01 / 導讀
導讀
引用
Chopra, A. K. (2022). Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering (6th ed.). Pearson.
章節概要
全書分三部分，共24章，後附頻域響應分析方法的附錄、符號表和部分習題答案。各部分由單自由度體系推進到多自由度體系，再到建築物的地震分析、設計與評估。出版社稱書中有125個以上的完整例題和600幅插圖，並配有地震中結構運動的照片。
第一部分：Single-Degree-of-Freedom Systems（單自由度體系）
第1章：Equations of Motion, Problem Statement, and Solution Methods（運動方程、問題表述與求解方法）
為最簡單的結構模型建立運動方程，並陳述動力分析問題及其求解方法。
第2–5章：Free Vibration；Response to Harmonic and Periodic Excitations；Response to Arbitrary, Step, and Pulse Excitations；Numerical Evaluation of Dynamic Response（自由振動；諧和與週期激勵的響應；任意、階躍與脈衝激勵的響應；動力響應的數值計算）
單自由度體系的響應按由特殊到一般的順序展開：自由振動、諧和與週期荷載、任意、階躍與脈衝荷載，然後是計算響應的數值方法。
第6–7章：Earthquake Response of Linear Systems；Earthquake Response of Inelastic Systems（線性體系的地震響應；非彈性體系的地震響應）
把單自由度理論用於地面運動，先講線性體系，再講非彈性體系。第六版在第6章新增一節，介紹為場地構建地震設計譜的現代方法。
第8章：Generalized Single-Degree-of-Freedom Systems（廣義單自由度體系）
把單自由度模型推廣到可以歸結為一個廣義座標的體系。
第二部分：Multi-Degree-of-Freedom Systems（多自由度體系）
第9–12章：Equations of Motion, Problem Statement, and Solution Methods；Free Vibration；Damping in Structures；Dynamic Analysis and Response of Linear Systems（運動方程、問題表述與求解方法；自由振動；結構中的阻尼；線性體系的動力分析與響應）
對多自由度體系重複第一部分的結構：運動方程、自由振動、專講結構阻尼的一章，以及線性體系的動力分析與響應。
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（線性體系的地震分析；非經典阻尼線性體系的分析；自由度的縮減；動力響應的數值計算）
涉及多自由度線性體系的地震分析、阻尼不符合經典形式的體系、減少自由度數目的方法以及響應的數值計算。
第17–18章：Systems with Distributed Mass and Elasticity；Introduction to the Finite Element Method（質量與彈性分佈的體系；有限元法導論）
由離散模型過渡到質量和彈性連續分佈的體系，並介紹有限元法。
第三部分：Earthquake Response, Design, and Evaluation of Multistory Buildings（多層建築的地震響應、設計與評估）
第19–20章：Earthquake Response of Linearly Elastic Buildings；Earthquake Analysis and Response of Inelastic Buildings（線彈性建築的地震響應；非彈性建築的地震分析與響應）
把多自由度理論用於多層建築，先是線彈性，再是非彈性。出版社指出，關於建築非線性時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（隔震建築的地震動力學）
討論隔震建築的動力學；第六版收入了隔震器試驗資料。
第22章：Earthquake Dynamics of Building–Soil Interaction（建築—土相互作用的地震動力學）
第六版新增。介紹一個進階主題，並說明建築規範規定的在建築設計中考慮土—結構相互作用的方法。
第23–24章：Structural Dynamics in Building Codes；Structural Dynamics in Building Evaluation Guidelines（建築規範中的結構動力學；建築評估指南中的結構動力學）
把理論與建築規範和評估指南聯絡起來。第六版收入了美國、加拿大、墨西哥規範以及歐洲規範的現行版本。
核心概念
第一部分：單自由度體系（第1–8章）
- 運動方程：定義動力問題的控制方程，在第1章引入。
- 對各種激勵的響應：體系對自由振動、諧和與週期荷載以及任意、階躍和脈衝荷載的響應。
- 地震響應與設計譜：線性與非彈性體系對地面運動的響應。
- 廣義單自由度體系：可歸結為一個座標的模型。
第二部分：多自由度體系（第9–18章）
- 結構中的阻尼：阻尼的描述方式，並單獨討論非經典阻尼體系。
- 自由度的縮減：通過消去自由度來簡化模型。
- 分佈質量與彈性；有限元法：連續體系模型及其數值處理。
第三部分：建築（第19–24章）
- 建築的非彈性響應：建築的非線性時程分析。
- 基底隔震：使建築與地面運動隔離。
- 土—結構相互作用：地基土如何影響建築響應。
- 建築規範與評估指南：動力學與規範實踐之間的聯絡。
評析
優點
- 不要求事先學過結構動力學。 出版社說明，這一難學的課題被儘可能簡單地講述，並且詳細到足以自學。
- 大量完整例題。 出版社稱有125個以上的完整例題和600幅插圖，並說分析步驟歸納了關鍵環節，便於讀者照做。
- 重視物理直覺與實際結構。 本書的突出特點包括把結構理想化模型同實際結構的性質相比較、強調對分析步驟的物理理解，並配有地震中結構運動的照片。
- 通往實踐的完整路徑。 三個部分由單自由度理論，經建築響應，一直到建築規範和評估指南，讀者可以沿著同一條線索從第一性原理走到規範應用。
侷限
- 偏重地震。 書名和第三部分聚焦地震工程；目錄中沒有關於風等其他動力荷載的章節。
- 建築設計出現較晚。 第三部分排在第一、二部分之後，因此建築的抗震設計在24章的序列中出現得較晚。
- 規範章節與版本繫結。 第23章涵蓋美國、加拿大、墨西哥和歐洲規範在本版時的現行版本，所以按後來修訂的規範工作的讀者需要查閱較新的檔案。
在課程中的定位
在本課程書單中，Chopra是專門講動力學的教材。Hibbeler的 Structural Analysis 和Megson的 Structural and Stress Analysis 講結構的靜力分析，McGuire、Gallagher和Ziemian的 Matrix Structural Analysis 講包括彈性穩定在內的矩陣剛度法；它們是學習多自由度各章的自然基礎。
Gordon的 Structures: Or Why Things Don't Fall Down 與Ji、Bell和Ellis的 Understanding and Using Structural Concepts 是關於結構如何工作的非技術性或視覺化入門讀物，適合初入這一領域的讀者作準備。課程轉向振動和地震荷載時，就該轉向Chopra。
如何使用本書
出版社把本書定位為不要求事先學過結構動力學、詳細程度足以自學的教材。結構靜力分析（包括矩陣方法）以及基礎動力學、線性代數和常微分方程，是合適的知識背景。
實用的閱讀安排：
- 核心： 按順序讀第一部分（第1–8章），然後讀第二部分的第9–13章。
- 擴充套件： 第14–18章講非經典阻尼、自由度縮減、分佈引數體系和有限元法，可根據課程選讀。
- 應用： 第三部分講地震工程，其中第22章（土—結構相互作用）是最進階的一章。
先研讀例題再做習題，並用書末的部分習題答案核對結果。