所属分类
书 名：结构动力学、抗震计算与SAP2000应用
著 译 者：彭俊生,罗永坤,彭地
出 版 社：西南交通大学出版社
书 号：
ISBN 978-7-81104-449-2
图书编号：B10039600印刷日期：2007-02-01
出版日期：2007-02-01上架时间：2007-03-28
规 格：
平装16开,318页
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元
图书简介
结构动力学、抗震计算与SAP2000应用一书由西南交通大学出版社于2007-02-01出版。
内容简介
本书是一本理论、应用和实践相结合的教材。全书分为四个部分:第一部分为结构动力学基本理论;第二部为通用结构分析软件SAP2000在结构动力分析中的使用;第三部分为结构抗震计算,它包括反应谱和时程分析;第四部分为基础隔震计算。
全书共分为18章,1～7章阐述动力学基础,它包括单、多、无限自由度体系的振动;8～9章为动力分析的数值方法及模型的建立;10～16章为抗震计算及计算机程序的实践;17章为基础隔震计算;18章为频域分析。
本书可作为高等院校结构动力学课程教材,也可作为部分专业本科生和研究生的选修教材,还可作为土木工程、水利、机械工程等有关工程技术人员的参考书。
前 言
本书是根据土木、水利结构动力学、结构抗震设计课程的要求而编写的,将理论、应用和实践有机结合在一起的教材。
本书具有两方面的突出特点:
(1)将结构动力学基本理论与工程应用(即抗震、隔震)相结合;
(2)理论与实践(计算机应用)相结合。
全书共分为18章。第1章介绍结构动力分析的目的、动力荷载类型、结构动力计算特点、结构离散方法。第2章介绍建立运动方程的三种方法, 即达朗贝尔原理、虚功原理和哈密顿原理。第3、4、5章分别具体分析单、多自由度和无限自由度体系振动力学问题。第6章介绍工程上常用的频率、振型实用计算方法。为了应用计算机计算动力问题,第7、8、9章介绍了动力有限元法、方程的数值解法和动力计算模型的建立。有限元数值方法的重点在于实践,于是在第10、11章介绍了通用结构分析软件SAP 2000自由振动和强迫振动的操作和算例。学习动力学理论的目的是为了解决具体的工程问题,第12章介绍了地震作用计算的反应谱和时程分析方法。在第13、14章应用SAP 2000完成了框架结构的反应谱和时程分析算例以及桥梁结构的多点地震反应输入示例。由于很多振动是非线性的,实际上,线性是相对的,非线性是绝对的。因此,在第15、16章中介绍了非线性时程分析及算例。有了非线性振动的理论基础,第17章讨论了隔震原理并给出了橡胶支座、摩擦支座隔震装置的算例。以上的振动均是限于时域内的求解响应,但对于诸如机械振动、声波、海洋波和风振,则在频域内求解其响应是更为有效的。因此,在第18章介绍了频域分析多线性的弹塑性分析。
本书在内容和选材上是一次新的尝试,但限于时间、条件和水平,书中难免存在不当与不足之处,恳请同行与读者不吝惜赐教指正。
本书在编写过程中,得到了本教研室同行的支持,研究生苏小勇、赵伟等参与了文本的整理工作,在这里对他(她)们表示衷心感谢。同时也感谢北京金土木软件技术有限公司在软件、文本资料使用方面的支持。
作 者
2006年8月
内容简介
本书是一本理论、应用和实践相结合的教材。全书分为四个部分:第一部分为结构动力学基本理论;第二部为通用结构分析软件SAP2000在结构动力分析中的使用;第三部分为结构抗震计算,它包括反应谱和时程分析;第四部分为基础隔震计算。
全书共分为18章,1～7章阐述动力学基础,它包括单、多、无限自由度体系的振动;8～9章为动力分析的数值方法及模型的建立;10～16章为抗震计算及计算机程序的实践;17章为基础隔震计算;18章为频域分析。
本书可作为高等院校结构动力学课程教材,也可作为部分专业本科生和研究生的选修教材,还可作为土木工程、水利、机械工程等有关工程技术人员的参考书。
前 言
本书是根据土木、水利结构动力学、结构抗震设计课程的要求而编写的,将理论、应用和实践有机结合在一起的教材。
本书具有两方面的突出特点:
(1)将结构动力学基本理论与工程应用(即抗震、隔震)相结合;
(2)理论与实践(计算机应用)相结合。
全书共分为18章。第1章介绍结构动力分析的目的、动力荷载类型、结构动力计算特点、结构离散方法。第2章介绍建立运动方程的三种方法, 即达朗贝尔原理、虚功原理和哈密顿原理。第3、4、5章分别具体分析单、多自由度和无限自由度体系振动力学问题。第6章介绍工程上常用的频率、振型实用计算方法。为了应用计算机计算动力问题,第7、8、9章介绍了动力有限元法、方程的数值解法和动力计算模型的建立。有限元数值方法的重点在于实践,于是在第10、11章介绍了通用结构分析软件SAP 2000自由振动和强迫振动的操作和算例。学习动力学理论的目的是为了解决具体的工程问题,第12章介绍了地震作用计算的反应谱和时程分析方法。在第13、14章应用SAP 2000完成了框架结构的反应谱和时程分析算例以及桥梁结构的多点地震反应输入示例。由于很多振动是非线性的,实际上,线性是相对的,非线性是绝对的。因此,在第15、16章中介绍了非线性时程分析及算例。有了非线性振动的理论基础,第17章讨论了隔震原理并给出了橡胶支座、摩擦支座隔震装置的算例。以上的振动均是限于时域内的求解响应,但对于诸如机械振动、声波、海洋波和风振,则在频域内求解其响应是更为有效的。因此,在第18章介绍了频域分析多线性的弹塑性分析。
本书在内容和选材上是一次新的尝试,但限于时间、条件和水平,书中难免存在不当与不足之处,恳请同行与读者不吝惜赐教指正。
本书在编写过程中,得到了本教研室同行的支持,研究生苏小勇、赵伟等参与了文本的整理工作,在这里对他(她)们表示衷心感谢。同时也感谢北京金土木软件技术有限公司在软件、文本资料使用方面的支持。
作 者
2006年8月
图书目录
结构动力学、抗震计算与SAP2000应用：
第1章 结构动力学概述 1
1.1 结构动力学研究对象与研究目的 1
1.1 结构动力学的任务和研究内容 3
1.3 结构动力分析中体系的自由度 5
1.4 结构的动力特性 H
思考题与习题 10
第2章 体系运动方程的建立 12
2.1 按达朗贝尔原理建立运动方程 12
2.2 单自由度运动方程的建立 12
2.3 重力对运动方程的影响 15
2.4 支座移动的运动方程 16
2.5 多自由度体系运动方程的建立 17
2.6 虚功原理 22
2.7 HamiltOn原理 24
思考题与习题 26
第3章 单自由度体系的振动 29
3.1 无阻尼的自由振动 29
3.2 单自由度体系的频率计算举例 33
3.3 有阻尼体系的自由振动 36
3.4 无阻尼体系的强迫振动 40
2.5 有阻尼体系的强迫振动 45
3.6 在任意动力荷载下的强迫振动 48
思考题与习题 50
第4章 多自由度体系的振动 53
4.1 无阻尼自由振动(柔度法) 53
4.2 无阻尼自由振动(刚度法) 61
4.3 振型的正交性及其利用 66
4.4 无阻尼强迫振动(简谐荷载) 68
4.5 振型分解法 73
4.6 振动的定性分析 82
思考题与习题 85
第5章 无限自由度体系的振动 88
5.1 梁的横向弯曲自由振动 88
5.2 考虑轴力、剪力和转动影响时梁的弯曲振动方程 92
5.3 杆的剪切、轴向和扭转自由振动 97
5.4 振型的正交性99
思考题与习题 101
第6章 频率和振型的实用计算方法 102
6.1 能量法求频率 102
6.2 矩阵迭代法 109
6.3 子空间迭代法 114
6.4 振动的定性分析 118
思考题与习题 120
第7章 结构动力有限元法 121
7.1 单元集中质量矩阵 121
7.2 整体质量矩阵的组集 124
7.3 单元一致质量矩阵 127
7.4 整体坐标系下的单元质量矩阵 130
7.5 整体质量矩阵的组集 131
思考题与习题 134
第8章 动力方程的数值解法 136
8.1 数值解法的增量方程 136
8.2 线性加速度法 138
8.3 Newmark法 139
8.4 Wilson-0法 141
8.5 Hilber-Hughes-TaylorO(HHT)方法 142
8.6 直接积分法的选择 142
第9章 动力分析及其模型的建立 144
9.1 动力分析的求解方法 144
9.2 有限元分析过程中的特征建模 147
9.3 动力分析模型的分类及特征模型 148
9.4 双塔结构分析模型 151
9.5 有顶塔多层建筑的地震反应分析 151
9.6 有限元分析建模的操作内容 152
9.7 SAP2000模型建立的操作 153
第10章 SAP 2000频率与振型计算 157
10.1 引 言 157
10.2 质量矩阵的形成 157
10.3 振型(模态)分析 158
10.4 频率与振型的算例 163
第11章 SAP 2000强迫振动计算 175
11.1 引 言 175
11.2 动荷载时程分析的操作 175
11.3 简谐与突加荷载算例 182
11.4 斜坡荷载算例 189
11.5 多自由度体系强迫振动算例 194
第12章 地震作用计算 197
12.1 引 言 197
12.2 单质点水平地震作用及反应谱 197
12.3 多质点体系地震作用计算 203
12.4 SAP2000地震反应谱分析操作 211
12.5 有关反应谱应用的讨论 214
12.6 地震作用的时程分析 216
12.7 SAP2000时程分析 217
12.8 SAP2000地震波使用 218
12.9 时程分析结点反应谱曲线的生成 223
第13章 SAP2000静动力分析算例 226
13.1 二维框架静动力分析 226
13.2 三维有侧移框架的反应谱分析 233
13.3 框架剪力墙结构的反应谱分析 235
13.4 25层框架结构的地震反应分析 238
第14章 多支座地震输入分析 239
14.1 多支座地震输入分析的目的 239
14.2 多点地震输入的分析方法 240
14.3 多点地震输入时程法的基本方程 241
14.4 时程法进行多点地震输入分析的一般步骤 242
14.5 多点地震输入的影响 243
14.6 多点地震输入工程实例 244
第15章 非线性时程分析 247
15.1 引 言 247
15.2 具有非线性单元的结构 247
15.3 基本平衡方程 248
15.4 变换到模态坐标及方程的解 249
15.5 非线性单元 251
15.6 连接单元类型及指定 254
15.7 SAP2000非线性模态时程分析 257
15.8 SAP2000非线性直接积分时程分析 260
第16章 非线性时程分析算例 263
16.1 单自由度体系的非线性算例 263
16.2 维三层抗弯框架的非线性算例 267
16.3 高层结构的地震反应非线性分析 277
第17章 基础隔震计算 278
17.1 引 言 278
17.2 单质点隔震体系的动力分析 278
17.3 能量表达式 281
17.4 橡胶隔震支座算例 283
17.5 摩擦隔震支座算例 285
第18章 频域分析及多线性弹塑性算例 292
18.1 频域分析 292
18.2 频域分析步骤 295
18.3 功率谱密度分析 295
18.4 两端固定梁的稳态分析 296
18.5 连接单元多线性分析 298
18.6 连接单元塑性分析 300
18.7 动态塑性连接单元分析 303
思考题释疑与习题解答 306
参者文献 318
第1章 结构动力学概述 1
1.1 结构动力学研究对象与研究目的 1
1.1 结构动力学的任务和研究内容 3
1.3 结构动力分析中体系的自由度 5
1.4 结构的动力特性 H
思考题与习题 10
第2章 体系运动方程的建立 12
2.1 按达朗贝尔原理建立运动方程 12
2.2 单自由度运动方程的建立 12
2.3 重力对运动方程的影响 15
2.4 支座移动的运动方程 16
2.5 多自由度体系运动方程的建立 17
2.6 虚功原理 22
2.7 HamiltOn原理 24
思考题与习题 26
第3章 单自由度体系的振动 29
3.1 无阻尼的自由振动 29
3.2 单自由度体系的频率计算举例 33
3.3 有阻尼体系的自由振动 36
3.4 无阻尼体系的强迫振动 40
2.5 有阻尼体系的强迫振动 45
3.6 在任意动力荷载下的强迫振动 48
思考题与习题 50
第4章 多自由度体系的振动 53
4.1 无阻尼自由振动(柔度法) 53
4.2 无阻尼自由振动(刚度法) 61
4.3 振型的正交性及其利用 66
4.4 无阻尼强迫振动(简谐荷载) 68
4.5 振型分解法 73
4.6 振动的定性分析 82
思考题与习题 85
第5章 无限自由度体系的振动 88
5.1 梁的横向弯曲自由振动 88
5.2 考虑轴力、剪力和转动影响时梁的弯曲振动方程 92
5.3 杆的剪切、轴向和扭转自由振动 97
5.4 振型的正交性99
思考题与习题 101
第6章 频率和振型的实用计算方法 102
6.1 能量法求频率 102
6.2 矩阵迭代法 109
6.3 子空间迭代法 114
6.4 振动的定性分析 118
思考题与习题 120
第7章 结构动力有限元法 121
7.1 单元集中质量矩阵 121
7.2 整体质量矩阵的组集 124
7.3 单元一致质量矩阵 127
7.4 整体坐标系下的单元质量矩阵 130
7.5 整体质量矩阵的组集 131
思考题与习题 134
第8章 动力方程的数值解法 136
8.1 数值解法的增量方程 136
8.2 线性加速度法 138
8.3 Newmark法 139
8.4 Wilson-0法 141
8.5 Hilber-Hughes-TaylorO(HHT)方法 142
8.6 直接积分法的选择 142
第9章 动力分析及其模型的建立 144
9.1 动力分析的求解方法 144
9.2 有限元分析过程中的特征建模 147
9.3 动力分析模型的分类及特征模型 148
9.4 双塔结构分析模型 151
9.5 有顶塔多层建筑的地震反应分析 151
9.6 有限元分析建模的操作内容 152
9.7 SAP2000模型建立的操作 153
第10章 SAP 2000频率与振型计算 157
10.1 引 言 157
10.2 质量矩阵的形成 157
10.3 振型(模态)分析 158
10.4 频率与振型的算例 163
第11章 SAP 2000强迫振动计算 175
11.1 引 言 175
11.2 动荷载时程分析的操作 175
11.3 简谐与突加荷载算例 182
11.4 斜坡荷载算例 189
11.5 多自由度体系强迫振动算例 194
第12章 地震作用计算 197
12.1 引 言 197
12.2 单质点水平地震作用及反应谱 197
12.3 多质点体系地震作用计算 203
12.4 SAP2000地震反应谱分析操作 211
12.5 有关反应谱应用的讨论 214
12.6 地震作用的时程分析 216
12.7 SAP2000时程分析 217
12.8 SAP2000地震波使用 218
12.9 时程分析结点反应谱曲线的生成 223
第13章 SAP2000静动力分析算例 226
13.1 二维框架静动力分析 226
13.2 三维有侧移框架的反应谱分析 233
13.3 框架剪力墙结构的反应谱分析 235
13.4 25层框架结构的地震反应分析 238
第14章 多支座地震输入分析 239
14.1 多支座地震输入分析的目的 239
14.2 多点地震输入的分析方法 240
14.3 多点地震输入时程法的基本方程 241
14.4 时程法进行多点地震输入分析的一般步骤 242
14.5 多点地震输入的影响 243
14.6 多点地震输入工程实例 244
第15章 非线性时程分析 247
15.1 引 言 247
15.2 具有非线性单元的结构 247
15.3 基本平衡方程 248
15.4 变换到模态坐标及方程的解 249
15.5 非线性单元 251
15.6 连接单元类型及指定 254
15.7 SAP2000非线性模态时程分析 257
15.8 SAP2000非线性直接积分时程分析 260
第16章 非线性时程分析算例 263
16.1 单自由度体系的非线性算例 263
16.2 维三层抗弯框架的非线性算例 267
16.3 高层结构的地震反应非线性分析 277
第17章 基础隔震计算 278
17.1 引 言 278
17.2 单质点隔震体系的动力分析 278
17.3 能量表达式 281
17.4 橡胶隔震支座算例 283
17.5 摩擦隔震支座算例 285
第18章 频域分析及多线性弹塑性算例 292
18.1 频域分析 292
18.2 频域分析步骤 295
18.3 功率谱密度分析 295
18.4 两端固定梁的稳态分析 296
18.5 连接单元多线性分析 298
18.6 连接单元塑性分析 300
18.7 动态塑性连接单元分析 303
思考题释疑与习题解答 306
参者文献 318
