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目录1

第1章　振动理论1

1.1　振动1

1.1.1　振动的特性1

1.1.2　简谐振动和富里埃级数，富里埃积分2

1.2　单自由度系统的线性振动2

1.2.1　模型和方程2

1.2.2　自由振动3

1.2.3　简谐外力的强迫振动4

第3章 地基的振动与波动 45

1.2.4　任意外力的强迫振动6

1.3　分布参数系统的线性振动8

1.3.2　自由振动8

1.3.1　模型和方程8

1.3.3　振型函数的正交性10

1.3.4　强迫振动的振型分析11

1.4　多自由度系统的线性振动14

1.4.1　模型和方程14

1.4.2　自由振动（振型的正交性）14

1.4.3　强迫振动的振型分析15

1.5　单自由度系统的非线性振动16

1.5.1　非线性振动16

1.5.2　振幅和相位缓慢变化的方法（平均法）17

1.5.3　具有简单非线性恢复力系统的振动18

1.5.4　具有滞回型恢复力系统的振动19

1.6　自激振动20

1.6.2　线性振动系统的稳定判别20

1.6.3　参数型自激振动20

1.6.1　负阻尼20

参考文献22

第2章　谱分析与随机过程23

　2.1　随机波形的谱分析23

2.1.1　Fourier变换23

2.1.2　功率谱23

　　2.2　平稳随机过程的谱分析24

2.2.1　自相关函数与功率谱密度函数24

2.2.2　互相关函数与互功率谱密度函数25

2.2.3　平稳随机过程导系数的相关函数和谱密度26

2.2.4　谱矩和平稳随机过程方差26

　2.3　功率谱密度函数的计算27

2.3.1　Blackman-Tukey法27

2.3.2　快速Fourler变换（FFT）法27

2.3.3　最大熵法（MEM）28

　2.4　非平稳随机过程的谱分析28

　　2.4.1　流动谱28

　　2.4.2　用多滤波求谱28

　　2.4.3　物理谱28

2.6.1　功率谱密度输入和输出的关系30

　　2.6　线性系统对于随机输入的响应特性30

2.5.1　平稳随机波的模拟30

　2.5　随机波的模拟30

2.5.2　非平稳随机波的模拟30

2.6.2　单自由度系统的随机响应32

2.6.3　多自由度系统的随机响应35

　　2.7　随机响应的等效线性化方法36

2.7.1　等效线性化36

2.7.2　用等效线性化方法估算随机响应37

　　2.8　阈值通过问题和极值（峰、谷）分布38

　2.8.1　随机过程阈值通过的发生率38

　2.8.2　窄带平稳过程包络线阈值通过的发生率39

　2.8.3　平稳随机过程的极大、极小值的发生率和概率分布39

　　2.9　随机响应的首次通过问题（最大响应）41

　2.9.1　最大响应的概率分布41

2.9.2　随机响应的首次通过问题的近似解法42

2.9.3　峰值系数42

2.9.4　多自由度系统的最大响应43

参考文献43

　3.1　地基中传播的波动45

3.1.1　弹性介质中的波动45

3.1.2　随机介质中的波动46

3.1.3　非线性介质中的波动46

　3.2　弹性波的反射与折射47

　3.3　在地基边界上传播的波动49

3.3.1　瑞利波50

3.3.2　乐夫波50

3.3.3　多层构造地基的表面波53

3.3.4　表面波随距离的衰减54

3.3.5　其它的界面波55

　3.4　层状地基的振动特性55

　3.5　有激振源的地基内的波动58

3.5.1　无限弹性体中的力源58

3.5.2　半无限弹性体中的力源59

　3.6　不规则地基的地震动分析………………………………………？3.6.1　基于波动理论的分析方法60

3.6.2　利用有限元法的分析61

3.6.3　利用边界元法的分析62

　3.7　弹性地基上基础的振动64

3.7.1　力学模型64

3.7.2　位移函数与复刚度65

3.7.3　设计用等价弹簧常数与阻尼比67

3.7.4　基础形状对位移函数的影响68

参考文献71

　　第4章　结构物的振动76

　4.1　解析法76

　4.1.1　分布质量系76

4.1.2　离散系统（矩阵分析法）80

4.2.1　桁架88

4.2　框架结构物88

4.2.2　单跨梁和多跨连续梁91

4.2.3　框架94

4.3　拱和曲梁95

4.3.1　肋拱95

4.3.2　加劲拱100

4.3.3　曲梁102

4.4　含索结构物104

4.4.1　索104

4.4.2　吊桥105

4.4.3　斜张桥106

4.5　地基与结构的动力相互作用107

4.5.1　上部结构109

4.5.2　地基-结构系统111

4.6　结构的振动特性115

4.6.1　桥梁115

4.6.2　烟囱，铁塔128

参考文献128

第5章　流体系的振动133

5.1　自由水面振动133

5.1.1　水面波的特性133

5.1.2　水面定常振动138

5.1.3　二层流界面上的内部波140

5.1.4　明渠的水面振动142

5.1.5　地下水的振动145

5.1.6　水膜，水束的振动147

5.2　管流的振动149

5.2.1　U型管的水面振动149

5.2.2　压力波的传播150

5.2.3　管流的水击压151

5.2.4　气穴现象153

5.2.5　Self priming（呼水现象）154

5.2.6　流体输送管的振动155

5.3　平板上或管中的振动流156

5.3.1　管中的振动流156

5.3.2　沿平板的振动流157

5.4　作用于物体的流体力162

5.4.1　定常运动场中的流体力162

5.4.2　在加速运动的物体上作用的流体力165

5.4.3　卡门涡流产生的变动力167

5.4.4　作用于圆柱列的流体力171

5.4.5　由于紊流产生的不规则流体力171

参考文献174

第6章　振动测量与数据分析179

6.1　概述179

6.1.1　振动现象179

6.1.2　测量原理179

6.2.1　各种振动观测的实例181

6.2　振动试验的种类与方法181

6.2.2　现场激振试验182

6.2.3　室内振动试验183

6.2.4　材料的动力试验185

6.3　激振设备的种类与性能185

6.3.1　激振器185

6.3.2　振动台186

6.3.3　液压传动器187

6.4　振动测量仪的种类与性能189

6.4.1　换振器189

6.4.2　变换器191

6.4.3　显示器及记录器192

6.5　数据处理系统193

6.5.1　目的193

6.5.2　硬件194

6.5.3　数据分析199

参考文献204

第7章　振动的数值解法207

7.1　离散化方法207

7.1.1　动力问题的数学性质207

7.1.2　定式化方法208

7.1.3　运动方程定式化209

7.1.4　泛函定式化209

7.1.7　差分法210

7.1.5　离散化的实施210

7.1.6　偏微分方程的离散化210

7.1.8　转换为本征值问题211

7.1.9　泛函的极值问题212

7.1.10　变分法的直接方法214

7.1.11　偏微分方程变换为泛函问题215

7.1.12　积分方程217

7.2　离散化后系统的解法217

7.2.1　振型分析217

7.2.2　常微分方程的数值计算218

7.2.3　逐次逼近法218

7.2.4　向前差分近似法218

7.2.5　联立一次方程组的解法221

7.3　本征值问题222

7.3.1　本征值的一般理论222

7.3.2　展开定理224

7.3.3　矩阵的本征值问题225

7.3.4　相似变换法226

7.3.5　利用本征值极值性的方法227

7.4　结构振动分析228

7.4.1　有限单元分析228

7.4.2　块体分析231

7.4.3　杆件结构236

7.4.4　板壳结构236

7.4.5　有限位移分析238

7.4.6　材料非线性分析242

7.4.7　冲击分析243

7.5　含有地基的体系的振动分析246

7.5.1　地基的振动分析246

7.5.2　地基-结构的整体振动247

7.5.3　分析实例252

7.6　含有流体系统的振动分析253

7.6.1　表面波分析253

7.6.2　罐内流体的振动分析260

7.6.3　不可压缩粘性流动分析261

参考文献263

第8章　土和材料的动力性质270

8.1　土的动力性质270

8.1.1　概述270

8.1.2　粘性土的动力强度与变形特性270

8.1.3　砂质土的动力变形特性274

8.1.4　砾石材料的动力变形特性及强度281

8.1.5　砂质土的液化286

8.1.6　动力k值、动力（侧向）抗力、动土压力294

8.2　基岩的动力性质300

8.2.1　岩石的动力性质300

8.2.2　基岩的动力性质301

8.3　沥青材料的动力性质303

8.4　混凝土的动力性质307

8.4.1　素混凝土的动力性质307

8.4.2　钢筋混凝土的动力性质308

8.5　钢材的动力性质310

参考文献315

第9章　地震振动319

9.1　地震与地震动319

9.1.1　地震319

9.1.2　地震动323

9.2　地震海啸332

9.2.1　海啸的发生332

9.2.2　海啸的浪高与周期333

9.2.3　海啸的波速与流速334

9.2.4　海岸部的海啸334

9.3　地基震动和地震土压力335

9.3.1　地基震动335

9.3.2　地震土压力337

9.4　地基和结构物的动力相互作用分析340

9.4.1　动力相互作用的定义340

9.4.2　复数弹簧341

9.4.3　多质点体系模型（彭津Penzien model）342

9.4.4　有限元法分析342

9.4.5　边界元法分析343

9.4.7　用实验检测相互作用344

9.4.6　设计准则和相互作用344

9.5　动态分析345

9.5.1　动态分析法345

9.5.2　地震反应谱345

9.5.3　时程反应分析348

9.5.4　公路桥梁动态分析示例353

9.5.5　沉埋隧道的动态分析示例357

9.5.6　填筑坝的振动实测示例364

9.6　抗震设计366

9.6.1　概述366

9.6.2　地震系数法367

9.6.4　反应变位法370

9.6.3　修正地震系数法370

9.7　抗震设计、施工上的注意点373

参考文献375

第9章　（附录） 抗震规定380

1．港湾结构物380

2．大坝384

3．上水道384

4．下水道386

5．长大桥梁（本州四国连络桥）386

6．铁道土木结构物389

7．沉埋隧道393

8．石油输送管道394

参考文献396

第10章　风致振动397

10.1　风的特性397

10.1.1　风的成因与构成397

10.1.2　风的观测398

10.1.3　高度、地形的影响401

10.1.4　风速的脉动402

10.1.5　强风的数学期望值403

10.2　风害与风振观测实例403

10.2.1　风害403

10.2.2　风振实例405

10.3.1　钝体绕流407

10.3　作用在静止与振动物体上的气动力407

10.3.2　作用在静止物体上的气动力409

10.3.3　作用在振动物体上的气动力413

10.3.4　紊流的影响416

10.3.5　紊流产生的不规则脉动气动力418

10.4　结构物的颤振与阵风响应421

10.4.1　结构物的风致响应421

10.4.2　颤振的发生422

10.4.3　各种颤振423

10.4.4　阵风响应437

10.5　风洞实验法439

10.5.1　研究对象与相似准则439

10.5.2　风洞实验方法443

10.6　抗风设计445

10.6.1　结构物的抗风设计445

10.6.2　振动控制方法447

参考文献454

第11章　水引起的振动459

11.1　和静水相接的结构的振动459

11.1.1　基础方程和变分原理459

11.1.2　虚质量461

11.1.3　作用于堤体的动水压463

11.1.4　水中柱体的振动466

11.1.5　贮液罐、容器的动水压和振动470

11.2　水管系的振动474

11.2.1　水击压引起的振动474

11.2.2　调压水塔的水面振动477

11.2.3　阀门的振动479

11.3　明槽系的振动482

11.3.1　闸门的振动482

11.3.2　过滤屏的振动490

11.3.3　其他的振动493

11.4　波动引起的振动494

11.4.1　浮体的振动494

11.4.2　被拴浮体的运动和作用于拴系系统的力497

11.4.3　固定结构的振动499

参考文献505

第12章　环境和振动噪声516

12.1　地基振动516

12.1.1　道路交通振动516

12.1.2　铁路振动521

12.1.3　伴随施工作业的振动527

12.2　桥梁的振动530

12.2.1　公路桥的振动和冲击530

12.2.2　铁路桥的振动和冲击535

12.2.3　人行桥的振动541

12.2.4　桥梁振动控制543

12.3　噪声545

12.3.1　道路交通噪声545

12.3.2　铁路噪声550

12.3.3　伴随建筑作业的噪声554

第12章　（附录） 振动和噪声参考资料558

1．关于振动的可耐限度558

2．对于振动的限制基准561

3．对于噪声的基准值562

参考文献564

13.1.2　雪崩的运动形态570

13.1.1　雪崩的定义和雪崩级570

13.1.3　雪崩的冲击力571

第13章　冲击现象571

13.1　雪崩571

13.1.4　雪崩的速度573

13.1.5　雪块的冲击力574

13.1.6　雪崩流前端的冲击力575

13.2　泥石流575

13.2.1　泥石流的概念575

13.2.2　泥石流的发生条件和流动特性576

13.2.3　泥石流造成的结构物破坏578

13.2.4　泥质泥石流的流体压力579

13.2.5　前缘巨砾的冲击力580

13.3.1　落石的运动形态581

13.3　落石581

13.3.2　落石的冲击力583

13.3.3　落石冲击力和落石的形状587

13.3.4　落石冲击力和缓冲构件的厚度588

13.3.5　冲击加速度的计算公式589

13.3.6　落石防护设施590

13.4　缓冲设施590

13.5　护栏596

13.5.1　护栏应有的功能596

13.5.2　掌握事故损害情况596

13.5.3　碰撞现象的分析597

13.6.2　打桩振动的预测601

13.6.1　打桩振动的实际状态601

13.6　打桩振动601

13.6.3　打桩振动的特性604

参考文献605

第14章　振动的利用607

14.1　地质调查607

14.1.1　折射式地震探查607

14.1.2　反射式地震探查610

14.1.3　其他地震探查法612

14.2　微动的利用613

14.2.1　常时微动613

14.2.2　稍长周期的微动616

14.3.1　超声波探伤617

14.3　超声波的利用617

14.3.2　声发射的利用619

14.3.3　超声波在水中的应用620

14.4　振动法检验结构物621

14.4.1　结构物动力特性调查621

14.4.2　结构物的健全度调查622

14.5　利用振动的工程机械及施工方法627

14.5.1　打桩机627

14.5.2　利用振动的改良地基施工方法629

14.5.3　振捣机械631

14.5.4　混凝土震捣机633

14.5.5　其他利用振动的机械633

参考文献633