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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）， 2009640

22.2 加拿大国家建筑规范，2010642

22.3 墨西哥联盟区规范，2004645

22.4 欧洲规范8，2004646

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