所涉及，这对于我们理解软件的内部工作原理至关重要。

评分☆☆☆☆☆

我非常看重教材在指导实际工程应用方面的能力。《桥梁结构有限元分析》是否能够将有限元分析方法与现行的桥梁设计规范相结合，是我能否将所学知识转化为实际设计能力的重要衡量标准。例如，当进行桥梁的内力分析时，我希望教材能够指导如何根据规范中的荷载组合、荷载系数等来确定有限元模型中的荷载施加方式。在结果解读方面，我也希望教材能够给出如何将有限元计算得到的应力、位移等结果与规范中的允许值进行比较，从而判断桥梁是否满足设计要求。对一些特殊的桥梁类型，如预应力混凝土桥、组合结构桥梁等，其在有限元分析中的特殊考虑，我同样希望能有所了解。

评分☆☆☆☆☆

我一直对桥梁工程领域有着浓厚的兴趣，尤其是在学习过程中，对结构力学和数值分析的方法产生了深入的探究欲望。当我了解到《桥梁结构有限元分析》这本教材时，我便被它所吸引，期待它能够在我专业学习的道路上成为一座坚实的知识桥梁。这本书由国内多所顶尖的桥梁工程高校联合编写，包括重庆交通大学、同济大学、长安大学和浙江大学，这本身就足以说明其内容的权威性和前沿性。我深知，有限元分析方法是现代桥梁设计和分析不可或缺的重要工具，能够帮助工程师们理解复杂的应力分布、变形规律以及结构的安全性。因此，我非常希望能通过这本书，系统地学习和掌握有限元分析的基本原理、建模方法、求解技术以及在桥梁结构具体应用中的技巧。我特别关注教材中是否能够深入浅出地讲解各种有限元单元的选取、网格划分的原则、边界条件的施加、以及荷载的定义等关键环节。同时，我也希望教材能够涵盖不同类型桥梁结构，例如梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥等，在有限元模型中的具体处理方式和分析结果的解读。

评分☆☆☆☆☆

作为一名研究生，我希望《桥梁结构有限元分析》能够引领我进入更深入的研究领域，而不仅仅停留在基本操作层面。因此，我对教材在高级有限元分析技术方面的介绍抱有很大的期待。这可能包括对动力分析、屈曲分析、断裂力学分析、损伤力学分析等内容的讲解。例如，在桥梁的抗震设计中，动力有限元分析是必不可少的，如何建立桥梁的动力模型，如何进行模态分析、响应谱分析、以及非线性时程分析，都是我希望学习的内容。此外，对于一些特殊情况，例如桥梁的疲劳寿命评估、结构的可靠性分析、以及如何利用有限元方法进行结构的优化设计，如果教材能够有所涉猎，那将极大地拓宽我的研究视野。

评分☆☆☆☆☆

我对《桥梁结构有限元分析》是否能够激发我的创新思维和解决复杂问题的能力充满期待。有限元分析不仅仅是一种计算工具，更是一种分析问题的思维方式。我希望教材能够引导我学会如何将复杂的桥梁工程问题分解成更小的、可处理的单元，如何建立合适的数学模型，以及如何批判性地评估计算结果。例如，在面对一个前所未有的桥梁设计挑战时，我希望能够运用书中所学的知识，灵活运用有限元方法，探索不同的设计方案，并对各种方案进行科学的评估。我期待这本书能够成为我学术探索道路上的重要里程碑。

评分☆☆☆☆☆

我深知，有限元分析的结果高度依赖于输入的参数和模型的准确性。《桥梁结构有限元分析》是否能就如何合理地选择材料参数、如何准确地定义边界条件和荷载，以及如何对有限元模型的计算结果进行有效性和合理性检验，提供深入的指导，是我非常看重的一点。材料参数的选取，例如混凝土的弹性模量、泊松比、抗压强度，钢材的屈服强度、弹性模量等，都需要有可靠的依据。边界条件的施加，如支座的约束类型、自由度的约束情况，也直接影响计算结果。我希望教材能强调验证分析的重要性，例如通过与理论解、模型试验、或已建成桥梁的实测数据进行对比，来评估有限元模型的可靠性。