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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TLCD456

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