地基-結(jié)構(gòu)動力相互作用分析方法

前言

　　土與結(jié)構(gòu)動力相互作用（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。地震時的地震動以波動的形式傳遞到場地地基并激發(fā)起基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的振動，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)生振動的，因此，SSI體系無論在自振特性還是在動力反應(yīng)方面均與不考慮動力相互作用的結(jié)構(gòu)有很大的差異。隨著我國高層、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SSI的研究提出了更高的需求。遺憾的是，至今我國尚缺少由我國學(xué)者自己編寫的有關(guān)SSI問題研究的解釋、綜述和深入探討的學(xué)術(shù)專著。　　為此，蔣通教授撰寫了《地基一結(jié)構(gòu)動力相互作用分析方法》一書，書中對地基與結(jié)構(gòu)動力相互作用進(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研究中的兩個基本課題——地基阻抗與基礎(chǔ)輸入運(yùn)動。并對考慮SSI后上部結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分析方法、動力相互作用的效應(yīng)及工程上考慮SSI影響的思路作了論述。書中還對地基與結(jié)構(gòu)動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，還有近年來由作者研究開發(fā)的薄層單元分析方法。方法中既有建立在波動理論基礎(chǔ)上的精細(xì)分析方法，也有適用于工程實(shí)用的簡化計算方法。書中還對國內(nèi)外近年來有關(guān)SSI研究的新進(jìn)展作了介紹和評述。　　由于SSI問題涉及到土動力學(xué)、波動力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、計算力學(xué)、地震工程學(xué)等諸多領(lǐng)域，故對作者的學(xué)術(shù)水平有較高的要求。作者蔣通1980年作為公派訪問學(xué)者從同濟(jì)大學(xué)去日本，在著名學(xué)者、SSI問題研究權(quán)威田治見宏（H.Tajimi）教授的研究室進(jìn)修，1988年又在田治見宏教授的指導(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，蔣通對不規(guī)則場地上的SSl分析方法、高層建筑SSl分析及地脈動觀測在地震工程中的應(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。全書論述簡明清晰，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)用與處理工程問題的需要，理論聯(lián)系實(shí)際，其中不乏作者具有創(chuàng)新見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)動力相互作用分析在結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析和動力機(jī)器基礎(chǔ)及各種振源引起環(huán)境振動的研究中占有十分重要的地位。本書對地基與結(jié)構(gòu)動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。本書對重要結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計、動力機(jī)器基礎(chǔ)的設(shè)計和各種振源引起環(huán)境振動的預(yù)測和防治有指導(dǎo)和實(shí)用意義。    本書理論聯(lián)系實(shí)際，論述簡明清晰，理論推演嚴(yán)密，算例豐富并附有部分計算程序。本書可供應(yīng)用力學(xué)、地震工程和振動工程研究工作者、土木建筑工程師以及研究生閱讀。

書籍目錄

推薦信（代序一）／李國豪推薦信（代序二）／周錫元推薦信（代序三）／樓夢麟1  地基-結(jié)構(gòu)動力相互作用概論  1.1  地基-結(jié)構(gòu)動力相互作用的分析方法  1.2  子結(jié)構(gòu)法的一般求解過程  1.3  激振力作用下無質(zhì)量基礎(chǔ)的反應(yīng)分析  1.4  入射波作用下無質(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  簡單基礎(chǔ)模型的動力相互作用分析  1.7  慣性相互作用與輸入相互作用  1.8  地基-結(jié)構(gòu)動力相互作用的效應(yīng)分析2  彈性半空間地基的等價振動模型  2.1  地基等價振動模型的概要  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)用計算方法  2.4  矩形表面基礎(chǔ)地基剛度的實(shí)用計算方法  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)用計算方法  2.7  地基阻尼系數(shù)的實(shí)用計算方法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  研究內(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)動方程  4.2運(yùn)動方程變換為波動方程  4.3波動方程的通解  4.4  運(yùn)動方程的位移和應(yīng)力通解  4.5  集中荷載激振下的波動位移解  4.6  地表基礎(chǔ)的地基阻抗函數(shù)5  埋置基礎(chǔ)的振動特性  5.1  諾伐克近似側(cè)面地基阻抗函數(shù)  5.2  田治見近似側(cè)面地基阻抗函數(shù)  5.3  田治見-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)動的評價方法  6.1  彈性半空間地基自由場地運(yùn)動  6.2  層狀彈性半空問地基自由場地運(yùn)動  6.3  基礎(chǔ)輸入運(yùn)動的分析方法  6.4  基礎(chǔ)輸入運(yùn)動的近似分析  6.5  基礎(chǔ)輸入運(yùn)動的特點(diǎn)7  樁基礎(chǔ)的振動特性  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算  7.3  單樁地基阻抗簡化計算方法精度檢驗  7.4  群樁系數(shù)的簡便評價方法  7.5  層狀地基群樁阻抗的簡化分析方法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）問題的薄層模型  8.3  2維平面內(nèi)（SV-P波型）問題的薄層模型  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)動力相互作用的原理  9.2  薄層法在地基-基礎(chǔ)動相互作用分析中的應(yīng)用  9.3  基礎(chǔ)地基阻抗函數(shù)計算實(shí)例  9.4  簡諧激振荷載作用下單樁周圍地表位移反應(yīng)  9.5  層狀地基軸對稱問題中環(huán)形激振格林函數(shù)的應(yīng)用  9.6  用薄層法計算埋置基礎(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)的計算10  薄層法研究的新進(jìn)展  10.1  層狀地基在移動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  時域?qū)訝畹鼗臃ɑ窘?1  用薄層法計算分析高架軌道交通引發(fā)的環(huán)境振動  11.1  支架頂部動反力計算  11.2  單位簡諧荷載作用下層狀地基中承臺群樁基礎(chǔ)周圍土層反應(yīng)分析  11.3  高架軌道交通引起環(huán)境振動的計算分析12  用薄層法計算分析地面和地下軌道交通引發(fā)的環(huán)境振動  12.1  列車激振荷載的計算  12.2  單位簡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)境振動的計算作者簡介后記

章節(jié)摘錄

　　本章概要論述地基——結(jié)構(gòu)動力相互作用（Soil—structure Interaction，SSI）的基本概念，使讀者對動力相互作用問題的全貌有一個總體的了解。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)動力相互作用分析的主要課題及其求解途徑?！　?.1地基——結(jié)構(gòu)動力相互作用的分析方法　　圖1-1表示基礎(chǔ)置于彈性半無限空間地基上的建筑結(jié)構(gòu)受到地震波入射的作用。對這樣的地基——結(jié)構(gòu)體系在地震作用下的反應(yīng)計算，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)作為一個總的體系進(jìn)行分析，地基與結(jié)構(gòu)之間動的相互作用包含在計算過程中。采用直接法計算時經(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)。但直接法必須對無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，由于模型很大，需耗費(fèi)大量的計算時間和費(fèi)用，目前直接法主要應(yīng)用在二維模型或軸對稱模型的分析中。　　2.子結(jié)構(gòu)法（Substructure Method）。這種方法是將總的地基——結(jié)構(gòu)體系分解為幾個子結(jié)構(gòu)，在對各子結(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，在一些簡單情況下還可得到解析解，這些解析解對理解動力相互作用的實(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)動力相互作用分析。本章中以子結(jié)構(gòu)法為主要研究對象，其原理在1.2節(jié)中介紹。

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