土与结构动力相互作用的半解析方法

目录

前言

第1章 绪论 1

1.1 工程背景与研究意义 1

1.2 土与结构动力相互作用的研究方法概述 2

1.3 结构基础的振动阻抗研究 4

1.3.1 块式基础 4

1.3.2 桩基础 8

1.4 上部结构动力响应研究 10

1.5 本书的主要内容 12

参考文献 14

第2章 结构动力学基础 19

2.1 振动的基本概念 19

2.1.1 振动的分类 19

2.1.2 振动分析的方法 21

2.2 离散系统的振动 22

2.2.1 单自由度系统运动方程 22

2.2.2 多自由度系统运动方程 23

2.2.3 动力时程分析数值方法 25

2.3 连续变形体的振动 26

2.3.1 连续变形体的描述及变量定义 26

2.3.2 弹性体的波动方程 29

2.3.3 伯努利-欧拉梁的横向振动方程 30

2.3.4 铁摩辛柯梁的振动方程 32

参考文献 34

第3章 任意多个明置条形基础的垂直振动阻抗研究 35

3.1 理论推导 35

3.1.1 模型介绍 35

3.1.2 弹性半空间垂直荷载的格林函数 37

3.1.3 任意多个浅基础竖向振动阻抗 40

3.2 方法验证 44

3.2.1 收敛性 44

3.2.2 算例验证 45

3.3 参数分析 46

3.3.1 基础应力分布 46

3.3.2 距宽比对相邻基础振动阻抗的影响 48

3.3.3 三个明置基础的振动阻抗 49

3.4 本章小结 50

参考文献 50

第4章 任意多个明置条形基础的水平-摇摆耦合振动阻抗研究 52

4.1 理论推导 52

4.1.1 模型介绍 52

4.1.2 弹性半空间垂直荷载的格林函数 54

4.1.3 任意多个浅基础竖向振动阻抗 55

4.2 方法验证 60

4.2.1 收敛性 60

4.2.2 算例验证 60

4.3 参数分析 63

4.3.1 基础应力分布 63

4.3.2 距宽比对相邻基础振动阻抗的影响 65

4.3.3 三个明置基础的振动阻抗 66

4.4 本章小结 67

参考文献 68

第5章 基于锥体模型的明置块体基础阻抗简化分析 69

5.1 静力条件下的锥体模型参数 69

5.1.1 明置基础锥体模型的平动静刚度 70

5.1.2 明置基础锥体模型的转动静刚度 71

5.1.3 静力条件下锥体模型的纵横比 72

5.2 基于锥体模型的明置基础阻抗函数 73

5.2.1 平动锥体的阻抗函数 73

5.2.2 转动锥体的阻抗函数 75

5.2.3 基于锥体模型的明置基础阻抗函数简化公式 77

5.3 算例分析 78

5.3.1 验证算例 78

5.3.2 参数分析 80

5.4 本章小结 81

参考文献 82

第6章 考虑双剪切效应的成层土与单桩动力相互作用模型 83

6.1 模型介绍及基本假定 83

6.2 单桩水平振动解析解 84

6.2.1 振动控制方程及传递矩阵 84

6.2.2 桩底边界条件及阻抗 88

6.2.3 桩身内力 89

6.3 与现存模型的比较 89

6.3.1 对比算例 89

6.3.2 桩基础模型验证 90

6.3.3 地基模型验证 91

6.4 参数分析 92

6.4.1 桩身长径比对振动阻抗的影响 92

6.4.2 边界条件对振动阻抗的影响 93

6.4.3 土体剪切对振动阻抗的影响 94

6.4.4 土体成层性对振动阻抗的影响 95

6.4.5 无量纲频率对桩身内力的影响 96

6.5 本章小结 97

参考文献 98

第7章 基于双剪切模型的成层土与群桩水平振动 99

7.1 模型介绍及基本假定 99

7.2 桩-土-桩动力相互作用因子 100

7.2.1 理论推导 100

7.2.2 算例验证 107

7.2.3 参数分析 108

7.3 群桩振动及桩身内力 114

7.3.1 理论推导 114

7.3.2 算例验证 116

7.3.3 参数分析 117

7.4 本章小结 120

参考文献 121

第8章 基于切比雪夫复多项式的递归集总参数模型 122

8.1 切比雪夫多项式的定义 122

8.2 切比雪夫递归集总参数模型 123

8.2.1 基础的动力柔度函数 123

8.2.2 切比雪夫复多项式分式的拟合 124

8.2.3 模型参数的确定 125

8.3 与现存模型的比较 127

8.4 模型的应用 129

8.4.1 不规则形状的浅基础 129

8.4.2 群桩基础 132

8.4.3 相邻基础 136

8.5 本章小结 137

参考文献 138

第9章 基于子结构法的土与建筑结构动力相互作用时域分析 139

9.1 理论推导 139

9.2 算例验证 142

9.3 群桩基础建筑结构的地震响应影响分析 144

9.3.1 地震作用下土与群桩基础建筑结构的计算参数 144

9.3.2 土-群桩基础动力相互作用模拟 146

9.3.3 考虑土与群桩基础动力相互作用的建筑结构动力分析 147

9.4 本章小结 149

参考文献 149

第10章 基于子结构法的土与带隔板矩形渡槽结构动力相互作用时域分析 150

10.1 理论推导 150

10.1.1 模型介绍 150

10.1.2 水平晃动响应 151

10.2 土/基础-渡槽-流体耦合模型 157

10.3 模型验证 159

10.3.1 土-基础集总参数模型 159

10.3.2 流体晃动等效力学模型 161

10.3.3 土/基础-结构-流体耦合模型 162

10.4 参数分析 164

10.4.1 土体对体系自振频率的影响 165

10.4.2 隔板对体系自振频率的影响 166

10.4.3 隔板对结构响应的影响 168

10.4.4 土体对结构响应的影响 170

10.5 本章小结 171

参考文献 172

第11章 基于子结构法的土与圆柱形储液罐结构相互作用的时域分析 173

11.1 理论推导 173

11.1.1 模型介绍 173

11.1.2 动力响应 174

11.1.3 两质点模型 178

11.1.4 三质点模型 179

11.2 土/基础-储罐-流体耦合模型 180

11.3 模型验证 184

11.3.1 集总参数模型验证 184

11.3.2 土/基础-储罐-流体耦合体系模型验证 185

11.4 数值分析 188

11.4.1 自振特性分析 188

11.4.2 地震响应分析 190

11.5 本章小结 195

参考文献 1952100433B

高效率的土与结构动力相互作用分析方法一直是工程抗震设计所迫切需要的。《土与结构动力相互作用的半解析方法》详细介绍了基于解析法的明置条形基础、块状基础、单桩基础以及群桩基础的振动阻抗研究成果，通过建立振动阻抗的等效递归集总参数模型，应用子结构法研究地基基础上建筑结构、渡槽结构和储液罐结构的动力学特性及其地震响应。

序

上篇 土与结构动力相互作用的理论基础

第一章 绪论

1.1 土与结构动力相互作用的研究对象和内容

1.2 相互作用对土与结构系统动力特性的影响

1.3 无限域和人工边界问题

1.4 土与结构动力相互作用的分析方法

1.5 土与结构动力相互作用研究的发展

1.6 本书的主要内容

参考文献

第二章 土与结构动力相互作用的基本理论

2.1 岩土介质的动力性质及其力学模型

2.2 岩土介质和结构的动力学方程

2.3 动力学方程的位移势函数分解

2.4 辐射条件和正规性条件

参考文献

第三章 土与结构相互作用系统的动力学分析方法

3.1 动力学分析的解析方法

3.2 动力学分析的半解析方法

3.3 动力学分析的有限元方法

3.4 非线性动力问题的增量分析法

3.5 岩土介质一结构的耦合分析

参考文献

第四章 自由场的波动

4.1 波动微分方程

4.2 自由场波动问题的解答及其物理意义

4.3 运动荷载下的自由场的反应

4.4 孔室对波的散射及动应力集中问题

4.5 不规则地面对波的散射

4.6 动力源作用下正交各向异性层状半平面的响应

参考文献

下篇 土与结构动力相互作用问题的解析分析

第五章 移动荷载下土体与结构的相互作用分析

5.1 爆炸行波下土体一地下室一管道体系的动力分析

5.2 横观各向同性地基上无限板的动力反应频域求解

5.3 地下轨道交通系统的动力分析与抗振问题

参考文献

第六章 土体与基础的动力相互作用分析

6.1 刚性基础对SH地震冲击波的动力反应

6.2 桩基一平台一地基一水流系统的动力反应分析

6.3 海洋平台一群桩(柱)一地基系统的动力反应分析

参考文献

第七章 地下结构与围岩介质动力相互作用分析

7.1 系统基本方程

7.2 输入波在柱面上和球面上的展开

7.3 圆柱结构与围岩介质相互作用的平面问题解答

7.4 相邻多个结构与围岩相互作用分析的复变函数方法

7.5 映射函数的应用

7.6 结构与围岩介质相互作用的空间问题解答

参考文献

第八章 地基与结构系统地震响应的分叉与突变性

8.1 地基一结构系统地震响应的分叉与突变性

8.2 地基与结构系统地震响应的共振突变性分析

8.3 地基一滑动隔震结构地震响应的突变性分析

8.4 地基上多自由度非线性结构地震响应的共振突变性分析

参考文献

第九章 土与结构动力相互作用的有限元解析及稳定性问题

9.1 有限元模拟的人工边界条件

9.2 离散网格中波动的频散性及稳定性问题

9.3 频散性和稳定性的改进

参考文献

附录

岩土介质与结构动力相互作用问题的研究以岩土动力学、结构动力学、固体力学、计算数学和电子计算技术等多个学科为基础，探讨岩土介质与结构动力耦合系统的数学模型、力学机理、耦合效应、界面特性和计算分析方法等众多学术与技术问题，为结构工程、岩土工程、地下工程、防护和抗震工程等土木、水利工程领域的动力分析和动力可靠性设计提供理论基础与分析方法，是一项涉及多个子学科领域并极富学术内涵且又具工程应用前景的科学研究。本书以结构工程和防护工程为主要应用背景，深入系统地介绍了岩土介质与结构动力相互作用的理论及工程应用。全书分为上、下两篇。上篇为理论基础，讨论土与结构动力相互作用的基本理论及其分析方法；下篇为土与结构动力相互作用问题的解析分析与应用，介绍由解析法给出的岩土与结构动力相互作用的各类工程实例的新解。

本书主要是根据作者多年来在岩土介质与结构动力相互作用方面的研究成果撰写而成的一本学术专著。书中的内容既包含严密的理论体系，又有丰富的工程分析实例，涉及本门学科领域许多难点和难题的研究以及处理这些问题的数学、力学技巧和方法。书中较全面地介绍了岩土介质与结构相互作用的动力模型以及动力耦合的力学机制和分析方法，对诸多动力相互作用分析的解析法、数值法和半解析法做了相当深度的论述，并讨论了动力有限元法的频散性、数值稳定和收敛性问题，还提出了改进方法；对于一些复杂的数学概念，在保持严谨性的同时更力求阐明其物理内涵，这是十分难能可贵的。另一方面，作者把理论与工程应用紧密结合，解析地给出了动力相互作用问题各类工程实例的一系列新解，展现出灵活多变、多姿多彩的数学技巧；即使采用的是严谨的解析方法，在解决问题方面仍不失其一定的广泛性。本书涉及平面和空间动力问题以及动力突变性问题，研究的结构包括浅基础、桩基础、地下结构、上部结构，涵盖了圆形、方形、椭圆形、直墙拱等断面结构以及相邻多个任意断面结构；在相互作用的介质属性方面，包括了线性和非线性岩土介质、可压缩水介质；系统输入荷载包括了稳态波和冲击波、运动荷载、地震荷载、局部动力荷载等等。此外，书中还包含了不少较深入的理论成果，例如饱和土介质固一流耦合动力方程的势函数分析、动力耗散系统的简谐波叠加法、相邻多体相互作用分析的Graf广义公式、动力有限元法频散性及数值稳定性的改进方法等。同时，书中还给出了非常丰富的工程实例计算数据，这对理论的工程应用将发挥有益的作用。2100433B

图书信息

桩：土-结构动力相互作用研究\孔德森，ISBN：9787502460297，作者：

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