場地地震反應分析導論 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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白建方 著

圖書標籤:

• 地震工程
• 結構動力學
• 場地效應
• 地震反應分析
• 有限元分析
• 數值方法
• 岩土工程
• 抗震設計
• 地基工程
• 地震風險評估

齣版社： 中國鐵道齣版社

ISBN：9787113109967

版次：1

商品編碼：10335159

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2010-04-01

用紙：膠版紙

頁數：249

字數：395000

正文語種：中文

內容簡介

《場地地震反應分析導論》係統地介紹瞭場地地震反應分析領域內有代錶性的計算方法。全書共分7章：緒論，場地地震反應分析中幾類典型問題，一維場地模型地震反應分析，二維場地模型地震反應分析，三維場地模型地震反應分析的並行有限元方法，場地隨機地震反應分析，場地地震反應分析中的常用軟件。
《場地地震反應分析導論》可供從事土木工程防震減災研究、區域性地震區劃和地震安全性評價工作的工程人員和地震工作者參考。

目錄

第1章 緒 論
1.1 場地地震反應分析意義
1.2 場地地震反應分析研究現狀
1.3 場地地震反應分析流程
參考文獻

第2章 場地地震反應分析中幾類典型問題
2.1 人工邊界條件
2.2 土的動力本構模型
2.3 基岩地震動
2.4 土體的阻尼模型
2.5 本章小結
參考文獻

第3章 一維場地模型地震反應分析
3.1 場地動力特性的測定與估算
3.2 一維場地模型地震反應分析的解析方法
3.3 變參數土層地震反應分析的半解析方法——直接模態攝動法
3.4 水平成層場地地震反應的時域分析法
3.5 水平成層場地地震反應的頻域分析法
3.6 本章小結
參考文獻

第4章 二維場地模型地震反應分析
4.1 土層地震反應分析的基本方程
4.2 動力方程的求解
4.3 土層時域分析中的阻尼矩陣
4.4 行波輸入時有限元網格的劃分原則
4.5 場地地震反應的頻域分析法
4.6 本章小結
參考文獻

第5章 三維場地模型地震反應分析的並行有限元方法
5.1 理論基礎
5.2 一緻輸入下土層地震反應分析的約束子結構法
5.3 行波輸入下土層地震反應分析的約束子結構法
5.4 串行有限元程序的麵嚮對象分析與實現
5.5 並行有限元程序的麵嚮對象分析與實現
5.6 程序性能測試與評價
5.7 土層有限元建模的兩個問題研究
5.8 實際場地的並行有限元分析
5.9 本章小結
參考文獻

第6章 場地隨機地震反應分析
6.1 層狀土層隨機地震反應分析
6.2 基於模態攝動法的層狀土層隨機地震反應近似解法
6.3 基於虛擬激勵法的場地隨機地震反應近似解法
6.4 非綫性土層復閤隨機振動的研究
6.5 本章小結
參考文獻

第7章 場地地震反應分析中的常用軟件
7.1 有限元方法和CAE技術
7.2 MSC係列大型通用有限元軟件介紹
7.3 ANSYS程序及其並行計算功能的二次開發
7.4 一維土層地震反應綫性化計算程序LSSRLI-1.FOR
7.5 二維土層地震反應有限元計算程序SR2D
7.6 三維土層地震反應分析並行有限元程序ParaSR3D
7.7 本章小結

參考文獻
附錄A 三維場地麵嚮對象有限元程序主要類的接口
附錄B 上海鐵路南站站房建築工程勘察的靜力觸探分層參數錶
附錄C 協均方差矩陣的相關結構分解
附錄D 一維等效綫性化土層地震反應計算程序框圖

精彩書摘

進行場地地震反應分析的具體目標是：根據場地地震反應特點進行場地地震反應分區；確定不同場地地質條件下設計反應譜；提供不同場地地質條件下地震動時程麯綫，主要為加速度時程麯綫。
如何通過場地地震反應分析，達到上述具體目標，這裏有方法手段問題，也有實現的思路問題。通過前麵對國內外研究現狀的介紹，可以發現，在土層的地震反應分析領域，其研究手段無外乎以下三種：理論分析、試驗研究和數值計算。隨著計算機技術的發展以及考慮到土層自身的復雜性，數值計算越來越引起人們的重視。首先，對於實際場地這種幾何形狀和物理特性都很復雜的研究對象來說，用純理論的方法很難獲得解析解；其次，對於復雜場地進行足尺室內試驗的可能性不存在，采用縮尺模型後，由於邊界條件很難模擬且某些相似條件無法滿足，則多少會影響到試驗結果的適用範圍。而現場試驗則往往是針對具體工程進行的，作為對理論或數值計算的驗證意義重大，但難以靠現場試驗總結齣適用於絕大多數場地的定性的規律，同時試驗費用也相當高。基於上述考慮，目前在進行該領域的研究中，數值計算成為瞭主流方法，其中又以有限單元法為使用的最多的方法。
利用數值方法進行場地地震反應分析的具體思路是：
（1）把場地地震工程地質單元作為一個“結構體”，由場地地質特徵和場地動力學特性來錶示“結構體”特徵，把來自震源、在大尺度範圍傳播的地震波作為輸入，研究“結構體”的地震動效應，以地震反應譜或地震動時程作為場地地震反應輸齣。
（2）場地地震反應涉及到震源、波傳播介質和場地地質環境三個方麵。為瞭分析簡便，可以分為兩步，第一步先確定場地岩石地震動，作為現場輸入；第二步根據“結構體”地震反應特徵來確定場地地震動輸齣。
（3）以場地地質及其動力性質和震害經驗為基礎的場地地震工程地質單元是場地最小地震反應分析的單位，因此，在進行場地地震反應分析以前，應先進行場地地震工程地質單元劃分。
（4）以場地地震工程地質單元的地震反應分析的結果（輸齣）為基礎，結閤場地基本地質環境和工程的使用，對地質單元地震反應進行歸類與閤並，以確定齣場地地震反應的最終結果，實現場地地震反應分析具體目標，並作為場地地震反應分區——地震小區劃的基礎。
對於上述思路，可用場地地震反應分析流程圖（圖1.2）來錶示。
從圖1.2可以看齣，場地地震反應研究，主要由下列三部分組成：
（1）確定場地基岩地震動，它是場地地震反應分析的輸入。這裏涉及到輸入地震波的選擇、輸入基岩麵的等問題。、
（2）場地地震單元及其動力性質研究，它是場地地震反應分析的具體對象——結構體，是建立地震反應分析模型的基礎。此處涉及到土體的人工邊界、土的動力本構關係、阻尼模型等問題。
（3）場地地震反應計算。把輸入送到結構體，輸齣反映場地特徵、滿足一定目的的地震動，完成整個場地地震反應分析研究，也就是具體的場地地震反應計算的各種方法。
對於第（1）、（2）部分涉及的內容本書將在第2章僅引入一些成熟的理論和方法。第（3）部分則是本書介紹的重點。

前言/序言

　　我國屬於多地震國傢，地震引起的建築物和工程設施的倒塌和破壞導緻瞭大量人員傷亡和經濟損失。在曆次震害調查中，經常會發現烈度異常現象，即某個局部地區的震害比其周圍地區明顯的重或輕的現象。烈度異常是由於局部地區的工程地質條件與周圍地區有顯著的差異引起的。這些工程地質條件包括地形、地貌、覆蓋層的生成年代、厚度、土的軟硬、地下水位的埋深等。通常，覆蓋層是由幾層土層組成。一般把覆蓋層的組成、每層土的厚度、軟硬叫做場地的土層條件。不同的場地土層條件是導緻烈度異常的主要原因。
　　大震害及國際研究動態錶明，目前對場地在地震作用下的性態遠沒有認識充分，岩土地震工程的研究水平與工程結構的抗震設計要求相比處於落後狀態，對許多基本問題尚缺乏閤理的分析方法，其中的很多問題是工程上急需解決的。一方麵，作為地震波的傳播介質，場地土的分布和動力特性對強地震動有著很大的影響，很大程度上決定著工程結構的地震動輸入；另一方麵，土體作為工程結構的地基，以及土壩、碼頭、岸堤、擋土牆等土工構築物和天然邊坡的材料，其變形和強度對結構的地震破壞影響非常大，在很多情況下甚至起著決定性作用。因此復雜場地的土層地震反應分析對確定上部結構的地震動輸入模式和進行抗震安全性評價均具有重要意義。
　　本書係統地介紹瞭國內外在場地地震反應分析領域中有代錶性的一些計算方法。全書主要內容包括：
　　第1章緒論部分介紹瞭場地地震反應分析的意義以及目前國內外在該領域的研究現狀，並給齣瞭進行場地地震反應分析的流程圖。第2章集中介紹瞭幾類在場地地震反應分析中常遇到的問題以及相應的處理手段，包括人工邊界條件、土的動力本構模型、基岩地震動的選擇以及土的阻尼問題。第3章至第5章屬於場地的確定性研究方法，分彆按場地的特點來組織內容。其中第3章介紹的是一維場地模型地震反應分析中常用到的解析法、半解析法和數值方法，數值方法中分彆給齣瞭時城內和頻域內的不同解法。第4章介紹瞭二維場地模型的地震反應分析，分彆給齣瞭時域內不同地震波輸入方式下土層反應的求解以及頻域內場地地震、.反應分析的計算原理和步驟。第5章介紹瞭三維場地地震反應分析的並行有限元方法，分彆介紹瞭計算原理、串行程序的設計和並行程序的實現。第6章集中介紹瞭場地的隨機地震反應分析中幾類有代錶性的解法。最後在第7章對場地地震反應分析中常用的幾種軟件進行瞭介紹，既包括通用的有限元軟件，也包括專業的土層分析計算程序。
　　本書的特點：一是針對性強，即僅對場地土層在地震作用下的求解方法進行瞭介紹；二是注重實用性。對場地進行地震反應分析的方法有很多，本書僅選擇瞭其中比較成熟，便於應用到實際的一些方法進行瞭詳細的介紹。在介紹每種方法時不僅給齣瞭計算原理，還盡可能地給齣瞭相應的計算步驟，以利於研究人員在實際中的應用。

結構動力學與土體動力響應研究前沿 本書旨在為土木工程、岩土工程及相關領域的研究人員、工程師和高級學生提供一個全麵深入的視角，探討在地震或其他動態荷載作用下，復雜地質條件與工程結構之間相互作用的理論基礎、數值模擬方法以及工程應用實踐。 本書不涉及特定場地的地震反應分析的具體案例或詳細步驟，而是側重於支撐這些分析的更基礎和前沿的動力學原理與模型構建。 第一部分：動力係統的理論基礎與先進建模 本部分聚焦於理解和描述動態係統行為所需的理論框架，並介紹用於構建高保真數字模型的先進數學工具。 第一章：振動係統的基本方程與模態分析的深化 本章從經典的牛頓第二定律和拉格朗日方程齣發，推導連續體和離散化係統的運動方程。重點探討如何準確識彆和計算結構的固有頻率、阻尼比以及振型。內容將深入到非綫性動力學中的小區間模態分析，以及在高頻段振動中子結構（Substructure）錶示法的應用。特彆關注阻尼模型的物理意義，如粘滯阻尼、材料阻尼和構件阻尼的耦閤處理，以及如何將其有效地嵌入到有限元框架中。 第二章：先進材料本構模型的動力學錶述 地震作用下，土體和結構材料錶現齣復雜的非綫性、率相關和曆史依賴性。本章將詳細闡述描述這些行為所需的先進本構模型。對於土體，將深入探討廣義塑性理論（Generalized Plasticity）在動力分析中的應用，特彆是涉及臨塑性麵（Capping Surface）和應變軟化現象的復雜模型，例如修正的劍橋模型在高速加載條件下的局限性及改進方案。對於混凝土和鋼材，將討論損傷力學（Damage Mechanics）框架下的本構關係，重點分析微裂縫擴展的演化方程以及其對結構整體剛度的動態退化效應。此外，本章還將介紹黏彈性與黏塑性材料在時域分析中的數值實現技巧。 第三章：偏微分方程的數值求解策略 動力分析的核心在於高效且準確地求解控製運動的偏微分方程。本章比較瞭有限元法（FEM）、有限差分法（FDM）和無網格法（Meshless Methods）在處理強非綫性和大變形問題時的優缺點。重點內容包括： 1. 時間積分算法的收斂性與穩定性： 深入分析Newmark-$eta$法、中心差分法（Central Difference Method）以及更先進的增量平衡法（Generalized-$alpha$ Method）的條件穩定域和能量守恒特性。 2. 非綫性迭代策略： 詳述牛頓-拉普森法（Newton-Raphson）、修正牛頓法（Modified Newton）及其在處理接觸與摩擦問題時的效率提升，特彆是綫搜索（Line Search）算法的優化。 3. 空間離散化的高級主題： 探討p-FEM（高階有限元）和xFEM（擴展有限元）在捕捉衝擊波傳播和材料界麵分離問題中的優勢。 第二部分：波傳播、散射與場地效應的理論邊界 本部分側重於地震波在介質中的傳播機理，以及如何精確模擬波場在復雜地質界麵上的反射、摺射和散射現象。 第四章：地震波的半解析與邊界積分方程法 本章關注非綫性區域（如結構基礎）與周圍彈性介質（土體）的動態耦閤問題。傳統有限元方法在模擬無限域時需要截斷邊界，引發邊界反射誤差。本章將詳細介紹半解析法（Semi-analytical Methods），例如在頻率域內求解Hankel變換的反演，以精確描述波在半空間中的衰減。 重點討論邊界積分方程法（BEM）的應用，該方法將問題的維度降低，僅在需要考慮非綫性的邊界上離散化，極大地提高瞭遠場波吸收的精度。內容將涉及Green函數的構建及其在三維黏彈性半空間中的精確錶達。 第五章：非均勻介質中的波場散射與衍射 本地場地效應本質上是地震波在復雜地下結構（如山榖、盆地邊緣、軟弱土層夾層）中的散射和衍射現象。本章將利用譜元法（Spectral Element Method, SEM）來分析高頻波場的精細結構。SEM結閤瞭高階多項式插值和基於傅裏葉分解的時間積分，能有效捕捉波前的尖銳變化和色散效應。內容涵蓋： 1. 高階近似與相速度誤差控製： 如何選擇多項式階次以最小化數值色散。 2. 復雜界麵的處理： 針對地下斷層帶或復雜岩體界麵上的波能重新分配機製。 第六章：隨機振動理論與不確定性量化 實際工程輸入永遠帶有不確定性。本章將從隨機振動理論（Stochastic Vibration Theory）的角度審視地震輸入和介質參數的隨機性。內容將超越傳統的單值輸入分析，深入到： 1. 隨機場理論（Random Field Theory）： 如何描述地質參數（如剪切波速、密度）在空間上的相關性結構（Correlation Structure）。 2. 性能指標的概率評估： 運用濛特卡洛模擬（Monte Carlo Simulation）、隨機響應麵法（Response Surface Method）以及更高效的概率演化方程，來量化係統在特定性能水平（如失效概率或超越某個位移閾值的概率）下的風險。 3. 可靠性分析的動態擴展： 將時間曆程的隨機性納入到一次二階矩（FORM）或二階矩（SORM）的可靠性評估框架中。 第三部分：結構-環境相互作用的耦閤機製 本部分不再將結構和場地視為獨立實體，而是探討它們之間復雜的雙嚮反饋機製，即土-結構動力相互作用（SSI）。 第七章：運動學相互作用與慣性相互作用 SSI 是理解深基礎、大跨結構在強震響應中的關鍵。本章將詳細剖析SSI的兩個核心組成部分： 1. 運動學相互作用（Kinematic Interaction）： 描述由於地基擾動造成的結構基礎運動與自由場運動之間的差異。本章將引入等效剛度矩陣（Equivalent Stiffness Matrix）和等效阻尼矩陣（Equivalent Damping Matrix）的頻率依賴性推導，特彆是針對深嵌基礎或樁基的半解析解模型。 2. 慣性相互作用（Inertial Interaction）： 考慮結構質量對周圍土體應力場的影響。重點是模態解耦與重組技術，以及在非綫性土體中如何近似地處理慣性反饋的非對稱性。 第八章：非綫性相互作用的計算策略 在強震作用下，基礎與土體界麵極易進入非綫性狀態，這使得傳統的綫性SSI模型失效。本章探討處理非綫性SSI問題的計算方法： 1. 局部非綫性區域處理： 采用局部子結構模型（Localized Substructure Modeling），將基礎周圍的非綫性土體用精細的、包含塑性點的模型來代替，並將其與外部彈性介質通過阻抗函數（Impedance Functions）連接。 2. 接觸與滑移模擬： 詳述如何使用懲罰函數法（Penalty Method）或拉格朗日乘子法（Lagrange Multiplier Method）精確控製基礎底麵與土體之間的接觸、分離和摩擦行為。 第九章：先進振動控製技術與動力響應的優化 本章將研究如何利用動力學原理來設計和評估主動或被動振動控製係統，以減輕結構的地震災害。內容包括： 1. 主動質量阻尼器（AMD）與調諧液體阻尼器（TLD）的動力反饋控製律設計： 基於LQR（綫性二次調節器）優化方法來確定最優控製力或阻尼參數，以最小化結構在隨機地震輸入下的響應指標。 2. 基礎隔震與吸能支座的非綫性動力分析： 深入研究高阻尼橡膠支座（HDRB）的時間依賴性（Aging）和溫度敏感性對長期隔震性能的影響，以及摩擦擺式隔震器在多嚮運動下的接觸動力學。 本書為讀者提供瞭從基本控製方程到前沿數值方法、從材料本構到係統相互作用的完整理論框架，旨在推動對復雜動力問題理解的深度和廣度。

評分☆☆☆☆☆

我對於這本書在實際應用層麵的側重感到非常滿意。它不僅僅停留在理論層麵，而是將抽象的分析方法與實際的工程問題緊密結閤。書中齣現的案例分析，雖然沒有詳細展開，但足以說明場地地震反應分析在工程設計中的重要性，例如如何根據場地條件選擇閤適的抗震設計參數，如何評估地震荷載對結構的潛在影響等。這對於我這樣一位希望瞭解學術研究如何指導實際工程的讀者來說，非常有啓發性。書中對一些關鍵概念的闡述，比如場地效應的放大係數、場地卓越周期等，都通過清晰的圖錶和簡明的文字進行瞭說明，讓我能迅速領會其物理意義。我尤其關注的是書中是否提及瞭不同類型的場地（如硬場地、軟場地、坡地場地）的地震反應差異，以及這些差異在實際工程中需要考慮哪些因素。這本書的實用性，讓我覺得它不僅僅是一本學術著作，更是一本指導工程實踐的參考書。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計非常引人注目，整體色調沉穩而專業，書名“場地地震反應分析導論”幾個字燙金印刷，顯得十分大氣。我拿到這本書後，首先就被它厚實的紙張和精美的排版所吸引，每一頁都充滿瞭學術的嚴謹和對細節的追求。打開書本，撲麵而來的是一股濃厚的學術氣息，目錄的設置清晰明瞭，讓我對全書的結構有瞭初步的認識。雖然我對於“場地地震反應分析”這個專業術語有些陌生，但從書名和封麵傳遞齣的信息來看，這無疑是一本能夠係統性介紹該領域知識的入門級讀物。我尤其關注的是它在內容編排上是否能循序漸進，是否適閤初學者從零開始理解復雜的概念。書中是否會包含一些基礎性的地震學原理，以及如何將這些原理應用於場地響應的分析，這是我非常期待的。對於我這樣一位對土木工程和地震工程有初步瞭解但缺乏專業深入研究的讀者而言，一本好的導論性書籍就像一座橋梁，能夠幫助我跨越知識的鴻溝，進入更廣闊的學術天地。這本書的專業性和權威性，讓我有理由相信它能成為我學習道路上的重要夥伴。

評分☆☆☆☆☆

總的來說，這本書在內容上非常紮實，它循序漸進地為我構建瞭一個關於場地地震反應分析的清晰框架。書中對地震動傳播路徑、場地土體動力特性、以及場地邊界條件等關鍵因素的闡述，都具有很高的專業性。我特彆欣賞書中對一些復雜現象的簡化和提煉，例如，它並沒有詳細講解復雜的波動方程求解，而是通過直觀的物理類比來解釋地震波在不同介質中的傳播。這對於理解場地地震反應的本質非常有幫助。我注意到書中可能還涉及瞭一些關於場地地震反應分析的常用方法和模型，即使隻是簡要介紹，也足以讓我對這一領域的研究現狀和發展趨勢有一個初步的瞭解。這本書的排版精良，字體清晰，閱讀起來非常舒適。對於我這樣一位希望在短時間內瞭解場地地震反應分析核心知識的讀者而言，這無疑是一本非常閤適的入門教材。它讓我看到瞭這個領域的研究深度和廣度，也激發瞭我進一步探索的興趣。

評分☆☆☆☆☆

讀罷此書，我最大的感受是其內容的廣度與深度都恰到好處，尤其適閤我這類想要快速建立起對場地地震反應分析基本概念的讀者。書中並沒有直接拋齣艱深的數學公式或復雜的工程實例，而是從最基礎的地震波傳播原理講起，一步步引導讀者理解不同場地條件（如土層厚度、土體性質）如何影響地震波的放大效應和頻率特性的變化。我特彆欣賞它在講解過程中融入的圖示和模型，那些清晰的示意圖仿佛在我腦海中構建瞭一個動態的三維地震場地模型，讓抽象的概念變得直觀易懂。書中對場地動力特性、場地衰減規律等核心內容的闡述，也讓我對地震動在不同地質條件下的差異有瞭更深刻的認識。雖然我並不是直接從事相關研究的專業人士，但通過這本書，我能夠理解為何在地震發生時，不同區域的破壞程度會存在如此大的差異，也明白瞭場地本身的性質在其中扮演著至關重要的角色。這本書的敘述語言流暢，邏輯性強，即使是初次接觸的讀者，也能在不感到壓力的前提下，逐步掌握關鍵知識點。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的整體印象是，它確實是一本“導論”，但絕非泛泛而談。它在介紹場地地震反應分析的各個方麵時，都力求做到言簡意賅，同時又不失學術的嚴謹性。我注意到書中對一些關鍵理論的推導過程並沒有過於詳盡，這恰恰是導論性書籍的優點，它能讓讀者把握核心思想，而不是糾纏於細枝末節。例如，在介紹場地頻譜特性的部分，書中清晰地闡述瞭場地周期與地震動周期匹配時可能産生的共振效應，並給齣瞭相應的簡明解釋。此外，我還發現書中似乎提及瞭一些數值模擬方法的基本思想，雖然沒有深入講解具體的算法，但足以讓讀者意識到現代場地地震反應分析離不開計算工具的支持。對於我來說，能夠瞭解這些方法的存在和基本原理，就已經非常有價值瞭，這為我未來進一步深入學習打下瞭基礎。這本書的篇幅適中，內容緊湊，不會讓人覺得冗長，讀起來既有學習的滿足感，又不至於産生疲憊感。