土木工程振动手册PDF电子书下载

目录 1

第1章　振动理论 1

1.1　振动 1

1.1.1　振动的特性 1

1.1.2　简谐振动和富里埃级数，富里埃积分 2

1.2　单自由度系统的线性振动 2

1.2.1　模型和方程 2

1.2.2　自由振动 3

1.2.3　简谐外力的强迫振动 4

第3章 地基的振动与波动 4 5

1.2.4　任意外力的强迫振动 6

1.3　分布参数系统的线性振动 8

1.3.2　自由振动 8

1.3.1　模型和方程 8

1.3.3　振型函数的正交性 10

1.3.4　强迫振动的振型分析 11

1.4　多自由度系统的线性振动 14

1.4.1　模型和方程 14

1.4.2　自由振动（振型的正交性） 14

1.4.3　强迫振动的振型分析 15

1.5　单自由度系统的非线性振动 16

1.5.1　非线性振动 16

1.5.2　振幅和相位缓慢变化的方法（平均法） 17

1.5.3　具有简单非线性恢复力系统的振动 18

1.5.4　具有滞回型恢复力系统的振动 19

1.6　自激振动 20

1.6.2　线性振动系统的稳定判别 20

1.6.3　参数型自激振动 20

1.6.1　负阻尼 20

参考文献 22

第2章　谱分析与随机过程 23

2.1　随机波形的谱分析 23

2.1.1　Fourier变换 23

2.1.2　功率谱 23

2.2　平稳随机过程的谱分析 24

2.2.1　自相关函数与功率谱密度函数 24

2.2.2　互相关函数与互功率谱密度函数 25

2.2.3　平稳随机过程导系数的相关函数和谱密度 26

2.2.4　谱矩和平稳随机过程方差 26

2.3　功率谱密度函数的计算 27

2.3.1　Blackman-Tukey法 27

2.3.2　快速Fourler变换（FFT）法 27

2.3.3　最大熵法（MEM） 28

2.4　非平稳随机过程的谱分析 28

2.4.1　流动谱 28

2.4.2　用多滤波求谱 28

2.4.3　物理谱 28

2.6.1　功率谱密度输入和输出的关系 30

2.6　线性系统对于随机输入的响应特性 30

2.5.1　平稳随机波的模拟 30

2.5　随机波的模拟 30

2.5.2　非平稳随机波的模拟 30

2.6.2　单自由度系统的随机响应 32

2.6.3　多自由度系统的随机响应 35

2.7　随机响应的等效线性化方法 36

2.7.1　等效线性化 36

2.7.2　用等效线性化方法估算随机响应 37

2.8　阈值通过问题和极值（峰、谷）分布 38

2.8.1　随机过程阈值通过的发生率 38

2.8.2　窄带平稳过程包络线阈值通过的发生率 39

2.8.3　平稳随机过程的极大、极小值的发生率和概率分布 39

2.9　随机响应的首次通过问题（最大响应） 41

2.9.1　最大响应的概率分布 41

2.9.2　随机响应的首次通过问题的近似解法 42

2.9.3　峰值系数 42

2.9.4　多自由度系统的最大响应 43

参考文献 43

3.1　地基中传播的波动 45

3.1.1　弹性介质中的波动 45

3.1.2　随机介质中的波动 46

3.1.3　非线性介质中的波动 46

3.2　弹性波的反射与折射 47

3.3　在地基边界上传播的波动 49

3.3.1　瑞利波 50

3.3.2　乐夫波 50

3.3.3　多层构造地基的表面波 53

3.3.4　表面波随距离的衰减 54

3.3.5　其它的界面波 55

3.4　层状地基的振动特性 55

3.5　有激振源的地基内的波动 58

3.5.1　无限弹性体中的力源 58

3.5.2　半无限弹性体中的力源 59

3.6　不规则地基的地震动分析………………………………………？3.6.1　基于波动理论的分析方法 60

3.6.2　利用有限元法的分析 61

3.6.3　利用边界元法的分析 62

3.7　弹性地基上基础的振动 64

3.7.1　力学模型 64

3.7.2　位移函数与复刚度 65

3.7.3　设计用等价弹簧常数与阻尼比 67

3.7.4　基础形状对位移函数的影响 68

参考文献 71

第4章　结构物的振动 76

4.1　解析法 76

4.1.1　分布质量系 76

4.1.2　离散系统（矩阵分析法） 80

4.2.1　桁架 88

4.2　框架结构物 88

4.2.2　单跨梁和多跨连续梁 91

4.2.3　框架 94

4.3　拱和曲梁 95

4.3.1　肋拱 95

4.3.2　加劲拱 100

4.3.3　曲梁 102

4.4　含索结构物 104

4.4.1　索 104

4.4.2　吊桥 105

4.4.3　斜张桥 106

4.5　地基与结构的动力相互作用 107

4.5.1　上部结构 109

4.5.2　地基-结构系统 111

4.6　结构的振动特性 115

4.6.1　桥梁 115

4.6.2　烟囱，铁塔 128

参考文献 128

第5章　流体系的振动 133

5.1　自由水面振动 133

5.1.1　水面波的特性 133

5.1.2　水面定常振动 138

5.1.3　二层流界面上的内部波 140

5.1.4　明渠的水面振动 142

5.1.5　地下水的振动 145

5.1.6　水膜，水束的振动 147

5.2　管流的振动 149

5.2.1　U型管的水面振动 149

5.2.2　压力波的传播 150

5.2.3　管流的水击压 151

5.2.4　气穴现象 153

5.2.5　Self priming（呼水现象） 154

5.2.6　流体输送管的振动 155

5.3　平板上或管中的振动流 156

5.3.1　管中的振动流 156

5.3.2　沿平板的振动流 157

5.4　作用于物体的流体力 162

5.4.1　定常运动场中的流体力 162

5.4.2　在加速运动的物体上作用的流体力 165

5.4.3　卡门涡流产生的变动力 167

5.4.4　作用于圆柱列的流体力 171

5.4.5　由于紊流产生的不规则流体力 171

参考文献 174

第6章　振动测量与数据分析 179

6.1　概述 179

6.1.1　振动现象 179

6.1.2　测量原理 179

6.2.1　各种振动观测的实例 181

6.2　振动试验的种类与方法 181

6.2.2　现场激振试验 182

6.2.3　室内振动试验 183

6.2.4　材料的动力试验 185

6.3　激振设备的种类与性能 185

6.3.1　激振器 185

6.3.2　振动台 186

6.3.3　液压传动器 187

6.4　振动测量仪的种类与性能 189

6.4.1　换振器 189

6.4.2　变换器 191

6.4.3　显示器及记录器 192

6.5　数据处理系统 193

6.5.1　目的 193

6.5.2　硬件 194

6.5.3　数据分析 199

参考文献 204

第7章　振动的数值解法 207

7.1　离散化方法 207

7.1.1　动力问题的数学性质 207

7.1.2　定式化方法 208

7.1.3　运动方程定式化 209

7.1.4　泛函定式化 209

7.1.7　差分法 210

7.1.5　离散化的实施 210

7.1.6　偏微分方程的离散化 210

7.1.8　转换为本征值问题 211

7.1.9　泛函的极值问题 212

7.1.10　变分法的直接方法 214

7.1.11　偏微分方程变换为泛函问题 215

7.1.12　积分方程 217

7.2　离散化后系统的解法 217

7.2.1　振型分析 217

7.2.2　常微分方程的数值计算 218

7.2.3　逐次逼近法 218

7.2.4　向前差分近似法 218

7.2.5　联立一次方程组的解法 221

7.3　本征值问题 222

7.3.1　本征值的一般理论 222

7.3.2　展开定理 224

7.3.3　矩阵的本征值问题 225

7.3.4　相似变换法 226

7.3.5　利用本征值极值性的方法 227

7.4　结构振动分析 228

7.4.1　有限单元分析 228

7.4.2　块体分析 231

7.4.3　杆件结构 236

7.4.4　板壳结构 236

7.4.5　有限位移分析 238

7.4.6　材料非线性分析 242

7.4.7　冲击分析 243

7.5　含有地基的体系的振动分析 246

7.5.1　地基的振动分析 246

7.5.2　地基-结构的整体振动 247

7.5.3　分析实例 252

7.6　含有流体系统的振动分析 253

7.6.1　表面波分析 253

7.6.2　罐内流体的振动分析 260

7.6.3　不可压缩粘性流动分析 261

参考文献 263

第8章　土和材料的动力性质 270

8.1　土的动力性质 270

8.1.1　概述 270

8.1.2　粘性土的动力强度与变形特性 270

8.1.3　砂质土的动力变形特性 274

8.1.4　砾石材料的动力变形特性及强度 281

8.1.5　砂质土的液化 286

8.1.6　动力k值、动力（侧向）抗力、动土压力 294

8.2　基岩的动力性质 300

8.2.1　岩石的动力性质 300

8.2.2　基岩的动力性质 301

8.3　沥青材料的动力性质 303

8.4　混凝土的动力性质 307

8.4.1　素混凝土的动力性质 307

8.4.2　钢筋混凝土的动力性质 308

8.5　钢材的动力性质 310

参考文献 315

第9章　地震振动 319

9.1　地震与地震动 319

9.1.1　地震 319

9.1.2　地震动 323

9.2　地震海啸 332

9.2.1　海啸的发生 332

9.2.2　海啸的浪高与周期 333

9.2.3　海啸的波速与流速 334

9.2.4　海岸部的海啸 334

9.3　地基震动和地震土压力 335

9.3.1　地基震动 335

9.3.2　地震土压力 337

9.4　地基和结构物的动力相互作用分析 340

9.4.1　动力相互作用的定义 340

9.4.2　复数弹簧 341

9.4.3　多质点体系模型（彭津Penzien model） 342

9.4.4　有限元法分析 342

9.4.5　边界元法分析 343

9.4.7　用实验检测相互作用 344

9.4.6　设计准则和相互作用 344

9.5　动态分析 345

9.5.1　动态分析法 345

9.5.2　地震反应谱 345

9.5.3　时程反应分析 348

9.5.4　公路桥梁动态分析示例 353

9.5.5　沉埋隧道的动态分析示例 357

9.5.6　填筑坝的振动实测示例 364

9.6　抗震设计 366

9.6.1　概述 366

9.6.2　地震系数法 367

9.6.4　反应变位法 370

9.6.3　修正地震系数法 370

9.7　抗震设计、施工上的注意点 373

参考文献 375

第9章　（附录） 抗震规定 380

1．港湾结构物 380

2．大坝 384

3．上水道 384

4．下水道 386

5．长大桥梁（本州四国连络桥） 386

6．铁道土木结构物 389

7．沉埋隧道 393

8．石油输送管道 394

参考文献 396

第10章　风致振动 397

10.1　风的特性 397

10.1.1　风的成因与构成 397

10.1.2　风的观测 398

10.1.3　高度、地形的影响 401

10.1.4　风速的脉动 402

10.1.5　强风的数学期望值 403

10.2　风害与风振观测实例 403

10.2.1　风害 403

10.2.2　风振实例 405

10.3.1　钝体绕流 407

10.3　作用在静止与振动物体上的气动力 407

10.3.2　作用在静止物体上的气动力 409

10.3.3　作用在振动物体上的气动力 413

10.3.4　紊流的影响 416

10.3.5　紊流产生的不规则脉动气动力 418

10.4　结构物的颤振与阵风响应 421

10.4.1　结构物的风致响应 421

10.4.2　颤振的发生 422

10.4.3　各种颤振 423

10.4.4　阵风响应 437

10.5　风洞实验法 439

10.5.1　研究对象与相似准则 439

10.5.2　风洞实验方法 443

10.6　抗风设计 445

10.6.1　结构物的抗风设计 445

10.6.2　振动控制方法 447

参考文献 454

第11章　水引起的振动 459

11.1　和静水相接的结构的振动 459

11.1.1　基础方程和变分原理 459

11.1.2　虚质量 461

11.1.3　作用于堤体的动水压 463

11.1.4　水中柱体的振动 466

11.1.5　贮液罐、容器的动水压和振动 470

11.2　水管系的振动 474

11.2.1　水击压引起的振动 474

11.2.2　调压水塔的水面振动 477

11.2.3　阀门的振动 479

11.3　明槽系的振动 482

11.3.1　闸门的振动 482

11.3.2　过滤屏的振动 490

11.3.3　其他的振动 493

11.4　波动引起的振动 494

11.4.1　浮体的振动 494

11.4.2　被拴浮体的运动和作用于拴系系统的力 497

11.4.3　固定结构的振动 499

参考文献 505

第12章　环境和振动噪声 516

12.1　地基振动 516

12.1.1　道路交通振动 516

12.1.2　铁路振动 521

12.1.3　伴随施工作业的振动 527

12.2　桥梁的振动 530

12.2.1　公路桥的振动和冲击 530

12.2.2　铁路桥的振动和冲击 535

12.2.3　人行桥的振动 541

12.2.4　桥梁振动控制 543

12.3　噪声 545

12.3.1　道路交通噪声 545

12.3.2　铁路噪声 550

12.3.3　伴随建筑作业的噪声 554

第12章　（附录） 振动和噪声参考资料 558

1．关于振动的可耐限度 558

2．对于振动的限制基准 561

3．对于噪声的基准值 562

参考文献 564

13.1.2　雪崩的运动形态 570

13.1.1　雪崩的定义和雪崩级 570

13.1.3　雪崩的冲击力 571

第13章　冲击现象 571

13.1　雪崩 571

13.1.4　雪崩的速度 573

13.1.5　雪块的冲击力 574

13.1.6　雪崩流前端的冲击力 575

13.2　泥石流 575

13.2.1　泥石流的概念 575

13.2.2　泥石流的发生条件和流动特性 576

13.2.3　泥石流造成的结构物破坏 578

13.2.4　泥质泥石流的流体压力 579

13.2.5　前缘巨砾的冲击力 580

13.3.1　落石的运动形态 581

13.3　落石 581

13.3.2　落石的冲击力 583

13.3.3　落石冲击力和落石的形状 587

13.3.4　落石冲击力和缓冲构件的厚度 588

13.3.5　冲击加速度的计算公式 589

13.3.6　落石防护设施 590

13.4　缓冲设施 590

13.5　护栏 596

13.5.1　护栏应有的功能 596

13.5.2　掌握事故损害情况 596

13.5.3　碰撞现象的分析 597

13.6.2　打桩振动的预测 601

13.6.1　打桩振动的实际状态 601

13.6　打桩振动 601

13.6.3　打桩振动的特性 604

参考文献 605

第14章　振动的利用 607

14.1　地质调查 607

14.1.1　折射式地震探查 607

14.1.2　反射式地震探查 610

14.1.3　其他地震探查法 612

14.2　微动的利用 613

14.2.1　常时微动 613

14.2.2　稍长周期的微动 616

14.3.1　超声波探伤 617

14.3　超声波的利用 617

14.3.2　声发射的利用 619

14.3.3　超声波在水中的应用 620

14.4　振动法检验结构物 621

14.4.1　结构物动力特性调查 621

14.4.2　结构物的健全度调查 622

14.5　利用振动的工程机械及施工方法 627

14.5.1　打桩机 627

14.5.2　利用振动的改良地基施工方法 629

14.5.3　振捣机械 631

14.5.4　混凝土震捣机 633

14.5.5　其他利用振动的机械 633

参考文献 633