第1章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意义 3
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1 地震动力作用研究现状 3
1.2.2 结构地震响应研究现状 6
1.2.3 地震响应并行计算研究现状 14
1.2.4 对研究现状的总结 15
1.3 本书的研究内容 15
第2章 地震响应并行计算的基本理论 18
2.1 引言 18
2.2 几何非线性基本理论 18
2.2.1 变形和运动 18
2.2.2 更新拉格朗日格式 19
2.2.3 完全拉格朗日格式 21
2.2.4 几何非线性问题的数值计算方法 21
2.3 显式有限元方法基本理论 22
2.3.1 显式时间积分算法 22
2.3.2 显式算法时步控制 24
2.3.3 显式算法沙漏控制 25
2.4 结构地震响应并行计算理论 26
2.4.1 并行计算机体系结构 26
2.4.2 曙光5000A高性能计算机 28
2.4.3 有限元的区域分解方法 29
2.4.4 负载均衡的分区方法 31
2.5 结构地震响应并行计算分析 31
2.5.1 土体－建筑结构耦合系统并行计算 32
2.5.2 土体－桥梁结构耦合系统并行计算 34
2.5.3 土体－隧道结构耦合系统并行计算 35
2.6 本章小结 37
第3章 地震响应并行计算的拟实建模方法 39
3.1 引言 39
3.2 地震响应分析系统的力学建模方法 39
3.2.1 土体－结构耦合作用的力学模型 39
3.2.2 土体－结构耦合作用的数值计算 42
3.2.3 土体－结构耦合作用的参数控制 45
3.3 非线性土体建模方法 46
3.3.1 土体分层模型 46
3.3.2 土体单元尺寸控制 47
3.3.3 土体材料模型 48
3.4 黏弹性人工边界建模方法 49
3.4.1 三维黏弹性人工边界法向条件 49
3.4.2 三维黏弹性人工边界切向条件 51
3.4.3 黏弹性人工边界 52
3.4.4 黏弹性人工边界验证及土体区域选取 53
3.5 本章小结 55
第4章 地震响应并行计算的介质参数等效方法 56
4.1 引言 56
4.2 衬砌环正交各向异性参数等效方法 56
4.2.1 广义代表性体积元法 56
4.2.2 盾构隧道三维精细有限元模型与验证 59
4.2.3 盾构隧道参数静力等效数值模拟 67
4.2.4 盾构隧道参数模态等效数值模拟 72
4.3 土层阻尼参数等效方法 77
4.3.1 等效流程 77
4.3.2 阻尼参数等效 78
4.3.3 计算结果验证 79
4.4 本章小结 82
第5章 工程场地地震响应并行计算的应用实例 83
5.1 引言 83
5.2 场地地震响应系统全三维非线性数值建模 83
5.2.1 场地情况简介 83
5.2.2 场地三维几何模型建立 84
5.2.3 场地地质材料分层曲面建立 86
5.2.4 场地有限元模型 86
5.3 工程场地地震响应分析 88
5.3.1 场地地震荷载 88
5.3.2 典型地点加速度时程 88
5.3.3 场地地表峰值加速度等值线 93
5.4 本章小结 96
第6章 海岸工程地震响应并行计算的应用实例 97
6.1 引言 97
6.2 防浪堤地震响应系统三维非线性数值建模 97
6.2.1 防浪堤有限元模型 97
6.2.2 土体有限元模型 100
6.3 防浪堤结构地震响应分析 102
6.3.1 防浪堤地震荷载 102
6.3.2 超强地震输入动力响应分析 102
6.3.3 两级地震输入动力响应分析 106
6.4 本章小结 112
第7章 隧道工程地震响应并行计算的应用实例 113
7.1 引言 113
7.2 隧道地震响应系统三维非线性数值建模 113
7.2.1 隧道三维有限元模型 114
7.2.2 联络通道三维有限元模型 115
7.2.3 工作井三维有限元模型 115
7.2.4 隧道结构－土体耦合体系三维有限元模型 116
7.2.5 材料模型和参数 118
7.3 隧道结构一致激励地震响应 119
7.3.1 隧道一致地震荷载 119
7.3.2 横向一致激励下隧道地震响应 120
7.3.3 纵向一致激励下隧道地震响应 122
7.4 隧道结构非一致激励地震响应 125
7.4.1 隧道非一致地震荷载 125
7.4.2 横向行波激励下隧道地震响应 125
7.4.3 纵向行波激励下隧道地震响应 127
7.5 一致激励与行波激励隧道地震响应对比 129
7.5.1 横向输入时地震响应对比 129
7.5.2 纵向输入时地震响应对比 130
7.6 本章小结 131
第8章 核电工程地震响应并行计算的应用实例 132
8.1 引言 132
8.2 核岛地震响应系统三维非线性数值建模 132
8.2.1 核岛厂房有限元模型 132
8.2.2 土体有限元模型 136
8.2.3 桩基有限元模型 138
8.2.4 整体耦合模型 139
8.2.5 模型质量估算及模态分析 141
8.3 核岛地震响应及影响因素分析 142
8.3.1 核岛结构加速度时程分析 143
8.3.2 核岛结构应力分析 144
8.3.3 核岛结构位移分析 146
8.4 本章小结 148
第9章 桥梁工程地震响应并行计算的应用实例 150
9.1 引言 150
9.2 土体－桥梁结构耦合系统全三维非线性数值建模 150
9.2.1 主梁三维有限元模型 151
9.2.2 主塔和桥墩三维有限元模型 152
9.2.3 斜拉索三维有限元模型 153
9.2.4 桥梁整体三维有限元模型 153
9.2.5 桥梁结构－土体耦合体系三维有限元模型 153
9.2.6 材料模型和参数 154
9.3 土体－桥梁结构耦合系统一致激励地震响应 156
9.3.1 桥梁一致地震荷载 156
9.3.2 横向一致地震激励下桥梁地震响应 156
9.3.3 纵向一致地震激励下桥梁地震响应 160
9.4 土体－桥梁结构耦合系统行波激励地震响应 163
9.4.1 桥梁非一致地震荷载 163
9.4.2 横向行波地震激励下桥梁地震响应 164
9.4.3 纵向行波地震激励下桥梁地震响应 167
9.5 一致激励与行波激励桥梁地震响应对比 170
9.6 本章小结 172
第10章 建筑工程地震响应并行计算的应用实例 173
10.1 引言 173
10.2 土体－超高层建筑结构耦合系统全三维非线性数值建模 173
10.2.1 大厦主体结构三维有限元模型 175
10.2.2 大厦幕墙结构三维有限元模型 176
10.2.3 大厦结构－土体耦合体系三维整体有限元模型 178
10.3 超高层建筑主体结构地震响应 181
10.3.1 建筑地震荷载 181
10.3.2 主体结构位移分析 182
10.3.3 主体结构分层内力分析 185
10.3.4 主体结构弹塑性分析 188
10.4 超高层建筑幕墙结构地震响应 189
10.4.1 幕墙支撑结构变形分析 189
10.4.2 幕墙支撑结构内力分析 193
10.5 本章小结 196
参考文献 198