粘滞阻尼减震结构设计

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出版者:武汉理工大学出版社
作者:周云
出品人:
页数:288
译者:
出版时间:2006-11
价格:56.00元
装帧:精裝本
isbn号码:9787562924654
丛书系列:
图书标签:
  • 结构工程
  • 减震技术
  • 粘滞阻尼器
  • 结构设计
  • 抗震
  • 阻尼减震
  • 结构动力学
  • 工程结构
  • 建筑工程
  • 有限元分析
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具体描述

《粘滞阻尼减震结构设计》系统地总结和阐述了粘滞阻尼减震的理论、方法、技术和工程应用的主要研究成果。主要内容包括粘滞阻尼减震结构的概念与原理、粘滞流体的类型与特性、粘滞阻尼器的类型和性能、粘滞阻尼器的恢复力模型、粘滞阻尼减震结构的特性、分析方法、设计方法和分析软件以及粘滞阻尼器的工程应用等。

《粘滞阻尼减震结构设计》可提供从事土木工程、防灾减灾工程及防护工程、工程力学、材料科学与工程、机械工程、航空航天工程研究、设计、制造和施工的工程技术人员参考。也可作为上述专业的研究生和高年级本科生的学习参考书。

结构动力学前沿:新型减隔震技术与实践 本书聚焦于当代土木工程领域中最具挑战性和前沿性的课题之一——结构抗震减震技术的发展与应用。 随着全球地震活动日益频繁,以及对工程结构安全性和使用性能要求的不断提高,传统的抗震设计理念正面临深刻的变革。本书旨在系统梳理和深入探讨一系列先进的减隔震技术,特别是那些在提高建筑和基础设施抗震韧性方面展现出巨大潜力的创新方案。 第一部分:结构动力学基础与现代抗震理念革新 本部分首先回顾了结构动力学和抗震工程学的基本理论,强调了基于性能化设计(Performance-Based Seismic Design, PBSD)在新一代抗震规范中的核心地位。详细阐述了地震动特性对结构响应的影响机制,包括近场脉冲、长周期效应等复杂地震荷载的数值模拟与分析方法。重点探讨了从“抗倒塌”向“控制损伤”和“快速恢复”转型的设计哲学转变,为后续先进减隔震技术的应用奠定坚实的理论基础。 第二部分:被动减震技术深度解析 本书对被动减震技术进行了全面而细致的梳理,这是目前应用最为广泛、技术体系最为成熟的一类抗震措施。 2.1 粘弹性与粘滞阻尼器 详细剖析了经典粘滞阻尼器的机理、本构模型(如幂律模型、Maxwell模型)及其在不同温湿度条件下的性能衰减规律。通过大量的工程案例分析,探讨了阻尼器选型、布置优化、以及其在框架结构、桁架结构和超高层建筑中的实际减震效果评估。内容涵盖了阻尼器与结构主体的连接节点设计,以及疲劳寿命和长期可靠性分析。 2.2 屈服型耗能支撑与金属阻尼器 深入研究了屈服型耗能支撑(如屈曲约束支撑, Buckling-Restrained Braces, BRBs)的设计原理和耗能机制。阐述了BRBs在提供稳定滞回性能方面的优势,并比较了其与传统斜撑在能量耗散能力上的差异。同时,探讨了新型金属阻尼器(如屈服板式阻尼器、剪切屈服阻尼器)的研发进展,侧重于其高耗能密度和易于更换修复的特点。 2.3 隔震技术:从基础到上部结构 隔震技术是降低地震输入能量的关键手段。本书详细分析了各类隔震支座的力学特性: 叠层橡胶支座(LRB/HDRB): 重点分析了橡胶材料的非线性力学行为,如高阻尼橡胶与铅芯橡胶的性能差异,以及对结构自振周期的有效延长作用。 摩擦摆隔震支座(FPS): 阐述了其通过摩擦耗能和等效摆动周期实现减隔震的独特机制,并讨论了摩擦系数随滑动速度和荷载变化的影响。 组合隔震系统: 研究了刚度可调隔震系统、滚球隔震系统等新型隔震装置,并探讨了在复杂地形和高烈度区应用时的多层隔震策略。 第三部分:主动与半主动控制系统 本书超越了传统被动系统的范畴,系统介绍了主动控制和半主动控制技术在结构减震中的前沿应用。 3.1 主动控制系统 阐述了基于传感器反馈的主动质量阻尼器(TMD)和主动索/杆系统的工作原理。重点讲解了最优控制算法(如LQR、H∞控制)在实时荷载补偿中的应用,并分析了主动系统在能源供应和控制精度方面的实际工程约束。 3.2 半主动控制 详细介绍了基于智能材料和可变元件的半主动系统,如半主动电磁阻尼器(MR Damper)和半主动支座。分析了Skyhook、Groundhook等经典控制策略如何利用有限能量实现最优的减震效果,尤其强调了半主动系统在降低振动残余和提高结构复位能力方面的潜力。 第四部分:结构-设备-附属系统协同减震 现代工程结构日益复杂,本书强调了将减震技术应用于非结构构件和设备的重要性。 4.1 附属结构与设备抗震 系统分析了非结构构件(如幕墙、内隔墙、机电设备)在地震中遭受的破坏及其对整体安全性的影响。介绍了针对这些易损部件设计的柔性连接件、弹簧支撑和限位装置,并探讨了如何在整体结构分析中精确耦合附属结构的二次响应。 4.2 减震措施的评估与可靠性 本书最后一部分侧重于工程实践。详细介绍了减震结构从概念设计到施工验收全过程中的性能评估方法,包括非线性时程分析、蒙特卡洛模拟等。此外,深入探讨了减震装置的材料耐久性、疲劳损伤评估以及抗震设施的定期检测与维护标准,确保减震效果在结构服役期内得到保持。 本书特色: 理论与实践并重: 兼顾了深刻的理论推导和详实的工程案例分析,适合科研人员、结构工程师及研究生深入学习。 前沿性: 涵盖了近年来在高性能阻尼材料、智能减震技术和性能化评估方面的最新研究成果。 系统性: 从基础动力学出发,层层递进至复杂控制策略和全寿命周期管理。 本书为读者提供了一个全面、深入的视角,理解如何通过创新的减震设计,构建出更能抵御未来地震挑战的、安全可靠的工程结构。

作者简介

周云,男,1965年9月生,云南人。1996年12月获哈尔滨建筑大学结构力学专业博士学位,1997年3月至2000年6月哈尔滨工业大学力学博士后流动站博士后,2001年12月破格晋升为教授。先后任广州大学土木工程学院副院长、院长,防灾减灾工程研究所所长,现任广州大学科技处处长、公共安全与防灾减灾研究中心主任。长期从事工程抗震与工程减震控制、城市公共安全与防灾减灾研究。先后主持完成国家自然科学基金等项目10余项,获省(部)级科技进步二、三等奖3项,市科技进步二、三等奖2项,在《土木工程学报》等学术刊物上发表学术论文90余篇,获国家新型实用专利6项,主编《建筑耗能减震技术规程》,参加《高层钢结构技术规程》等三个规范或规程的编写;在科学出版社等出版社出版《土木工程抗震设计》,《土木工程防灾减灾学》等教材和著作14本。兼任土木工程学会防灾减灾工程技术委员会副主任,高等学校土木工程专业教学指导委员会委员,国际结构控制协会中国分会、中国钢结构协会钢一混凝土组合结构协会等16个协会或专业委员会的常务委员或委员,《土木工程学报》、《地震工程与工程振动》等7个学术刊物编委。

目录信息

1 粘滞阻尼减震结构的概念与原理
1.1 结构减震控制的概念、原理与分类
1.1.1 结构减震控制的基本概念
1.1.2 结构减震控制的分类
1.2 耗能减震的概念、原理与分类
1.2.1 耗能减震的概念
1.2.2 耗能减震的原理
1.2.3 耗能减震装置的类型
1.2.4 耗能减震装置设计的新思想
1.2.5 耗能减震结构的优越性及应用范围
1.3 粘滞阻尼减震的原理
1.3.1 粘滞材料的耗能机理
1.3.2 粘滞阻尼减震的基本原理
1.4 粘滞阻尼器的发展概况及应用范围
参考文献
2 粘滞流体的类型与特性
2.1 粘滞流体的类型与特征
2.1.1 牛顿流体与非牛顿流体
2.1.2 非时变性非牛顿流体和时变性非牛顿流体
2.2 液压油的特性
2.2.1 一般特性与凝固点
2.2.2 粘温性
2.2.3 压缩性
2.3 有机硅油的特性
2.3.1 粘度特性
2.3.2 粘温性
2.3.3 压缩性
2.4 改性高分子材料(硅基胶)的特性
2.4.1 粘度特性
2.4.2 粘温性
2.4.3 压缩性能
参考文献
3 粘滞阻尼器的类型与性能
3.1 粘滞阻尼器的类型
3.2 缸式粘滞阻尼器的性能
3.2.1 双出杆式粘滞阻尼器的构造与原理
3.2.2 双出杆式粘滞阻尼器的性能研究
3.2.3 单出杆式粘滞阻尼器的构造与原理
3.2.4 单出杆式粘滞阻尼器的性能研究
3.3 粘滞阻尼墙的性能
3.3.1 粘滞阻尼墙的构造与原理
3.3.2 粘滞阻尼墙的性能试验研究
3.3.3 粘滞阻尼墙的动力性能研究
3.3.4 粘滞阻尼墙的旋转性能研究
3.4 圆筒式粘滞阻尼器的性能
3.4.1 圆筒式粘滞阻尼器结构构造与原理
3.4.2 圆筒式粘滞阻尼器的性能研究
3.5 粘胶阻尼器的性能
3.6 人造橡胶弹簧阻尼器的性能
3.7 粘滞阻尼器的质量要求
参考文献
4 粘滞阻尼器的恢复力模型
4.1 线性模型
4.2 Kelvin模型
4.3 MaxweU模型
4.4 Wiechert模型
4.5 分数导数模型
4.6 忽略介质压缩性的缸式粘滞阻尼器恢复力模型
4.6.1 粘滞阻尼器的耗能原理
4.6.2 孔隙式粘滞阻尼器的恢复力模型
4.6.3 间隙式粘滞阻尼器恢复力模型
4.7 考虑介质压缩性的粘滞阻尼器模型
4.7.1 考虑液体压缩性的理论模型
4.7.2 考虑流体压缩性的粘滞阻尼器的恢复力
4.7.3 考虑动态刚度的粘滞阻尼器的阻尼简化理论
4.8 粘滞阻尼器的等效线性化
4.8.1 等效线性阻尼理论公式
4.8.2 粘滞阻尼器的等效阻尼比
4.8.3 考虑动态刚度的等效线性化阻尼模型
4.9 粘滞阻尼器的耗能性能评价体系
4.9.1 耗能性能评价指标概念和模型
4.9.2 粘滞阻尼器的耗能性能评价分析
4.9.3 粘滞阻尼器耗能能力的验证
参考文献
5 粘滞阻尼减震结构的性能试验研究
5.1 设置缸式粘滞阻尼器结构性能试验研究
5.1.1 1/4比例的三层钢框架模型
5.1.2 1/3比例的三层钢筋混凝土框架模型
5.1.3 方钢管钢筋混凝土框架模型
5.1.4 三层钢框架缩尺模型
5.2 设置粘滞阻尼墙结构性能试验研究
5.2.1 1/3比例的三层钢筋混凝土框架模型
5.2.2 1/10比例的四层钢筋混凝土框架模型
5.2.3 1/2比例的三层钢筋混凝土框架模型
5.3 考虑支撑影响的粘滞阻尼结构的性能试验研究
参考文献
6 粘滞阻尼减震结构的分析方法
6.1 结构体系的分析模型
6.1.1 传统抗震结构的分析模型
6.1.2 耗能减震结构的分析模型
6.2 弹性状态下减震结构的分析方法
6.2.1 振型分解法
6.2.2 复模态分析法
6.2.3 考虑扭转耦联的振型分解法
6.3 弹塑性状态下减震结构的分析方法
6.3.1 时程分析法
6.3.2 静力非线性分析法
6.3.3 耦联阻尼减震结构弹塑性地震反应分析
6.4 粘滞阻尼减震结构的能量分析法
6.4.1 能量分析法的概念和原理
6.4.2 能量反应方程的建立
6.4.3 能量反应分析的研究
参考文献
7 粘滞阻尼减震结构的设计方法
7.1 耗能减震结构的概念设计
7.1.1 耗能减震结构概念设计的基本思路
7.1.2 耗能减震结构的适用范围和设防目标
7.1.3 耗能减震结构设计的基本要求和性能标准
7.1.4 耗能器的选择、数量确定及布置原则
7.2 常遇地震作用下耗能减震结构的设计验算
7.3 罕遇地震作用下耗能减震结构的位移验算
7.4 复模态设计法
7.5 能量设计法
7.5.1 基于能量和变形的破坏准则
7.5.2 减震结构的能量设计方法
7.6 减震结构的优化设计
7.6.1 粘滞阻尼器的参数优化
7.6.2 粘滞阻尼器的数量及布置优化
7.7 耗能部件的连接与构造
7.8 设计实例
7.8.1 台北某钢结构设计
7.8.2 洛杉矶某混凝土结构加固设计
参考文献
8 粘滞阻尼减震技术的应用
8.1 粘滞阻尼器在民用建筑中的应用
8.1.1 工程应用概况
8.1.2 工程应用举例
8.2 粘滞阻尼器在桥梁中的应用
8.2.1 工程应用概况
8.2.2 工程应用举例
参考文献
9 耗能减震结构分析软件简介
9.1 耗能减震结构分析软件概述
9.2 ETABS
9.2.1 ETABS概述
9.2.2 耗能减震单元在ETABS中的实现
9.3 SAP2000
9.3.1 SAP2000概述
9.3.2 耗能减震单元在SAP2000中的实现
9.4 MIDAS
9.4.1 MI.DAS概述
9.4.2 耗能减震单元在MIDAS中的实现
9.5 ANSYS
9.5.1 ANSYS概述
9.5.2 耗能减震单元在ANSYS中的实现
参考文献
附录A Taylor公司液体粘滞阻尼器在建筑工程中的应用
附录B Taylor公司液体粘滞阻尼器在桥梁工程中的应用
附录C 粘滞阻尼墙的部分工程应用(日本)
附录D 英制与国际单位转换表
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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总的来说,这本书给我带来的感受是震撼且充实的。它成功地架设了一座从基础理论到尖端应用的坚实桥梁,让那些原本深奥的减震原理变得触手可及。我感觉作者不仅仅是知识的传授者,更像是一位经验丰富的导师,带着我们一步步穿越复杂的工程迷雾。这本书的排版设计也十分考究,图表清晰,公式准确,大大降低了阅读和理解的难度。对于任何从事土木、机械、结构等相关领域,或者对如何让现代工程结构更安全、更舒适感兴趣的专业人士来说,这本书绝对是书架上不可或缺的“镇山之宝”。它带来的知识增量和思维拓展,绝对物超所值,值得每一位专业人士细细品味。

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我花了相当长的时间来研究这本书的章节安排,不得不说,作者在知识体系的构建上非常用心。从基础的材料力学和振动力学原理讲起,逐步深入到粘滞阻尼器的具体设计参数和优化算法,整个逻辑链条非常紧凑且严密。最让我印象深刻的是其中关于非线性阻尼模型的推导部分,那些复杂的微分方程和边界条件,作者竟然能用非常直观的方式进行阐述,甚至还配上了大量的插图和示意图来辅助理解,这对于我们这些理论功底相对薄弱的工程实践者来说,简直是福音。我记得我当时就在一个复杂的桥梁减震案例上卡住了很久,拿起这本书翻到那一章,茅塞顿开,很多困扰已久的难题似乎一下子就迎刃而解了。这本书的深度和广度,绝对不是市面上那些浅尝辄止的教材能比拟的。

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阅读过程中,我常常会暂停下来,思考作者在引入某个新概念或新方法时的出发点。这本书的行文风格非常严谨,但又不失一种探索的激情。它没有用太多华而不实的辞藻去堆砌,而是用精准的数学语言和清晰的工程逻辑来构建起整个知识殿堂。比如在描述阻尼器寿命评估和长期可靠性分析时,作者引用了大量的国际标准和前沿研究成果,这种扎实的学术态度让人非常信服。我个人觉得,这本书的价值不仅在于教会我们如何设计,更在于它教会了我们如何以一种科学的、系统的、面向未来的态度去对待结构动力学和减震技术。读完之后,我感觉自己对整个减震领域的认知都被提升到了一个新的高度。

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这部书的封面设计真是让人眼前一亮,那种深邃的蓝色调配上现代感的几何图形,一下子就抓住了我的眼球。我记得我是在一个偶然的机会在书店里翻到的,当时就被它的名字所吸引——“粘滞阻尼减震结构设计”。虽然我对这个领域的研究不算太深入,但那种充满科技感和工程美学的名字,总让人觉得里面蕴含着对未来建筑和机械设计的无限可能。我特地去查阅了作者的背景,发现他在结构动力学领域颇有建树,这让我对书中的内容充满了期待。我当时心里就在想,这本书会不会像它的名字一样,充满着对复杂物理现象的精妙解析和创新的工程应用。拿到手里的时候,我特意感受了一下纸张的质感,那种略带磨砂的触感,配合着清晰的印刷字体,让人感到非常舒适,很适合长时间的阅读和学习。

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说实话,我更看重的是这本书在实际工程应用层面的价值。很多学术著作在理论上无懈可击,但一旦投入实际项目,操作性就成了大问题。然而,这本书的实践指导性却超乎我的想象。它详细介绍了不同类型结构——无论是高层建筑、精密仪器还是交通枢纽——如何选择和配置不同工作特性的阻尼器。书中提供的那些详细的计算实例和参数选择指南,简直就是一份宝贵的“实战手册”。我尤其欣赏其中关于“性能化设计”的探讨,这不仅仅是教你如何“做”减震,更是教你如何从系统层面去“思考”如何实现最优的减震效果,这种前瞻性的视角非常难得。这已经不仅仅是一本技术书籍,更像是一本能引导工程师思维升级的工具书。

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