地基-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析方法

前言

　　土與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用（SSI）的研究在地震工程與風(fēng)工程等學(xué)術(shù)領(lǐng)域中占有十分重要的地位。地震時(shí)的地震動(dòng)以波動(dòng)的形式傳遞到場(chǎng)地地基并激發(fā)起基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，而上部結(jié)構(gòu)又是作為支承在天然或人工地基上的體系發(fā)生振動(dòng)的，因此，SSI體系無(wú)論在自振特性還是在動(dòng)力反應(yīng)方面均與不考慮動(dòng)力相互作用的結(jié)構(gòu)有很大的差異。隨著我國(guó)高層、超高層建筑的日益增多及諸如核電站等重要工程設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，對(duì)SSI的研究提出了更高的需求。遺憾的是，至今我國(guó)尚缺少由我國(guó)學(xué)者自己編寫(xiě)的有關(guān)SSI問(wèn)題研究的解釋、綜述和深入探討的學(xué)術(shù)專著。　　為此，蔣通教授撰寫(xiě)了《地基一結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析方法》一書(shū)，書(shū)中對(duì)地基與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用進(jìn)行了深入淺出的概述，以彈性半空間上的地表基礎(chǔ)為例，闡述了SSI研究中的兩個(gè)基本課題——地基阻抗與基礎(chǔ)輸入運(yùn)動(dòng)。并對(duì)考慮SSI后上部結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分析方法、動(dòng)力相互作用的效應(yīng)及工程上考慮SSI影響的思路作了論述。書(shū)中還對(duì)地基與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的主要分析方法進(jìn)行了詳細(xì)的論述，其中不僅有傳統(tǒng)的分析方法，還有近年來(lái)由作者研究開(kāi)發(fā)的薄層單元分析方法。方法中既有建立在波動(dòng)理論基礎(chǔ)上的精細(xì)分析方法，也有適用于工程實(shí)用的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。書(shū)中還對(duì)國(guó)內(nèi)外近年來(lái)有關(guān)SSI研究的新進(jìn)展作了介紹和評(píng)述?！　∮捎赟SI問(wèn)題涉及到土動(dòng)力學(xué)、波動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、計(jì)算力學(xué)、地震工程學(xué)等諸多領(lǐng)域，故對(duì)作者的學(xué)術(shù)水平有較高的要求。作者蔣通1980年作為公派訪問(wèn)學(xué)者從同濟(jì)大學(xué)去日本，在著名學(xué)者、SSI問(wèn)題研究權(quán)威田治見(jiàn)宏（H.Tajimi）教授的研究室進(jìn)修，1988年又在田治見(jiàn)宏教授的指導(dǎo)下以學(xué)位論文《邊界單元法及其在基礎(chǔ)地震反應(yīng)分析中的應(yīng)用》獲得了博士學(xué)位。在其后的研究中，蔣通對(duì)不規(guī)則場(chǎng)地上的SSl分析方法、高層建筑SSl分析及地脈動(dòng)觀測(cè)在地震工程中的應(yīng)用等課題進(jìn)行了深入的研究，因此，作者具有較深厚的理論基礎(chǔ)和廣闊的學(xué)術(shù)背景。全書(shū)論述簡(jiǎn)明清晰，理論推演嚴(yán)密，分析解釋的物理概念明確，并能密切結(jié)合實(shí)際應(yīng)用與處理工程問(wèn)題的需要，理論聯(lián)系實(shí)際，其中不乏作者具有創(chuàng)新見(jiàn)解的研究成果和心得。特此鄭重推薦予以出版。

內(nèi)容概要

地基與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析在結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析和動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)及各種振源引起環(huán)境振動(dòng)的研究中占有十分重要的地位。本書(shū)對(duì)地基與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的基本課題進(jìn)行了深入淺出的闡述；介紹了地基與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的主要分析方法；重點(diǎn)論述了由作者創(chuàng)導(dǎo)的薄層法的原理及應(yīng)用。本書(shū)對(duì)重要結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)、動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和各種振源引起環(huán)境振動(dòng)的預(yù)測(cè)和防治有指導(dǎo)和實(shí)用意義。    本書(shū)理論聯(lián)系實(shí)際，論述簡(jiǎn)明清晰，理論推演嚴(yán)密，算例豐富并附有部分計(jì)算程序。本書(shū)可供應(yīng)用力學(xué)、地震工程和振動(dòng)工程研究工作者、土木建筑工程師以及研究生閱讀。

書(shū)籍目錄

推薦信（代序一）／李國(guó)豪推薦信（代序二）／周錫元推薦信（代序三）／樓夢(mèng)麟1  地基-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用概論  1.1  地基-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的分析方法  1.2  子結(jié)構(gòu)法的一般求解過(guò)程  1.3  激振力作用下無(wú)質(zhì)量基礎(chǔ)的反應(yīng)分析  1.4  入射波作用下無(wú)質(zhì)量基礎(chǔ)的反應(yīng)分析  1.5  上部結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分析  1.6  簡(jiǎn)單基礎(chǔ)模型的動(dòng)力相互作用分析  1.7  慣性相互作用與輸入相互作用  1.8  地基-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的效應(yīng)分析2  彈性半空間地基的等價(jià)振動(dòng)模型  2.1  地基等價(jià)振動(dòng)模型的概要  2.2  明德林解和基底土反力分布  2.3  圓形表面基礎(chǔ)地基剛度的實(shí)用計(jì)算方法  2.4  矩形表面基礎(chǔ)地基剛度的實(shí)用計(jì)算方法  2.5  層狀地基表面基礎(chǔ)地基剛度的修正  2.6  埋置基礎(chǔ)地基剛度的實(shí)用計(jì)算方法  2.7  地基阻尼系數(shù)的實(shí)用計(jì)算方法3  用錐體模型分析明置塊體基礎(chǔ)的地基阻抗函數(shù)  3.1  研究?jī)?nèi)容  3.2  錐體模型概述  3.3  彈性半空間地基上明置基礎(chǔ)的阻抗函數(shù)  3.4  基巖覆蓋層地基上明置基礎(chǔ)的阻抗函數(shù)  3.5  層狀彈性半空間地基上明置基礎(chǔ)的阻抗函數(shù)4基于彈性半空間理論的地基阻抗函數(shù)  4.1彈性半空間的運(yùn)動(dòng)方程  4.2運(yùn)動(dòng)方程變換為波動(dòng)方程  4.3波動(dòng)方程的通解  4.4  運(yùn)動(dòng)方程的位移和應(yīng)力通解  4.5  集中荷載激振下的波動(dòng)位移解  4.6  地表基礎(chǔ)的地基阻抗函數(shù)5  埋置基礎(chǔ)的振動(dòng)特性  5.1  諾伐克近似側(cè)面地基阻抗函數(shù)  5.2  田治見(jiàn)近似側(cè)面地基阻抗函數(shù)  5.3  田治見(jiàn)-原田近似側(cè)面地基阻抗函數(shù)  5.4  塊體基礎(chǔ)地基阻抗函數(shù)近似公式匯集6  基礎(chǔ)輸入運(yùn)動(dòng)的評(píng)價(jià)方法  6.1  彈性半空間地基自由場(chǎng)地運(yùn)動(dòng)  6.2  層狀彈性半空問(wèn)地基自由場(chǎng)地運(yùn)動(dòng)  6.3  基礎(chǔ)輸入運(yùn)動(dòng)的分析方法  6.4  基礎(chǔ)輸入運(yùn)動(dòng)的近似分析  6.5  基礎(chǔ)輸入運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)7  樁基礎(chǔ)的振動(dòng)特性  7.1  單樁地基的水平阻抗函數(shù)  7.2  單樁地基阻抗的近似計(jì)算  7.3  單樁地基阻抗簡(jiǎn)化計(jì)算方法精度檢驗(yàn)  7.4  群樁系數(shù)的簡(jiǎn)便評(píng)價(jià)方法  7.5  層狀地基群樁阻抗的簡(jiǎn)化分析方法8  薄層法的基本理論  8.1  薄層地基模型及傳遞邊界  8.2  2維平面外（SH波型）問(wèn)題的薄層模型  8.3  2維平面內(nèi)（SV-P波型）問(wèn)題的薄層模型  8.4  層狀地基的薄層模型及格林函數(shù)（柱坐標(biāo)求解）  8.5  層狀地基的薄層模型及格林函數(shù)（直角坐標(biāo)求解）  8.6  層狀地基的環(huán)形荷載激振解（格林函數(shù)）  8.7  層狀地基下半空間的邊界條件  8.8  薄層法的求解精度及模型的設(shè)置方法9  薄層法在地基-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析中的應(yīng)用  9.1  薄層法分析地基-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的原理  9.2  薄層法在地基-基礎(chǔ)動(dòng)相互作用分析中的應(yīng)用  9.3  基礎(chǔ)地基阻抗函數(shù)計(jì)算實(shí)例  9.4  簡(jiǎn)諧激振荷載作用下單樁周?chē)乇砦灰品磻?yīng)  9.5  層狀地基軸對(duì)稱問(wèn)題中環(huán)形激振格林函數(shù)的應(yīng)用  9.6  用薄層法計(jì)算埋置基礎(chǔ)側(cè)面阻抗函數(shù)的實(shí)用方法  9.7  層狀地基中埋管地基阻抗函數(shù)的計(jì)算10  薄層法研究的新進(jìn)展  10.1  層狀地基在移動(dòng)激振荷載作用下的薄層法基本解  10.2  多孔飽和層狀地基的薄層法基本解  10.3  時(shí)域?qū)訝畹鼗臃ɑ窘?1  用薄層法計(jì)算分析高架軌道交通引發(fā)的環(huán)境振動(dòng)  11.1  支架頂部動(dòng)反力計(jì)算  11.2  單位簡(jiǎn)諧荷載作用下層狀地基中承臺(tái)群樁基礎(chǔ)周?chē)翆臃磻?yīng)分析  11.3  高架軌道交通引起環(huán)境振動(dòng)的計(jì)算分析12  用薄層法計(jì)算分析地面和地下軌道交通引發(fā)的環(huán)境振動(dòng)  12.1  列車(chē)激振荷載的計(jì)算  12.2  單位簡(jiǎn)諧荷載用下層狀地基地表反應(yīng)分析  12.3  地面和地下軌道交通引發(fā)環(huán)境振動(dòng)的計(jì)算作者簡(jiǎn)介后記

章節(jié)摘錄

　　本章概要論述地基——結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用（Soil—structure Interaction，SSI）的基本概念，使讀者對(duì)動(dòng)力相互作用問(wèn)題的全貌有一個(gè)總體的了解。本章中使用將地基～上部結(jié)構(gòu)總體系分解為子結(jié)構(gòu)的方法，指出了地震波作用下地基——結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析的主要課題及其求解途徑。　　1.1地基——結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的分析方法　　圖1-1表示基礎(chǔ)置于彈性半無(wú)限空間地基上的建筑結(jié)構(gòu)受到地震波入射的作用。對(duì)這樣的地基——結(jié)構(gòu)體系在地震作用下的反應(yīng)計(jì)算，基本上有以下兩種方法：　　1.直接法（Direct Method）。該方法如圖1—2所示，是將地基和結(jié)構(gòu)作為一個(gè)總的體系進(jìn)行分析，地基與結(jié)構(gòu)之間動(dòng)的相互作用包含在計(jì)算過(guò)程中。采用直接法計(jì)算時(shí)經(jīng)常使用的是有限元方法。直接法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以在計(jì)算模型中考慮實(shí)際地基的復(fù)雜情況及其非線性性質(zhì)。但直接法必須對(duì)無(wú)限延伸的半空間地基截取其有限部分建立分析模型，在有限分析模型的邊界處會(huì)因此而產(chǎn)生實(shí)際上并不存在的波的反射。為了避免或盡量減少這種波的反射，需在模型的底面和側(cè)面邊界處設(shè)置如圖所示的人工邊界；而且采用直接法分析時(shí)，由于模型很大，需耗費(fèi)大量的計(jì)算時(shí)間和費(fèi)用，目前直接法主要應(yīng)用在二維模型或軸對(duì)稱模型的分析中?！　?.子結(jié)構(gòu)法（Substructure Method）。這種方法是將總的地基——結(jié)構(gòu)體系分解為幾個(gè)子結(jié)構(gòu)，在對(duì)各子結(jié)構(gòu)分別求得頻域中的反應(yīng)后，根據(jù)子結(jié)構(gòu)之間邊界面上的相容條件計(jì)算總體系的地震反應(yīng)。由于子結(jié)構(gòu)法是以疊加原理為前提的，故它僅適用于線形體系。子結(jié)構(gòu)法的物理概念明確，在一些簡(jiǎn)單情況下還可得到解析解，這些解析解對(duì)理解動(dòng)力相互作用的實(shí)質(zhì)具有指導(dǎo)意義。子結(jié)構(gòu)法適用于規(guī)模較大體系的地基和結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析。本章中以子結(jié)構(gòu)法為主要研究對(duì)象，其原理在1.2節(jié)中介紹。

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