结构静力与动力分析 强调地震工程学的物理方法 原著第4版PDF电子书下载

第1章 材料属性 1

1.1 引言 1

1.2 各向异性材料 1

1.3 计算机程序中材料属性的使用 3

1.4 正交各向异性材料 3

1.5 各向同性材料 4

1.6 平面应变各向同性材料 5

1.7 平面应力各向同性材料 5

1.8 类流体材料的属性 6

1.9 剪切波和压缩波波速 7

1.10 轴对称材料属性 7

1.11 力-变形关系 8

1.12 小结 8

第2章 平衡与协调性 11

2.1 引言 11

2.2 基本平衡方程 12

2.3 应力合成-力与弯矩 12

2.4 协调性要求 13

2.5 应变位移方程 13

2.6 转角的定义 14

2.7 材料界面的方程 14

2.8 有限元系统中的界面方程 15

2.9 静定结构 16

2.10 位移变换矩阵 17

2.11 单元刚度矩阵与柔度矩阵 18

2.12 静定结构的解法 18

2.13 结构系统的一般解法 19

2.14 小结 19

第3章 能量和功 21

3.1 引言 21

3.2 虚功与实功 21

3.3 势能和动能 23

3.4 应变能 24

3.5 外力功 25

3.6 能量驻值原理 26

3.7 力法 28

3.8 拉格朗日运动方程 28

3.9 动量守恒 29

3.10 小结 31

第4章 一维单元 33

4.1 引言 33

4.2 轴向单元分析 33

4.3 二维框架单元 35

4.4 三维框架单元 38

4.5 构件端部释放 41

4.6 小结 42

第5章 等参单元 43

5.1 引言 43

5.2 一维简例 44

5.3 一维积分公式 45

5.4 中部节点位置的限定 46

5.5 二维形函数 47

5.6 二维中的数值积分 50

5.7 三维形函数 51

5.8 三角形单元和四面体单元 53

5.9 小结 54

第6章 非协调单元 55

6.1 引言 55

6.2 剪力锁定单元 56

6.3 添加非协调模式 57

6.4 单元刚度矩阵的形成 58

6.5 非协调二维单元 58

6.6 使用非协调位移的范例 59

6.7 三维非协调单元 60

6.8 小结 60

第7章 边界条件与一般性约束 61

7.1 引言 61

7.2 位移边界条件 62

7.3 结构分析中的数值问题 62

7.4 与约束有关的一般性理论 63

7.5 刚性隔板约束 64

7.6 刚性约束 67

7.7 在梁-壳分析中运用约束 68

7.8 在剪力墙分析中运用约束 69

7.9 把约束应用于网格变换 70

7.10 拉格朗日乘数与罚函数 71

7.11 小结 72

第8章 弯曲板单元 73

8.1 引言 73

8.2 四边形单元 74

8.3 应变-位移方程 78

8.4 四边形单元刚度 78

8.5 满足分片检验 79

8.6 静力凝聚 80

8.7 三角形弯曲板单元 80

8.8 其他弯曲板单元 80

8.9 数值范例 81

8.9.1 一个单元的梁 81

8.9.2 简支方板上的点荷载 82

8.9.3 简支方板上的均布荷载 83

8.9.4 三角形弯曲板单元的计算 84

8.9.5 使用板单元模拟梁中的扭转 84

8.10 小结 85

第9章 具有法向转动的膜单元 87

9.1 引言 87

9.2 基本假设 88

9.3 位移近似法 88

9.4 节点转动介绍 89

9.5 应变-位移方程 90

9.6 应力-应变关系 91

9.7 把相对转动转换为绝对转动 91

9.8 三角形膜单元 92

9.9 计算范例 92

9.10 小结 93

第10章 壳单元 95

10.1 引言 95

10.2 简单四边形壳单元 96

10.3 用平面单元模拟弯曲壳 96

10.4 三角形壳单元 97

10.5 使用实体单元进行壳分析 98

10.6 SCORDELIS-LO筒形拱顶分析 98

10.7 半球壳算例 99

10.8 小结 100

第11章 几何刚度和P-Δ效应 101

11.1 几何刚度定义 101

11.2 近似屈曲分析 103

11.3 建筑结构的P-Δ分析 104

11.4 三维建筑的方程 106

11.5 P-Δ效应的大小 107

11.6 在不修改计算机程序情况下的P-Δ分析 107

11.7 有效长度-K系数 108

11.8 几何刚度的一般公式 108

11.9 小结 110

第12章 动力分析 111

12.1 引言 111

12.2 动力平衡 112

12.3 逐步求解法 113

12.4 振型叠加法 114

12.5 反应谱分析 114

12.6 频域内求解 114

12.7 线性方程的求解 115

12.8 无阻尼谐波响应 115

12.9 无阻尼自由振动 116

12.10 小结 116

第13章 使用振型叠加法的动力分析 119

13.1 求解的方程 119

13.2 变换为模态方程 120

13.3 仅由初始条件引起的响应 121

13.4 对任意荷载的通解 121

13.5 周期性荷载的解 124

13.6 质量参与系数 125

13.7 静力荷载参与系数 126

13.8 动力荷载参与系数 127

13.9 小结 128

第14章 刚度与质量正交向量的计算 129

14.1 引言 129

14.2 行列式搜索法 129

14.3 Sturm序列检验 130

14.4 逆迭代 131

14.5 Gran-Schmidt正交化 131

14.6 子空间块迭代 132

14.7 奇异系统求解 132

14.8 生成荷载相关的Ritz向量 133

14.9 LDR算法的物理解释 134

14.10 使用特征向量与使用Ritz向量求解的比较 135

14.11 高阶振型截取校正 136

14.12 垂直方向地震响应 138

14.13 小结 140

第15章 使用反应谱地震荷载进行动力分析 141

15.1 引言 141

15.2 反应谱的定义 142

15.3 模态响应的计算 143

15.4 典型反应谱曲线 143

15.5 模态组合的CQC法 145

15.6 模态组合数值示例 146

15.7 设计反应谱 149

15.8 反应谱分析中的正交效应 149

15.8.1 计算反应谱力的基本方程 150

15.8.2 通用CQC3法 151

15.8.3 三维反应谱分析的范例 152

15.8.4 关于正交效应的建议 154

15.9 反应谱方法的局限性 155

15.9.1 楼层位移率计算 155

15.9.2 梁的反应谱应力估算 155

15.9.3 钢与混凝土梁的设计检查 155

15.9.4 栓钉剪力的计算 156

15.10 小结 156

第16章 土与结构的相互作用 157

16.1 引言 157

16.2 场地响应分析 158

16.3 土-结构相互作用 158

16.4 多支承输入运动的响应 161

16.5 重力坝分析和基础分析 163

16.6 无质量基础近似法 164

16.7 近似辐射边界条件 164

16.8 在结构基底使用弹簧 166

16.9 小结 167

第17章 为满足建筑规范的地震分析建模 169

17.1 引言 169

17.2 三维计算机模型 170

17.3 三维振型与频率 171

17.4 三维动力分析 174

17.4.1 动力设计基底剪力 174

17.4.2 主方向的定义 175

17.4.3 方向与垂直效应 175

17.4.4 地震分析的基本方法 176

17.4.5 结果调整 176

17.4.6 动力位移与构件力 176

17.4.7 扭转效应 176

17.5 数值示例 177

17.6 动力分析方法概述 178

17.7 小结 179

第18章 快速非线性分析 181

18.1 引言 181

18.2 具有有限数量非线性单元的结构 182

18.3 基本平衡方程 183

18.4 非线性力的计算 184

18.5 变换到模态坐标 184

18.6 非线性模态方程的求解 185

18.7 框架结构的静力非线性分析 186

18.8 框架结构的动力非线性分析 189

18.9 高架水箱的地震分析 191

18.10 小结 191

第19章 线性粘滞阻尼 193

19.1 引言 193

19.2 实际结构中的能量损耗 193

19.3 粘滞阻尼的物理解释 195

19.4 模态阻尼违反动力平衡 195

19.5 数值范例 196

19.6 刚度与质量比例阻尼 197

19.7 正交阻尼矩阵的计算 197

19.8 非经典阻尼的结构 198

19.9 非线性能量损耗 199

19.10 小结 199

第20章 使用数值积分的动力分析 201

20.1 引言 201

20.2 Newmark方法族 202

20.3 Newmark方法的稳定性 204

20.4 平均加速度法 204

20.5 Wilson系数θ 205

20.6 刚度比例阻尼的使用 206

20.7 Hilber-Hughes-Taylor α方法 206

20.8 直接积分法的选择 207

20.9 非线性分析 207

20.10 小结 208

第21章 非线性单元 209

21.1 引言 209

21.2 一般三维两节点单元 210

21.3 一般塑性单元 210

21.4 不同的正向属性与负向属性 212

21.5 双线性拉-间隙-屈服单元 212

21.6 非线性间隙-挤压单元 213

21.7 粘滞阻尼单元 214

21.8 三维摩擦-间隙单元 215

21.9 小结 216

第22章 使用位移荷载的地震分析 217

22.1 引言 217

22.2 位移输入的平衡方程 218

22.3 伪-静力位移的使用 220

22.4 动力平衡方程的求解 220

22.5 数值范例 221

22.5.1 范例结构 221

22.5.2 地震荷载 222

22.5.3 零阻尼情况时间步长大小的影响 223

22.5.4 有限阻尼的地震分析 225

22.5.5 振型截取的影响 227

22.6 使用荷载相关的Ritz向量 228

22.7 逐步积分求解 229

22.8 小结 231

第23章 流体-结构相互作用 233

23.1 引言 233

23.2 流体-结构相互作用 234

23.3 大坝-基础交界面的有限元模型 235

23.4 上抬荷载和孔隙水压力荷载 237

23.5 使用SAP2000计算孔隙水压力 239

23.6 选择间隙单元刚度值 239

23.7 流体动力学的基本方程 240

23.8 压力和速度之间的关系 241

23.9 两种材料交界面处的平衡方程 242

23.10 辐射边界条件 243

23.11 表面晃动模式 243

23.12 波的垂直传播 244

23.13 Westergaard论文 245

23.14 矩形水库的动力分析 246

23.15 吸收能量的水库边界 248

23.16 相对与绝对公式 250

23.17 闸门缩进对压力的影响 251

23.18 弧形闸门的地震分析 253

23.19 最后的评注 255

附录A 向量表示法 257

A.1 引言 257

A.2 向量叉积 258

A.3 定义局部参考系的向量 259

A.4 向量操作的Fortran子程序 260

附录B 矩阵表示法 263

B.1 引言 263

B.2 矩阵表示法的定义 263

B.3 矩阵转置和数乘 265

B.4 数值运算的定义 267

B.5 矩阵乘法的程序设计 267

B.6 矩阵乘法的顺序 268

B.7 小结 268

附录C 线性方程的求解或求逆 269

C.1 引言 269

C.2 数值示例 270

C.3 高斯消元法 271

C.4 通用线性方程组的解 272

C.5 主元素法的替代方法 274

C.6 矩阵求逆 274

C.7 矩阵求逆的物理解释 276

C.8 部分高斯消元法、静力凝聚与子结构分析 277

C.9 以带状或条状形式存储的方程 279

C.10 LDLT分解 280

C.10.1 矩阵A的三角分解 280

C.10.2 b矩阵的向前消去 281

C.10.3 后退代入计算x 282

C.11 对角抵消和数值精确度 282

C.12 小结 283

附录D 特征值问题 285

D.1 引言 285

D.2 Jacobi法 286

D.3 三维主应力的计算 288

D.4 一般特征值问题的求解 289

D.5 小结 289

附录E 材料属性的转换 291

E.1 引言 291

E.2 小结 293

附录F 基于位移的有剪切变形的梁单元 295

F.1 引言 295

F.2 基本假设 295

F.3 有效剪切面积 298

附录G 数值积分 299

G.1 引言 299

G.2 一维高斯积分 300

G.3 二维数值积分 301

G.4 八点二维定则 302

G.5 八点低阶定则 303

G.6 五点积分定则 303

G.7 三维积分定则 305

G.8 选择性积分 306

G.9 小结 307

附录H 计算机系统的速度 309

H.1 引言 309

H.2 数值运算的定义 309

H.3 不同计算机系统的速度 310

H.4 个人计算机系统的速度 310

H.5 内存分页操作系统 311

H.6 小结 312

附录I 最小二乘法 313

I.1 简例 313

I.2 一般公式 314

I.3 有限单元内的应力计算 315

附录J 一致地震加速度与位移记录 319

J.1 引言 319

J.2 地面加速度记录 320

J.3 从位移记录计算加速度记录 321

J.4 一致的加速度记录的生成 322

J.5 小结 324

参考文献 325

表索引 329

图索引 333

中英文词汇对照 339