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第Ⅰ篇 单自由度体系 3

第1章 运动方程、问题表述和求解方法 3

1.1 简单结构 3

1.2 单自由度体系 6

1.3 力-位移关系 6

1.4 阻尼力 10

1.5 运动方程：外力 11

1.6 质量-弹簧-阻尼器系统 16

1.7 运动方程：地震激励 18

1.8 问题表述与单元力 21

1.9 静力和动力反应的联合 22

1.10 微分方程的求解方法 22

1.11 单自由度体系的学习：内容的安排 25

扩展阅读 25

附录1 弯曲单元的刚度系数 26

习题 26

第2章 自由振动 30

2.1 无阻尼自由振动 30

2.2 粘滞阻尼自由振动 36

2.3 自由振动中的能量 42

2.4 库仑阻尼自由振动 42

习题 46

第3章 对谐振激励和周期激励的反应 49

第一部分：粘滞阻尼体系：基本结果 49

3.1 无阻尼体系的谐振动 49

3.2 具有粘滞阻尼的谐振动 54

第二部分：粘滞阻尼体系：应用 62

3.3 对激振器的反应 62

3.4 根据谐振试验确定固有频率和阻尼 64

3.5 力的传递与隔振 65

3.6 对地面运动的反应与隔振 67

3.7 振动测量仪器 70

3.8 粘滞阻尼耗散的能量 73

3.9 等效粘滞阻尼 75

第三部分：非粘滞阻尼体系 77

3.10 具有率无关阻尼的谐振动 77

3.11 具有库仑摩擦的谐振动 79

第四部分：对周期激励的反应 82

3.12 Fourier级数表示 83

3.13 对周期力的反应 83

扩展阅读 86

附录3四坐标对数图纸 86

习题 87

第4章 对任意激励、阶跃激励和脉冲激励的反应 90

第一部分：对任意时变力的反应 90

4.1 对单位脉冲的反应 90

4.2 对任意激励的反应 92

第二部分：对阶跃力和斜坡力的反应 93

4.3 阶跃力 93

4.4 斜坡力或线性递增力 94

4.5 具有有限上升时间的阶跃力 95

第三部分：对脉冲激励的反应 97

4.6 求解方法 97

4.7 矩形脉冲力 98

4.8 半周正弦脉冲力 103

4.9 对称三角形脉冲力 107

4.10 脉冲形状的影响和对短脉冲的近似分析 109

4.11 粘滞阻尼的影响 111

4.12 对地面运动的反应 113

扩展阅读 115

习题 115

第5章 动力反应的数值计算 119

5.1 时间步进法 119

5.2 基于激励插值的方法 120

5.3 中心差分法 123

5.4 NEWMARK法 126

5.5 稳定性与计算误差 131

5.6 非线性反应分析：中心差分法 133

5.7 非线性反应分析：NEWMARK法 133

扩展阅读 142

习题 142

第6章 线性体系的地震反应 144

6.1 地震激励 144

6.2 运动方程 148

6.3 反应量 149

6.4 反应时程 149

6.5 反应谱的概念 151

6.6 位移反应谱、伪速度反应谱和伪加速度反应谱 152

6.7 根据反应谱确定结构峰值反应 159

6.8 反应谱的特征 163

6.9 弹性设计谱 169

6.10 设计谱与反应谱的比较 177

6.11 设计谱与反应谱之间的区别 178

6.12 速度反应谱和加速度反应谱 179

扩展阅读 182

附录6 1940年El Centro地面运动 183

习题 189

第7章 非弹性体系的地震反应 192

7.1 力-变形关系 194

7.2 标准屈服强度、屈服强度折减系数和延性系数 197

7.3 运动方程和控制参数 198

7.4 屈服的影响 199

7.5 屈服位移反应谱和屈服强度反应谱 204

7.6 根据反应谱确定屈服强度和位移 208

7.7 屈服强度-延性关系 208

7.8 屈服和阻尼的相对影响 210

7.9 耗散的能量 211

7.10 附加的耗能装置 213

7.11 非弹性设计谱 216

7.12 设计谱的应用 222

7.13 设计谱和反应谱的比较 226

扩展阅读 227

习题 228

第8章 广义单自由度体系 229

8.1 广义单自由度体系 229

8.2 刚体集合 230

8.3 具有分布质量和弹性的体系 232

8.4 集中质量体系：剪切型建筑物 242

8.5 用Rayleigh法求自振频率 246

8.6 形函数的选择 250

扩展阅读 253

附录8 刚体的惯性力 253

习题 254

第Ⅱ篇 多自由度体系 261

第9章 运动方程、问题表述和求解方法 261

9.1 简单体系：两层剪切型建筑 261

9.2 线性体系的一般性方法 265

9.3 静力凝聚 280

9.4 平面（或对称平面）体系：地面运动 282

9.5 单层平面非对称建筑物 286

9.6 多层平面非对称建筑物 291

9.7 多点支座激励 294

9.8 非弹性体系 298

9.9 问题表述 298

9.10 单元力 299

9.11 运动方程的求解方法：概要 299

扩展阅读 300

习题 300

第10章 自由振动 306

第一部分：固有振动频率和振型 306

10.1 无阻尼体系 306

10.2 固有振动频率和振型 308

10.3 振型矩阵和谱矩阵 310

10.4 振型的正交性 310

10.5 振型正交性的解释 311

10.6 振型的正则化 311

10.7 位移的振型展开 320

第二部分：自由振动反应 321

10.8 自由振动方程的解：无阻尼体系 321

10.9 有阻尼体系 323

10.10 自由振动方程的解：经典阻尼体系 324

第三部分：振动特性的计算 327

10.11 特征值问题的求解方法 327

10.12 Rayleigh商 328

10.13 逆向量迭代法 328

10.14 移位向量迭代：首选的方法 332

10.15 将kφ＝ω2mφ变换为标准形式 336

扩展阅读 337

习题 337

第11章 结构中的阻尼 340

第一部分：试验数据和推荐的振型阻尼比 340

11.1 Millikan图书馆大楼的振动特性 340

11.2 振型阻尼比的估计 343

第二部分：阻尼矩阵的建立 345

11.3 阻尼矩阵 345

11.4 经典阻尼矩阵 345

11.5 非经典阻尼矩阵 352

扩展阅读 353

习题 354

第12章 线性体系的动力分析和反应 355

第一部分：两自由度体系 355

12.1 无阻尼两自由度体系的分析 355

12.2 吸振器和调谐质量阻尼器 357

第二部分：振型分析 359

12.3 无阻尼体系的振型方程 359

12.4 有阻尼体系的振型方程 361

12.5 位移反应 362

12.6 单元力 362

12.7 振型分析小结 363

第三部分：振型反应贡献 367

12.8 激励向量p（t）＝sp（t）的振型展开 367

12.9 对于p（t）＝sp（t）的振型分析 370

12.10 振型贡献系数 372

12.11 振型反应和所需振型数目 372

第四部分：特殊分析方法 377

12.12 静力校正法 377

12.13 振型加速度叠加法 379

12.14 振型加速度叠加法：任意荷载 380

扩展阅读 385

习题 385

第13章 线性体系的地震分析 389

第一部分：反应时程分析 389

13.1 振型分析 389

13.2 具有对称平面的多层建筑物 395

13.3 具有非对称平面的多层建筑物 410

13.4 平面对称建筑物的扭转反应 419

13.5 对多点支座激励的反应分析 422

13.6 结构的理想化与地震反应 427

第二部分：反应谱分析 428

13.7 根据地震反应谱求峰值反应 428

13.8 具有对称平面的多层建筑物 431

13.9 具有非对称平面的多层建筑物 442

13.10 基于反应谱的同步反应包络 448

13.11 多分量地面运动作用下的峰值反应 453

扩展阅读 460

习题 461

第14章 非经典阻尼线性体系的分析 469

第一部分：经典阻尼体系：重新表述 469

14.1 固有振动频率和振型 469

14.2 自由振动 470

14.3 单位脉冲反应 471

14.4 地震反应 472

第二部分：非经典阻尼体系 472

14.5 固有振动频率和振型 473

14.6 振型的正交性 474

14.7 自由振动 477

14.8 单位脉冲反应 481

14.9 地震反应 485

14.10 具有实数特征值的体系 487

14.11 反应谱分析 494

14.12 总结 494

扩展阅读 495

附录14公式推导 495

习题 500

第15章 自由度的缩减 502

15.1 运动学约束 502

15.2 在选定自由度上的集中质量法 503

15.3 Rayleigh-Ritz法 503

15.4 Ritz向量的选择 506

15.5 应用Ritz向量的动力分析 511

扩展阅读 513

习题 513

第16章 动力反应的数值计算 515

16.1 时间步进法 515

16.2 非经典阻尼线性体系 516

16.3 非线性体系 522

扩展阅读 533

习题 534

第17章 具有分布质量和弹性的体系 535

17.1 无阻尼运动方程：作用力 535

17.2 无阻尼运动方程：支座激励 536

17.3 固有振动频率和振型 537

17.4 振型的正交性 542

17.5 强迫动力反应的振型分析 543

17.6 地震反应时程分析 549

17.7 地震反应谱分析 553

17.8 分析实际体系时的困难 556

扩展阅读 557

习题 557

第18章 有限单元法初步 559

第一部分：Rayleigh-Ritz法 559

18.1 利用能量守恒建立方程 559

18.2 利用虚功建立方程 562

18.3 Rayleigh-Ritz法的缺点 563

第二部分：有限单元法 563

18.4 有限单元近似 564

18.5 分析方法 565

18.6 单元自由度和插值函数 566

18.7 单元刚度矩阵 567

18.8 单元质量矩阵 568

18.9 单元（作用）力向量 569

18.10 有限单元解与精确解的比较 573

18.11 结构性连续体的动力分析 574

扩展阅读 578

习题 578

第Ⅲ篇 多层建筑物的地震反应、设计与评估 583

第19章 线弹性建筑物的地震反应 583

19.1 所分析的体系、设计谱和反应量 583

19.2 T1和ρ对反应的影响 586

19.3 振型贡献系数 587

19.4 T1对高阶振型反应的影响 588

19.5 ρ对高阶振型反应的影响 590

19.6 高阶振型反应沿高度的变化 591

19.7 包括多少阶振型 593

扩展阅读 594

第20章 非弹性建筑物的地震分析与反应 596

第一部分：非线性反应时程分析 596

20.1 运动方程：公式和求解 596

20.2 计算地震需求：需要考虑的因素 597

20.3 层间位移需求 600

20.4 单自由度体系和多自由度体系的强度需求 604

第二部分：近似分析方法 605

20.5 目的和基本概念 605

20.6 非耦合振型反应时程分析 607

20.7 振型推覆分析 612

20.8 振型推覆分析的评估 616

20.9 为实际应用的简化振型推覆分析 620

扩展阅读 621

第21章 基底隔震建筑物的地震动力学 623

21.1 隔震系统 623

21.2 基底隔震的单层建筑物 625

21.3 基底隔震的有效性 629

21.4 基底隔震的多层建筑物 632

21.5 基底隔震的应用 637

扩展阅读 639

第22章 建筑规范中的结构动力学 640

第一部分：建筑规范与结构动力学 640

22.1 国际建筑规范（美国）， 2009 640

22.2 加拿大国家建筑规范，2010 642

22.3 墨西哥联盟区规范，2004 645

22.4 欧洲规范8，2004 646

22.5 建筑规范中的结构动力学 648

第二部分：对建筑规范的评价 653

22.6 基底剪力 653

22.7 层间剪力和等效静力 657

22.8 倾覆力矩 658

22.9 结语 660

扩展阅读 661

第23章 建筑物评估标准中的结构动力学 662

23.1 非线性动力方法：当前的实践 662

23.2 使用单自由度体系估计顶部位移 663

23.3 非弹性单自由度体系的变形估计 665

23.4 非线性静力方法 670

23.5 结语 675

扩展阅读 675

附录A 反应分析的频域方法 677

A.1 复频反应函数 677

A.2 对周期激励的反应 680

A.3 对任意激励的反应 683

A.4 复频反应与单位脉冲反应之间的关系 683

A.5 离散FOURIER变换方法 684

A.6 在经典DFT解答中可能的误差 688

A.7 改进的DFT解答 691

A.8 多自由度体系 692

扩展阅读 692

附录B 符号表 694

附录C 部分习题的答案 706

索引 721

单位 749

第4版翻译说明 750

第2版翻译说明 751