书名:温度场和温度应力
出版社:科学出版社
定价:24
条形码:9787030138200
ISBN:ISBN 7-03-013820-1
作者:王润富 陈国荣
印刷日期:2006-3-2
出版日期:2005-1-1
精装平装_开本_页数:平装16开,177页
中图法:
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书号:
简介: 温度应力是土木、水利、机械等工程中的一个重要问题。在结构中，温度应力常常超过由荷载产生的应力，并易引起混凝土结构的裂缝，危及结构的安全。
本书的内容包括：温度场的分析；应力场(弹性-徐变应力)的分析；大体积混凝土结构的温度应力和温度控制。书中详细地叙述了温度场和温度应力的基本理论，着重地介绍了工程上实用的各种解法，并对温度控制问题的进展情况做了适当介绍。
本书密切结合土木、水利等工程实践，力求反映国内外有关的最新科研成果，特别是反映中国学者和工程技术人员做出的许多重要贡献。
本书可作为土木、水利等工程专业的研究生和本科生教材，并可供土木、水利类的工程技术人员参考。
序
温度应力是水利、土木等工程中的一个重要问题。特别是大体积混凝土工程，如水利工程中的混凝土大坝等，由于变温引起的拉应力往往超过荷载引起的拉应力，其数值可能超过混凝土的抗拉强度，常常会使混凝土结构产生裂缝，危及结构的安全。因此，细致地分析结构中的温度应力，相应采取必要的温度控制措施，是工程技术人员必须考虑的一个问题。
要分析温度应力，首先要计算温度场。水利、土木工程中的混凝土结构是弹性-徐变体，不仅具有弹性性质，而且具有显著的徐变性质。因此，分析混凝土结构的温度应力，必然要涉及徐变应力的分析。
在此书中，作者主要介绍了温度场和温度应力(弹性和徐变应力)分析的基本理论，还特别着重于考虑了下列几点：
对温度场和温度应力的基本理论，做了较深入和详细的阐述。如在书中详细地介绍了温度场和温度应力的基本概念；求解温度场的各种基本解法，微分方程和变分方程之间的联系，各变分方程之间的联系，工程上实用的各种求解方法。在温度应力问题中，介绍了按应力求解，按位移求解，引用位移势函数的解法，引用等效体力和等效面力的概念；在弹性-徐变应力的分析中，介绍了几个徐变的定理及求解的基本方法，如初应变法，初应力法等，以及有关的简化计算公式。总之，作者在书中对基本概念、基本方程和各种解法均做了详细的介绍，可供初学者和工程技术人员了解和参考。
此书密切结合工程实际，特别是结合水利、土木工程中的大体积混凝土结构。书中介绍的解法，着重于工程上实用的解法，例如差分法和有限单元法等，可供实际分析时应用。有关的各种近似解法，也可供分析其他问题时参考。
此书力求反映温度应力问题的近期研究成果。随着我国经济建设的发展，中国学者和工程技术人员在温度应力的课题中，做了大量的理论研究和工程实践，取得了非常丰硕的成果，进入了世界先进行列。作者在书中叙述了温度场和温度应力分析的最新成果，特别是中国学者的研究成果。例如，关于稳定和不稳定温度场的计算方法，关于徐变的一些定理，关于求解徐变应力的计算方法等，都有中国人的贡献，包括本书作者的贡献。
本书着重于介绍温度场和温度应力分析的基本理论和实用计算方法，因此本书可供水利、土木等工程专业的研究生和本科生作为教材学习，也可供水利、土木类的工程技术人员参考使用。
朱伯芳
(中国水利水电科学研究院教授，中国工程院院士)
前 言
温度应力，是物体中由于温度改变(即变温)而产生的应力，与温度本身无关。当物体中发生变温时，它的每一部分都将由于变温而引起热胀冷缩的变形。这种变形受到物体内部各部分之间的相互约束和边界上的外部约束的制约，并不能完全自由地发生，有约束就产生约束力，即所谓温度应力。温度应力是水利、土木、机械、航空等工程中经常遇到的一个重要问题。
温度应力的分析是必须重视的问题。首先，温度应力常常超过荷载引起的应力。例如，设混凝土的弹性模量为E＝2×104MPa，热胀系数为α＝10-5／℃，若杆件中发生变温T＝1℃时，将发生自由的温度变形ε＝αT＝10-5。当杆件两端被完全约束时，这种变形受到阻止，在杆件中将引起σ＝-Eε＝-0．2MPa的压应力。若变温T＝10℃，则将引起-2MPa的压应力。因此，几十度的变温将引起相当大的应力。其次，温度应力常引起混凝土结构的裂缝，危及结构的安全。以上述的约束杆件为例，当变温为负值(降温)时，T＝-10℃将引起2MPa的拉应力。混凝土的抗拉极限强度是比较低的，一般只有1～3MPa。当混凝土结构中有较大的降温时，虽然结构内没有达到完全阻止温度变形的约束，但产生的拉应力也常常超过极限抗拉强度，引起混凝土结构的裂缝。这就是北方水库溢洪道底板和许多混凝土结构产生裂缝的原因。总之，无论从数量级的大小，还是从结构的安全性(裂缝危及结构安全)来看，温度应力的分析以及相应的温度控制设计都是十分重要的问题。
求解温度应力，首先要求出物体中的温度场，这是属于热传导理论的内容。而两个时刻的温度场之差，就是物体的变温场。然后，根据物体中的变温来求出物体中的应力场。在弹性体中求解温度应力，这是属于热弹性理论的内容。在混凝土结构中，混凝土的徐变性质(尤其是早期)十分明显，对温度应力的影响很大。由于徐变的影响，可使混凝土中的实际应力低于弹性应力(约为弹性应力的40％～60％)。因此，在分析混凝土结构的温度应力时，必须考虑徐变的因素，须要求解弹性-徐变体的应力。在分析中考虑了混凝土的徐变性质，可使得出的应力成果既符合实际情况，又能充分利用材料性能，降低工程造价。
在水利工程和土木工程中，有许多大体积混凝土结构。这些大体积混凝土结构是分块分层施工的，每浇筑一层，混凝土中的水化热将很快地发出热量，使自身温度升高。因此，必须间歇几天使热量散发出去。这就必须随施工过程，分时段逐步计算各时刻的温度场、相应的变温场，并再求解其弹性-徐变应力场。为了防止过大的温差和危险的应力值，必须采取相应的温度控制措施，例如采用低水化热的水泥，降低入仓温度，增加或减少间歇天数，采用水管冷却等等，并分析相应的温度场和温度应力，直到符合设计要求为止。这是属于大体积混凝土的温度应力和温度控制的分析内容。
本书介绍了温度场和温度应力分析的基本理论和基本解法，适当地介绍了大体积混凝土的温度控制问题。作者力图讲清温度场和温度应力分析的基本概念、基本方程和基本解法，以使初学者容易理解和接受；并力求使书中的内容结合工程的实践，特别是水利、土木工程的实践，着重介绍了工程上实用的计算方法：作者也努力地反映温度场和温度应力分析方面的近期研究成果，特别是中国人的成果，以供工程技术人员参考。
作者衷心感谢河海大学和本校工程力学系对编写本书工作的大力支持，衷心感谢徐慰祖教授、李克敌教授、陈和群教授等对作者长期的帮助和合作。
限于作者的水平和认识，请广大师生和工程技术人员对本书中不妥和错误之处提出宝贵意见。
王润富 陈国荣
2004年3月
目录:序
前言
第1章 温度场分析1
§1．1 温度场问题的基本方程和边值条件1
§1．2 分离变量法6
§1．3 拉普拉斯变换法10
§1．4 差分法17
§1．5 按热量平衡原理导出温度场的有限单元法24
§1．6 稳定温度场的变分原理35
§1．7 不稳定温度场的变分原理41
§1．8 按变分原理导出稳定温度场的有限单元法44
§1．9 按变分原理导出不稳定温度场的有限单元法50
§1．10 加权余量法56
§1．11 剖开算子法62
§1．12 平面稳定温度场的复变函数解法65
习题72
第2章 温度应力分析77
§2．1 温度应力问题的基本理论77
§2．2 平面温度应力问题84
§2．3 用极坐标求解平面温度应力问题92
§2．4 薄板和薄壳的温度应力97
§2．5 混凝土的力学性能、徐变和松弛103
§2．6 徐变度和松弛系数的试验和经验公式108
§2．7 复杂应力状态下混凝土的变形112
§2．8 关于均质弹性-徐变体的两个定114
§2．9 关于非均质弹性-徐变体在混合边界条件下的两个定理117
§2．10 松弛系数法119
§2．11 初应变法120
§2．12 初应变法的简化递推公式125
§2．13 初应力法127
§2．14 初应力法的例题、几种方法的比较131
§2．15 松弛系数的乘积定理、初应力法的一般简化递推公式139
§2．16 温度应力问题的其他解法144
§2．17 黏弹性理论简介145
§2．18 温度应力的其他问题150
习题153
第3章 大体积混凝土的温度应力和温度控制156
§3．1 大体积混凝土的温度应力和温度控制问题156
§3．2 混凝土分层分期浇筑时的温度场和温度应力157
§3．3 大体积混凝土的水管冷却159
§3．4 低热和微膨胀水泥的应用160
§3．5 损伤力学和断裂力学在混凝土结构分析中的应用 162
§3．6 碾压混凝土坝的应用166
§3．7 有关温度场和温度应力的其他问题167
附录一 水工混凝土结构设计规范(部分)170
附录二 混凝土重力坝设计规范(部分)72
附录三 本书符号说明174
参考文献176
http://0.book.baidu.com/gongcheng/m0/w14/h0/4a02be2b5d.1.html
