01 / 导读
导读
引用
Chopra, A. K. (2022). Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering (6th ed.). Pearson.
章节概要
全书分三部分，共24章，后附频域响应分析方法的附录、符号表和部分习题答案。各部分由单自由度体系推进到多自由度体系，再到建筑物的地震分析、设计与评估。出版社称书中有125个以上的完整例题和600幅插图，并配有地震中结构运动的照片。
第一部分：Single-Degree-of-Freedom Systems（单自由度体系）
第1章：Equations of Motion, Problem Statement, and Solution Methods（运动方程、问题表述与求解方法）
为最简单的结构模型建立运动方程，并陈述动力分析问题及其求解方法。
第2–5章：Free Vibration；Response to Harmonic and Periodic Excitations；Response to Arbitrary, Step, and Pulse Excitations；Numerical Evaluation of Dynamic Response（自由振动；谐和与周期激励的响应；任意、阶跃与脉冲激励的响应；动力响应的数值计算）
单自由度体系的响应按由特殊到一般的顺序展开：自由振动、谐和与周期荷载、任意、阶跃与脉冲荷载，然后是计算响应的数值方法。
第6–7章：Earthquake Response of Linear Systems；Earthquake Response of Inelastic Systems（线性体系的地震响应；非弹性体系的地震响应）
把单自由度理论用于地面运动，先讲线性体系，再讲非弹性体系。第六版在第6章新增一节，介绍为场地构建地震设计谱的现代方法。
第8章：Generalized Single-Degree-of-Freedom Systems（广义单自由度体系）
把单自由度模型推广到可以归结为一个广义坐标的体系。
第二部分：Multi-Degree-of-Freedom Systems（多自由度体系）
第9–12章：Equations of Motion, Problem Statement, and Solution Methods；Free Vibration；Damping in Structures；Dynamic Analysis and Response of Linear Systems（运动方程、问题表述与求解方法；自由振动；结构中的阻尼；线性体系的动力分析与响应）
对多自由度体系重复第一部分的结构：运动方程、自由振动、专讲结构阻尼的一章，以及线性体系的动力分析与响应。
第13–16章：Earthquake Analysis of Linear Systems；Analysis of Nonclassically Damped Linear Systems；Reduction of Degrees of Freedom；Numerical Evaluation of Dynamic Response（线性体系的地震分析；非经典阻尼线性体系的分析；自由度的缩减；动力响应的数值计算）
涉及多自由度线性体系的地震分析、阻尼不符合经典形式的体系、减少自由度数目的方法以及响应的数值计算。
第17–18章：Systems with Distributed Mass and Elasticity；Introduction to the Finite Element Method（质量与弹性分布的体系；有限元法导论）
由离散模型过渡到质量和弹性连续分布的体系，并介绍有限元法。
第三部分：Earthquake Response, Design, and Evaluation of Multistory Buildings（多层建筑的地震响应、设计与评估）
第19–20章：Earthquake Response of Linearly Elastic Buildings；Earthquake Analysis and Response of Inelastic Buildings（线弹性建筑的地震响应；非弹性建筑的地震分析与响应）
把多自由度理论用于多层建筑，先是线弹性，再是非弹性。出版社指出，关于建筑非线性时程分析中阻尼建模的最新研究已融入第20章。
第21章：Earthquake Dynamics of Base-Isolated Buildings（隔震建筑的地震动力学）
讨论隔震建筑的动力学；第六版收入了隔震器试验数据。
第22章：Earthquake Dynamics of Building–Soil Interaction（建筑—土相互作用的地震动力学）
第六版新增。介绍一个进阶主题，并说明建筑规范规定的在建筑设计中考虑土—结构相互作用的方法。
第23–24章：Structural Dynamics in Building Codes；Structural Dynamics in Building Evaluation Guidelines（建筑规范中的结构动力学；建筑评估指南中的结构动力学）
把理论与建筑规范和评估指南联系起来。第六版收入了美国、加拿大、墨西哥规范以及欧洲规范的现行版本。
核心概念
第一部分：单自由度体系（第1–8章）
- 运动方程：定义动力问题的控制方程，在第1章引入。
- 对各种激励的响应：体系对自由振动、谐和与周期荷载以及任意、阶跃和脉冲荷载的响应。
- 地震响应与设计谱：线性与非弹性体系对地面运动的响应。
- 广义单自由度体系：可归结为一个坐标的模型。
第二部分：多自由度体系（第9–18章）
- 结构中的阻尼：阻尼的描述方式，并单独讨论非经典阻尼体系。
- 自由度的缩减：通过消去自由度来简化模型。
- 分布质量与弹性；有限元法：连续体系模型及其数值处理。
第三部分：建筑（第19–24章）
- 建筑的非弹性响应：建筑的非线性时程分析。
- 基底隔震：使建筑与地面运动隔离。
- 土—结构相互作用：地基土如何影响建筑响应。
- 建筑规范与评估指南：动力学与规范实践之间的联系。
评析
优点
- 不要求事先学过结构动力学。 出版社说明，这一难学的课题被尽可能简单地讲述，并且详细到足以自学。
- 大量完整例题。 出版社称有125个以上的完整例题和600幅插图，并说分析步骤归纳了关键环节，便于读者照做。
- 重视物理直觉与实际结构。 本书的突出特点包括把结构理想化模型同实际结构的性质相比较、强调对分析步骤的物理理解，并配有地震中结构运动的照片。
- 通往实践的完整路径。 三个部分由单自由度理论，经建筑响应，一直到建筑规范和评估指南，读者可以沿着同一条线索从第一性原理走到规范应用。
局限
- 偏重地震。 书名和第三部分聚焦地震工程；目录中没有关于风等其他动力荷载的章节。
- 建筑设计出现较晚。 第三部分排在第一、二部分之后，因此建筑的抗震设计在24章的序列中出现得较晚。
- 规范章节与版本绑定。 第23章涵盖美国、加拿大、墨西哥和欧洲规范在本版时的现行版本，所以按后来修订的规范工作的读者需要查阅较新的文件。
在课程中的定位
在本课程书单中，Chopra是专门讲动力学的教材。Hibbeler的 Structural Analysis 和Megson的 Structural and Stress Analysis 讲结构的静力分析，McGuire、Gallagher和Ziemian的 Matrix Structural Analysis 讲包括弹性稳定在内的矩阵刚度法；它们是学习多自由度各章的自然基础。
Gordon的 Structures: Or Why Things Don't Fall Down 与Ji、Bell和Ellis的 Understanding and Using Structural Concepts 是关于结构如何工作的非技术性或可视化入门读物，适合初入这一领域的读者作准备。课程转向振动和地震荷载时，就该转向Chopra。
如何使用本书
出版社把本书定位为不要求事先学过结构动力学、详细程度足以自学的教材。结构静力分析（包括矩阵方法）以及基础动力学、线性代数和常微分方程，是合适的知识背景。
实用的阅读安排：
- 核心： 按顺序读第一部分（第1–8章），然后读第二部分的第9–13章。
- 扩展： 第14–18章讲非经典阻尼、自由度缩减、分布参数体系和有限元法，可根据课程选读。
- 应用： 第三部分讲地震工程，其中第22章（土—结构相互作用）是最进阶的一章。
先研读例题再做习题，并用书末的部分习题答案核对结果。