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第1篇 工程地震 2

第1章 地震学基础 2

1.1地震发生的地质构造环境 2

1.1.1地震学的主要研究内容 2

1.1.2地球内部构造 2

1.1.3板块运动 4

1.2地震成因与地震类型 6

1.2.1地震成因 6

1.2.2地震类型 8

1.3震源机制与地震活动性 9

1.3.1震源机制 9

1.3.2地震活动性 10

1.4地震波传播 15

1.4.1地球介质的基本假定 15

1.4.2波动方程 15

1.4.3弹性波的传播 17

第2章 地震灾害与地震烈度 21

2.1地震灾害 21

2.1.1地震灾害概况 21

2.1.2地表变形 23

2.1.3工程结构的破坏 25

2.1.4次生灾害 26

2.2地震震级 28

2.3地震烈度与地震烈度表 30

2.3.1地震烈度及其用途 30

2.3.2地震烈度表 32

2.3.3关于地震烈度的不同观点 40

2.4地震烈度的衰减规律 41

2.4.1震中烈度与震级关系 41

2.4.2地震烈度的衰减关系 42

2.5地震烈度的影响因素 45

2.5.1震源影响 45

2.5.2场地条件的影响 47

2.5.3影响地震烈度的其他因素 50

第3章 地震动特性 51

3.1强地震动观测 51

3.1.1强震观测仪器 51

3.1.2强震观测系统 52

3.2地震动的随机过程描述 56

3.2.1随机过程的概率结构 56

3.2.2随机过程的平稳性和平稳化随机过程 57

3.2.3随机过程的自相关函数与功率谱密度函数 58

3.2.4平稳随机过程的互相关函数与互功率谱密度函数 61

3.2.5平稳随机过程的谱参数 62

3.2.6平稳随机过程的交差问题 63

3.2.7平稳随机过程峰值的分布或极大值的概率密度函数 65

3.2.8地震动的随机过程模型 67

3.3地震动的工程特性及其影响因素 68

3.3.1地震动的幅值 68

3.3.2地震动频谱特性 69

3.3.3地震动持时 74

3.4地震烈度与地震动的关系 75

3.4.1地震烈度与地震动峰值的关系 76

3.4.2地震烈度与地震动参数关系的多值性 78

3.4.3地震动参数衰减关系 78

3.5近场地震动特征 82

3.5.1近断层速度和加速度大脉冲 83

3.5.2近断层破裂的方向性效应 84

3.5.3上盘效应 87

3.5.4近断层强地震动的集中性 87

3.6远场强地震动特征 89

第4章 土体地震反应 91

4.1土的动力特性 91

4.1.1饱和砂性土震动液化机理 91

4.1.2饱和砂土抗液化强度的影响因素 93

4.1.3饱和砂土的抗液化强度 95

4.1.4粘性土的动强度 97

4.1.5饱和砂土振动孔隙水压力的增长规律 99

4.2饱和砂土场地的地震液化判别 101

4.2.1砂土液化的初步判别 101

4.2.2砂土液化判别的NCEER法 102

4.2.3《建筑抗震设计规范》的砂土液化判别方法 106

4.2.4砂土液化概率判别法 107

4.3土的动力本构关系 108

4.3.1土的动应力-应变关系的基本特性 108

4.3.2土的粘弹塑性模型 109

4.3.3土的等效非线性粘弹塑性模型 115

4.3.4土的动剪切模量和阻尼比的经验估计 117

4.4场地地震反应分析 123

4.4.1一维场地地震反应分析 123

4.4.2二维横向非均匀场地地震反应分析 127

4.4.3人工边界条件 128

参考文献 130

第2篇 结构抗震技术与试验技术 138

第5章 结构抗震设计原理 138

5.1结构抗震设计理论的发展 138

5.1.1静力理论阶段 138

5.1.2反应谱理论阶段 138

5.1.3动力理论阶段 139

5.1.4基于结构性能的抗震设计理论 140

5.2结构抗震概念设计 141

5.2.1场地和地基 141

5.2.2建筑结构的规则性 142

5.2.3抗震结构体系 143

5.2.4非结构构件 144

5.2.5结构材料与施工 145

5.3基于性能的抗震设计 145

5.3.1基于性能的抗震设计思想 145

5.3.2地震风险水准 148

5.3.3基于性能的抗震设计的性能水平和目标性能 148

5.3.4基于性能的抗震设计方法 149

5.4结构抗震体系 155

5.4.1典型震害的启示 155

5.4.2结构抗震体系 156

5.4.3结构总体布置原则 160

5.4.4结构的延性 161

5.4.5设置多道抗震防线 162

第6章 结构线弹性地震反应分析方法与抗震设计反应谱 163

6.1结构的运动方程 163

6.1.1单自由度结构运动方程 163

6.1.2多自由度结构运动方程 165

6.2单自由度结构地震作用时程分析 166

6.3单自由度结构地震反应分析的反应谱法 169

6.4多自由度结构的振型和自振频率 172

6.4.1自振频率和振型 172

6.4.2振型坐标变换 176

6.5多自由度结构地震反应分析的振型分解法 178

6.6结构地震反应的振型分解反应谱法 180

6.6.1振型最大地震作用 180

6.6.2振型组合 180

6.6.3反应谱理论基本假设 182

6.7抗震设计反应谱 182

第7章 结构弹塑性地震反应分析方法 189

7.1结构的力学模型 189

7.2构件刚度模型 192

7.3恢复力模型 199

7.4恢复力特性计算 205

7.5时域逐步积分法 207

7.5.1中心差分法 208

7.5.2 Newrnark-β3法 209

7.6结构静力弹塑性（Push-over）分析方法 213

7.6.1基本原理 214

7.6.2结构能力曲线 214

7.6.3结构抗震能力的评估 216

第8章 地震作用和结构抗震验算 223

8.1水平地震作用计算 223

8.1.1底部剪力法 223

8.1.2振型分解反应谱法 228

8.1.3时程分析方法 232

8.2竖向地震作用计算 232

8.2.1《抗震规范》给出的计算方法 232

8.2.2反应谱法和时程分析方法 233

8.3结构构件截面抗震验算 234

8.3.1概述 234

8.3.2基于可靠度的抗震分析 234

8.3.3截面抗震验算 236

8.4结构抗震变形验算 238

8.4.1弹性层间位移角限值 238

8.4.2弹塑性层间位移角限值 240

8.5基于Push-over分析方法的结构抗震验算 243

8.5.1能力谱方法 244

8.5.2位移延性系数方法 246

8.5.3位移影响系数法 246

第9章 结构动力试验 256

9.1结构模型设计与相似理论 256

9.1.1结构模型设计的相似条件 257

9.1.2模型设计 260

9.1.3破坏模型试验 263

9.1.4结构抗震模型试验 264

9.2结构拟静力试验（Pseudo-static test） 265

9.2.1试件类型 266

9.2.2拟静力试验的加载制度 266

9.2.3加载设备和装置 267

9.2.4加载的反力装置 268

9.2.5试验数据的测量和采集 268

9.2.6二维拟静力结构加载试验方法 268

9.3结构拟动力试验（Pseudo dynamictest） 270

9.3.1拟动力试验的试验流程 271

9.3.2拟动力试验理论问题 271

9.3.3拟动力方法的若干应用 273

9.4结构振动台试验 275

9.4.1地震模拟振动台的分类 276

9.4.2地震模拟振动台动力加载试验在抗震研究中的作用 276

9.4.3地震模拟振动台试验的加载过程和试验方法 277

9.4.4地震模拟振动台试验结构反应的测量 278

9.5结构动力特性的现场试验 278

9.5.1地震作用下结构的受力和变形特点 278

9.5.2结构的动力特性及其量测 279

9.5.3脉动方法测量结构的动力特性 281

9.5.4数据处理 286

参考文献 288

第3篇 房屋结构抗震 290

第10章 钢筋混凝土结构抗震性能与抗震设计 290

10.1钢筋混凝土结构的抗震性能 290

10.1.1钢筋混凝土框架结构的抗震性能 291

10.1.2钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能 295

10.1.3框架-剪力墙结构抗震性能 296

10.2钢筋混凝土结构的抗震延性设计 297

10.2.1钢筋混凝土框架结构抗震延性设计 297

10.2.2剪力墙结构抗震延性设计 300

10.2.3框架-剪力墙结构抗震延性设计 302

10.3钢筋混凝土结构基于位移/性能的抗震设计 303

10.3.1基于位移/性能抗震设计理论的提出 303

10.3.2基于位移的抗震设计方法 304

第11章 多高层房屋钢结构抗震性能与抗震设计 309

11.1多高层房屋钢结构抗震性能 309

11.1.1纯钢框架结构的抗震性能 309

11.1.2钢框架-支撑（抗震墙板）结构的抗震性能 310

11.2多高层房屋钢结构抗震设计 314

11.2.1地震作用计算 314

11.2.2构件抗震验算 315

第12章 砌体结构抗震性能与抗震设计 319

12.1砌体结构抗震性能 319

12.1.1砌体结构墙抗震性能 319

12.1.2多层砌体结构房屋的抗震性能 321

12.1.3砌体结构墙抗震性能分析 322

12.2多层砌体结构抗震设计 325

12.2.1地震作用计算 325

12.2.2墙体抗震验算 327

参考文献 329

第4篇 水工结构抗震 332

第13章 土石坝抗震分析 332

13.1概述 332

13.1.1我国土石坝工程建设概况 332

13.1.2土石坝地震反应分析方法概述 333

13.1.3土石坝抗震稳定性分析方法概述 334

13.2土石坝震害特点及其对抗震分析理论发展的作用 335

13.2.1土石坝震害特点 335

13.2.2震害对土石坝抗震理论发展的作用 337

13.3均质土坝地震反应分析的剪切梁法 338

13.3.1均质土坝的动力微分方程及其求解 338

13.3.2土坝地震反应最大值的简化计算 340

13.4土石坝地震反应分析的有限元法 342

13.4.1等效线性总应力法 343

13.4.2非线性有效应力法 343

13.5土石坝抗震稳定性分析方法 345

13.5.1拟静力法 345

13.5.2动力时程安全系数法 348

13.6土石坝地震永久变形分析方法 349

13.6.1滑动体位移法 349

13.6.2等价结点力法 352

第14章 混凝土坝抗震分析 357

14.1概述 357

14.1.1我国混凝土坝工程建设概况 357

14.1.2混凝土坝震害实例 358

14.1.3混凝土坝抗震经验和教训 360

14.2重力坝地震反应分析 361

14.2.1悬臂梁法 361

14.2.2振型和频率计算 362

14.2.3地震作用计算方法 363

14.2.4坝体应力计算方法 364

14.3拱坝地震反应分析 365

14.3.1频域子结构模型 366

14.3.2时域子结构模型 368

14.3.3时域整体模型 369

14.4拱坝横缝非线性模拟 371

14.4.1接触单元法 371

14.4.2接触面法 372

14.5拱坝坝肩动力稳定性分析 373

参考文献 375

第5篇 桥梁抗震 380

第15章 桥梁震害及其对桥梁抗震理论发展的推动作用 380

15.1大地震桥梁震害现象描述 380

15.1.1 1976年唐山大地震 380

15.1.2 1989年美国洛马·普里埃塔地震 381

15.1.3 1994年美国北岭地震 383

15.1.4 1995年日本阪神地震 385

15.1.5 2008年汶川地震 386

15.1.6缆索承重桥梁和钢桥震害 389

15.2震害对桥梁抗震理论与技术发展的推动作用 390

第16章 桥梁抗震设计理论与方法 393

16.1桥梁抗震设计思想 393

16.1.1土木工程结构设计思想的演变 393

16.1.2抗震设防水准、性能等级与设防目标 395

16.1.3桥梁抗震设防目标 399

16.2桥梁抗震分析建模 403

16.2.1概述 403

16.2.2墩柱 403

16.2.3非线性支座单元 406

16.2.4非线性挡块单元 407

16.2.5土与基础的连接处理 408

16.2.6高墩、长索等构件的大位移非线性行为 408

16.3非一致地震动输入下的反应谱方法 410

16.3.1基本方程 410

16.3.2非一致地震动输入下的反应谱振型组合方法 411

16.3.3长周期反应谱 411

16.4桥梁抗震能力的计算方法 414

16.4.1混凝土柱抗剪计算 414

16.4.2钢筋混凝土构件变形能力计算方法 416

第17章 桥梁抗震分析与设计实例 418

17.1广州市猎德大桥抗震性能分析 418

17.1.1猎德大桥概况 418

17.1.2地震反应计算 418

17.2松原市城区第二松花江大桥抗震阻尼器设计 421

17.2.1松原市城区第二松花江大桥概况 421

17.2.2地震反应计算 422

17.3北盘江大桥抗震性能分析 425

17.3.1北盘江大桥概况 425

17.3.2抗震验算 425

17.3.3设计的改进 429

参考文献 430

第6篇 结构减震控制 432

第18章 基础隔震结构体系 432

18.1概述 432

18.2隔震房屋动力反应分析 436

18.2.1隔震层分析模型 436

18.2.2隔震体系分析模型及动力方程 437

18.2.3隔震效果分析 438

18.3隔震结构设计 439

18.3.1隔震结构设计的一般原则 439

18.3.2隔震结构的设计步骤 440

18.3.3隔震结构的计算要点 440

18.3.4构造措施 442

第19章 吸振减震结构体系 443

19.1概述 443

19.2调谐质量阻尼器 443

19.2.1 TMD的计算模型及影响参数分析 443

19.2.2 TMD系统对结构地震反应的控制 446

19.3调谐液体阻尼器 448

19.3.1 TLD中动水压力的简化计算 448

19.3.2 TLD中液体动液压力的计算 449

19.3.3 TLD结构减震体系的简化计算方法 451

19.3.4 TLD结构减震体系的计算实例 452

19.4调谐液体柱型阻尼器 453

19.4.1 TLCD中水运动的基本方程 453

19.4.2调频TLCD设计 454

19.4.3变截面TLCD 456

19.5悬吊质量摆减震体系 458

19.5.1体系计算模型和振动方程 458

19.5.2数值计算与分析 460

第20章 耗能减震结构体系 463

20.1概述 463

20.2摩擦阻尼器 463

20.2.1摩擦阻尼器的构造 463

20.2.2摩擦阻尼器受力特性 464

20.2.3摩擦阻尼器的减震效果和设计 466

20.3粘弹性阻尼器 468

20.3.1粘弹性阻尼器的构造 468

20.3.2粘弹性阻尼器的受力特性 469

20.3.3剪力贮存模量和损耗模量的影响因素 470

20.3.4粘弹性阻尼器的减震效果和设计 474

20.4粘滞液体阻尼器 477

20.4.1粘滞液体阻尼器的受力特性 479

20.4.2粘滞液体阻尼器的减震效果和设计 482

20.5软钢阻尼器 485

20.5.1软钢阻尼器的构造 485

20.5.2软钢阻尼器的受力特性 486

20.5.3软钢阻尼器的减震效果和设计 491

第21章 结构主动、半主动及智能控制 493

21.1概述 493

21.2主动控制系统 493

21.2.1主动控制系统的组成 493

21.2.2主动控制的减震机理 494

21.2.3主动控制的设计 496

21.3半主动控制系统 499

21.3.1半主动变刚度系统 499

21.3.2半主动变阻尼控制系统 501

21.4智能控制系统 503

21.4.1磁流变阻尼器控制系统 503

21.4.2压电摩擦阻尼器控制系统 507

21.4.3形状记忆合金阻尼器控制系统 511

参考文献 517