工程地震灾变模拟——从高层建筑到城市区域(第二版)--详细介绍

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 当前位置:店销书,专著 建筑 建筑 建筑 工程地震灾变模拟——从高层建筑到城市区域(第二版)
   
工程地震灾变模拟——从高层建筑到城市区域(第二版)
作者:陆新征
书名:工程地震灾变模拟——从高层建筑到城市区域(第二版)
定价:¥ 360 元
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开本: 16K
标准书号: 978-7-03-065920-0
字数(千): 
页数: 820
出版日期: 2020-9-29
发行号: TU-1928.0201
装帧: 精装
点击热度: 292
最新印刷日期:    
 
编辑推荐
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获奖情况
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图书介绍
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  本书介绍了作者近十余年来在高层建筑和城市区域建筑群地震灾变模拟方面的研究工作。全书共分12章,以“建筑抗震弹塑性分析”和“城市抗震弹塑性分析”为核心,主要内容包括:绪论、高层建筑地震灾变模拟的精细模型、高层建筑地震灾变模拟案例、中美典型高层建筑抗震设计对比及性能化评价、高层建筑地震灾变模拟的简化模型及应用、可恢复功能伸臂桁架和多灾害防御框架、城市区域建筑震害模拟的计算模型、城市区域地震经济损失预测方法、城市区域震害模拟的高性能计算和可视化、城市区域地震次生火灾及次生坠物模拟、典型城市建筑群的震害模拟案例、结论与展望。
  本书可供从事土木工程、地震工程领域研究的科技人员及高等院校相关专业的师生参考。
 
前言
...........................................................................................................................................
  我国是世界上地震灾害最为严重的国家之一,深入开展地震工程研究,切实提高建筑和城市的抗震防灾能力,是保障人民生命财产安全和国家可持续发展的重大问题。由于我国工程建设和城市化发展非常迅速,再加上地震的偶发性,特别是我国中、东部人口密集的城市自唐山地震后已经有40余年未曾经历过重大地震灾害,现有的震害经验显然难以满足工程建设和城市发展的需要。考虑到试验能力的局限,发展数值模拟技术,科学模拟工程结构和城市区域的地震场景和地震破坏,深入揭示灾变机理,并提出安全可靠的韧性防灾对策,对提升我国工程抗灾能力和应急救援能力,建设抗震韧性城市,都具有非常重要的意义。
  本书作者近十余年来,围绕“建筑抗震弹塑性分析”和“城市抗震弹塑性分析”,在工程结构地震灾变模拟方面开展了很多的研究工作。特别是在2008年汶川地震后,相关研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、中国地震局等机构的大力支持,在高层建筑和城市区域建筑群的灾变模拟方面承担了多项重要科研项目和工程项目。为了向广大的研究人员和设计人员系统介绍相关研究成果,于2015年在科学出版社出版了本书的第一版,总结了高层建筑和城市区域建筑群地震灾变模拟的新型数值模型、高性能计算方法、高真实感可视化方法、性能化设计与损失评价方法以及典型工程应用等相关方面的工作。
  自本书第一版出版以来,国内外地震工程界又取得了很多重要的进展。一方面,抗震韧性问题得到越来越多的关注,地震的经济损失控制与震后的快速恢复能力成为研究的重点。另一方面,城市作为一个“物理­社会­信息”三度复杂系统,单体结构的高性能无法保证抗震韧性的实现,因而社区和城市的防震减灾问题也得到了越来越多的关注。针对上述前沿动向,本书作者近年来也开展了相应的研究工作,并将其成果总结后补充到本书第二版:①超高层建筑楼面加速度控制和大震功能可恢复超高层设计方法(第5章);②可恢复功能伸臂桁架和多灾害防御框架研发(第6章);③城市区域建筑群多LOD震害模拟框架(第7章);④密集建筑群“场地­城市”相互作用模拟方法(第7章);⑤基于BIM、GIS和新一代性能化设计方法的地震损失评价方法(第8章);⑥基于无人机航拍和机器学习的震后损失评估方法(第8章);⑦基于倾斜摄影测量的高真实感可视化方法(第9章);⑧单体和区域地震次生火灾模拟及可视化方法(第10章);⑨地震次生坠物的产生、运动机理及其对震后疏散和避难场所选址的影响(第10章);⑩基于建筑和城市抗震弹塑性分析的地震破坏力速报技术等(第11章)。同时,对全书的章节和内容也做了相应调整,并删去了一些应用较少的内容。
  工程地震灾变模拟内容很丰富,国内外很多研究者都做出了许多杰出的研究工作。但由于篇幅所限,本书主要介绍作者及其合作者在相关领域开展的工作,读者可以参阅相关文献了解其他研究者的工作。
  本书的主要内容源于以下科研项目的部分成果。
  “十一五”国家重点研发计划课题(项目编号:2018YFC1504401,2017YFC0702902),国家“万人计划”科技创新领军人才(项目编号:W02020024),国家自然科学基金优秀青年科学基金项目(项目编号:51222804),国家自然科学基金重大研究计划重点项目(项目编号:90815025)和集成项目(项目编号:91315301),国家自然科学基金重大国际(地区)合作研究项目(项目编号:51261120377),国家自然科学基金重点项目(项目编号:U1709212),国家自然科学基金面上项目(项目编号:51178249,51378299,51578320,51778341),“十一五”“十二五”国家科技支撑计划(项目编号:2006BAJ03A02,2009BAJ28B01,2012BAJ07B012,2013BAJ08B02,2015BAK17B03),北京市自然科学基金项目(项目编号:8142024,8182025),教育部新世纪优秀人才支持计划(项目编号:NCET­10­0528),霍英东教育基金会第十三届高等院校青年教师基金(项目编号:131071),中国地震局地球物理研究所基本科研专项(项目编号:DQJB14C01),清华大学自主研究项目(项目编号:2010THZ02­1)等。
  本书所反映的成果是作者与国内外合作者及作者指导的研究生共同完成的,主要包括:清华大学叶列平教授、任爱珠教授、岑松教授,澳大利亚格里菲斯大学H. Guan教授,日本东京大学M. Hori教授,美国斯坦福大学K. H. Law教授,美国加州大学伯克利分校S. A. Mahin教授、F. McKenna博士,意大利都灵理工大学G. P. Cimellaro教授,中国地震局工程力学研究所林旭川研究员,北京建筑设计研究院齐五辉教授、杨蔚彪教授、甄伟教授,华东建筑设计研究院周建龙教授、包联进教授,中国地震台网中心孙丽博士,香港科技大学王刚教授,Arup公司的黄羽立博士,以及本书作者课题组的研究生汪训流、缪志伟、马千里、曲哲、许镇、卢啸、施炜、熊琛、解琳琳、杨青顺、曾翔、林楷奇、田源、张磊、杨哲飚、程庆乐、顾栋炼、徐永嘉、廖文杰、孙楚津、张万开、韩博、李梦珂、王丽莎、刘斌、谢昭波、张书豪、朱亚宁等。此外,感谢清华大学钱稼茹教授、刘晶波教授、赵作周教授、潘鹏教授、纪晓东教授、冯鹏教授,美国俄亥俄州立大学H. Sezen教授,加拿大不列颠哥伦比亚大学T. Yang教授,美国北德州大学C. Yu教授,英国斯旺西大学C. F. Li教授,大连理工大学崔瑶教授等,他们在相关研究中提出很多宝贵建议。同时,感谢中国建筑科学研究院、北京建筑设计研究院、中国地震局工程力学研究所、中国地震局地球物理研究所、西安建筑科技大学等单位的大力协助和支持。在过去的十多年科研工作中,众多单位、领导与同事给了我们巨大的支持和帮助,谨致以最诚挚的谢意!
本书的计算分析工作和试验研究工作还得到清华大学力学计算与仿真实验室和土木工程安全与耐久教育部重点实验室的大力支持,在此也表示衷心的感谢。
  由于作者水平有限,本书内容只是相关领域诸多研究成果中的沧海一粟,尚存在很多不足之处,衷心希望有关专家和读者批评指正。

                                                              作 者
                                                            2019年2月
                                                            北京清华园


 
图书目录
...........................................................................................................................................
第二版前言
第一版前言
1 绪论    1
1.1 研究的背景    1
1.2 工程地震灾变模拟的内涵和意义    3
1.3 本书的研究思路和主要研究内容    4
2 高层建筑地震灾变模拟的精细模型    7
2.1 概述    7
2.2 纤维模型    7
2.2.1 纤维梁模型的基本原理    7
2.2.2 钢筋混凝土构件纤维模型    8
2.2.3 钢管混凝土构件纤维模型    19
2.2.4 考虑局部屈曲的钢构件纤维模型    22
2.3 分层壳模型    27
2.3.1 分层壳模型的基本原理    27
2.3.2 四边形壳单元NLDKGQ    28
2.3.3 三角形壳单元NLDKGT    41
2.3.4 混凝土和钢筋的本构模型及OpenSees实现    51
2.3.5 算例及验证    54
2.4 基于构件和截面的模型    60
2.4.1 引言    60
2.4.2 十参数滞回模型    60
2.4.3 钢支撑滞回模型    66
2.5 多尺度有限元建模方法    68
2.5.1 引言    68
2.5.2 多尺度有限元模型界面连接方法与实现    68
2.5.3 多尺度有限元模型算例    71
2.6 单元生死算法与倒塌模拟    75
2.6.1 构件失效的单元生死算法    75
2.6.2 失效后单元的离散元模型    77
2.6.3 采用物理引擎模拟失效后的单元    80
2.7 GPU高性能矩阵求解器    82
2.7.1 通用GPU计算的基本概念    82
2.7.2 GPU高性能矩阵求解    83
2.7.3 算例及比较    88
2.8 地震灾变模拟的高性能可视化    90
2.8.1 引言    90
2.8.2 整体框架    90
2.8.3 关键帧提取与并行帧插值    91
2.8.4 GPU内存的数据访问模型    96
2.8.5 算例与讨论    98
3 高层建筑地震灾变模拟案例    100
3.1 概述    100
3.2 某巨型柱­核心筒­伸臂超高层建筑地震灾变模拟    100
3.2.1 工程简介    100
3.2.2 建模方法    101
3.2.3 地震灾变倒塌模拟    109
3.2.4 土­结相互作用对倒塌的影响    119
3.3 某巨型柱­核心筒­巨型支撑超高层建筑地震灾变模拟    125
3.3.1 工程简介    125
3.3.2 地震灾变模拟在结构方案比选中的应用    126
3.3.3 地震剪力系数调整方法比选    152
3.3.4 剪力墙内支撑布置方案比选    159
3.3.5 小结    162
3.4 基于倒塌灾变模拟的结构体系抗震设计方法研究    162
3.4.1 框架­核心筒单重与双重抗侧力结构体系安全性研究    162
3.4.2 超高层建筑最小剪力系数研究    176
4 中美典型高层建筑抗震设计对比及性能化评价    195
4.1 概述    195
4.1.1 性能化抗震设计方法    195
4.1.2 中美高层建筑抗震设计对比的意义    196
4.2 中美典型高层建筑抗震设计对比    197
4.2.1 中美典型高层建筑抗震设计对比案例    197
4.2.2 Building 2抗震设计及结果对比    197
4.2.3 HuYu模型抗震设计及结果对比    205
4.3 中美典型高层建筑抗震性能对比    211
4.3.1 弹塑性时程分析评估    211
4.3.2 地震损失评估    221
4.4 本章小结    236
5 高层建筑地震灾变模拟的简化模型及应用    237
5.1 概述    237
5.2 弯剪耦合模型及其应用    237
5.2.1 弯剪耦合模型的基本概念    237
5.2.2 弯剪耦合模型的算例    238
5.2.3 控制超高层建筑楼面加速度响应的减振子结构    243
5.2.4 适合超高层建筑的地震动强度指标研究    260
5.3 鱼骨模型及其应用    273
5.3.1 鱼骨模型的基本概念    273
5.3.2 某巨型柱­核心筒­伸臂超高层建筑的鱼骨模型    273
5.3.3 某巨型框架­核心筒­巨型支撑超高层建筑的鱼骨模型    292
5.4 大震功能可恢复巨型柱­核心筒­伸臂超高层设计方法    304
5.4.1 引言    304
5.4.2 现行超高层抗震设计方法存在的问题    305
5.4.3 本设计方法的基本前提    306
5.4.4 基本设计流程    306
5.4.5 宏观设计参数确定方法    309
5.4.6 关键构件刚度确定方法    319
5.4.7 耗能分析与耗能设计方法    327
5.4.8 案例分析    339
5.4.9 小结    347
6 可恢复功能伸臂桁架和多灾害防御框架    348
6.1 概述    348
6.2 可恢复功能伸臂桁架结构    348
6.2.1 引言    348
6.2.2 试验设计    350
6.2.3 试验结果    357
6.2.4 BRB耗能伸臂桁架设计方法    365
6.2.5 端部带阻尼器耗能伸臂桁架设计方法    376
6.3 多灾害防御可恢复功能混凝土框架    378
6.3.1 引言    378
6.3.2 多灾害防御可恢复功能RC框架试验研究    379
6.3.3 多灾害防御可恢复功能RC框架设计方法    393
6.4 多灾害防御可恢复功能组合框架    405
6.4.1 引言    405
6.4.2 新型加劲角钢耗能构件    406
6.4.3 多灾害防御可恢复功能组合框架试验研究    423
6.4.4 多灾害防御可恢复功能组合框架设计方法    445
7 城市区域建筑震害模拟的计算模型    450
7.1 概述    450
7.1.1 我国城市地震风险    450
7.1.2 城市区域震害模拟的必要性    450
7.1.3 区域建筑震害模拟现有方法    451
7.1.4 本章内容组织    453
7.2 多LOD区域建筑震害模拟框架    454
7.2.1 引言    454
7.2.2 地震数据模块    457
7.2.3 结构模拟模块    460
7.2.4 可视化模拟模块    462
7.3 多层建筑MDOF剪切层模型    464
7.3.1 引言    464
7.3.2 MDOF集中质量剪切模型    465
7.3.3 适用于中国多层建筑的骨架线参数标定方法    466
7.3.4 基于HAZUS的骨架线参数标定方法及对比    477
7.3.5 滞回参数标定方法    482
7.3.6 参数标定方法的验证    482
7.3.7 小结    486
7.4 高层建筑MDOF弯剪耦合模型    486
7.4.1 引言    486
7.4.2 非线性弯剪耦合模型    487
7.4.3 根据宏观建筑信息确定模型参数    489
7.4.4 基于单体结构的模型应用和验证    494
7.4.5 非线性弯剪耦合模型在城市区域震害预测中的应用    500
7.4.6 小结    502
7.5 区域震害模拟中参数不确定性影响分析    502
7.5.1 引言    502
7.5.2 参数不确定性影响分析方法    503
7.5.3 设防砌体结构的参数不确定性影响分析    506
7.5.4 其他结构类型的参数不确定性影响分析    514
7.5.5 小结    515
7.6 场地­城市效应分析    516
7.6.1 引言    516
7.6.2 考虑SCI效应的区域建筑非线性时程分析    516
7.6.3 振动台试验验证    519
7.6.4 三维盆地算例    521
7.6.5 清华大学校园案例分析    528
7.6.6 小结    531
8 城市区域地震经济损失预测方法    532
8.1 概述    532
8.2 建筑整体层次的震损预测    534
8.2.1 引言    534
8.2.2 多层结构震害判别    534
8.2.3 混凝土高层结构震害判别    537
8.2.4 考虑参数不确定性的结构损伤判别    539
8.2.5 小结    541
8.3 基于精细化数据的城市建筑震损预测    541
8.3.1 引言    541
8.3.2 损失预测方法    542
8.3.3 案例研究:清华大学校园区域建筑地震损失预测    546
8.3.4 损失预测结果及讨论    550
8.3.5 小结    553
8.4 基于BIM数据的城市建筑震损预测    554
8.4.1 引言    554
8.4.2 新一代性能化设计方法的局限性    554
8.4.3 适用于多LOD数据的构件脆弱性函数    556
8.4.4 BIM建模规则与信息提取    563
8.4.5 案例分析    567
8.4.6 小结    576
8.5 基于GIS和FEMA P­58的城市建筑震损预测    576
8.5.1 引言    576
8.5.2 估计构件种类    577
8.5.3 估计构件数量    579
8.5.4 小结    586
8.6 利用震后航拍影像提高近实时震损预测准确性    586
8.6.1 引言    586
8.6.2 方法框架    587
8.6.3 倒塌分布相似度匹配算法    591
8.6.4 案例分析:清华大学校园虚拟地震    593
8.6.5 方法验证:2014年鲁甸地震    602
8.6.6 小结    605
9 城市区域震害模拟的高性能计算和可视化    607
9.1 概述    607
9.2 基于GPU粗粒度并行的城市区域震害模拟    607
9.2.1 引言    607
9.2.2 程序架构与并行思路    607
9.2.3 程序性能测试    611
9.3 多尺度区域建筑震害模拟的分布式计算    616
9.3.1 引言    616
9.3.2 计算框架    617
9.3.3 计算方法    618
9.3.4 案例研究    621
9.3.5 小结    624
9.4 城市建筑群震害场景的2.5D可视化    624
9.5 城市建筑群震害场景的3D可视化    627
9.5.1 引言    627
9.5.2 整体技术框架    628
9.5.3 城市3D­GIS数据的获取    629
9.5.4 基于城市3D多边形模型的震害场景可视化    631
9.5.5 数据流程    633
9.5.6 案例分析    634
9.6 基于倾斜摄影的城市建筑群震害场景增强现实可视化    638
9.6.1 引言    638
9.6.2 基于倾斜摄影的实景三维模型建模    639
9.6.3 建筑物单体识别    643
9.6.4 建筑群地震反应动态可视化    645
9.6.5 小结    647
9.7 基于物理引擎的城市建筑群震害倒塌模拟    647
9.7.1 引言    647
9.7.2 基于物理引擎的倒塌模拟    648
9.7.3 集成的模拟系统    649
9.7.4 案例展示    650
9.7.5 小结    652
10 城市区域地震次生火灾及次生坠物模拟    653
10.1 概述    653
10.2 考虑喷淋系统震害影响的建筑地震次生火灾模拟    653
10.2.1 引言    653
10.2.2 模拟框架    655
10.2.3 分析方法    656
10.2.4 算例    664
10.2.5 小结    672
10.3 城市区域地震次生火灾模拟和高真实感显示    672
10.3.1 引言    672
10.3.2 模拟框架    673
10.3.3 分析方法    675
10.3.4 案例分析    685
10.3.5 小结    692
10.4 地震次生坠物灾害及其对人员疏散的影响    693
10.4.1 引言    693
10.4.2 模拟框架    694
10.4.3 分析方法    695
10.4.4 算例    705
10.4.5 小结    709
10.5 考虑坠物次生灾害的避难场所规划    710
10.5.1 引言    710
10.5.2 整体架构    710
10.5.3 分析方法    711
10.5.4 算例    713
10.5.5 小结    716
11 典型城市建筑群的震害模拟案例    717
11.1 概述    717
11.2 鲁甸地震极震区震害场景再现    717
11.2.1 鲁甸极震区震害情况    717
11.2.2 与实际震害对比    719
11.2.3 与易损性方法对比    721
11.3 北京CBD建筑群震害模拟    721
11.3.1 北京CBD地区结构模型介绍    722
11.3.2 北京CBD地震动时程数据获取    722
11.3.3 北京CBD建筑群震害模拟结果    725
11.3.4 北京CBD建筑群震害结果可视化    727
11.4 新北川县城震害可视化预测    729
11.4.1 新北川县城建筑信息    730
11.4.2 新北川县城地震动模拟    732
11.4.3 考虑场地­城市效应的震害分析结果    732
11.4.4 高真实感震害可视化    732
11.5 西安灞桥区建筑震害模拟    735
11.5.1 西安灞桥区建筑信息    735
11.5.2 西安灞桥区建筑震害模拟地震动输入    736
11.5.3 西安灞桥区建筑震害分析结果    738
11.5.4 对未设防建筑加固后的效果    742
11.6 唐山市建筑震害模拟    744
11.6.1 唐山市建筑信息    744
11.6.2 唐山市建筑震害模拟地震动输入    745
11.6.3 唐山市建筑震害分析结果    747
11.7 旧金山建筑震害模拟    749
11.7.1 旧金山湾区建筑信息    750
11.7.2 地震动输入    751
11.7.3 典型建筑分析流程    752
11.7.4 建筑震害损失分布    755
11.8 地震破坏力速报系统    757
11.8.1 地震破坏力分析评价方法    758
11.8.2 系统开发    761
11.8.3 应用案例    762
12 结论和展望    765
12.1 结论    765
12.2 展望    765
参考文献    767
 
 
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