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第1章 绪论1

1.1 近代桥梁结构理论的回顾1

1.1.1 拱桥和悬索桥的古典计算理论1

1.1.2 桥梁稳定理论2

1.1.3 桁架分析理论2

1.1.4 混凝土结构设计理论3

1.1.5 悬索桥的挠度理论和非线性分析4

1.1.6 梁排计算理论（荷载横向分布问题）5

1.1.7 钢结构疲劳理论5

1.1.8 其他桥梁结构分析和设计理论6

1.2 现代桥梁结构理论的发展6

1.2.1 有限元法分析软件6

1.2.2 预应力混凝土技术7

1.2.3 各向异性桥面和结合梁8

1.2.4 斜拉桥的复兴9

本章参考文献9

第1篇 桥梁空间分析理论13

第2章 薄壁箱梁弯曲、扭转、畸变分析13

2.1 概述13

2.2 薄壁箱梁弯曲的剪力滞分析14

2.2.1 薄壁箱梁剪力滞的基本概念与变分解法14

2.2.2 影响剪力滞效应的主要因素和剪力滞变化规律19

2.2.3 剪力滞效应的数值解法和有效宽度方法的应用20

2.2.4 箱梁负剪力滞效应22

2.3 薄壁箱梁的扭转分析24

2.3.1 薄壁箱梁自由扭转24

2.3.2 箱梁的约束扭转27

2.3.3 箱梁约束扭转算例31

2.4 薄壁箱梁畸变分析35

2.4.1 畸变基本概念和畸变荷载35

2.4.2 畸变的应变能与控制微分方程37

2.4.3 畸变微分方程边界条件及求解方法42

2.4.4 畸变弹性地基梁法计算算例44

2.5 扭转、畸变解析解和有限元解的比较46

2.5.1 有限元计算模型46

2.5.2 扭转、畸变产生的正应力比较47

2.5.3 扭转、畸变产生的剪应力比较47

2.6 小结48

思考题48

本章参考文献49

第3章 斜梁桥及曲线梁桥分析50

3.1 概述50

3.2 斜梁桥分析50

3.2.1 斜梁桥的受力特点50

3.2.2 斜桥简化计算方法55

3.3 曲线梁桥的分析63

3.3.1 曲线梁桥的受力特点63

3.3.2 曲线梁桥的计算方法69

3.4 斜桥及曲线桥的有限元法分析78

3.4.1 梁格法求解斜桥及曲线桥78

3.4.2 空间预应力筋的模拟79

3.4.3 斜桥及曲线桥的活载影响面加载80

3.5 小结81

思考题81

本章参考文献82

第4章 空间异型桥梁结构分析83

4.1 概述83

4.2 异型桥梁的形式及其受力特点83

4.2.1 异型梁桥83

4.2.2 异型拱桥84

4.2.3 异型斜拉桥95

4.2.4 异型悬索桥103

4.3 异型索支承桥梁几何形状优化及稳定分析104

4.3.1 几何形状优化104

4.3.2 单吊索面异型桥梁的横向稳定105

4.4 空间异型桥梁的有限元模型建模特点106

4.4.1 有限元模型单元类型的选择107

4.4.2 边界条件的合理模拟方法108

4.5 小结108

思考题109

本章参考文献109

第2篇 混凝土桥梁分析设计理论113

第5章 混凝土桥梁徐变、收缩及温度效应分析113

5.1 概述113

5.2 混凝土徐变、收缩效应分析114

5.2.1 徐变、收缩的基本定义及特性114

5.2.2 混凝土弹性模量、徐变及收缩的数学表达式116

5.2.3 徐变、收缩的应变与应力关系方程118

5.2.4 徐变、收缩效应的分析方法120

5.3 混凝土温度效应分析128

5.3.1 热物理性能与温度作用特点128

5.3.2 温度场的分析方法129

5.3.3 温度分布的简化形式133

5.3.4 温度效应的分析方法136

5.4 小结142

思考题143

本章参考文献143

第6章 混凝土的强度理论、有限元分析和压杆拉杆模型144

6.1 概述144

6.2 混凝土强度理论和本构关系144

6.2.1 应力张量和Haigh-Westergaad坐标系144

6.2.2 混凝土破坏准则148

6.2.3 混凝土的本构关系152

6.3 混凝土结构的弹塑性有限元分析155

6.3.1 钢筋混凝土结构的有限元模型155

6.3.2 有限元模型中混凝土裂缝的处理方式158

6.4 压杆拉杆模型（Strut-Tie-Model）162

6.4.1 压杆拉杆模型的基本概念162

6.4.2 构建压杆拉杆模型的基本方法和设计应用步骤164

6.5 小结169

思考题170

本章参考文献170

第7章 混凝土桥梁空间效应的实用精细化分析171

7.1 概述171

7.2 混凝土桥梁结构的空间效应172

7.2.1 箱梁的薄壁效应、面内效应和面外效应172

7.2.2 直箱梁桥和弯箱梁桥的薄壁效应系数173

7.2.3 宽箱梁桥各道腹板的荷载分配174

7.2.4 宽翼缘桥梁的剪力滞效应176

7.3 混凝土桥梁的完整验算应力与实用精细化模型178

7.3.1 混凝土桥梁的常见裂缝形式178

7.3.2 混凝土桥梁的完整验算应力180

7.3.3 实用精细化模型与验算应力184

7.4 混凝土桥梁实用精细化模型的应用189

7.4.1 空间网格模型计算箱梁桥的完整验算应力189

7.4.2 折面梁格模型计算宽箱梁桥的荷载横向分布192

7.4.3 七自由度模型计算箱梁桥的薄壁效应系数194

7.5 小结196

思考题196

本章参考文献197

第8章 混凝土桥梁耐久性分析设计198

8.1 概述198

8.2 材料的性能劣化机理与损伤规律198

8.2.1 混凝土材料的劣化与损伤199

8.2.2 混凝土中钢筋的锈蚀与损伤205

8.3 锈蚀损伤构件的性能及承载力212

8.3.1 构件受力性能退化的主要因素213

8.3.2 构件破坏的过程与特征214

8.3.3 构件截面的承载力215

8.4 结构耐久性的预测与设计216

8.4.1 结构耐久性设计的理论基础217

8.4.2 结构使用年限的预测方法218

8.4.3 结构耐久性设计的实用方法220

8.5 小结225

思考题225

本章参考文献225

第3篇 钢桥和组合桥梁分析理论229

第9章 钢桥构件稳定性分析229

9.1 概述229

9.2 轴心受压构件整体稳定229

9.2.1 理想受压构件弹性屈曲229

9.2.2 几何初始偏心受压构件弹性屈曲232

9.2.3 等截面轴心受压构件的弹塑性稳定233

9.2.4 存在残余应力的受压构件弹塑性稳定235

9.3 薄板翘曲稳定237

9.3.1 薄板弹性翘曲稳定分析基本方程237

9.3.2 单向均匀受压薄板的弹性翘曲稳定240

9.3.3 单向非均匀受压简支板的弹性翘曲稳定243

9.3.4 均匀受剪简支板的弹性翘曲稳定244

9.3.5 加劲板的弹性稳定244

9.4 钢桥构件稳定实用计算方法249

9.4.1 受压板件的翘曲稳定249

9.4.2 板件翘曲稳定与构件整体稳定的相关分析253

9.5 小结257

思考题258

本章参考文献258

第10章 钢桥抗疲劳分析259

10.1 概述259

10.2 疲劳分析的基本原理260

10.2.1 若干重要概念260

10.2.2 疲劳的分析方法264

10.3 新建钢桥的抗疲劳设计方法266

10.3.1 影响疲劳的主要因素266

10.3.2 名义应力设计方法270

10.4 既有钢桥剩余寿命预测方法273

10.4.1 线弹性断裂力学——应力强度因子（K方法）273

10.4.2 弹塑性断裂力学——J积分（J方法）276

10.4.3 疲劳裂纹扩展277

10.4.4 剩余寿命预测278

10.5 小结281

思考题282

本章参考文献282

第11章 正交异性钢桥面板分析283

11.1 概述283

11.2 结构性能分析284

11.2.1 盖板子系统285

11.2.2 加劲盖板子系统285

11.2.3 纵肋和横梁面内弯曲子系统287

11.2.4 畸变288

11.3 分析理论和方法290

11.3.1 Pelikan-Esslinger法291

11.3.2 有限元分析方法300

11.4 钢桥面板设计方法305

11.4.1 设计水平和验算内容305

11.4.2 钢桥面板疲劳分析方法306

11.4.3 疲劳细节类别307

11.4.4 抗疲劳设计计算311

11.4.5 算例311

11.5 小结314

思考题314

本章参考文献314

第12章 组合桥梁分析316

12.1 概述316

12.2 组合桥梁结合性能分析317

12.2.1 组合构件结合性能分析317

12.2.2 混合结构结合性能分析320

12.3 组合桥梁截面应力分析322

12.3.1 组合梁结合作用机理322

12.3.2 组合梁荷载作用下截面应力分析323

12.3.3 组合梁长期作用下截面应力分析324

12.4 组合桥梁连接件作用分析326

12.4.1 连接件基本力学性能326

12.4.2 组合桥梁有限元分析方法327

12.4.3 混合梁结合部有限元分析实例328

12.4.4 组合索塔锚固区有限元分析实例330

12.5 连续组合梁负弯矩区作用分析332

12.5.1 负弯矩区性能改善措施分析332

12.5.2 连续组合梁桥计算分析334

12.6 小结336

思考题336

本章参考文献336

第4篇 大跨度桥梁结构分析理论341

第13章 桥梁结构几何非线性分析341

13.1 概述341

13.2 几何非线性有限元方法342

13.2.1 总体拉格朗日列式法（Total Lagrangian Formulation）343

13.2.2 更新的拉格朗日列式法（U.L列式）344

13.2.3 T.L列式与U.L列式的异同及适用范围344

13.3 桥梁结构分析常用单元的切线刚度矩阵345

13.3.1 平面桁架单元345

13.3.2 平面柔索单元的切线刚度矩阵348

13.3.3 平面梁单元的切线刚度矩阵351

13.4 桥梁结构几何非线性分析若干特殊问题的讨论352

13.4.1 稳定函数与几何刚度矩阵352

13.4.2 弯矩对轴向刚度的影响353

13.4.3 活载的几何非线性分析354

13.4.4几何非线性调值计算355

13.5 非线性方程组的求解357

13.5.1 增量法357

13.5.2 Newton-Raphson法357

13.5.3 收敛准则359

13.5.4 计算实例359

13.6 小结364

思考题365

本章参考文献365

第14章 大跨度桥梁的稳定分析366

14.1 概述366

14.1.1 稳定理论的发展历程366

14.1.2 三类稳定问题367

14.2 第一类稳定问题的弹性及弹塑性稳定分析368

14.2.1 线弹性有限元分析368

14.2.2 非线性稳定问题的近似求解369

14.3 拱桥稳定分析和非保向力效应370

14.3.1 圆弧拱的平面屈曲370

14.3.2 圆拱的面外稳定371

14.3.3 拱桥稳定与非保向力效应373

14.3.4 非保向力效应的有限元分析375

14.4 材料非线性有限元方法375

14.4.1 材料非线性问题375

14.4.2 应力—应变关系与屈服准则376

14.4.3 本构矩阵的增量表达式377

14.4.4 有限元方法379

14.5 桥梁结构的极限承载力381

14.5.1 极限承载力和全过程分析381

14.5.2 单元模式与破坏形态的选取382

14.5.3 非线性方程的求解382

14.6 计算实例383

14.6.1 建立有限元模型383

14.6.2 极限承载力分析384

14.6.3 破坏过程及破坏形式分析384

14.7 小结385

思考题386

本章参考文献386

第15章 斜拉桥结构分析387

15.1 概述387

15.2 概念设计阶段的近似分析方法388

15.3 斜拉桥恒载受力状态的优化390

15.3.1 索力优化的基本概念391

15.3.2 斜拉桥索力优化方法评述391

15.3.3 索力优化的影响矩阵法392

15.4 斜拉桥有限位移理论分析396

15.4.1 施工仿真分析397

15.4.2 斜拉桥的空间分析400

15.5 斜拉桥的稳定分析402

15.5.1 加劲梁的面内稳定实用计算402

15.5.2 主塔的稳定估算404

15.5.3 斜拉桥稳定分析的有限元方法404

15.5.4 静风作用下的横向稳定分析405

15.6 计算实例407

15.6.1 成桥合理状态及施工状态计算409

15.6.2 静力非线性的影响410

15.7 小结413

思考题413

本章参考文献413

第16章 悬索桥结构分析415

16.1 概述415

16.2 悬索桥的实用近似分析416

16.2.1 悬索桥的受力特征416

16.2.2 成桥状态的近似算法417

16.2.3 加劲梁在竖向荷载作用下的近似分析419

16.2.4 水平静风荷载作用下的实用计算422

16.3 主塔受力分析423

16.3.1 纵向荷载下主塔实用算法423

16.3.2 横向荷载作用下主塔受力分析424

16.3.3 主塔的稳定分析424

16.4 悬索桥成桥状态和施工状态的精确算法425

16.4.1 吊索在恒载作用下的轴力计算425

16.4.2 真实索形的迭代计算426

16.4.3 悬索桥施工状态分析427

16.5 计算实例431

16.6 小结434

思考题435

本章参考文献435

第5篇 桥梁施工控制理论439

第17章 现代桥梁的施工控制439

17.1 概述439

17.2 现代系统控制基本原理440

17.2.1 控制系统440

17.2.2 最优控制系统基本原理441

17.2.3 优化问题的求解442

17.3 现代桥梁施工控制的总体思路443

17.3.1 现代桥梁施工控制的目的与内容443

17.3.2 现代桥梁施工控制的各种思路444

17.4 设计阶段与施工控制相关的工作448

17.4.1 施工过程模拟计算方法448

17.4.2 确定成桥后的理想受力状态的方法449

17.4.3 确定施工中的控制目标的方法450

17.4.4 施工控制精度标准的确定方法454

17.5 施工现场控制阶段工作456

17.5.1 现场控制数据456

17.5.2 参数估计的方法456

17.5.3 控制调整量计算方法458

17.5.4 施工阶段现场测试460

17.6 小结462

思考题462

本章参考文献462

第18章 各类桥梁的施工控制464

18.1 概述464

18.2 大跨度连续体系梁桥的施工控制464

18.2.1 梁桥施工控制问题的提出464

18.2.2 预应力混凝土连续体系梁桥的病害分析465

18.2.3 预应力混凝土连续体系梁桥的施工特点及控制对策469

18.2.4 预应力混凝土连续体系梁桥施工控制重点关注问题470

18.3 大跨度拱桥的施工控制473

18.3.1 拱桥的施工特点473

18.3.2 施工过程对大跨度拱桥拱轴线的影响474

18.3.3 大跨度拱桥施工过程设计475

18.3.4 扣索辅助悬臂拼装拱圈的施工控制478

18.4 斜拉桥的施工控制479

18.4.1 斜拉桥的施工特点479

18.4.2 悬臂浇筑混凝土斜拉桥480

18.4.3 悬臂拼装混凝土斜拉桥481

18.4.4 钢主梁斜拉桥482

18.4.5 钢与混凝土结合梁斜拉桥483

18.4.6 钢与混凝土混合梁斜拉桥484

18.5 悬索桥的施工控制485

18.5.1 悬索桥的施工特点及控制需要关注的重点485

18.5.2 悬索桥设计与控制的计算487

18.5.3 施工过程中的控制调整490

18.6 小结490

思考题491

本章参考文献491

第19章 总结与展望492

19.1 桥梁结构工程发展趋势492

19.1.1 土木工程师的未来使命492

19.1.2 可持续桥梁工程需求493

19.1.3 多学科交叉方法发展494

19.2 桥梁结构理论发展展望495

19.2.1 三维精细化结构数值分析方法495

19.2.2 高性能复合材料组合结构分析方法496

19.2.3 结构试验和现场实测的验证作用496

19.2.4 耐久性和全寿命结构设计理论与方法497

19.2.5 可持续性评价指标体系与方法498

19.3 结语498

本章参考文献499