基于性能的抗震设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:[日] 日本地震工学会基于性能的抗震设计研究委员会

出品人:

页数:252

译者:

出版时间:2012-5

价格:30.00元

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isbn号码:9787112126828

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《结构动力学与抗震分析》 本书系统阐述了结构动力学和抗震分析的基本理论、方法和工程应用。全书分为十六章，内容涵盖了从最基础的单自由度系统振动分析，到复杂的反应谱法、时程分析，以及考虑场地、构件非线性和风荷载等多种影响因素的先进抗震设计理念。 第一部分：结构动力学基础 第一章 结构动力学概述 引入结构动力学的概念、研究对象和重要性。 区分静力分析与动力分析的差异，强调动力分析在地震、风、爆炸等动态荷载作用下结构的响应评估中的关键作用。 介绍结构振动的基本特点，包括自由振动、受迫振动、阻尼振动等。 列举结构动力学在工程中的应用领域，如桥梁、高层建筑、水坝、核电站等。 第二章 单自由度体系振动 详细推导无阻尼自由振动的运动方程，引入固有频率和固有周期。 分析弹簧-质量-阻尼器的力学模型，推导有阻尼自由振动的运动方程，讲解阻尼比的概念及其对振动衰减的影响。 深入讨论受迫振动，包括外部激励的性质（简谐激励、周期激励、瞬态激励）以及共振现象的机理和危害。 引入复数阻抗法等求解方法。 第三章 多自由度体系振动 将单自由度体系的理论推广至多自由度体系，引入广义坐标和质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵。 推导多自由度体系的动力学方程，阐述振动方程的矩阵形式。 详细讲解模态分析，包括固有频率、固有振型及其正交性。 介绍解耦方法，如瑞利积分法，以及如何将耦合的动力学方程转化为一系列独立的单自由度体系方程。 第四章 结构阻尼与系统识别 深入探讨不同类型的结构阻尼，如粘滞阻尼、摩擦阻尼、材料阻尼等，及其在结构动力响应中的作用。 介绍结构系统识别的基本概念和方法，包括如何通过实验数据（如振动响应）反演结构的动力特性（质量、刚度、阻尼）。 讲解白噪声激励下的系统识别，以及参数估计的常用算法。 第五章 连续体系振动 将离散化的多自由度体系推广到连续的弹性体，如梁、板、杆件等。 推导弹性体的振动微分方程（如梁的欧拉-伯努利梁方程）。 讲解边界条件对振动特性的影响。 介绍求解连续体系振动问题的方法，如分离变量法、格林函数法等。 第二部分：地震动及其对结构的影响 第六章 地震动概述 介绍地震的发生机制、震源、震中、震源深度等基本概念。 详细阐述地震波的类型（P波、S波、面波）及其传播特性。 介绍地震动的测量方法和仪器（地震仪、强震仪），以及地震动的记录和表示（加速度、速度、位移记录）。 讨论影响地震动特性的因素，如震级、震源机制、传播路径、场地地质条件等。 第七章 地震反应谱 引入反应谱的概念，解释其在抗震设计中的重要作用。 推导单自由度体系在地震激励下的最大反应（位移、速度、加速度）与结构固有周期、阻尼比的关系。 详细介绍不同类型的反应谱，如位移反应谱、速度反应谱、加速度反应谱，以及它们的物理意义。 讨论场地土对反应谱的影响，介绍场地类别和相应的反应谱曲线。 讲解标准反应谱和基于场地勘察的反应谱的构建方法。 第八章 地震动模拟与合成 介绍地震动模拟的必要性，包括难以获得实际地震记录的情况。 讲解基于随机过程理论的地震动合成方法（如平稳过程、非平稳过程）。 介绍人工合成地震波的常用模型和算法，如何根据地震动参数（如反应谱、功率谱密度）生成具有代表性的地震波时程。 讨论不同合成方法在工程应用中的适用性。 第三部分：结构抗震分析方法 第九章 弹性动力分析 详细介绍采用反应谱法进行结构抗震设计。 讲解模态叠加法的基本原理，如何将多自由度体系的响应叠加得到整体响应。 讨论不同模态组合方法（如SRSS法、CQC法）的原理和适用范围。 介绍静力等效法，即通过施加等效静力荷载来模拟地震动的效应。 第十章 弹性时程分析 介绍时程分析（Time History Analysis）的基本概念，即直接求解结构在给定的地震动时程作用下的动力响应。 讲解数值积分方法，如中心差分法、Newmark-β法等，用于求解动力学方程。 讨论基于时程分析的弹性抗震设计方法。 分析时程分析的优缺点以及在工程应用中的注意事项。 第十一章 场地效应与土-结构相互作用 深入分析场地地质条件对地震动特性的影响（场地放大效应）。 介绍场地分析的基本方法，如场地动力特性分析（剪切波速、场地周期等）。 讲解土-结构相互作用（Soil-Structure Interaction, SSI）的概念，即结构对地基的影响和地基对结构的反作用。 介绍考虑SSI的分析方法，包括简化模型和数值模拟方法。 第十二章 结构非线性分析基础 引入结构非弹性的概念，解释其在强震作用下的重要性。 介绍材料非线性，如钢材、混凝土的应力-应变关系（屈服、强化、软化）。 讲解结构非线性，包括构件的塑性变形、接触非线性、几何非线性等。 介绍骨架曲线、滞回曲线等描述材料和结构非线性行为的参数。 第十三章 非线性动力分析 详细阐述非线性时程分析（Nonlinear Time History Analysis, NLTHA）的原理和步骤。 讨论如何建立非线性有限元模型，包括单元的选择和材料本构模型的定义。 介绍非线性动力分析中的数值求解技术，如Newton-Raphson迭代法。 分析非线性分析结果，如塑性损伤、残余变形、能量耗散等，并用于评估结构的抗震能力。 第十四章 性能化抗震设计理念 介绍性能化抗震设计（Performance-Based Seismic Design, PBSD）的基本思想，即以结构达到特定性能目标为设计依据，而非仅满足于强度要求。 定义不同的性能水平，如基本设防烈度下的正常使用、设防烈度下的损伤控制、罕遇地震下的不倒塌等。 讲解如何通过分析评估结构在不同地震作用下的性能，如残余变形、构件损伤度等。 介绍目标性能驱动的设计流程和方法。 第十五章 减隔震与消能减震技术 介绍减隔震（Seismic Isolation）的基本原理，通过设置隔震层来延长结构自振周期，降低地震力传递。 详细介绍不同类型的隔震装置，如铅芯橡胶隔震支座、滑移支座等，及其力学性能。 讲解隔震结构的动力分析方法，包括反应谱法和时程分析。 介绍消能减震（Energy Dissipation）技术，通过设置阻尼器来吸收地震能量，降低结构振动。 详细介绍不同类型的阻尼器，如粘滞阻尼器、金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器等，及其原理和应用。 第十六章 工程实例分析与规范应用 通过具体的工程案例，展示结构动力分析和抗震设计方法的应用过程。 选取不同类型的结构（如高层建筑、桥梁、工业厂房）进行分析。 结合现行国家和行业的抗震设计规范（如《建筑抗震设计规范》GB 50011），讲解规范中关于动力分析的要求和条文。 分析不同设计方法在工程实践中的优劣和选择依据。 本书内容系统、深入，既有理论推导，又有工程应用，适合高等院校土木工程、结构工程等专业的研究生、本科生，以及从事工程设计、研究的工程师阅读参考。

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这本书的理论深度与实践操作之间的平衡做得相当到位，这点非常难得。很多专业书籍要么过于理论化，堆砌复杂的数学公式，让人望而却步；要么过于偏重软件操作，缺乏对底层物理机制的深刻剖析。然而，《基于性能的抗震设计》却巧妙地在这两者之间找到了一个完美的交汇点。它用非常清晰的逻辑线索，从基本塑性机理讲起，逐步过渡到先进的阻尼系统和隔震技术在性能化设计中的应用。我特别喜欢它对“构件损伤指标”的详细解读，比如如何将残余变形与实际的结构功能退化挂钩。对于我们这些需要指导初级工程师的管理者来说，这本书不仅是提升个人知识储备的利器，更是一套优秀的培训教材。它不仅告诉你“应该怎么做”，更解释了“为什么这么做是更优的选择”，这种知识的传递方式，远比死记硬背规范条文来得有效和持久。

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这本《基于性能的抗震设计》着实让人耳目一新，它跳出了传统抗震规范那种“一刀切”的思维定式。我个人从事结构设计工作多年，过去总是习惯于在规范的条条框框里打转，追求满足最基本的安全裕度。但这本书的视角完全不同，它深入浅出地讲解了如何将建筑的“性能目标”——比如在特定烈度地震下的“可运营”或“可修复”——作为设计的主要驱动力。书中详尽地阐述了非线性分析技术的应用，特别是如何通过更精细化的构件性能指标来预测结构的实际损伤程度，而不是仅仅依赖于等效静力或反应谱分析的简化结果。我尤其欣赏其中关于“损失评估”章节的论述，它将工程计算与经济成本、时间损失等实际决策因素紧密结合起来，使得设计不再是孤立的技术行为，而是一种复杂的风险管理过程。这种前瞻性的设计理念，对于高价值建筑，如数据中心、医院或超高层项目，无疑具有极高的指导价值。它迫使我们重新审视“安全”的定义，从单纯的“不倒塌”升级到“可接受的震后状态”。

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这本书的图文并茂程度远超我的预期。在如此复杂的工程领域，图表的质量往往决定了理解的效率。这里的插图并非仅仅是示意性的，很多都是经过精心计算和渲染的分析结果可视化。例如，在讨论位移控制目标时，书中展示了不同设计方案下，结构在同一地震波作用下的“变形云图”对比，这种直观的视觉冲击力远胜于枯燥的数值表格。而且，它对一些关键概念的解释，比如“软化效应”或“后屈曲行为”，都配上了形象的比喻和简化模型，使得那些原本抽象的力学现象变得触手可及。对于我这种更倾向于视觉学习的工程师来说，这本书极大地降低了学习曲线的陡峭程度。它提供了一个将复杂理论转化为清晰工程图像的有效桥梁。

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坦白说，刚翻开这本书时，我对其中涉及到的高阶动力学和材料非线性模型有些担忧，生怕自己难以消化。但作者的叙述风格非常沉稳且富有条理。它没有采取那种“先给结论，再补论证”的写作手法，而是循序渐进地搭建知识体系的脚手架。每一章的衔接都非常自然，仿佛在进行一次精心策划的学术漫步。我注意到，书中对不同抗震等级下，结构响应的概率分布特性进行了深入探讨，这对于工程风险的量化评估至关重要。例如，对于某个特定地震动，结构在达到特定位移角时的失效概率是多少，这本书给出了清晰的计算框架。这使得以往那种模糊的“可能发生”的风险描述，转化为了可以用百分比来衡量的具体指标，极大地提升了设计决策的科学性和可解释性，尤其是在需要向业主和监管部门汇报设计理念时，这种量化语言的优势是无可替代的。

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我必须承认，这本书在推动行业变革方面具有巨大的潜力。它所倡导的“性能化”思想，并非空中楼阁，而是建立在扎实可靠的试验数据和成熟的计算方法之上的。其中收录的案例研究部分尤其引人注目，它展示了如何将理论应用于实际复杂的工程项目中，比如一座具有复杂几何形状的桥梁或一个多功能综合体的抗震优化过程。这些案例不仅展示了技术的应用，更体现了设计师在面对多目标优化（成本、安全、功能恢复时间）时的权衡艺术。它明确地指出了传统规范在处理新型结构体系和高技术材料（如高性能混凝土或先进复合材料）时的局限性，并提供了相应的解决方案框架。总而言之，这本书不只是一本技术手册，它更像是一份邀请函，邀请结构工程师们从“合规者”的角色，升级为能够主动塑造建筑生命周期安全与价值的“决策者”。

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