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出版者:西南交通大学出版社

作者:彭俊生

出品人:

页数:318

译者:

出版时间:2007-2

价格:29.50元

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isbn号码:9787811044492

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结构工程与先进计算方法探讨：一本深入解析理论与实践的参考书 本书旨在为结构工程师、研究人员以及土木工程专业的高年级学生提供一个深入、全面且具有高度实践指导意义的参考框架。它聚焦于结构动力学、抗震设计以及现代计算工具在工程领域的应用，但完全不涉及《结构动力学、抗震计算与SAP2000应用》这一特定书籍的内容、章节结构或案例研究。 本书的核心目标是构建一个坚实的理论基础，并将其无缝对接至实际工程问题的解决，通过剖析更广泛的结构响应机制和先进的数值分析方法，拓宽读者的专业视野。 --- 第一部分：结构动力学的基本原理与系统辨识 本部分将奠定理解结构如何对时间依赖荷载做出反应的数学和物理基础。 第一章：单自由度体系的自由振动与强迫振动 本章详述了结构动力学的基石——单自由度（SDOF）系统的数学模型建立过程。重点在于如何精确地定义系统的质量、刚度与阻尼参数。 自由振动分析： 详细推导特征方程，求解固有频率和阻尼比。探讨亚临界阻尼、临界阻尼与超临界阻尼状态下系统的自由衰减响应，并引入对数减衰率的概念。 强迫振动响应： 深入分析周期性荷载下的稳态响应。重点阐述了频率响应函数（Frequency Response Function, FRF）的物理意义及其在结构健康监测中的潜在应用。通过解析解，清晰展示系统如何因共振现象而导致响应的显著放大。 瞬态响应与卷积积分： 介绍系统的瞬态响应分析，特别是利用Duhamel积分（或称卷积积分）来处理任意激励下的响应计算。讨论解析解在实际工程中的局限性，为后续的数值方法做铺垫。 第二章：多自由度（MDOF）系统的建立与解耦 本章将分析更接近真实结构的多自由度系统，并探讨简化与精确求解的策略。 运动方程的矩阵形式： 系统地介绍质量矩阵 $mathbf{M}$、刚度矩阵 $mathbf{K}$ 和阻尼矩阵 $mathbf{C}$ 的构建方法，特别是针对桁架、框架结构如何通过程序化方法（如有限元基础）形成全局系统矩阵。 模态分析（Eigenvalue Problem）： 详细讨论求解特征值问题的数值算法，如子空间迭代法（Subspace Iteration）和 Lanczos 算法，重点在于如何有效地提取前几个主要振型（Mode Shapes）和对应的固有频率。 模态叠加法（Modal Superposition）： 阐述如何利用正交性原理将耦合的 MDOF 系统转化为一组解耦的 SDOF 系统进行求解。讨论模态参与系数及其对地震响应计算的贡献度评估标准。 阻尼模型的选择与影响： 深入比较瑞利阻尼（Rayleigh Damping）与结构阻尼（Structural Damping）的差异，并探讨在模态分析中选择不同阻尼模型对结构响应预测精度的影响。 --- 第二部分：抗震分析与性能化设计原理 本部分转向实际工程需求，探讨如何将动力学理论应用于抗震设计，并介绍不同级别的抗震分析方法。 第三章：地震动输入与反应谱分析 本章关注地震荷载的表征方式及其在结构分析中的应用。 地震波的特性与模拟： 分析地震动记录的时程特性（如峰值加速度、反应谱形状）以及人工地震波的生成原理。讨论场地效应（Site Effects）对地震动放大的影响。 反应谱理论的建立： 从 SDOF 系统的最大响应角度推导反应谱。深入探讨不同规范（非特定规范，而是通用理论）中反应谱的形状及其与结构自振周期的关系。 规范化反应谱分析（SRSA）： 详细介绍如何利用反应谱进行多自由度系统的等效静力分析。讨论组合规则（如 SRSS 法、CQC 法）的适用条件和理论基础，并强调其作为第一步快速评估手段的价值。 第四章：时程分析与非线性行为模拟 本章聚焦于更精确的、考虑时间历程和材料非线性的高级抗震分析技术。 线性时程分析： 阐述在给定地震波作用下，如何通过数值积分方法（如中心差分法或 Newmark-beta 法）求解 MDOF 系统的瞬态响应。重点在于时间步长的选择对计算稳定性和精度的影响。 结构非线性建模： 探讨在抗震分析中引入非线性处理的必要性。详细介绍几种主要的集中式非线性模型（如滞回单元模型），包括刚度退化、强度退化以及捏拢效应的模拟。 性能化抗震设计（Performance-Based Earthquake Engineering, PBEE）的理念： 介绍 PBEE 框架，区分不同性能目标（如即刻复原、生命安全、防止倒塌）对应的极限状态。强调需求与容量的平衡思想，而非仅仅满足强度要求。 --- 第三部分：有限元方法与高级计算技术 本部分探讨支撑所有动力学分析的底层计算框架——有限元方法，以及现代结构工程软件所依赖的高级求解器。 第五章：有限元在结构动力学中的应用基础 本章侧重于如何将连续体问题转化为可计算的离散系统。 形函数与单元刚度： 简要回顾梁单元和板单元的位移插值函数（形函数）的选取原则。推导常用于动力分析的单元质量矩阵（一致质量矩阵与集中质量矩阵的差异）。 质量与阻尼的离散化： 深入比较一致质量矩阵与对角（集中）质量矩阵在模态分析中的计算效率和精度权衡。讨论如何通过单元参数设置来逼近实际工程中的材料阻尼和几何阻尼。 大自由度系统的求解挑战： 面对包含数万甚至数十万自由度的大型结构模型，探讨如何利用稀疏矩阵技术和并行计算架构来加速求解特征值问题和时间积分过程。 第六章：结构健康监测（SHM）与计算反馈 本章超越了传统的分析范畴，将动力学理论应用于结构的实时评估和监测。 振动数据采集与预处理： 介绍加速度计、应变片等传感器的基本原理，以及原始数据中噪声的去除方法（如滤波技术）。 实验模态分析（EMA）的基本流程： 阐述如何利用实际振动数据识别结构的实际固有频率和阻尼比。对比基于频响函数的分析方法与基于时域数据的识别方法（如频域分解法 FDD）。 模型修正与误差评估： 讨论实验识别结果与初始有限元模型之间的差异，介绍基于灵敏度分析的模型修正技术，以使计算模型更准确地反映真实结构的动力特性。 --- 总结与展望： 本书力求在理论深度和工程实用性之间找到最佳平衡点。它通过结构动力学的严谨推导，为读者提供了理解复杂抗震行为的“内功心法”，并引导思考如何利用先进的数值工具解决实际工程中的复杂问题，尤其是在非线性分析、性能化设计以及结构健康监测等前沿领域。本书旨在培养工程师“知其然，更知其所以然”的分析能力。

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我必须说，这本《结构动力学、抗震计算与SAP2000应用》是一本非常有价值的书。它提供了一个非常全面的视角，将结构动力学的理论基础、实际的抗震计算方法以及工程常用的SAP2000软件应用融为一体。这本书的讲解非常细致，从最基础的振动理论入手，循序渐进地深入到复杂的动力响应分析。而且，它与抗震规范的结合也非常紧密，这对于我们这些做实际工程的人来说，无疑是极其重要的。 我特别喜欢书中关于如何利用SAP2000进行结构动力学分析的部分。作者详细地介绍了如何进行模态分析、反应谱分析以及非线性时程分析，并且提供了大量的操作示例。这些示例非常具有代表性，涵盖了不同类型的结构和不同的地震激励。通过这些示例，我不仅学会了如何熟练地操作SAP2000，更重要的是，我学会了如何根据具体的工程问题，选择合适的分析方法，并正确地解读和应用分析结果。

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这本书简直是为我量身定做的！我一直在寻找一本能够深入浅出讲解结构动力学理论，同时又能将这些理论与实际的抗震设计紧密结合的书。这本书在这方面做得非常出色。它没有像某些教材那样枯燥地堆砌公式，而是通过大量的实例，将抽象的动力学概念具象化。尤其是书中关于地震波传播、结构反应谱分析的讲解，非常透彻，并且与国内外的抗震规范相结合，让我在学习理论的同时，也能清晰地了解到如何在实际工程中应用。 让我印象深刻的是，作者在介绍SAP2000的应用时，并没有仅仅停留在软件操作层面，而是深入挖掘了SAP2000在结构动力学分析中的强大功能。书中详细阐述了如何利用SAP2000建立精细化的结构模型，如何进行模态分析、时程分析以及响应谱分析，并提供了详细的操作步骤和结果解读。对于我这样一个经常与SAP2000打交道的设计师来说，这本书无疑是一本不可多得的“宝典”，它帮助我发现了SAP2000的更多潜力，并且能够更科学、更准确地进行抗震性能评估。

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作为一名结构工程师，我一直在寻找一本能够提升我抗震设计水平的书籍，这本《结构动力学、抗震计算与SAP2000应用》绝对是我的不二之选。它不仅仅是一本理论书籍，更是一本实操指南。书中对结构动力学理论的阐述深入浅出，逻辑清晰，让我能够扎实地掌握结构在动力荷载作用下的响应机制。 更令我惊喜的是，本书在抗震计算和SAP2000应用方面的结合，简直是锦上添花。我一直觉得理论知识如果不能应用于实践，就显得空洞。而这本书恰恰解决了这个问题。它通过详尽的SAP2000操作步骤和实例分析，将抽象的抗震计算理论变得直观可感。我学会了如何利用SAP2000进行更精确的动力分析，如何评估结构的抗震性能，以及如何在设计中融入更科学的抗震措施。这对于提升我的工作效率和设计质量具有重要的指导意义。

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这本书的编写风格非常独特，它不像传统的教科书那样一板一眼，而是充满了作者对结构动力学和抗震工程的热情。在阅读过程中，我能够感受到作者希望将复杂的知识变得易于理解的良苦用心。比如，在讲解结构自振特性时，作者会引用一些生动的类比，让我更容易抓住核心概念。而在介绍抗震设计原则时，则会结合大量的案例分析，让我在潜移默化中掌握关键技术。 更让我惊喜的是，这本书将SAP2000软件的应用融入到了整个学习过程中。这意味着我可以在学习理论知识的同时，立即将这些知识转化为实际操作。书中提供的SAP2000操作指南清晰明了，即便是初学者，也能按照步骤完成相应的分析。更重要的是，作者并没有将SAP2000仅仅作为一个工具来介绍，而是深入讲解了如何在软件中建立准确的模型，如何进行科学的参数设置，以及如何解读和评估分析结果。这对于我而言，是极大的提升。

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作为一名结构工程的研究生，我经常在文献中遇到各种复杂的结构动力学问题，但常常感到理论与实践脱节。这本《结构动力学、抗震计算与SAP2000应用》恰好弥补了这一空白。它在理论部分的讲解上，既有深度又不失广度，涵盖了从基础的振动理论到复杂的非线性动力学分析。更重要的是，作者将这些理论知识巧妙地融入到抗震计算的实践中，使得我们在学习理论的同时，能够直观地感受到这些理论在应对地震灾害时的重要性。 这本书的价值并不仅限于理论知识的传授。它在SAP2000软件应用方面的指导，更是让我受益匪浅。我过去在使用SAP2000进行抗震分析时，常常会遇到一些困惑，比如如何准确地设置地震动输入，如何理解和验证分析结果等。这本书中的详细讲解，如同拨云见日，让我茅塞顿开。它不仅教会了我如何有效地使用SAP2000的各项功能，更引导我如何从工程实践的角度出发，去理解和应用这些功能，从而提升我进行结构抗震设计的能力。

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