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出版者:中国建筑工业出版社

作者:国家标准抗震规范管理组

出品人:

页数:337

译者:

出版时间:2002-9

价格:35.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787112052691

丛书系列:

图书标签:

• 建筑抗震
• 抗震设计
• 建筑规范
• 结构工程
• 土木工程
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• 建筑安全
• 地震工程
• 规范标准
• 工程技术

建筑结构动力学基础与数值模拟：深入探究复杂荷载响应 本书聚焦于现代土木工程领域中至关重要的结构动力学理论、分析方法及其在复杂工程实践中的应用。全书旨在为结构工程师、岩土工程师、地震工程研究人员以及高年级土木工程专业学生提供一套系统、深入且实用的知识体系，特别侧重于超越传统静力学范畴的动态响应分析。 第一部分：结构动力学基本理论（Foundation of Structural Dynamics） 本部分奠定了理解结构在时变荷载作用下行为的理论基石。 第一章：单自由度体系的自由振动与强迫振动 详细阐述了质量-弹簧-阻尼体系（SDOF）的运动方程及其解析解的推导。内容包括： 1. 自由振动分析： 自然频率、圆频率、周期、阻尼比的概念界定；无阻尼和有阻尼体系的固有特性；阻尼模型的选择与适用性（粘性阻尼、瑞利阻尼）。 2. 强迫振动分析： 简谐荷载作用下的稳态响应；复数刚度法与频率响应函数（FRF）的建立。重点分析了共振现象的机理、危害及如何通过结构设计避免。 3. 瞬态响应： 脉冲荷载（如冲击、爆炸）作用下的瞬态响应求解，引入了单位脉冲响应函数和卷积积分的基本概念。 第二章：多自由度体系的动力学分析 从 SDOF 系统过渡到更符合实际工程需求的 MDOF 体系，这是结构动力学分析的核心。 1. 运动方程的建立： 采用拉格朗日法和虚功原理（或牛顿第二定律），推导离散化后的矩阵形式运动方程 $mathbf{M}ddot{mathbf{x}} + mathbf{C}dot{mathbf{x}} + mathbf{K}mathbf{x} = mathbf{p}(t)$。详细讨论了集中质量模型与连续体离散化的区别。 2. 模态分析（Modal Analysis）： 求解特征值问题，确定体系的特征振型（Mode Shapes）和特征频率（Eigenvalues）。深入探讨了振型正交性的物理意义，以及如何通过振型分解法（Mode Superposition Method）求解地震反应。 3. 阻尼在 MDOF 体系中的处理： 讨论了经典阻尼（与质量矩阵和刚度矩阵成比例的阻尼）的局限性，并引入了非经典阻尼的建模方法及其在模态解耦中的影响。 第三章：连续体结构的动力学（Continuous Systems） 将动力学理论扩展到梁、板等无限自由度体系。 1. 欧拉-伯努利梁的轴向与横向振动： 求解偏微分方程，确定梁的固有频率和振型。讨论了简支、固端等边界条件对模态特性的影响。 2. 板和壳的动力学基础： 介绍二维结构的运动方程，重点分析矩形薄板在不同边界条件下的自由振动解，为高级有限元分析打下理论基础。 第二部分：荷载与响应分析方法（Loading and Response Analysis） 本部分侧重于如何将实际环境荷载（尤其是地震）转化为可供计算的输入，并高效求解结构响应。 第四章：地震工程中的反应谱理论 详细阐述了反应谱法作为一种高效的设计工具的理论依据。 1. 结构反应谱的构建： 单自由度体系在输入地面运动作用下的最大反应（位移、速度、加速度）与周期、阻尼比的关系。 2. 设计反应谱的形成与应用： 介绍设计规范中反应谱的经验公式和基于区划图的确定方法。 3. 多自由度结构的反应谱分析： 模态响应谱分析（SRSA）的原理，包括绝对值叠加法（SRSS）、平方根求和平方法（CQC）等组合规则的适用条件和精度对比。 第五章：结构动力分析的数值方法 系统介绍现代工程实践中应用最广泛的数值计算技术。 1. 有限元（FEM）基础： 简要回顾结构有限元法的基本步骤，重点放在动力学中的质量、刚度和阻尼矩阵的集成。 2. 时间步积分方法： 深入分析直接积分法（如中心差分法、Newmark-$eta$法、胡-温法）的稳定性和精度。讨论显式与隐式方法的选择。 3. 模态叠加法的数值实现： 针对大规模结构，讨论如何有效提取并使用前几阶模态进行地震响应分析，包括时间积分与模态坐标变换。 第六章：随机振动理论与输入建模 处理具有不确定性的荷载输入，如风荷载或地震动。 1. 随机过程基础： 平稳随机过程、功率谱密度函数（PSD）和自相关函数。介绍白噪声和马尔可夫过程在工程中的应用。 2. 地震动随机模型： 引入地震动模拟模型，如地震动的功率谱模型（Kanai-Tajimi模型）及其在生成匹配目标反应谱的地震动时间历程中的应用。 3. 随机振动分析方法： 线性系统在随机输入下的稳态和瞬态响应的均方值（RMS）计算。 第三部分：高级主题与工程应用（Advanced Topics and Engineering Applications） 本部分探讨了更复杂的结构系统、非线性行为以及特定动力学现象。 第七章：非线性动力学基础 结构在极端荷载下必然进入非线性状态，本章阐述如何处理这种复杂性。 1. 非线性刚度与屈服模型： 介绍钢筋混凝土和钢结构的滞回模型（如双线性、多线性、包络曲线模型）。 2. 非线性方程的求解： 讨论基于增量平衡法的迭代求解技术（如牛顿法、修正牛顿法、弧长法）在求解非线性动力方程中的应用。 3. 性能化减隔震技术的基础动力学： 简要介绍如何将非线性耗能元件（如粘滞阻尼器、滑动支座）的特性融入整体结构的动力分析模型中。 第八章：风致振动与服务性动力响应 除了地震，风荷载也是结构动力设计的重要考量。 1. 风场建模与气动弹性基础： 介绍风速的时变特性和空间相关性。简述气动弹性力（如升力、阻力、扭矩）对柔性结构（如高层建筑、桥梁）的影响。 2. 相干性与耦合效应： 讨论多点风荷载输入下结构响应的相干性对总响应统计特性的影响。 3. 服务性极限状态下的动力控制： 关注舒适度和疲劳问题，介绍主动和被动调谐质量阻尼器（TMD）的设计原理及其在振动控制中的动力学建模。 第九章：特殊结构的动力特性分析 针对工程中常见的特殊结构类型进行深入探讨。 1. 深厚基础与土体动力相互作用（SSI）： 阐述地震动输入端模型的选择（如弹塑性基础、等效弹簧-阻尼器模型）。分析桩基在软土场地上的动力传递机制。 2. 高耸结构（如烟囱、塔架）的扭转动力效应： 讨论质量、刚度、阻尼分布不均导致的扭转-剪切耦合振动特性，以及在输入地震波为远场或近场地震动时的差异响应。 总结： 本书的特点在于系统地构建了从一维离散体系到复杂连续体、从线性到非线性、从确定性分析到随机分析的完整动力学知识链条。它不仅提供了理论推导，更强调了这些理论在当前主流有限元软件（如SAP2000, ABAQUS, OpenSees等）中的实际应用框架，确保理论学习能够直接转化为解决复杂工程问题的能力。全书内容深度适宜，避免了过于偏重规范条文的解读，而将重心放在了底层力学原理和数值计算的掌握上。

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老实说，初次翻阅时，我曾被其中大量出现的矩阵运算和能量平衡方程所震慑，感觉像是回到了大学的高等结构力学课堂。然而，坚持下去后我发现，这些看似复杂的数学工具，恰恰是理解结构在地震荷载下动力响应的钥匙。作者没有回避这些理论深度，而是用清晰的数学语言将其与实际的工程量联系起来。特别是关于阻尼机制的探讨，书中不仅分析了结构自身的阻尼，还深入讲解了隔震与消能减震技术的物理机制和应用条件，这为我拓宽了抗震措施的选择范围。这本书的魅力在于它的“求真”精神，它不满足于给出“怎么做”的结论，更执着于推导出“为什么是这样”的本质。对于希望从“规范执行者”升级为“设计创新者”的工程师来说，这本著作提供了一个绝佳的知识阶梯，它激发了我对结构动力学更深层次探索的兴趣。

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这本书的结构体系构建得极为严密，仿佛一座精密的机械装置，每个章节的功能都不可或缺。初读时可能会觉得内容庞杂，但随着深入，会发现所有的章节都在为最终目标服务——确保结构在规定烈度的地震下保持安全和必要的服役能力。对不同结构类型，如框架、剪力墙、筒体结构等的抗震设计差异化处理，体现了作者深厚的专业功底。书中对“强柱弱梁”或“强剪力墙弱楼层”这些基本抗震原则的贯彻，贯穿于所有设计章节之中，形成了一个统一的设计哲学。相比我之前看过的几本外文翻译过来的资料，这本书最大的优势在于其本土化的视角和对国内现行标准体系的深度结合，使得理论与本地实践的衔接更为流畅，减少了我在进行规范换算和理解上的额外负担。它真正做到了理论与实践的无缝对接，是为中国工程师量身定制的精品。

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这本书简直是工程师和结构师的案头宝典，它的专业深度和广度令人印象深刻。我特别欣赏其中对不同场地类别和地震动特性的细致划分，这让我在处理实际工程项目时，能够更加精准地把握设计的输入参数。书中对结构自振周期的估算方法进行了详尽的论述，从简化的经验公式到更复杂的数值分析原理，都阐述得井井有条，为我优化结构方案提供了坚实的理论基础。更值得称道的是，它对非线性抗震分析方法的介绍，即便是相对复杂的时程分析，作者也用清晰的图示和详尽的步骤进行了说明，使得我们这些习惯于传统反应谱分析的人也能逐步过渡到更先进的分析技术。内容组织上，逻辑性极强，从基本概念到具体设计细节，层层递进，像是在一位经验丰富的前辈的指导下学习，每翻一页都能感觉到知识的积累和信心的增强。对于初入抗震设计领域的新人来说，这无疑是一部里程碑式的教材，而对于资深人士，它也提供了深入研究和验证现有设计方法的有力工具。

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这本书的价值远超一本简单的设计参考书，它更像是一部系统性的抗震理论发展史和工程智慧的结晶。我注意到作者在讨论某些设计理念的演变时，会巧妙地引用历史上的重大地震案例作为背景，这使得原本抽象的力学概念变得鲜活起来，让人深刻体会到工程安全的重要性。例如，它对基于性能的设计理念的引入和探讨，预示了未来结构设计的发展方向，这让我保持了对新技术的敏感度。书中的计算示例部分处理得非常细致，从初始参数的选取到最终配筋的确定，每一步都透明公开，这为我检验自己的计算过程提供了极佳的对照标准。我曾遇到一个复杂的转换层设计问题，正是参考了书中关于局部抗震冗余度设计的章节，才得以顺利解决。这本书的严谨性是毋庸置疑的，它要求读者投入精力去学习，但回报也是巨大的——那是建立在扎实理论基础上的工程自信。

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阅读体验上，这本书的排版设计非常人性化，这点对于厚重的技术规范类书籍来说尤为重要。字体大小适中，图表清晰锐利，即便是那些复杂的公式推导，通过精心设计的排版，也显得不那么枯燥难懂。我尤其喜欢它在关键概念旁边的“设计要点”或“注意事项”的侧边栏设计，这些小提示往往是实践中容易忽略的陷阱，极大地提高了我的工作效率。例如，它对不同构件延性要求区分的阐述，就明确指出了在哪些关键节点必须采用加强措施，这比纯粹的条文解读更有指导意义。书中引用的国内外相关研究案例非常及时和具有代表性，这些案例不仅佐证了规范条文的科学性，更让我对规范背后的工程智慧有了更深层次的理解。它不仅仅是在“告诉”你该怎么做，更是在“解释”为什么应该这样做，这种深度的剖析，是其他简易手册无法比拟的。

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旧规范，拜拜了。

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