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第1章 绪论1

1.1 研究背景和意义1

1.1.1 研究背景1

1.1.2 研究意义3

1.2 国内外研究现状3

1.2.1 地震动力作用研究现状3

1.2.2 结构地震响应研究现状6

1.2.3 地震响应并行计算研究现状14

1.2.4 对研究现状的总结15

1.3 本书的研究内容15

第2章 地震响应并行计算的基本理论18

2.1 引言18

2.2 几何非线性基本理论18

2.2.1 变形和运动18

2.2.2 更新拉格朗日格式19

2.2.3 完全拉格朗日格式21

2.2.4 几何非线性问题的数值计算方法21

2.3 显式有限元方法基本理论22

2.3.1 显式时间积分算法22

2.3.2 显式算法时步控制24

2.3.3 显式算法沙漏控制25

2.4 结构地震响应并行计算理论26

2.4.1 并行计算机体系结构26

2.4.2 曙光5000A高性能计算机28

2.4.3 有限元的区域分解方法29

2.4.4 负载均衡的分区方法31

2.5 结构地震响应并行计算分析31

2.5.1 土体－建筑结构耦合系统并行计算32

2.5.2 土体－桥梁结构耦合系统并行计算34

2.5.3 土体－隧道结构耦合系统并行计算35

2.6 本章小结37

第3章 地震响应并行计算的拟实建模方法39

3.1 引言39

3.2 地震响应分析系统的力学建模方法39

3.2.1 土体－结构耦合作用的力学模型39

3.2.2 土体－结构耦合作用的数值计算42

3.2.3 土体－结构耦合作用的参数控制45

3.3 非线性土体建模方法46

3.3.1 土体分层模型46

3.3.2 土体单元尺寸控制47

3.3.3 土体材料模型48

3.4 黏弹性人工边界建模方法49

3.4.1 三维黏弹性人工边界法向条件49

3.4.2 三维黏弹性人工边界切向条件51

3.4.3 黏弹性人工边界52

3.4.4 黏弹性人工边界验证及土体区域选取53

3.5 本章小结55

第4章 地震响应并行计算的介质参数等效方法56

4.1 引言56

4.2 衬砌环正交各向异性参数等效方法56

4.2.1 广义代表性体积元法56

4.2.2 盾构隧道三维精细有限元模型与验证59

4.2.3 盾构隧道参数静力等效数值模拟67

4.2.4 盾构隧道参数模态等效数值模拟72

4.3 土层阻尼参数等效方法77

4.3.1 等效流程77

4.3.2 阻尼参数等效78

4.3.3 计算结果验证79

4.4 本章小结82

第5章 工程场地地震响应并行计算的应用实例83

5.1 引言83

5.2 场地地震响应系统全三维非线性数值建模83

5.2.1 场地情况简介83

5.2.2 场地三维几何模型建立84

5.2.3 场地地质材料分层曲面建立86

5.2.4 场地有限元模型86

5.3 工程场地地震响应分析88

5.3.1 场地地震荷载88

5.3.2 典型地点加速度时程88

5.3.3 场地地表峰值加速度等值线93

5.4 本章小结96

第6章 海岸工程地震响应并行计算的应用实例97

6.1 引言97

6.2 防浪堤地震响应系统三维非线性数值建模97

6.2.1 防浪堤有限元模型97

6.2.2 土体有限元模型100

6.3 防浪堤结构地震响应分析102

6.3.1 防浪堤地震荷载102

6.3.2 超强地震输入动力响应分析102

6.3.3 两级地震输入动力响应分析106

6.4 本章小结112

第7章 隧道工程地震响应并行计算的应用实例113

7.1 引言113

7.2 隧道地震响应系统三维非线性数值建模113

7.2.1 隧道三维有限元模型114

7.2.2 联络通道三维有限元模型115

7.2.3 工作井三维有限元模型115

7.2.4 隧道结构－土体耦合体系三维有限元模型116

7.2.5 材料模型和参数118

7.3 隧道结构一致激励地震响应119

7.3.1 隧道一致地震荷载119

7.3.2 横向一致激励下隧道地震响应120

7.3.3 纵向一致激励下隧道地震响应122

7.4 隧道结构非一致激励地震响应125

7.4.1 隧道非一致地震荷载125

7.4.2 横向行波激励下隧道地震响应125

7.4.3 纵向行波激励下隧道地震响应127

7.5 一致激励与行波激励隧道地震响应对比129

7.5.1 横向输入时地震响应对比129

7.5.2 纵向输入时地震响应对比130

7.6 本章小结131

第8章 核电工程地震响应并行计算的应用实例132

8.1 引言132

8.2 核岛地震响应系统三维非线性数值建模132

8.2.1 核岛厂房有限元模型132

8.2.2 土体有限元模型136

8.2.3 桩基有限元模型138

8.2.4 整体耦合模型139

8.2.5 模型质量估算及模态分析141

8.3 核岛地震响应及影响因素分析142

8.3.1 核岛结构加速度时程分析143

8.3.2 核岛结构应力分析144

8.3.3 核岛结构位移分析146

8.4 本章小结148

第9章 桥梁工程地震响应并行计算的应用实例150

9.1 引言150

9.2 土体－桥梁结构耦合系统全三维非线性数值建模150

9.2.1 主梁三维有限元模型151

9.2.2 主塔和桥墩三维有限元模型152

9.2.3 斜拉索三维有限元模型153

9.2.4 桥梁整体三维有限元模型153

9.2.5 桥梁结构－土体耦合体系三维有限元模型153

9.2.6 材料模型和参数154

9.3 土体－桥梁结构耦合系统一致激励地震响应156

9.3.1 桥梁一致地震荷载156

9.3.2 横向一致地震激励下桥梁地震响应156

9.3.3 纵向一致地震激励下桥梁地震响应160

9.4 土体－桥梁结构耦合系统行波激励地震响应163

9.4.1 桥梁非一致地震荷载163

9.4.2 横向行波地震激励下桥梁地震响应164

9.4.3 纵向行波地震激励下桥梁地震响应167

9.5 一致激励与行波激励桥梁地震响应对比170

9.6 本章小结172

第10章 建筑工程地震响应并行计算的应用实例173

10.1 引言173

10.2 土体－超高层建筑结构耦合系统全三维非线性数值建模173

10.2.1 大厦主体结构三维有限元模型175

10.2.2 大厦幕墙结构三维有限元模型176

10.2.3 大厦结构－土体耦合体系三维整体有限元模型178

10.3 超高层建筑主体结构地震响应181

10.3.1 建筑地震荷载181

10.3.2 主体结构位移分析182

10.3.3 主体结构分层内力分析185

10.3.4 主体结构弹塑性分析188

10.4 超高层建筑幕墙结构地震响应189

10.4.1 幕墙支撑结构变形分析189

10.4.2 幕墙支撑结构内力分析193

10.5 本章小结196

参考文献198