結(jié)構(gòu)動(dòng)力和抗震分析方法及程序

第一部分可簡化為單自由度體系的

簡單結(jié)構(gòu)的計(jì)算程序

第一章結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)微機(jī)輔助技術(shù)導(dǎo)論....................（1）

1.1程序1“主程序”（“MASTER”）........................（1）

1.2 數(shù)學(xué)模型..........................................................（2）

1.3 運(yùn)動(dòng)方程.............................................................（2）

1.4 自由度.........................................................（4）

1.5 隔離體圖..........................................................（5）

1.6 支座運(yùn)動(dòng).........................................................（6）

1.7運(yùn)動(dòng)微分方程的解......................................（7）

1.8 頻率和周期.........................................................（9）

第二章動(dòng)力反應(yīng)的直接積分法..............................（10）

2.1 運(yùn)動(dòng)方程的解................................................（10）

2.2程序2“DIRECT”——直接積分法計(jì)算反應(yīng)...........（13）

2.3 算例..................................................................（16）

第三章對脈沖干擾的反應(yīng)....................................（25）

3.1脈沖反應(yīng)的確定.................................................（25）

3.2 程序3“IMPULSE”——對脈沖干擾的反應(yīng)........（25）

3.3 算例..................................................................（30）

第四章彈塑性反應(yīng)計(jì)算.......................................（41）

4.1 彈塑性特征.........................................................（42）

4.2線性加速度逐步積分法..........................................（44）

4.3逐步積分方法的計(jì)算步驟........................................（45）

4.4程序4“PLASTIC”——彈塑性反應(yīng)計(jì)算...............（46）

4.5 算例..................................................................（48）

第五章動(dòng)力反應(yīng)的頻域計(jì)算方法...........................（59）

5.1富里葉級數(shù)........................................................（59）

5.2 離散富里葉變換....................................................（60）

5.3 對簡諧干擾的反應(yīng)...............................................（61）

5.4 快速富里葉變換..................................................（62）

5.5 程序5“FREQUENCy”——頻域反應(yīng)計(jì)算............（62）

5.6 算例..................................................................（65）

第六章地震反應(yīng)譜的計(jì)算..................................（74）

6.1 三聯(lián)反應(yīng)譜.........................................................（74）

6.2 彈性設(shè)計(jì)反應(yīng)譜...................................................（77）

6.3 程序6“SPECTRA”——反應(yīng)譜計(jì)算....................（78）

6.4算例..................................................................（81）

第二部分把結(jié)構(gòu)簡化為多自由度

體系的程序

引言..................................................................（87）

第七章剪切型房屋.............................................（89）

7.1 強(qiáng)迫振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程........................................（89）

7.2 基礎(chǔ)激振的運(yùn)動(dòng)方程............................................（91）

7.3 程序7“SHEARBUILDING”——把結(jié)構(gòu)模型化為

剪切型房屋........................................................（92）

7.4 算例................................................................（94）

第八章梁..........................................................（97）

8.1 單元模型坐標(biāo).....................................................（97）

8.2單元?jiǎng)偠群唾|(zhì)量矩陣............................................（97）

8.3程序8“BEAM”——把結(jié)構(gòu)模型化為梁..................（99）

8.4 算例................................................................（99）

第九章平面框架.................................................（103）

9.1 單元節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)....................................................（103）

9.2單元?jiǎng)偠群唾|(zhì)量矩陣.............................................（103）

9.3 矩陣變換............................................................（104）

9.4程序9“PLANEFRAME”——把結(jié)構(gòu)模型化為平面

框架..................................................................（106）

9.5 算例.................................................................（106）

第十章井字梁..................................................（109）

10.1單元模型坐標(biāo)......................................................（109）

10.2單元?jiǎng)偠群唾|(zhì)量矩陣............................................（109）

10.3轉(zhuǎn)換矩陣............................................................（110）

10.4程序10“GRIDFRAME”——把結(jié)構(gòu)模型化為井

字梁..................................................................（111）

10.5算例.................................................................（111）

第十一章空間框架...........................................（117）

11.1單元節(jié)點(diǎn)坐標(biāo).................................................（117）

11.2單元?jiǎng)偠群唾|(zhì)量矩陣.............................................（117）

11.3轉(zhuǎn)換矩陣...........................................................（20）

11.4 程序11“SPACEFRAME”——把結(jié)構(gòu)模型化為空間

框架..................................................................（121）

11.5算例..................................................................（122）

第十二章平面桁架.............................................（127）

12.1單元節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)....................................................（127）

12.2單元?jiǎng)偠群唾|(zhì)量矩陣.............................................（127）

12.3轉(zhuǎn)換矩陣............................................................（128）

12.4 程序12“PLANETRUSS”——把結(jié)構(gòu)模型化為平面

桁架..................................................................（129）

12.5算例..................................................................（130）

第十三章空間桁架............................................（132）

13.1單元節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)......................................................（132）

13.2單元?jiǎng)偠群唾|(zhì)量矩陣.............................................（132）

13.3轉(zhuǎn)換矩陣............................................................（134）

13.4 程序13“SPACETRUSS”——把結(jié)構(gòu)模型化為空間

桁架..................................................................（134）

13.5算例..................................................................（136）

第三部分多自由度體系結(jié)構(gòu)的程序

第十四章自振頻率和振型...................................（139）

14.1多自由度體系的運(yùn)動(dòng)方程.......................................（139）

14.2主振型的正交性...................................................（140）

14.3 程序14“JACOBI”——自振頻率和振型.................（141）

14.4算例..................................................................（142）

第十五章動(dòng)力問題的縮聚...................................（149）

15.1靜力的縮聚.........................................................（149）

15.2 動(dòng)力的縮聚........................................................（151）

15.3 程序15“CONDENSATION”——?jiǎng)恿栴}的縮聚...（153）

15.4算例..................................................................（154）

第十六章振型迭加法..........................................（162）

16.1非耦聯(lián)方程........................................................（162）

16.2程序16“MODAL”——振型迭加求反應(yīng)..................（164）

16.3算例..................................................................（165）

第十七章絕對和相對阻尼....................................（176）

17.1程序17“DAMPING”——從振型阻尼比計(jì)算絕對

阻尼...............................................................（176）

17.2算例..................................................................（178）

第十八章用逐步積分法計(jì)算反應(yīng)...........................（179）

18.1Wilson-θ法....................................................（179）

18.2 程序18“STEPINTEGRATION”——用逐步積分

計(jì)算反應(yīng)...........................................................（179）

18.3算例..................................................................（181）

第十九章對簡諧激勵(lì)的反應(yīng).................................（187）

19.1運(yùn)動(dòng)方程式.........................................................（187）

19.2程序19“HARMO”——簡諧激勵(lì)的反應(yīng)..................（187）

19.3算例.................................................................（188）

第二十章結(jié)構(gòu)構(gòu)件桿端力的計(jì)算...........................（194）

20.1 引言.................................................................（194）

20.2 程序20“FORCE”——結(jié)構(gòu)構(gòu)件桿端力..................（194）

20.3算例................................................................（195）

附錄1 計(jì)算機(jī)程序說明.......................................（210）

附錄2 計(jì)算機(jī)源程序清單....................................（212） 2100433B

本書是一本微機(jī)輔助的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)教科書、學(xué)習(xí)參考書和實(shí)用手冊。書中簡單扼要地介紹了結(jié)構(gòu)動(dòng)力抗震分析中各種常用的計(jì)算機(jī)分析方法，內(nèi)容包括單自由度和多自由度結(jié)構(gòu)在脈沖、簡諧和任意動(dòng)荷載作用下的彈性反應(yīng)、頻域和時(shí)域分析計(jì)算方法，單自由度體系的彈性和彈塑性反應(yīng)分析和地震反應(yīng)譜計(jì)算方法等；包括結(jié)構(gòu)模型化為剪切型房屋、梁、平面框架、井字梁、平面桁架、空間框架、空間桁架的計(jì)算程序；包括多自由度體系的自振頻率（周期）和振型的求解，用振型迭加法和逐步積分法計(jì)算多自由度體系的反應(yīng)和用結(jié)構(gòu)動(dòng)力縮聚方法進(jìn)行簡化分析的程序，以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分析程序。全書提供了20個(gè)BASIC程序，組成了一個(gè)實(shí)用的結(jié)構(gòu)動(dòng)力抗震計(jì)算軟件包，本書列出全部的源程序清單?？稍贗BM—PC或其它兼容微機(jī)上運(yùn)行。

一般認(rèn)為此理論最早是在1966年科拉多·伯姆及朱塞佩·賈可皮尼（Giuseppe Jacopini）的論文中提出 。大衛(wèi)·哈雷爾在1980年曾提到這篇論文廣受認(rèn)可，尤其在結(jié)構(gòu)化程序理論的支持者中。哈雷爾也提到“由于其論文比較技術(shù)的風(fēng)格，因此較常被引用，較少人真正詳讀過內(nèi)容?！?，在看了1980年以前的大量論文后，哈雷爾認(rèn)為結(jié)構(gòu)化程序理論被錯(cuò)誤詮釋為一個(gè)結(jié)果較簡單的大眾定理（folk theorem），而此結(jié)果可以追溯到馮·諾依曼及斯蒂芬·科爾·克萊尼現(xiàn)代計(jì)算理論的論文。

哈雷爾也提到較通用的“結(jié)構(gòu)化程序理論”名稱是在1970年代初由哈倫·米爾斯提出。

結(jié)構(gòu)化程序理論單一while循環(huán)的大眾定理版本

此版本的定理將原來定理中的程控流程改為一個(gè)while循環(huán)，模擬在原來非結(jié)構(gòu)化的程序中，程序計(jì)數(shù)器走過所有可能標(biāo)記（流程圖方塊）的情形。哈雷爾將此版大眾定理的源頭追溯到兩篇論文，一篇是1946年描述馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)，用單一while循環(huán)說明程序計(jì)數(shù)器的運(yùn)作原理，哈雷爾也注意到大眾定理中用到的單一循環(huán)基本上可以提供馮·諾伊曼式電腦運(yùn)行流程的操作語義。。另一篇更早期的論文則是斯蒂芬·科爾·克萊尼1936年的正規(guī)形式定理（Kleene's T predicate）論文。

高德納批評這種轉(zhuǎn)換后的結(jié)果類似以下的偽代碼，重點(diǎn)是在此轉(zhuǎn)換中完全破壞了原程序的結(jié)構(gòu)。Bruce Ian Mills也有類似的看法：“塊狀結(jié)構(gòu)的精神是其風(fēng)格，不是使用的語言。利用模擬馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)的方式，可以將任何一個(gè)面條式代碼轉(zhuǎn)換為塊狀結(jié)構(gòu)的語言，但它面條式代碼的本質(zhì)沒有改變。”

p:=1;
whilep>0dobegin
ifp=1thenbegin
進(jìn)行流程圖的步驟1;
p:=流程圖的步驟1之后的步驟編號（若沒有后續(xù)步驟，數(shù)值為0）;
end;
ifp=2thenbegin
進(jìn)行流程圖的步驟2;
p:=流程圖的步驟2之后的步驟編號（若沒有后續(xù)步驟，數(shù)值為0）;
end;
...
ifp=nthenbegin
進(jìn)行流程圖的步驟n;
p:=進(jìn)行流程圖的步驟n之后的步驟編號（若沒有后續(xù)步驟，數(shù)值為0）;
end;
end.

結(jié)構(gòu)化程序理論伯姆及賈可皮尼的證明

伯姆及賈可皮尼的證明是以流桯圖的結(jié)構(gòu)歸納法為基礎(chǔ)，由于用到圖模式匹配，其證明在實(shí)務(wù)上不能當(dāng)作是程序轉(zhuǎn)換算法，因此開創(chuàng)了此一領(lǐng)域的研究。

本書為新世紀(jì)土木工程系列教材之一。全書由淺入深地介紹了結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算問題的程序設(shè)計(jì)，包括程序設(shè)計(jì)、閱讀、修改和調(diào)試等各方面內(nèi)容，并在書末提供了可供教學(xué)和工程應(yīng)用的光盤。全書共分6章：FORTRAN90語言概述(含F(xiàn)ORTRAN 90精選子集的elf90編譯器介紹與相關(guān)語法)、結(jié)構(gòu)力學(xué)問題的程序設(shè)計(jì)、矩陣位移法、桁架靜力分析程序設(shè)計(jì)、桿系結(jié)構(gòu)靜力分析計(jì)算程序的使用、結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析程序的使用。 本書主要特點(diǎn)有：架起了結(jié)構(gòu)計(jì)算問題到計(jì)算機(jī)程序的橋梁；融算法語言、結(jié)構(gòu)矩陣分析、軟件工程于一書，便于自學(xué)；始終注意按軟件工程學(xué)思想組織內(nèi)容，使初學(xué)者養(yǎng)成良好而科學(xué)的程序設(shè)計(jì)習(xí)慣；所有程序均采用FORTRAN90語言標(biāo)準(zhǔn)語句編寫，易于修改和移植；本書光盤既可供配合教學(xué)內(nèi)容應(yīng)用，也可供實(shí)際工程結(jié)構(gòu)分析使用；既可解決靜力分析問題，也可解決一些動(dòng)力計(jì)算問題。

本書在深入闡明結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)基本原理的基礎(chǔ)上，增加了大量具有代表性例題，以有利于讀者加深對動(dòng)力學(xué)基本理論的理解和應(yīng)用。附錄中給出的計(jì)算程序便于讀者直接進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析和計(jì)算。最后還介紹了結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)在地震工程和工程振動(dòng)中的具體應(yīng)用。

本書可作為土木工程、水利工程和力學(xué)等專業(yè)的研究生和高年級本科生的教學(xué)用書，也可作為相關(guān)專業(yè)科技人員的參考讀物。