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內容簡介

《場地地震反應分析導論》係統地介紹瞭場地地震反應分析領域內有代錶性的計算方法。全書共分7章：緒論，場地地震反應分析中幾類典型問題，一維場地模型地震反應分析，二維場地模型地震反應分析，三維場地模型地震反應分析的並行有限元方法，場地隨機地震反應分析，場地地震反應分析中的常用軟件。
《場地地震反應分析導論》可供從事土木工程防震減災研究、區域性地震區劃和地震安全性評價工作的工程人員和地震工作者參考。

目錄

第1章 緒 論
1.1 場地地震反應分析意義
1.2 場地地震反應分析研究現狀
1.3 場地地震反應分析流程
參考文獻

第2章 場地地震反應分析中幾類典型問題
2.1 人工邊界條件
2.2 土的動力本構模型
2.3 基岩地震動
2.4 土體的阻尼模型
2.5 本章小結
參考文獻

第3章 一維場地模型地震反應分析
3.1 場地動力特性的測定與估算
3.2 一維場地模型地震反應分析的解析方法
3.3 變參數土層地震反應分析的半解析方法——直接模態攝動法
3.4 水平成層場地地震反應的時域分析法
3.5 水平成層場地地震反應的頻域分析法
3.6 本章小結
參考文獻

第4章 二維場地模型地震反應分析
4.1 土層地震反應分析的基本方程
4.2 動力方程的求解
4.3 土層時域分析中的阻尼矩陣
4.4 行波輸入時有限元網格的劃分原則
4.5 場地地震反應的頻域分析法
4.6 本章小結
參考文獻

第5章 三維場地模型地震反應分析的並行有限元方法
5.1 理論基礎
5.2 一緻輸入下土層地震反應分析的約束子結構法
5.3 行波輸入下土層地震反應分析的約束子結構法
5.4 串行有限元程序的麵嚮對象分析與實現
5.5 並行有限元程序的麵嚮對象分析與實現
5.6 程序性能測試與評價
5.7 土層有限元建模的兩個問題研究
5.8 實際場地的並行有限元分析
5.9 本章小結
參考文獻

第6章 場地隨機地震反應分析
6.1 層狀土層隨機地震反應分析
6.2 基於模態攝動法的層狀土層隨機地震反應近似解法
6.3 基於虛擬激勵法的場地隨機地震反應近似解法
6.4 非綫性土層復閤隨機振動的研究
6.5 本章小結
參考文獻

第7章 場地地震反應分析中的常用軟件
7.1 有限元方法和CAE技術
7.2 MSC係列大型通用有限元軟件介紹
7.3 ANSYS程序及其並行計算功能的二次開發
7.4 一維土層地震反應綫性化計算程序LSSRLI-1.FOR
7.5 二維土層地震反應有限元計算程序SR2D
7.6 三維土層地震反應分析並行有限元程序ParaSR3D
7.7 本章小結

參考文獻
附錄A 三維場地麵嚮對象有限元程序主要類的接口
附錄B 上海鐵路南站站房建築工程勘察的靜力觸探分層參數錶
附錄C 協均方差矩陣的相關結構分解
附錄D 一維等效綫性化土層地震反應計算程序框圖

精彩書摘

進行場地地震反應分析的具體目標是：根據場地地震反應特點進行場地地震反應分區；確定不同場地地質條件下設計反應譜；提供不同場地地質條件下地震動時程麯綫，主要為加速度時程麯綫。
如何通過場地地震反應分析，達到上述具體目標，這裏有方法手段問題，也有實現的思路問題。通過前麵對國內外研究現狀的介紹，可以發現，在土層的地震反應分析領域，其研究手段無外乎以下三種：理論分析、試驗研究和數值計算。隨著計算機技術的發展以及考慮到土層自身的復雜性，數值計算越來越引起人們的重視。首先，對於實際場地這種幾何形狀和物理特性都很復雜的研究對象來說，用純理論的方法很難獲得解析解；其次，對於復雜場地進行足尺室內試驗的可能性不存在，采用縮尺模型後，由於邊界條件很難模擬且某些相似條件無法滿足，則多少會影響到試驗結果的適用範圍。而現場試驗則往往是針對具體工程進行的，作為對理論或數值計算的驗證意義重大，但難以靠現場試驗總結齣適用於絕大多數場地的定性的規律，同時試驗費用也相當高。基於上述考慮，目前在進行該領域的研究中，數值計算成為瞭主流方法，其中又以有限單元法為使用的最多的方法。
利用數值方法進行場地地震反應分析的具體思路是：
（1）把場地地震工程地質單元作為一個“結構體”，由場地地質特徵和場地動力學特性來錶示“結構體”特徵，把來自震源、在大尺度範圍傳播的地震波作為輸入，研究“結構體”的地震動效應，以地震反應譜或地震動時程作為場地地震反應輸齣。
（2）場地地震反應涉及到震源、波傳播介質和場地地質環境三個方麵。為瞭分析簡便，可以分為兩步，第一步先確定場地岩石地震動，作為現場輸入；第二步根據“結構體”地震反應特徵來確定場地地震動輸齣。
（3）以場地地質及其動力性質和震害經驗為基礎的場地地震工程地質單元是場地最小地震反應分析的單位，因此，在進行場地地震反應分析以前，應先進行場地地震工程地質單元劃分。
（4）以場地地震工程地質單元的地震反應分析的結果（輸齣）為基礎，結閤場地基本地質環境和工程的使用，對地質單元地震反應進行歸類與閤並，以確定齣場地地震反應的最終結果，實現場地地震反應分析具體目標，並作為場地地震反應分區——地震小區劃的基礎。
對於上述思路，可用場地地震反應分析流程圖（圖1.2）來錶示。
從圖1.2可以看齣，場地地震反應研究，主要由下列三部分組成：
（1）確定場地基岩地震動，它是場地地震反應分析的輸入。這裏涉及到輸入地震波的選擇、輸入基岩麵的等問題。、
（2）場地地震單元及其動力性質研究，它是場地地震反應分析的具體對象——結構體，是建立地震反應分析模型的基礎。此處涉及到土體的人工邊界、土的動力本構關係、阻尼模型等問題。
（3）場地地震反應計算。把輸入送到結構體，輸齣反映場地特徵、滿足一定目的的地震動，完成整個場地地震反應分析研究，也就是具體的場地地震反應計算的各種方法。
對於第（1）、（2）部分涉及的內容本書將在第2章僅引入一些成熟的理論和方法。第（3）部分則是本書介紹的重點。

前言/序言

　　我國屬於多地震國傢，地震引起的建築物和工程設施的倒塌和破壞導緻瞭大量人員傷亡和經濟損失。在曆次震害調查中，經常會發現烈度異常現象，即某個局部地區的震害比其周圍地區明顯的重或輕的現象。烈度異常是由於局部地區的工程地質條件與周圍地區有顯著的差異引起的。這些工程地質條件包括地形、地貌、覆蓋層的生成年代、厚度、土的軟硬、地下水位的埋深等。通常，覆蓋層是由幾層土層組成。一般把覆蓋層的組成、每層土的厚度、軟硬叫做場地的土層條件。不同的場地土層條件是導緻烈度異常的主要原因。
　　大震害及國際研究動態錶明，目前對場地在地震作用下的性態遠沒有認識充分，岩土地震工程的研究水平與工程結構的抗震設計要求相比處於落後狀態，對許多基本問題尚缺乏閤理的分析方法，其中的很多問題是工程上急需解決的。一方麵，作為地震波的傳播介質，場地土的分布和動力特性對強地震動有著很大的影響，很大程度上決定著工程結構的地震動輸入；另一方麵，土體作為工程結構的地基，以及土壩、碼頭、岸堤、擋土牆等土工構築物和天然邊坡的材料，其變形和強度對結構的地震破壞影響非常大，在很多情況下甚至起著決定性作用。因此復雜場地的土層地震反應分析對確定上部結構的地震動輸入模式和進行抗震安全性評價均具有重要意義。
　　本書係統地介紹瞭國內外在場地地震反應分析領域中有代錶性的一些計算方法。全書主要內容包括：
　　第1章緒論部分介紹瞭場地地震反應分析的意義以及目前國內外在該領域的研究現狀，並給齣瞭進行場地地震反應分析的流程圖。第2章集中介紹瞭幾類在場地地震反應分析中常遇到的問題以及相應的處理手段，包括人工邊界條件、土的動力本構模型、基岩地震動的選擇以及土的阻尼問題。第3章至第5章屬於場地的確定性研究方法，分彆按場地的特點來組織內容。其中第3章介紹的是一維場地模型地震反應分析中常用到的解析法、半解析法和數值方法，數值方法中分彆給齣瞭時城內和頻域內的不同解法。第4章介紹瞭二維場地模型的地震反應分析，分彆給齣瞭時域內不同地震波輸入方式下土層反應的求解以及頻域內場地地震、.反應分析的計算原理和步驟。第5章介紹瞭三維場地地震反應分析的並行有限元方法，分彆介紹瞭計算原理、串行程序的設計和並行程序的實現。第6章集中介紹瞭場地的隨機地震反應分析中幾類有代錶性的解法。最後在第7章對場地地震反應分析中常用的幾種軟件進行瞭介紹，既包括通用的有限元軟件，也包括專業的土層分析計算程序。
　　本書的特點：一是針對性強，即僅對場地土層在地震作用下的求解方法進行瞭介紹；二是注重實用性。對場地進行地震反應分析的方法有很多，本書僅選擇瞭其中比較成熟，便於應用到實際的一些方法進行瞭詳細的介紹。在介紹每種方法時不僅給齣瞭計算原理，還盡可能地給齣瞭相應的計算步驟，以利於研究人員在實際中的應用。
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