土木工程应用软件--理论基础及其工程应用

本书是为了满足土木建筑类本科教学阶段中关于 软件应用和相关实践类课程的教材需要而编写的。不 局限于简单的软件操作，而是从原理和方法出发，较 详细介绍了结构分析类的土木工程应用软件。本教材 共分为12章，第1章，概述了计算机、软件、土木工程 计算等方面的历史背景和发展脉络；第2～5章，从有 限元的基本概念讲起，让学生掌握结构分析和有限元 的基本原理；第6章，概述了目前发展比较迅猛的BIM 技术，并就其在土木工程应用软件的数据库和二次开 发技术方面做了简要介绍；第7～10章，分别以MIDAS ，ABAQUS，SAP2000等软件为操作平台，分别针对多层 框架结构、高层框架一剪力墙结构、大跨空间结构等 几种基本结构类型介绍了分析和设计的软件操作过程 ；第11章，分别从简单原理和软件操作层面介绍了静 力弹塑性、动力弹塑性分析方法；第12章，是作者的 一点教学心得和体会，介绍了本教材所针对的“土木 工程应用软件”课程的教学建议和改进思路。 本书可作为高等院校土木建筑类软件实践课程的 教材。也可供结构工程技术人员参考之用。

1 概述 1.1 背景介绍 1.2 计算机的发展历史 1.3 软件的发展历史 1.4 软件工程概述 1.4.1 需求分析 1.4.2 软件系统设计 1.4.3 软件文档 1.4.4 软件开发 1.4.5 集成与测试 1.4.6 升级与维护 1.4.7 软件危机 1.5 结构工程计算理论的发展 1.6 土木工程应用软件的发展 1.7 应用软件简介 1.7.1 通用有限元软件 1.7.2 工程专业软件 1.8 展望 2 数值分析与有限元 2.1 有限元简介 2.2 有限元的基本过程 2.2.1 基本分析过程 2.2.2 基本推导过程 2.3 基本单元类型 2.3.1 单元特性 2.3.2 单元类型 2.4 网格划分 2.5 单元分析 2.6 数值计算过程 2.6.1 线性代数方程组的求解 2.6.2 线性代数方程组的性态 2.6.3 非线性方程组的求解方法 2.6.4 迭代收敛准则 3 工程中的一维单元 3.1 概述 3.2 平面梁单元 3.2.1 单元刚度矩阵 3.2.2 刚度矩阵的坐标变换 3.3 线性空间梁单元 3.3.1 单元刚度矩阵 3.3.2 刚度矩阵的显式形式 3.3.3 刚度矩阵的坐标变换 3.4 非线性空间梁单元 3.4.1 几何非线性梁单元 3.4.2 材料非线性梁单元 3.5 半解析非线性索单元 3.5.1 单索的解析表达式 3.5.2 半解析索单元的刚度矩阵 4 工程中的二维单元 4.1 概述 4.2 矩形平面薄板单元 4.2.1 薄板基本原理 4.2.2 薄板弯曲的基本方程 4.2.3 位移模式 4.2.4 刚度矩阵 4.2.5 等效节点力 4.3 壳体弯曲问题 4.4 膜单元 4.4.1 单元概述 4.4.2 位移函数 4.4.3 几何条件和物理条件 4.4.4 基本方程及单元刚度矩阵 4.4.5 整体坐标系中的有限元方程 4.4.6 应力矩阵 5 工程中的三维单元 5.1 概述 5.2 单元坐标系 5.3 四面体单元的体积坐标 5.4 四面体单元变换矩阵 5.5 四面体单元的线性插值函数 5.6 四面体单元的单刚矩阵 6 BIM技术与应用 6.1 概述 6.2 工程数据库与CAD 6.3 面向对象与工程数据库 6.3.1 面向对象技术简介 6.3.2 面向对象数据库 6.4 BIM数据简介 6.5 BIM软件简介 6.6 基于Revit的二次开发 6.6.1 开发环境介绍 6.6.2 Revit二次开发 6.7 小结 7 多层混凝土结构工程的软件应用 7.1 设计概述 7.1.1 建筑方案设计 7.1.2 结构方案设计 7.1.3 结构详细设计 7.2 设计准则 7.3 结构体系概述 7.4 软件工具介绍 7.5 单元类型 7.5.1 梁单元 7.5.2 板壳单元 7.6 工程介绍 7.6.1 模型基本信息 7.6.2 荷载分析 7.7 软件操作过程 7.7.1 设定操作环境及定义材料和截面 7.7.2 利用建模助手建立框架 7.7.3 建立框架柱及剪力墙 7.7.4 生成层数据 7.7.5 定义边界条件 7.7.6 输入楼面荷载 7.7.7 输入风荷载 7.7.8 输入反应谱分析数据 7.7.9 定义结构类型 7.7.10 定义质量 7.7.11 运行分析 7.7.12 荷载组合 7.7.13 查看结果 7.7.14 配筋设计 7.8 小结 8 多层钢结构工程的软件应用 8.1 概述 8.2 软件应用 8.2.1 SAP2000简介 8.2.2 建立模型 8.2.3 定义荷载 8.2.4 运行分析与计算结果 8.2.5 设计校核 8.3 小结 9 高层建筑结构的软件应用 9.1 概述 9.2 结构类型与布置 9.3 计算结果分析 9.3.1 一般性验算 9.3.2 规则性验算 9.3.3 整体抗倾覆验算 9.3.4 结构整体稳定验算 9.3.5 结构抗震验算 9.3.6 楼层抗剪承载力验算 9.3.7 风振舒适度验算 9.3.8 内外力平衡验算 9.4 小结 10 大跨空间结构的软件应用 10.1 概述 10.2 结构失稳类型 10.3 失稳（屈曲）分析方法 10.3.1 特征值屈曲分析——buckle分析 10.3.2 非线性屈曲分析——Riks分析 10.3.3 考虑结构初始缺陷的Riks分析方法 10.3.4 ABAQUS中的稳定性分析方法 10.4 稳定性分析算例1 10.4.1 球面网壳结构简介 10.4.2 特征值屈曲分析 10.4.3 非线性屈曲分析 10.5 稳定性分析算例2 10.5.1 球面网壳结构简介 10.5.2 特征值屈曲分析 10.5.3 非线性屈曲分析 10.6 小结 11 高等结构分析专题 11.1 概述 11.2 静力弹塑性分析 11.2.1 概述 11.2.2 软件应用 11.2.3 小结 11.3 动力弹塑性分析 11.3.1 概述 11.3.2 软件应用 11.3.3 小结 12 课程教学与思考 12.1 概述 12.2 课程目标 12.3 教学方法与措施 12.4 教学大纲探讨 12.5 展望 参考文献