工程振動與穩(wěn)定基礎(chǔ)

前言

《工程振動與穩(wěn)定基礎(chǔ)》已相繼出版兩版，2002年第1版獲得了北京交通大學(xué)教學(xué)成果獎；2005年出版了第2版，該成果也為北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院橋梁與隧道工程申報國家重點學(xué)科作出了貢獻。通過近幾年的教學(xué)實踐，作者搜集和整理了任課教師和廣大學(xué)生、讀者對本書的意見和建議；另外，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步，我們搜集和整理國內(nèi)外相關(guān)最新研究成果和最新規(guī)范，在教材中做深入淺出的介紹，做到教學(xué)內(nèi)容與時俱進。為此，本書在保持前版主要內(nèi)容的基礎(chǔ)上，做出了以下改進和完善：（1）適當(dāng)增加了結(jié)構(gòu)動力學(xué)前期知識的介紹，便于讀者對相關(guān)知識銜接的理解和掌握，也幫助讀者更好地學(xué)習(xí)和掌握本書內(nèi)容；（2）調(diào)整部分章節(jié)內(nèi)容的安排順序，使本書內(nèi)容的邏輯關(guān)系更為合理；（3）搜集和整理了有關(guān)結(jié)構(gòu)動力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)抗震、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析方面最新科研成果和最新規(guī)范，特別是為服務(wù)橋梁與隧道工程國家重點學(xué)科，增加了有關(guān)鐵路、公路橋梁抗震設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，拓寬了知識面，滿足了更多讀者需求；（4）增加了圖示，有助于讀者對相關(guān)抽象概念和新知識的理解；（5）對一些復(fù)雜公式進行了適當(dāng)推導(dǎo)，有助于讀者搞清公式的由來。本版第1章、第4～10章由劉保東負責(zé)修訂，第2～3章由余自若負責(zé)修訂。在本書的再版過程中得到了北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和北京交通大學(xué)出版社的大力支持，北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院夏禾教授、楊慶山教授和鐘鐵毅教授均提出了很多寶貴意見和建議，研究生李鵬飛、王光裕、康銀庚、陳建波參與了部分工作，在此一并感謝。在編寫本書時，參考和引用了公開發(fā)表的一些文獻和資料，謹向這些作者表示感謝。由于編者水平所限，書中難免有疏漏和不足之處，懇請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　《工程振動與穩(wěn)定基礎(chǔ)》（第3版）結(jié)合近幾年的教學(xué)實踐和讀者反饋，依照當(dāng)前最新規(guī)范，在保持前兩版主要內(nèi)容的基礎(chǔ)上進行了適當(dāng)?shù)难a充和改進?！豆こ陶駝优c穩(wěn)定基礎(chǔ)（第3版）》包括結(jié)構(gòu)動力學(xué)基礎(chǔ)、工程結(jié)構(gòu)抗震基礎(chǔ)和工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定基礎(chǔ)三個密切相關(guān)的部分。　　結(jié)構(gòu)動力學(xué)基礎(chǔ)增加了前期相關(guān)知識的介紹，對結(jié)構(gòu)動力學(xué)的基本概念、單自由度體系和多自由度體系振動分析方法、結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)求解的基本方法進行了詳細講解，結(jié)合當(dāng)前最新科研動態(tài)介紹了結(jié)構(gòu)動力學(xué)的最新發(fā)展和應(yīng)用。工程結(jié)構(gòu)抗震基礎(chǔ)以我國現(xiàn)行的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011-2001）（2008年版）、《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50111-2006）、《公路橋梁抗震設(shè)計細則》（JTG／TB 02-01-2008）等規(guī)范為依據(jù)，介紹了工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本概念、抗震設(shè)計基本原則，應(yīng)用結(jié)構(gòu)動力學(xué)知識詳細分析了地震作用的確定方法，介紹了結(jié)構(gòu)抗震驗算的一般方法；參照國際先進規(guī)范，結(jié)合當(dāng)前最新科研成果，對工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范的改革思路做了簡要的介紹。工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定基礎(chǔ)介紹廠有關(guān)工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題的基本知識，討論了若干結(jié)構(gòu)彈性范圍內(nèi)喪失第一類穩(wěn)定性問題的計算方法，揭示了穩(wěn)定問題與動力問題的內(nèi)在聯(lián)系，并對工程中常見的失穩(wěn)問題進行了簡單的分析?！　　豆こ陶駝优c穩(wěn)定基礎(chǔ)（第3版）》內(nèi)容豐富、全面，結(jié)構(gòu)安排合理。既可作為土木工程專業(yè)本科生專業(yè)基礎(chǔ)課教材，也可供研究生和其他相關(guān)工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 總論 1.1 結(jié)構(gòu)動力學(xué)基礎(chǔ) 1.2 工程結(jié)構(gòu)抗震基礎(chǔ) 1.3 工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定基礎(chǔ) 第1篇 結(jié)構(gòu)動力學(xué)基礎(chǔ) 第2章 結(jié)構(gòu)動力學(xué)概述 2.1 結(jié)構(gòu)動力學(xué)前期知識簡介 2.1.1 結(jié)構(gòu)力學(xué)前期知識 2.1.2 數(shù)學(xué)前期知識 2.1.3 理論力學(xué)前期知識 2.2 動荷載的定義和分類 2.2.1 動荷載的定義 2.2.2 動荷載的分類 2.3 結(jié)構(gòu)動力學(xué)的任務(wù)和研究內(nèi)容 2.3.1 結(jié)構(gòu)動力問題的基本特性 2.3.2 結(jié)構(gòu)動力學(xué)的任務(wù) 2.3.3 結(jié)構(gòu)動力學(xué)的研究內(nèi)容 2.4 結(jié)構(gòu)動力分析中體系的自由度 2.4.1 體系的動力自由度 2.4.2 體系自由度的簡化 2.4.3 體系自由度的確定 2.5 結(jié)構(gòu)的動力特性 2.5.1 結(jié)構(gòu)的自振頻率 2.5.2 結(jié)構(gòu)的振型 2.5.3 結(jié)構(gòu)的阻尼 2.6 建立結(jié)構(gòu)體系運動方程的一般方法 2.6.1 體系運動方程建立的一般方法 2.6.2 體系運動方程的建立 2.6.3 多自由度體系運動方程的一般形式 思考題與習(xí)題 第3章 單自由度體系的振動分析 3.1 單自由度體系的自由振動分析 3.1.1 無阻尼自由振動 3.1.2 阻尼自由振動 3.1.3 確定體系阻尼比的方法 3.2 單自由度體系的受迫振動 3.2.1 簡諧荷載作用下的動力響應(yīng)分析 3.2.2 周期荷載作用下的動力響應(yīng)分析 3.2.3 突加荷載作用下的動力響應(yīng) 3.2.4 沖擊荷載作用下的動力響應(yīng) 3.2.5 任意荷載作用下的動力響應(yīng) 思考題與習(xí)題 第4章 多自由度體系的振動分析 4.1 無阻尼多自由度體系的自由振動分析 4.1.1 多自由度體系振動頻率分析的剛度法 4.1.2 多自由度體系振型分析的剛度法 4.1.3 多自由度體系振動頻率分析的柔度法 4.1.4 多自由度體系振型分析的柔度法 4.1.5 多自由度體系自由振動的通解 4.2 多自由度體系振型的正交性 4.2.1 正交的數(shù)學(xué)概念 4.2.2 振型向量的正交性 4.2.3 正交性的應(yīng)用 4.3 多自由度體系的受迫振動 4.3.1 多自由度無阻尼體系的受迫振動分析 4.3.2 多自由度有阻尼體系的受迫振動分析 4.4 結(jié)構(gòu)振動控制的應(yīng)用 思考題與習(xí)題 第5章 頻率和振型的實用計算方法 5.1 能量法 5.1.1 單自由度體系 5.1.2 多自由度體系 5.2 迭代法 5.2.1 第一階振型和頻率的計算 5.2.2 高階振型和頻率的計算 5.3 經(jīng)驗公式法 5.3.1 建筑結(jié)構(gòu) 5.3.2 橋梁結(jié)構(gòu) 思考題與習(xí)題 第1篇參考文獻 第2篇 工程結(jié)構(gòu)抗震基礎(chǔ) 第6章 抗震設(shè)計的基本知識 6.1 地震概論 6.1.1 地震成因， 6.1.2 地震相關(guān)名詞解釋 6.1.3 等震線和地震區(qū)劃 6.1.4 地震的破壞現(xiàn)象 6.1.5 中國地震的特點 6.2 抗震設(shè)計的基本原則 6.2.1 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) 6.2.2 抗震設(shè)計方法 6.2.3 抗震概念設(shè)計 6.2.4 抗震設(shè)計規(guī)范的改革思路 思考題與習(xí)題 第7章 場地、地基和基礎(chǔ) 7.1 地震地面運動特性 7.1.1 地震記錄 7.1.2 場地對地震地面運動特性的影響 7.1.3 場地的選擇 7.2 場地的劃分 7.2.1 場地土類型劃分 7.2.2 覆蓋層厚度劃分 7.2.3 場地的類別和劃分標(biāo)準(zhǔn) 7.3 地基基礎(chǔ)抗震驗算 7.4 軟弱地基處理 思考題與習(xí)題 第8章 地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗算 8.1 概述 8.2 單質(zhì)點彈性體系的地震反應(yīng) 8.2.1 運動方程的建立 8.2.2 運動方程的解 8.3 單質(zhì)點彈性體系水平地震作用及其反應(yīng)譜 8.3.1 水平地震作用的基本公式 8.3.2 地震系數(shù)與動力系數(shù) 8.3.3 設(shè)計用反應(yīng)譜 8.4 多質(zhì)點彈性體系的地震反應(yīng) 8.4.1 運動方程的建立 8.4.2 運動方程的求解 8.5 多質(zhì)點彈性體系水平地震作用的確定 8.5.1 振型分解反應(yīng)譜法 8.5.2 底部剪力法 8.6 考慮結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的計算 8.7 豎向地震作用的計算 8.8 結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的時程分析法 8.8.1 概述 8.8.2 驗算步驟 8.9 建筑結(jié)構(gòu)抗震驗算 8.9.1 結(jié)構(gòu)抗震強度驗算 8.9.2 結(jié)構(gòu)抗震變形驗算 8.10 橋梁結(jié)構(gòu)抗震驗算 思考題與習(xí)題 第2篇參考文獻 第3篇 工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定基礎(chǔ) 第9章 工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定概述 9.1 一般概念 9.2 確定臨界荷載的方法 9.2.1 靜力法 9.2.2 能量法 思考題與習(xí)題 第10章 工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析 10.1 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定 10.1.1 剛性支承上等截面直桿 10.1.2 彈性支承上等截面直桿 10.1.3 變截面直桿 10.2 偏心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定 10.3 其他工程結(jié)構(gòu)失穩(wěn)分析 10.3.1 平面剛架的彈性屈曲 10.3.2 梁的側(cè)向屈曲 思考題與習(xí)題 第3篇參考文獻 附錄A 我國主要城鎮(zhèn)抗震設(shè)防烈度、設(shè)計基本地震加速度和設(shè)計地震分組

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 總論在學(xué)習(xí)本書之前，讀者已經(jīng)掌握了結(jié)構(gòu)在靜力作用下內(nèi)力和變形的計算方法，因而可以很容易地得出圖1.一1所示的兩個結(jié)構(gòu)在靜力作用下的內(nèi)力和變形。但結(jié)構(gòu)上的作用并非全是靜力作用，按照《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50153-2008)的規(guī)定，凡施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布力，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因，均稱為結(jié)構(gòu)上的作用。作用分為直接作用和間接作用兩大類，前者即為通常所說的荷載——永久荷載(恒載)和可變荷載(活載)等，后者包括地震、基礎(chǔ)沉降、混凝土收縮、溫度變化、焊接等作用。作用的分類還有很多種方法，其中按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點分類可以將作用分為靜態(tài)作用和動態(tài)作用(即動力作用)。嚴(yán)格來講，結(jié)構(gòu)上作用的三要素(大小、方向、作用點)大都隨時間變化，從作用本身來講都應(yīng)屬于動態(tài)的，但動態(tài)作用定義為“使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度不可忽略不計的作用”，因此，對隨時間變化的“動態(tài)”的作用要進行動力分析，研究其使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的動力作用效應(yīng)(位移、速度、加速度等)是否可以忽略不計，這就屬于結(jié)構(gòu)動力學(xué)的范疇，地震作用是典型的動力作用。按照《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》對承載能力極限狀態(tài)的規(guī)定，“結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強度而破壞”屬于超過承載能力極限狀態(tài)的第一條，這一點十分容易理解，而標(biāo)準(zhǔn)中也規(guī)定了“結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定”也屬于超過承載能力極限狀態(tài)。這樣，我們再重新審視前邊的兩個簡單結(jié)構(gòu)，如果圖1一1(a)所示簡支梁跨中所受是動力作用，其結(jié)果又是怎樣呢？圖1-1(b)所示的軸心受壓柱是不是只要其軸向應(yīng)力沒有達到材料的受壓承載力就不會破壞？本書將對與此相關(guān)的問題進行分析和討論，介紹有關(guān)結(jié)構(gòu)動力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)抗震、工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)知識，為讀者后續(xù)學(xué)習(xí)有關(guān)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的專業(yè)課程打下基礎(chǔ)。

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《工程振動與穩(wěn)定基礎(chǔ)(第3版)》：高等學(xué)校教材

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