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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