第一篇：水工结构抗灾理论及应用

浅谈水利抗灾减灾

[摘 要]: 本文根据水利工程安全工作的长期实践和研究，论述了水利抗灾减灾的重要性；论述了水利安全工作以人为本，加强管理、开展非工程措施工作，打造安全可持续工程的做法及重大意义。最后，阐述了新世纪中国的水利抗灾减灾工作应立足于社会、经 济、环境的协调和可持续发展。

[关键词]：水利工程；抗灾减灾；可持续发展

1.前言

水利是现代农业建设不可或缺的首要条件，足经济社会发展不可替代的基础支撑，是生态环境改善不可分割的保障系统，具有很强的公益性、基础性、战略性。加快水利改革发展不仅事关农业农村发展，而且事关经济社会发展全局；不仅关系到防洪安全、供水安全、粮食安全，而且关系到经济安全、生态安全、国家安全水利具有很强的公益性质，从一定意义上说是一种公共产品，不仅关系到经济社会发展，而且关系到人民群众的生产生活和生命安全。因此，在大力加强水利建设的过程中，必须采取综合措施，提高水利的防灾减灾能力，确保广大人民群众的生命财产安全。

2.我国水利抗灾进程

新中国成立以来，人民政府领导全国人民进行了大规模的水利水电建设，取得了举世瞩目的伟大成就。截止1999年底，全国累计建成水库大坝8.6万多座,3其数量居世界首位；因此而形成的水库总库容达4 6 0 0亿m,约为全国河川总

径流量的17％，初步控制了大江大河的常遇洪水;并形成了5 6 0 0多亿m3的年供水能力，建成了水电装机7927万k W。水利水电建设为保障国家的经济发展和社会进步发挥了重要的作用。但是，大坝是一把双刃剑。一旦大坝失事溃决，一百多万方，一千多万方，甚至数亿方库水在几小时，甚至几十分钟内，奔腾而下，形成数米高，甚至几十米高的水墙席卷下游，所到之处，万物荡然无剩，不仅给 水电厂带来巨大损失，而且给下游人民生命财产、生存及发展环境造成毁灭性的灾害。1963年8月上旬，当海河出现特大洪水时，水库大坝冲毁319座，其中中型水库5座，死亡人数达 1464人，财产损失约60亿元。1 975年8月，淮河发生大洪水，溃坝22座，其中包括板桥、石漫滩两座大型水库溃坝，造成二万多人死亡，京广铁路中断48d，财产损失约100亿元，生态环境也遭到严重破坏。据统计，我国至今约3000座坝垮坝失事，溃坝率达 3 ．5 ％，高于世界平均溃坝率。因此，大坝急需加强管理。1985年11月，水利电力部批文成立了水电站大坝安全监察中心。对部属水电站(国务院体制改革后，国家经贸委授权对全 国电力系统)大坝安全工作进行规划、监督、指导和服务。“ 安全第一，预防为主”是大坝安全管理的基本方针。根据这一方针，水利部以人为本，做了大量非工程措施的工作，并取得了较好的效益。

3．水利抗灾减灾的措施

3.1积极运用传感技术和传感网预防洪水、滑坡、泥石流等灾害

随着信息网络技术应用的不断深人，集信息获取、数据传输与处理、智能决策于一 身的新兴传感技术和传感网，在防灾减灾中得到了日益广泛的应用。发达同家利用传感 网进行防灾减灾起步早，很多同家已经形成了准确获取灾害信息、及时发布灾害信息和应急处置联动的快速反应机制，取得了显著成果。比如，在洪水监测预警方面，日本已经建立了高密度的地面自动监测网站。在200 km左右的小流域设置水文观测站点就达4 0多个，对及时发现小范围洪水灾害并及时通知人员避险发挥 了重要作用。美国、加拿大、澳大利亚等幅员辽阔、人口密度较低的同家则采用适当密度的地面自动监测站网和高频次卫星对 地观测相结合的模式进行水文监测。在滑坡、泥石流监测预警方面，日本建立了灾害多发地区泥石流预警系统，通过上游泥石流形成区降雨资料的统计分析和比较判别，确定临界雨量报警线，并自动发出报警信号。美国1985年就在旧金山湾地区建立了滑坡泥石流预警系统，运川地面伸缩仪、倾斜仪、地声监测仪、地下水压力传感器和雨量计等进行实时监测。

我国是世界上自然灾害最严重的国家之一，近年来频繁发生的洪水、泥石流、滑坡等自然灾害给人民群众生命财产造成重大损火。由于资金、技术等原因，多年来，我预防洪水、泥石流、滑坡等自然灾害方面一直注重传统的“群测群防 ”。以人丁巡视巡查为主，虽然也取得了很大成效，但由于技术手段比较落后，在夜晚或恶劣大气时很难取得准确的观测结果，从而在灾害险情出现时及时通知灾区居民的难度较大。极易错失预警时机，巡视巡查人员的自身安全也受到威胁。近年，我同积极运用传感网防灾减灾,但从总体上看，与发达同家仍有较大差距，存在一些有待解决的问题。比如，在水情监测方面我国水文站网大部分分布住较大河流和大型水库，而中小河流站点极少，特别是在洪灾害多发区，捕捉突发性暴雨山洪第一于实测信息的能力史差。这种状况难以适应日益严峻的防灾减灾形势。有关研究表明，防灾减灾传感网建设所需的资金投入远远小于由于灾害预警预报不及时所造成的财产损失和救灾重建费用。因此、在“ 十二五” 期间，应制定和完善有关政策措施，尽快推广普及传感技术和传感网在预防洪水和滑坡、泥石流等灾害方面的应用。应在科学规划、合力布局、改造原有网站和建设新网站齐头并进的基础上，增加传感网建设投入，简化项目审批程序，加快建设进度，推动动我科技防灾减 灾能力实现跨越式提升。同时，应完善有关法律法规。明确地方政府相关职责，增加人力、技术、管理等方面专项经费，以保障传感观测站点的日常维护和传感网的运行质量。

3.2开展广泛而持久的安全教育

依法治坝、科学防灾，这是完全不同于以往传统的管坝思路和管坝方式。为了使依法治坝、科学防灾深入人心，就需要对大坝运行管理人员进行广泛而持久的大坝安全教育。国家电力公司历来重视大坝安全教育。坚持每年汛前召开水电站防汛和大坝安全工作会议，宣传防汛和大坝安全工作意义，总结和交流上一年防汛经验，分析当前防汛形势，落实责任制，落实防汛任务和要求。大坝安全培训是大坝安全教育的重要形式，根据我国电力系统现阶段 的管理格局，大坝安全培训采用三级培训。

采用请进来和走出去的办法，加强了与国外的技术交流，学习国外先进管理技术。1 9 9 2年，在杭州举办了大坝安全监测技术国际学术会议，1999年，又在三峡举办了大坝安全监测技术国际学术会议。为了普及和交流大坝安全科学

知识，成立大坝安全监测信息网。现有教育、科研、设计、施工、仪器厂家、管理部门、运行单位等近2 0 0家参加。每年开展活动，进行多学科交流 ；成立水力发电工程学会下的大坝安全管理专业委员会和大坝安 全监测专业委员会，开展科学普及和信息交流工作。

3.3持续不断地开展安全检查

安全检查是及时发现大坝安全隐患的一项重要手段，与仪器监测相辅相成。通过安全检查可以及时发现大坝一些异常现象，如裂缝产生，新增渗漏点，混凝土冲刷和冻融，坝基析出物，局部变形等等，这些缺陷用仪器监测常常反映不出来；并且，当前仪器是采用单点监测的方法，很难做到监测部位恰恰是大坝出事地点，如美国1971年提堂坝失事，当时在右岸的一个窄断层 突然发生管涌，不到6h就造成垮坝，而监测仪器对此却没有记录。据捷克斯洛伐克和法国统计大坝7 0％的老化现象和异常现象是由有经验的技术人员在现场检查 中发观的。我国柘溪和梅山大坝出现险情，也是在现场检查中发现的。因此，只有仪器监测是不够的，必须同时开展安全检查。根据安全检查的不同深度，大坝安全检查分为日常巡查，年度详查，定期检查和特种检查四种。

3.4强化法制建设推行依法治坝

大坝安全管理工作千头万绪，抓制度、抓法治是根本。国家提出实行依法治国，建立社全主义法治国家，这一治国方略落实到大坝安全管理上，就是依法治坝。因此，“大坝中心 ” 在边组建的情况下，就组织力量，代部编制了《 水电站大坝安全管理暂行办法》，经过大量工作，1987年9月由水利部颁布试行，这是我国第一部专门性的大坝安全管理法规。《 水电站大坝安全管理暂行办法》对大坝安全管理内容、工作程序、要求都做了规定，特别是明确了防灾减灾主体，明确了生态市场经济主体，明确了大坝安全责任制。根据“谁管的水电站，谁承担大坝安全责任” 的原则，规定了电力系统各级管理机构在大坝安全管理中的责任，规定了勘测、设计、施工、监理等参加水电站大坝建设单位对大坝安全应负的责任，也规定了政府 的责任。它是中国现阶段工程建设的管理体制和大坝安全工作机制的反映。当大坝安全责任 制在行政法规上作出规定后，使一级管一级，一级抓一级更具确定性、权威性和严肃性，这非常有利于大坝安全管理工作的开展。

3.5实施可持续发展战略，进一步做好水利安全工作

新世纪中国的水利建设将立足于社会、经济、环境的协调和可持续发展，这也是时代向大坝安全管理提出的要求。中国是世界上最大的发展中国家，为了确保中国人民生存和发展所需要的水资源，保护和改善人民居住环境，提供优质的电力，管好大坝，责无旁贷。实施可持续发展战略，安全工作是重要 内容之一。

4.结语

水利工程安全工作至关重要，它涉及到千百万人民生命财产的安全、国民经济的发展和社会的稳定，是全社会所关心的公共安全问题，责任重于泰山。因此，做好水利的防灾减灾工作是必要与刻不容缓的。水利防灾减灾工作取得了很多成功，也面临很多困难和挑战，等待着我们去解决。水利防灾减灾能力的提高是我们持续面临的一个问题，我们在吸收引进消化创新方面已经取得了很大成效，更好的服务于我国的水利事业又不断鞭策着我们为水安全做出我们更大的努力。

［参考文献］

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[4] 李雷，陆云秋．我国水库大坝安全与管理的实践和面临的挑战．中国水利(A刊)，2003，(11):59—62．

[5] 延森L.大坝应急计划的风险分析．水利水电快报，1999，20(3)：l 4 — 1 8．

[6] 苏珊娜·普里查德． 美国加强防止对大坝的恐怖袭击．水利水电快报，2002，23

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[7] 源P．加拿大魁北克水电公司的大坝风险管理.水利水电快报，2004，25(6)： 31 —32 ．

[8] 美国大坝安全联合委员会．联邦大坝安全导则—大坝业主紧急行动计划． 1 9 9 8 ．

第二篇：现代机械强度理论及应用

关于钢丝绳的疲劳断裂综述

课程：现代机械强度理论及应用姓名：学号：专业：机械工程

关于钢丝绳的疲劳断裂综述

摘要

本文主要是对国内关于钢丝绳疲劳断裂问题研究的报告论文进行综述性的的总结，主要是关于钢丝绳在材料选择，加工工艺，热处理，表面磨损，疲劳强度等方向上的国内论文进行综述性的总结归纳，以更好的了解国内对钢丝绳疲劳断裂问题的研究进展。

Abstract This paper mainly reviewed the summary of the domestic research on the problem of wire rope fatigue fracture report papers, mainly on the wire rope in the choice of materials, processing technology, heat treatment, surface wear, fatigue strength and direction of the domestic paper reviewed the summary of domestic research on the steel wire rope fatigue fracture problems the progress in understanding better

关键字 疲劳断裂、磨损、引言

钢丝绳是一种柔性空间螺旋结构钢制品，将热轧钢线材冷拉成钢丝，然后按一定规则捻制成螺旋状钢丝束，其承载力和强度较高，且具有柔软性和吸收阻尼等优点，被广泛应用于矿山机械、航空航天、机械加工、建筑施工、桥梁建设和交通通讯等领域，其安全与否直接影响到各行业的安全生产使用和经济问题。例如，电梯钢丝绳安全与否是保障电梯安全运行的重要因素，直接影响到人流的运输甚至危及生命，所以在对电梯进行安全检测时，应将电梯钢丝绳的安全检测作为核心部分;起重机用钢丝绳一般用来悬吊重物并传递动力，其安全性是人们长期以来一直关心的问题;在架空索道中，钢丝绳扮演着缆车牵引的角色，钢丝绳是否安全可靠直接关系到缆车的安全性能;矿井提升钢丝绳担负着提升煤炭、升降人员和下放材料等重要任务，是维系井下和地面的主要运输工具，在整个煤矿生产中占有非常重要的地位，其可靠性直接关系到矿井正常生产和人员生命安全，一旦出现钢丝绳断裂，轻则财产损失，重则井毁人亡，造成重大事故。

目前，国内对钢丝绳的研究已经十分丰富，研究手段也越来先进，比如，应用显微镜观察钢丝绳微观裂纹，研究其断裂源的萌生及裂纹的扩张。运用金相分析研究其表面磨损材料的组成等。下面我们就几种典型的方法进行综述。

一、国内状况

1.微动磨损对疲劳断裂的影响

张德坤等采用拉-拉疲劳试验并在显微镜下观察微动磨损导致钢丝绳磨损深度与横截面积损失对疲劳强度的影响。得到了疲劳试验中轴向应变随载荷变化保持稳定而疲劳寿命随磨损深度与横截面积损失而减小的结论。证明在微动磨损中疲劳强度与轴向应变关系不大，疲劳寿命减小的主要原因是:随着时间的增加微动磨损缺口处磨损深度不断增加应力集中现象严重，使缺口深度进一步增加并向周围扩散形成裂纹源，随着施加应力裂纹进一步扩散造成大量横截面积损失致使疲劳强度下降超过其断裂强度导致材料断裂。

2.小直径钢丝绳的轴向疲劳特征分析

王春晖等通过运用合声发射技术与显微分析手段对小直径钢丝绳进行疲劳断裂分析画出其S-N曲线。发现：以第六根钢丝断裂为准，第一根断丝与第二根断丝断丝时间间隔较长而后三根断丝时间间隔较短且后断丝所受载荷大小对其寿命影响不明显。当疲劳载荷降低到某一值时后三根钢丝几乎同时断裂而继续下降则疲劳寿命又极大增长。这说明正根钢丝绳并不存在真正的疲劳寿命极限，主要原因是钢丝绳是丝股捻织成的复杂组合体，丝与丝之间股与股之间在运作过程中存在接触应力，摩擦应力以及微动磨损导致其疲劳失效原因十分复杂。同时通过显微观察先断丝疲劳区大瞬断区小断面更光滑，这主要是由于先断区受力较小且被夹在诸丝之间不断被挤压研磨，而后断丝瞬时区较大且较为松散断裂较为迅速致使其断裂面较为粗糙。3.断裂区表面材料金相分析钢丝绳断裂原因

张德英通过宏观检验与金相分析研究发现：在同一截面断裂处磨损一侧有白亮层其为马氏体组织，而未磨损一侧处为正常索氏体组织与少量铁素体钢丝绳外表面马氏体连续而钢丝表面马氏体不连续，从而说明钢丝绳在高速运转过程中由于润滑不良而产生极大的摩擦使钢丝绳表面产生大量马氏体组织而马氏体相本身是一脆性相，耐磨性极差疲劳裂纹首先在马氏体处产生使钢丝绳断裂，所以表面马氏体极大降低了钢丝绳的疲劳强度。

4.钢丝绳的外观缺陷对其疲劳强度的影响

徐涛通过实验发现钢丝绳表面损伤，腐蚀，断丝与钢丝交错对钢丝绳疲劳强度都有影响，首先绳股松弛不均一般其疲劳强度与正常钢丝绳无异，但其会使钢丝绳更易于与滑轮发生摩擦导致其疲劳强度下降。锈蚀与表面磨损易使钢丝绳产生表面裂纹，其在拉力作用下发生应力集中现象从而使裂纹不断扩张直到钢丝绳断裂。存在断丝会使其余钢丝上的载荷加剧，而断丝处往往又是应力集中处这样又会使此处钢丝绳载荷加大断裂进而导致整个钢丝绳断裂。钢丝的交错对钢丝绳的拉伸性能影响并不明显，但是钢丝的交错处是疲劳裂纹，应力集中发生的根源，发生交错会极大减少钢丝绳的疲劳寿命。5.钢丝绳的热处理及拔拉过程对其强度的影响

黄忠渠通过分析钢丝绳热处理过程中的索氏体化是否完全发现：在热处理过程中如果淬火阶段钢丝绳索氏体化越完全其疲劳强度高，但由于钢丝绳加热温度，淬火温度及淬火速度不易控制致使钢丝绳索氏体化不完全从而极大降低了钢丝绳的强度。

同时，在钢丝绳的拔拉过程中由于拔模质量的原因致使钢丝绳在拔模孔中变形不均匀，在远离钢丝绳中心的边缘区受到过多外摩擦力与孔模影响使其变形较大硬度较高，所以当孔模表面较粗糙时，由于受力变形不均致使钢丝绳内部残余应力较大疲劳强度降低。

二、国外情况

Jeong-In Suh运用了拉丁方设计法进行吊桥钢丝绳绳的疲劳试验，以测试其应力范围，平均应力和试样长度三种参数对吊桥钢丝绳的轴向疲劳的影响，结果发现应力范围的影响结果和预期是一致的，但试样长度的影响却与预期结果相悖，而平均应力的影响则随着所选的应力范围的变化而变化。Marco Giglio等进行了在恒定载荷下直升机救援提升钢丝绳的弯曲疲劳试验，发现如果减少要钢丝绳的机械性能的损伤，必须限制测试装置的摆角在28。以下这样才不会发生疲劳损伤，而在较大摆角的情况下，钢丝绳内部会经常断丝，Paton等开展了六股绳与螺旋钢丝绳的拉一拉疲劳行为研究，来检测实验过程中钢丝绳强度和刚度度的变化，得出了刚度和强度之间的线性关系，并且确定了剩余疲劳强度和疲劳周期的关系，并且确定了六股绳和螺旋绳新的疲劳下界为其损失10%的强度，它有益于制定钢丝绳报废标准 展望

现在关于钢丝绳的疲劳断裂问题国内国外多是集中在其磨损裂纹，材料性质，加工工艺等方面，而对钢丝绳具体的受力分析，及每条钢丝的受力状态的分析很少，这主要是应为钢丝绳及其每条钢丝应为加工工艺，捻股及工作环境不同使其受力很难分析，今后可能会在钢丝绳钢丝受力分析上及运用能量法等方式对其疲劳断裂的研究。

参考文献：

钢丝的微动磨损及其对疲劳断裂行为的影响研究_张德坤

徐涛，徐臻，黄志伟，等.钢丝绳外观缺陷对其力学性能影响的研究 张德英，单联敏.钢丝绳使用中断丝原因分析

影响钢丝绳疲劳断裂的因素及提高疲劳寿命的技术措施_黄忠渠 小直径钢丝绳的轴向疲劳断裂特征分析_王春晖

第三篇：水工结构计算与应用题库

1.钢筋混凝土结构主要优点中，没有 A.强度高

B.耐久性好

C.耐火性好

D.自重大

D

2.钢筋和混凝土能共同工作的主要原因之一是 A.承载能力得到提高

B.变形性能得到改善

C.两者之间有良好的黏结力

D.两者能相互保温、隔热

C

3.下列不属于混凝土结构优点的是 A.耐久性好

B.耐火性好

C.可模性好

D.抗裂性好

D

4.钢筋混凝土结构的最主要缺点是： A.使用阶段带裂缝工作

B.自重大

C.施工周期长

D.承载力低

A

5.钢筋混凝土结构存在下列缺点，但不包括 A.自重大

B.抗裂性较差

C.建造较费工

D.整体性较好

D 6.既能减轻混凝土结构自重，又能提高混凝土构件抗裂性的方法是 A.大力研究轻质、高强混凝土

B.采用预应力混凝土

C.采用预制装配构件

D.采用工业化的现浇施工方法

B

7.钢筋混凝土结构除了能合理利用钢筋和混凝土两种材料的性能外，还具有下列优点

A.耐久性、耐火性、抗裂性

B.整体性、重量轻、耐火性

C.可模性、节约钢材

D.抗震性、便于就地取材

C

8.普通混凝土是由

A.水泥、沙子和石子三种材料及水按一定配比拌合而成

B.水泥、沙子、石子和钢筋四种材料及水拌合而成

C.水泥、沙子、石子、水和钢筋四种材料组成

D.水泥、沙子和石子三种材料及水组成

A

9.以下哪项不是钢筋混凝土结构的优点 A.耐久性好

B.耐火性好

C.整体性好

D.自重轻

D

10.以下哪项不是钢筋和混凝土两种材料能结合在一起共同工作的原因 A.钢筋与混凝土之间存在良好的粘结性

B.具有相近的温度线膨胀系数

C.混凝土保护钢筋，提高混凝土结构的耐久性和耐火性

D.混凝土具有较好的延性

D

11.钢筋混凝土梁工作中由于产生过大的裂缝而影响正常使用，则可认定此构件不满足下列哪项功能要求 A.安全性

B.适用性

C.耐久性

D.上述三项均不满

B

12.以下哪项不是钢筋混凝土结构的缺点。

A.施工复杂，工序多，工期长，施工受季节、天气的影响较大

B.修复、加固、补强比较困难

C.现浇费模板

D.强度低

D

13.以下哪项不是钢筋混凝土结构的缺点 A.自重大

B.抗裂性差

C.现浇费模板

D.强度低

D

14.钢筋与混凝土这两种性质不同的材料之所以能有效地结合在一起而共同工作，主要是由于

A.混凝土对钢筋的保护

B.混凝土对钢筋的包裹

C.砼硬化后，钢筋与砼能很好粘结，且两者线膨系数接近

D.两者线膨系数接近

C

15.以下哪项不是钢筋混凝土结构的优点 A.耐久性好

B.耐火性好

C.整体性好

D.自重轻

D 1.结构的可靠性不包括下列哪项

A.安全性

B.耐火性

C.耐久性

D.适用性

B

2.我国规范以何种概率法为基础？ A.半概率。

B.近似概率。

C.全概率。

D.半概率、半经验

B

3.安全等级为二级的建筑，属脆性破坏的构件，其β值为： A.3.7

B.3.2

C.4.2

D.2.7

A

4.结构使用年限超过设计基准期后： A.结构即丧失其功能

B.可靠度不变

C.可靠度减小

D.可靠度增加

C

5.我国目前规定的设计基准期为： A.20

B.30

C.50

D.100

C 6.混凝土结构使用寿命的判别基础是： A.大面积内出现纵向裂缝

B.到达设计基准期

C.混凝土出现碳化

D.钢筋出现局部锈蚀

A

7.在正常使用极限状态验算中，材料强度的取值应为下列哪项。A.设计值

B.均可

C.标准值

D.D与C相反

C

8.下列哪项关于可靠指标β与失效概率Pf之间的关系叙述是正确的。A.可靠指标β愈小，失效概率Pf愈大

B.可靠指标β愈小，失效概率Pf愈小

C.可靠指标β愈大，失效概率Pf愈大

D.可靠指标β愈大，失效概率Pf不变

A

9.1级水工建筑物基本组合时的承载力安全系数K应取下列哪项。A.1.35

B.1.25

C.1.20

D.1.0

A

10.1级水工建筑物的设计使用年限应为下列哪项 A.25年

B.50年

C.75年

D.100年

D 11.凡是具有独立设计文件，竣工后可以独立发挥生产能力或效益的工程为 A.1.35

B.1.25

C.1.20

D.1.15

D

12.下列哪项不属于永久荷载。A.梁的自重

B.风荷载

C.固定设备自重

D.板的自重

B

13.当结构或构件出现下列状态之一时，不是超过了承载能力极限状态。A.整个结构或结构的一部分失去刚体平衡，如挡土墙的滑移等

B.结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度变形而不适于继续承载

C.结构或结构构件丧失稳定，如柱压曲等

D.影响结构正常使用或外观的变形

D

14.1级水工建筑物发生延性破坏的目标可靠指标应为下列哪项 A.2.7

B.3.2

C.3.7

D.4.2

C

15.下列哪种荷载属于可变荷载 A.雪荷载

B.楼面活荷载

C.浪压力

D.结构自重

B

16.下列哪种荷载属于可变荷载 A.结构自重

B.固定设备重量

C.地震作用

D.风荷载

D

17.荷载效应S、结构抗力R作为两个独立的随机变量，其功能函数Z=R－S，下列叙述正确的是哪项 A.Z＞0 结构安全

B.Z=0 结构失效

C.Z=0 结构失效

D.Z＞0 结构失效

A

18.以下哪项不是钢筋混凝土结构的缺点

A.施工复杂，工序多，工期长，施工受季节、天气的影响较大

B.修复、加固、补强比较困难

C.现浇费模板

D.材质均匀

D

19.以下哪项不是结构设计应满足的功能要求

A.安全性

B.耐久性

C.抗冻性

D.适用性

C

20.荷载标准值是具有下列哪项保证率的荷载取值 A.85%

B.90%

C.95%

D.98%

C

21.下列哪个梁需要设置腰筋。A.梁高h=300mm

B.梁高h=400mm

C.梁高h=450mm

D.梁高h=500mm

D

22.结构的目标可靠指标取值与下列哪项无关。A.建筑物级别

B.极限状态

C.破坏性质

D.结构种类

C

23.承载能力极限状态设计不需要考虑下列哪种组合。A.基本组合

B.偶然组合

C.长期组合

D.A+B

C

24.以下哪项不是结构或构件超过承载能力对应的状态 A.整个结构或结构的一部分失去刚体平衡

B.结构构件因超过材料强度而破坏

C.影响结构正常使用或外观的变形

D.结构或结构构件丧失稳定

C

25.可变荷载标准值具有的保证率应为下列哪项。A.85%

B.90%

C.95%

D.100%

C

26.建筑结构应满足的功能要求是下列哪些。A.经济、适用、美观

B.安全性、适用性、耐久性

C.安全、舒适、经济

D.可靠性、稳定性、耐久性

B

27.结构设计中采用的混凝土抗压强度是下列哪项 A.立方体强度

B.棱柱体强度

C.弯曲抗压强度

D.圆柱体强度

B

28.荷载标准值是具有多少保证率的荷载取值。A.80%

B.85%

C.90%

D.95%

D

1.混凝土轴心抗压强度试验标准试件尺寸是 A.150×150×150

B.150×150×300

C.200×200×400

D.150×150×400

A

2.属于有明显屈服点的钢筋有 A.冷拉钢筋

B.钢丝

C.热处理钢筋

D.钢绞线

A

3.混凝土中以下何项叙述为正确 A.水灰比愈大徐变愈小

B.水泥用量愈多徐变愈小

C.养护环境湿度愈大徐变愈大

D.骨料愈多徐变愈小

D

4.高碳钢筋采用条件屈服强度，以σ0.2 表示，即： A.取极限强度的20 %

B.取应变为0.002 时的应力

C.取应变为0.2 时的应力

D.取残余应变为0.002 时的应力

D

5.混凝土强度设计值 fc＝fck/γc，γc是由下述方法确定 A.工程经验

B.保证率 95%

C.满足β＝ 3.2 的要求

D.满足β＝ 3.7 的要求

B

6.立方体抗压强度的测试中，标准立方体试块的尺寸为 A.200×200×200mm

B.150×150×150mm

C.100×100×100mm

D.115×115×115mm

B

7.规范规定的受拉钢筋锚固长度ｌa为： A.随混凝土强度等级的提高而增大

B.随钢筋等级提高而降低

C.随混凝土等级提高而减少，随钢筋等级提高而增大

D.随混凝土及钢筋等级提高而减少

C

8.钢丝的直径一般小于等于下列哪项 A.3mm

B.4mm

C.5mm

D.6mm

C

9.硬钢的条件屈服极限是指下列哪项 A.钢筋应变为0.2%时的应变

B.由此应力卸载到钢筋应力为零时的残余应变为0.2%

C.钢筋弹性应变为0.2%时的应力

D.钢筋弹性应变为0.02%时的应力

B

10.软钢经冷拉后按下列哪项变化。A.屈服强度提高但塑性降低

B.屈服强度提高塑性不变

C.屈服强度提高塑性提高

D.屈服强度合抗压强度均提高但塑性降低

A

11.混凝土的最大压应变一般与下列哪项最接近。A.0.002

B.0.0033

C.0.001

D.0.005

B

12.钢筋的最小锚固长度la与下列哪种因素无关 A.钢筋类型

B.混凝土强度等级

C.结构级别

D.钢筋直径

C

13.为了保证绑扎的粘结强度的可靠性，规范规定下列哪项是正确的 A.所有钢筋末端必须做成半圆弯钩

B.所用光圆钢筋末端必须做成半圆弯钩

C.受拉的光圆钢筋末端必须做成半圆弯钩

D.受拉的带肋钢筋末端必须做成半圆弯钩

C

14.钢筋半圆弯钩的长度应为下列哪项 A.3.25d

B.4.25d

C.5.25d

D.6.25d

D

15.混凝土的徐变与下列哪个因素无关 A.应力

B.温度

C.加荷龄期

D.应变

D

16.钢筋机械连接接头连接区段的长度应为下列哪项(A.35d

B.40d

C.45d

D.50d

A

17.适量配筋的钢筋混凝土梁与素混凝土梁相比，其承载力和抵抗开裂的能力的叙述中，下列哪项是正确的 A.均提高很多

B.承载力提高很多，抗裂提高不多

C.承载力提高不多，抗裂提高很多

D.相同

B

18.受压钢筋的锚固长度与受拉钢筋的锚固长度相比，下列哪项是正确的。A.施工资料分类组卷归档移交

B.相同

C.受压钢筋的锚固长度小

D.不确定

B

19.如混凝土的强度等级为C30，则下列哪项叙述正确 A.抗压强度设计值fc=30MPa

B.抗压强度标准值fck=30MPa

C.立方体抗压强度标准值fcu，k=30MPa

D.抗拉强度标准值ftk=30MPa

C

20.混凝土强度等级由C20变为C30时，受拉钢筋的最小锚固长度la按下列应是 A.增大

B.减小

C.不变

D.基本不变

B

21.材料强度设计值与其标准值相比的大小关系为下列哪项 A.大于

B.小于

C.等于

D.大于或等于

B

22.某钢筋混凝土梁的箍筋为Φ6@100，则拉筋应配下列哪个比较合适 A.Φ6@200

B.Φ6@400

C.Φ6@500

D.Φ6@800

C

23.混凝土的弹性模量随强度的增大按下列哪项变化 A.增大

B.减小

C.不变

D.无关

A

24.混凝土的最大拉应变与下列哪项最接近A.（1~1.5）×10-4

B.（2~3）×10-4

C.（3~4）×10-4

D.（0.5~0.8）×10-4

A

25.若混凝土的强度等级为C20，则数字20表示下列哪项的强度标准值为20N/mm2。A.轴心受拉

B.立方体抗压

C.轴心抗压

D.圆柱体抗压

B

26.若混凝土的强度等级为C25，则下列哪项叙述是正确的。A.抗压强度设计值fc=25MPa

B.抗压强度标准值fck=25MPa

C.立方体抗压强度标准值fcu，k=25MPa

D.抗拉强度标准值ftk=25MPa

C

27.以下哪项不是钢筋混凝土结构的优点。A.耐久性好

B.耐火性好

C.整体性好

D.强度高

D

28.HRB335中的335代表下列哪种含义。A.钢筋强度的标准值

B.钢筋强度的设计值

C.钢筋强度的平均值

D.钢筋强度的最大值

A

29.混凝土的水灰比越小，水泥用量越少，则徐变及收缩值按下列哪种情况变化。A.越大

B.越小

C.基本不变

D.不变

B

30.关于受拉钢筋锚固长度la的说法正确的是 A.随混凝土强度等级的提高而增大

B.随钢筋直径的增大而减小

C.随钢筋等级提高而提高

D.条件相同，光圆钢筋的锚固长度小于变形钢筋

C

31.条件屈服强度的假定屈服点应变相应于残余应变的A.0.033%

B.0.2%

C.0.12%

D.2%

B

32.混凝土的徐变与下列哪个因素无关

A.应力

B.温度

C.加载龄期

D.应变

D

33.下列哪项不属于可变荷载。A.雪荷载

B.楼面活荷载

C.浪压力

D.结构自重

D 34.混凝土强度等级是根据下列哪项确定的。

A.立方体抗压强度设计值

B.立方体抗压强度标准值

C.立方体抗压强度平均值

D.具有90%保证率的立方体抗压强度

B

35.下列哪项不是钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求。A.一定的强度

B.足够的塑性

C.良好的粘结力

D.耐久性

D

36.现行《建筑结构可靠度设计统一标准》规定的纪念性建筑的设计使用年限为 A.5年

B.25年

C.50年

D.100年

D

1.受弯构件斜截面承载力计算中，通过限制最小截面尺寸的条件是用来防止 A.斜压破坏

B.斜拉破坏

C.剪压破坏

D.弯曲破坏

A

2.（）作为受弯构件正截面承载力计算的依据 A.Ⅰa状态

B.Ⅱa状态

C.Ⅲa状态

D.第Ⅱ阶段

C

3.（）作为受弯构件抗裂计算的依据 A.Ⅰa状态；

B.Ⅱa状态

C.Ⅲa状态

D.第Ⅱ阶段

A

4.受弯构件正截面承载力计算中基本假设中，下面（）是错的 A.截面应变保持平面

B.考虑混凝土抗拉强度

C.混凝土受压应力-应变关系采用简化形式

D.钢筋应力-应变关系

B

5.计算斜截面受剪承载力时未考虑 A.剪跨比

B.混凝土强度

C.配箍率和箍筋强度

D.纵向钢筋配筋率

D

6.梁的斜拉破坏一般发生在 A.剪跨比很小时

B.剪跨比较大时

C.与剪跨比无关

D.无

B

7.提高受弯构件正截面受弯承载力最有效的方法是 A.提高混凝土强度等级

B.增加保护层厚度

C.增加截面高度

D.增加截面宽度

D

8.钢筋混凝土梁的斜压破坏主要是通过()来避免的。A.设计计算

B.限制弯起钢筋用量

C.限制截面尺寸

D.按构造要求配置箍筋

C

9.受弯构件斜截面破坏的主要形态中，就抗剪承载力而言 A.斜拉破坏>剪压破坏>斜压破坏

B.剪压破坏>斜拉破坏 >斜压破坏

C.斜压破坏>剪压破坏> 斜拉破坏

D.剪压破坏> 斜压破坏>斜拉破坏

D 10.A.A

B.B

C.C

D.D

D 11.A.A

B.B

C.C

D.D

D

12.钢筋混凝土梁正截面设计需要设计成 A.少筋梁

B.适筋梁

C.超筋梁

D.部分超筋梁

B

13.梁中纵向钢筋的混凝土保护层厚度是指 A.箍筋外表面至梁表面的距离

B.纵筋截面形心至梁表面的距离

C.纵筋内表面至梁表面的距离

D.纵筋外表面至梁表面的距离

D

14.下列哪种不是斜截面受剪承载力的剪力计算位置 A.支座边缘处

B.受拉区弯起钢筋弯起点处

C.支座中心处

D.箍筋用量改变处

C 15.钢筋混凝土偏心受压构件属大偏心受压破坏的是

A.A

B.B

C.C

D.D

A

16.适筋梁的破坏特点是;

A.受拉钢筋先屈服，然后受压混凝土被压碎

B.不会破坏

C.受压混凝土被压碎，受拉钢筋不屈服

D.受拉钢筋被拉断

A

17.设计适筋梁时以哪一状态作为受弯构件正截面承载力计算依据 A.将裂未裂状态

B.带裂缝工作阶段末

C.破坏阶段末

D.第II阶段末和第III阶段始

C

18.没有均布荷载作用的梁段，弯矩图是 A.水平线

B.斜直线

C.抛物线

D.无

B

19.超筋梁的极限弯矩 A.与配筋率及混凝土等级无关

B.基本上与配筋率无关

C.基本上与混凝土等级无关

D.与配筋率及混凝土等级有关

B 20.梁的配筋率不变的条件下，h 与 b 相比，对Mu A.h 影响小

B.两者相当

C.h 影响大

D.不一定

C

21.超筋梁破坏时，受拉钢筋应变εs 和压区边缘混凝土应变εc A.εs＞εy，εc＝εcu

B.εs＜εy，εc＝εcu

C.εs＜εy，εc＞εcu

D.εs＞εy，εc＞εcu

C

22.与界限受压区高度系数ξb 有关的因素为 A.钢筋等级及混凝土等级

B.钢筋等级

C.钢筋等级，混凝土等级及截面尺寸

D.混凝土等级

B

23.条件相同的矩形截面梁加配了压筋后，其实际受弯承载力与不配压筋相比

A.仅在ｘ＞ 2ａ's的情况下提高

B.仅在ｘ＜ 2ａ's的情况下提高

C.不一定提高

D.肯定提高

D

24.四个截面仅形式不同：

1、矩形；

2、倒Ｔ形；

3、T 形；

4、Ｉ形。它们的 b 和 h 相等，ｂ'f＝ｂf，在相同的 M 作用下，配筋量As A.As1＝As2＞As3＝As

B.As1＞As2＞As3＞As4

C.As1＞As2＝As3＞As4

D.As2＞As1＞As3＞As4

A

25.计算双筋梁时，何时令ｘ＝ξbｈo A.As、A's均已知

B.A's，As 均未知

C.上述两者均可

D.已知As，求A's

B

26.在双筋梁计算中满足 2ａ's ≤ｘ≤ξbｈo 时，表明 A.拉压钢筋均屈服

B.拉筋屈服，压筋不屈服

C.拉压筋均不屈服

D.拉筋不屈服，压筋屈服

A

27.属第一类 T 形梁时，应满足 A.M≤ｆcmｂｈ'f（ｈo－0.5ｈ'f）

B.M≤ｆcｂ'f ｈ'f（ｈo－0.5ｈ'f）

C.M≤ｆcmｂ'f ｈ'f（ｈo－0.5ｈ'f）

D.M≤ｆcｂｈ'f（ｈo－0.5ｈ'f）

C

28.何种情况下可不验算最小配筋率？ A.单筋梁

B.双筋梁

C.第一类Ｔ形梁

D.倒Ｔ形梁

B

29.验算第二类 T 形梁最大配筋率时 A.ρ＝As／（ｂｈo）

B.ρ＝As2／（ｂｈo）

C.ρ＝As2／（ｂ'f ｈo）

D.ρ＝As／（ｂ'f ｈo）

B

30.验算第一类 T 形梁最小配筋率时 A.ρ＝As／（ｂｈo）

B.ρ＝As／（ｂf ｈo）

C.ρ＝As2／（ｂｈo）

D.ρ＝As／（ｂ'f ｈo）

B

31.三种受弯截面，略去自重影响时，正截面抗裂度最小的是 A.T

B.倒T

C.工字型

D.无

A

32.提高截面的抗弯刚度的最有效措施是 A.增大受拉钢筋的配筋率

B.提高混凝土强度等级

C.增大截面有效高度

D.增大截面宽度

C

33.条件相同的无腹筋梁，由于剪跨比不同发生剪压、斜压、斜拉破坏，其承载力

A.剪压＞斜压＞斜拉

B.斜压＞剪压＞斜拉

C.剪压＝斜压＞斜拉

D.斜压＞剪压＝斜拉

B

34.梁发生剪压破坏时 A.斜向棱柱体破坏

B.梁斜向拉断成两部

C.穿过临界斜裂缝的箍筋大部分屈服

D.以上都对

C

35.梁内箍筋过多将发生;A.斜压破坏

B.剪压破坏

C.斜拉破坏

D.仅发生弯曲破坏，不发生剪切破坏

A

36.梁的剪跨比减小时，受剪承载力 A.减小

B.增加

C.无影响

D.不确定

B

37.一般梁截面满足Ｖ≤ 0.25ｆcｂｈo后，所配箍筋 A.当Ｖ较大时会超配箍

B.不再发生超配箍情况

C.还应验算是否超配箍

D.还应验算是否少配箍

B

38.受均布荷载梁受剪计算时，何条件下须验算最小配箍率？ A.Ｖ＞ 0.07ｆcｂｈo

B.Ｖ＞ 0.1ｆcｂｈo

C.Ｖ＜ 0.10ｆcｂｈo

D.Ｖ＜ 0.25ｆcｂｈo

D

39.对薄腹梁，截面限制条件要严格些的原因是防止 A.斜拉破坏

B.剪压破坏

C.斜压破坏

D.纵筋锚固破坏

C

40.在受剪承载力计算中为什么不反映翼缘的作用？ A.缺少资料

B.对有腹筋梁的作用小，可略去

C.实际上不起作用

D.与此无关

B

41.为什么简支梁受拉纵筋伸入支座的锚固长度与剪力值有关？ A.支座有一定嵌固作用

B.此处钢筋无应力，系构造

C.钢筋中应力随剪力增大而增加

D.钢筋中应力与剪力成正比

C

42.梁内弯起多排钢筋时，相邻上下弯点间距应＜Ｓmax，其目的是保证： A.斜截面受剪能力

B.斜截面受弯能力

C.正截面受弯能力

D.正截面受剪能力

A

43.梁的抵抗弯矩图不切入设计弯矩图，可保证 A.斜截面受弯能力

B.斜截面受剪能力

C.正截面受弯能力

D.正截面受剪能力

C

44.梁受剪承载力公式是根据何破坏形态建立的？ A.斜压破坏

B.剪压破坏

C.斜拉破坏

D.锚固破坏

第四篇：《复合地基理论及工程应用》读后感

《复合地基理论及工程应用》第二版，为龚晓南著，中国建筑工业出版社出版发行。

《复合地基理论及工程应用(第2版)》全面地介绍了复合地基理论和工程实践方面的研究成果，在《复合地基理论及工程应用》(第一版)的基础上对复合地基理论框架作了进一步完善，较系统地介绍了复合地基理论和实践的新发展。

全书共16章：绪论，土和复合土的基本性状，复合地基荷载传递机理和位移场特点，复合地基的形成条件，复合地基在基础工程中的地位，复合地基常用形式及选用原则，桩体复合地基承载力，水平向增强体复合地基承载力，复合地基沉降计算，基础刚度对复合地基性状的影响，垫层对复合地基性状的影响，复合地基振动反应与地震响应，复合地基和上部结构共同作用分析，复合地基优化设计和按沉降控制设计，复合地基工程应用及实例，以及复合地基发展展望。

读完本书，我对复合地基有了进一步的了解和理解，目前在我国复合地基浅基础和桩基础，已经成为常用的三种基础形式。复合地基在建筑工程、市政工程、道路工程以及堤坝工程中得到广泛应用。复合地基已经不是陌生的词汇，但对复合地基，无论是学术界还是说工程界至今尚无统一的认识，复合地基是一个新概念。

复合地基的形式、组成复合地基增强体的材料、复合地基增强体的施工方法均对负荷地基的效用产生影响。复合地基的效用主要有桩体作用、垫层作用、挤密作用、加速固结作用、加筋作用。

了解了土和复合土的基本性状，让我明明白了地基加固区的组成，对形成复合地基的常用增强体材料也有了进一步的理解，知道了复合地基的荷载传递机理以及复合地基的形成条件，学习了复合地基桩体承载力以及水平向增强体复合地基承载力、复合地基沉降计算。

通过复合地基工程应用及实例学习，知道了复合地基有初期的局限于采用散体材料加固软土地基（碎石桩复合地基）发展到各类柔性桩复合地基、刚性桩复合地基以及水平向复合地基（水泥土桩复合地基、低强度桩复合地基、桩网复合地基、钢筋混凝土桩复合地基、加筋土地基等），知道了各类复合地基的适用范围和优缺点。

复合地基概念源自国外，但是近年来在我国发展很快。复合地基理论与工程应用发展与我国国情息息相关，我国深厚软弱地基分布广、种类多、数量大，自改革开放以来土木建设规模大、发展快，我国又是发展中国家，建设资金短缺，这些给复合地基理论与工程应用的发展提供了很好的机遇，可以相信在未来的几年，我国复合地基和工程实践两个方面都将有长足的发展，取得更大的进步，复合地基的理论也会得到进一步的完善。

第五篇：论文翻译——超表面理论及应用

超表面理论及应用-超材料的平面化

An Overview of the Theory and Applications of Metasurfaces: The Two-Dimensional Equivalents of Metamaterials Christopher L.Holloway1, Edward F.Kuester2, Joshua A.Gordon1, John O’Hara3, Jim Booth1, and David R.Smith4

三碗

译

摘要

超材料通常由按一定规律排布的散射体或者通孔构成，由此来获得一定的性能指标。这些期望的特性通常是天然材料所不具备的，比如负折射率和近零折射率等。在过去的十年里，超材料从理论概念走到了市场应用。3D超材料也可以由二维表面来代替，也就是超表面，它是由很多小散射体或者孔组成的平面结构，在很多应用中，超表面可以达到超材料的效果。超表面在占据的物理空间上比3D超材料有着优势，由此，超表面可以提供低耗能结构。文章中将讨论到超表面特性的理论基础和它们不同的应用。我们也将可以看出超表面和传统的频率选择表面的区别。

在电磁领域超表面有着很广泛的应用（从微波到可见光波段），包括智能控制表面、小型化的谐振腔、新型波导结构、角独立表面、吸收器、生物分子设备、THz调制和灵敏频率调节材料等等。文中综述了近几年这种材料或者表面的发展，并让我们更加接近一百年前拉姆和Pocklington或者之后的Mandel和Veselago所提出的令人惊讶的观点。

引言

最近这些年，超材料这方面一直引领着材料的潮流。超材料是一种新的人工合成材料来得到自然材料所不具备的一些特性。在电磁背景中，这方面最早的实例就是人工电介质。之后，我们将会看到和经典结构完全不同的超材料和超表面，比如光子能带隙结构（PBG）、频率选择表面（FSS）。双负指数（DNG）超材料是一种盛行的超材料，也叫作负指数材料（NIM）、左手材料等（LHM）。这种材料的特性是在给定的频率带宽内其有效介电常数和磁导率是负的。另一种特性是近零折射率。在这种材料中，其介电常数和磁导率都被设计成接近于零。拥有这些特性的材料可以应用在很宽的频率范围（微波到可见光频段），并且其应用也很广泛，如隐身、低反射材料、新型结构、天线、电子调谐、超透镜和谐振器等。

现在的超材料研究来源于对Bexelago理论的仿真，或者是基于之后Pendry、Smith等人所实现的超材料结构。然而，这个领域中很多研究者并没有认识到负折射率超材料的概念和它们令人吃惊的性能可以回溯至那么早的时间段。实际上，这种材料的理论可以回推到一个世纪以前。早在1967年，一些学者已经对超材料做出了研究，而更早的Sivukhin在1957年对超材料的特性做了简单的描述。Malyuzhinets和Silin都相信L.I.Mandel在更早的时间里做过超材料研究。Mandel提到关于Lamb的1904年的报纸，称Lamb或许是这一领域的第一人。Lamb提出了反波的存在性（在相反方向上拥有相位和群速度的波，他的实例包含机械系统而不是电磁波）。Schuster在他1904年的可见光书中简短的谈及了Lamb的工作，并提出了在可见光介质中或许也有着反波的特性。1905年，Pocklington展示在某种情况下静止的自行车链条可以产生反波，加上突然的激励可以产生一种拥有远离波源的群速度和朝向波源的相速度。

超材料通常是用规律排列的小散射体构成的结构，以此来获得期望的性能。超材料可以被扩展成二维分布的电子散射体图1.图1a阐述一种普遍的散射体排布，而图1b-1d展示更多的特殊例子。图1b展示一种金属散射体排布，它可以获得与经典开口环结构所产生的磁响应类似的电响应。图1c展示一种球粒阵列（基于此引入了3D超材料，来源于早期Lewin的工作，但更早的是100年前Gans和Happel的预测）。图1d为陶立方排布。超材料的这种表面结构最初命名为超薄膜，表示一个表面上分布着小的散射体。值得一提的是每个散射体的都是很薄的（甚至比晶格常数小），可以有任意的形状，可以有亚波长尺度。与超材料类似，超薄膜也可以通过其散射体的排布来有其特有的电磁特性。超薄膜又称超表面或单层超材料。在1.1和1.2部分我们将简化其称呼。

对于很多应用，超表面可以用于放置超材料。超表面相对于3D超材料来说有着占有更小物理空间的优势，由此，超表面可以提供更低能耗的结构。近几年，超表面在从微波到可见光波段的应用取得了巨大的成就。除了可用在上面所说的超材料的应用外，超表面还可以实现智能表面控制、小型化谐振腔、新型波导结构、简单而宽角度吸收器、阻抗匹配表面和生物分子器件。下面也将会更详细的谈到其中的一些应用。

1.1 超表面与频率选择表面

下面说一说超材料（MM）和传统光子带隙(PBG)或电磁带隙(EBG)结构之间的区别，另外超材料和传统频率选择表面（FSS）的区别。第一种超材料可以使用超表面来发展创新。对于超材料来说，能熟知周期材料在不同频率或者不同尺寸的电磁响应非常重要。这种复合材料可以分成三种完全不同的部分（图2）。对于3D超材料来说，第一部分是准静态部分。这就暗含低频的意思（亚波长段频率）。这种散射体将会具有诱导的或者永久的偶极柜，这也是经典材料的性质。另外，这种散射体可以通过改变形状或者位置来获得想要性质的人工复合材料。在这一部分，描述使用经典的材料混合来得到目标特性（介电常数、磁导率）

当波长可以与结构周期相近或者比周期小时，会有特别的响应发生，见图2的第三部分。在这种频率下，存在一种更加复杂的场，这就需要用更加精密的分析技术（全波方法）。传统的分析方法是Floquet-Bloch理论，其中的场扩展到有各种不同方向的平面波。当波长接近周期时，就需要考虑到更高要求的Floquet-Bloch理论。这种高要求模型就会通过复合材料干扰基波的传播，在这种频率范围中我们称复合材料为光子带隙或者电磁带隙材料。在某种频率范围，光子带隙和电磁带隙材料会阻碍到EM波的传播，这种频率带就称为阻带。别的频率中，这种材料的通过率很高，这种频率就为通带。布拉格散射效应就是与这种频率有联系，它是很多实际应用的基础。

图2的第二部分也是处在亚波长结构，不过期单元散射体可以达到共振。这就实现了另一种人工材料（MM），实现了自然材料所没有的特性（如双负或近零指数材料）。第二部分，那些共振体是其成为超材料的原因所在。我们可以通过有效介电常数和磁导率来标明超材料的特性。

二维阵列（超表面）也有相似的特性。对于二维格子阵列来说，第一部分复合材料属于经典薄膜材料，第三部分是周期性的共鸣器。另一方面讲，当我们谈及超表面时，就是在说第二部分的共鸣器散射体而不是周期性结构。普通的频率选择表面有时会是运行在这种体制下，但这种类型的操作和第三部分的并没有明确的标出。

值得注意的是图2所示的第二部分并不常见。这种散射体需要特别的设。例如，如果是 图7中球形粒子的特性或者半径非常小，或者是散射体的形状、尺寸没有做合适的选择，散射体的共振将会趋向于Floquet-Bloch模型，就实现不了双负材料。在Floquet-Bloch模型中散射体共振将会被吸收，这种介质模型就不能充分描述复合材料。总的来说，图2中第一、第二部分会出现在某种复合材料介质的情况中。第一部分（经典混合理论），其有效特性不依赖频率。第二部分（散射体共振），其材料具有频率依赖特性。在这部分中，可以实现3D双负指数材料和别的共振器。最后一部分中，电磁场和周期材料的相互作用非常复杂。我们不再将复合材料称为有效介质。当波长接近结构周期时，更高要求的Floquet-Bloch模型需要考虑进去，超材料和超表面就是这样。

1.2 超表面类型

超表面结构就是二维的周期性亚波长结构。在一般的研究中，我们将超表面列为两类。一种是有着陶瓷拓扑结构（一种绝缘散射体）图1a所示，称其为超薄膜，有着很多应用。另一种是渔网结构（图3），称为元幕。这些材料是由在阻抗表面周期排列的孔制成。别的种类超表面基于这两者之间。例如，平行导线光栅在垂直导线方向表现出超薄膜的特性，而在沿轴方向就表现为元幕性质。

1.3超表面模型

模拟超材料的传统的、最方便的方法是有效介质理论。在这种方法中，某些类型的平均是用在超材料周期单元结构所产生的电磁场上面。从这些平均值中，可以确定超材料的有效介电常数和磁导率（以及折射率）。值得一提的是，只有当波长相对于晶格常数足够大时候平均才是有效的。对于场的周期单元平均定义有效材料性能是正确的方法（那种匀质平均的类型），许多研究人员已经在实践中使用根据一些计算出厚度的超材料样品来得到期望的反射和透射系数。尼科尔森-罗斯-韦尔（NRW）的方法或它的变形，可以用于获取超材料的有效材料性能。需要注意的是，当使用范围是负指数材料时，标准的NRW方法必须进行修正。典型地，一个平方根的符号的选择是由明确的通过确保在传播方向正功率溢流。在某些情况下，还必须考虑到样品的边界附近局部影响。如果使用得当，有效介质的方法是用于表征超材料的很合适的方法。

尝试使用类似的超表面参数分析很少成功。一些以前的超表面研究把其当做是单层超材料薄膜，这种模型的材料特性是任意的引入一个非零厚度参数来获得的。这有一些人为物理结构参数的问题：这些超表面的参数特征是错误的。传统计算方法的展开可以给我们一些提示，当以样品尺寸建模时，必须考虑样品边界效应，就像两个不同切面上的效应一样。

为了说明其中难点，我们使用图1中对等的厚度为d（图4）的材料层来代替超表面。其有效特性是由上文中HRW方法所得出。问题是上述所得有效特性对于超表面来说并不唯一，虽然散射体的几何特性和晶格常数一定，但厚度d不确定。实际上，d在合理限制中可以任意取值。由于d不是唯一确定的，所以由其而得的超表面特性也不是唯一的。因此，与报道中相反的是，把超表面看成等效介质所得的有效特性都是不合适的并且导致了错误的阐释。Smith等人坚持这个观点，认为‘εd’很可能是常量。在文献[101]中介绍了易受影响的表面和有效特性直接的关系，认为对于超表面来说，不能定义独立于d的ε和μ。由此说明ε和μ是d的函数，并且唯一确定。这种结果就是说d、ε和μ是任取的。也就是我们如果假定厚度也为常量就可以使用这种有效特性。但对于不同的厚度来说，这种有效特性并不适用，非平面形状也一样。如果我们想在一定厚度基础上使用这种有效特性的话，那是没问题的。从另一方面说，如何改变了厚度而继续使用之前的特性，那就是错误的了。

图5和图6强调了这一点。图5展示了球粒阵列中通过这种方法使用不同的有效厚度d所得的介电常数。图6展示不同厚度下的负折射率。图5和图6中可以看出有效特性是厚度

d的函数，说明有效特性并不是超表面所固有的本质特性。同样我们也应该指出通过这种方法所获得的超薄膜或超表面的有效特性并不能展示其物理特性。例如，因果颠倒或者负材料呈现出大的介电常数或磁导率（在文中基于时间t假设的ejwt的正虚部）。

在文献[100]中，论证了超薄膜表面的唯一性，由此，也定义了超表面特性的唯一性。从物理上讲，超表面是一种极小的板：当电磁波与其作用是会产生相移或者是振幅的改变。这种超表面最好的定义是通过普通的板过渡理论（GSTCs），是对比于使用在超材料上的有效介质描述来说的。这种方法使用在超表面与电磁场交互作用时候，且符合广义等效面转换理论。

对于超薄膜来说，在文献[23]中所述广义等效面转换条件与超表面的两个面上的电磁场有关（见图1a）：

式中av代表超表面两边的平均场，t为到z的距离，是单位矢量。ES和MS分别是两

....表面的电场和磁场。这有着计量单元，并且与散射体的电磁极化密度相关。当散射体有缺失 这种性质会消失并且方程（1）中E和H的非相关条件将会减少。简便起见，我们认定散射体和晶格对称，则表面并失如下：

在这篇文章和文献[101]中，我们对于MS有一个约定，在H场中右边项前加一个负号，而E场右边项加正号（见方程1）。这种符号约定与文献[100]中不一样。我们选这种约定是因为当表面磁密度与H在同一方向时Re(MS)为正，这也是经典磁材料特性定义的组成部分。这种广义等效面转换条件可以应用在更多的方面，如不对称性、不均材质、以及双各向异性表面，而且这方面的理论已经有了发展。值得注意的是方程1的约定条件仅适用于超薄膜。具有不同结构的超表面将需要其他的理论条件。例如，周期性隔离孔组成的元幕有着零厚度理想导体，这与广义等效面转换理论相悖，这可以写成：

其中E场和B场在元幕中是连续的。这里，ES和MS分别是元幕的电特性和磁特性，并且，与超薄膜表面相似，它们有着长度。当孔不存在时，就只剩了理想导体平面，那些由孔引起的电、磁特性将会消失，并且方程3中电场E的切量会减小。元幕的经典边界条件还没有定义出，还需要补间断的工作来发展。像导线光栅这种拥有超薄膜和元幕两种特性的超材料的边界条件也一样需要发展（在[102][103]中广义等效面转换条件应用在了薄导线光栅上）。

广义等效面转换条件同样可以用于阻抗边界条件。对于平面波电磁的变量，它是平行于超薄膜的

....我们可以利用麦克斯韦方程将方程1写成：

其中表面转移导纳和转移阻抗由下式给出：

这种边界条件也可以等效成传输线电路。

这种广义边界条件可以让超表面可以有一个有着无限薄等效表面的模型。表面几何的细节包含在表面特性的