本書屬普通高等教育“十一五”國家級規劃教材,是“高等教育百門精品課程教材建設計劃”的研究成果,是根據教育部力學教學指導委員會非力學類專業力學基礎課程教學指導分委員會制定的《結構力學課程教學基本要求》,在第1版的基礎上修訂而成的。第1版[《結構力學教程(Ⅰ)》、《結構力學教程(Ⅱ)》]是面向21世紀課程教材,獲2002年全國普通高等學校優秀教材一等獎,以本套書為基礎的教學實踐獲2001年國家級教學成果一等獎,并被評為2003年度國家精品課程。第2版采用了新的編排方式:首先把全書內容明確地區分為基本內容與增選、專題內容,然后將這兩部分內容分別編成《結構力學工——基本教程》(簡稱卷工)和《結構力學Ⅱ ——專題教程》(簡稱卷Ⅱ)。基本教程著眼于為課程打好基礎,落實課程的基本要求;專題教程著眼于擴大和提高,各校可根據實際情況選擇其中不同層次的增選和專題內容,不拘一格地提升教學水平。
全書共17章,分為卷Ⅰ和卷Ⅱ。本書為《結構力學Ⅱ——專題教程》,共7章,主要內容包括靜定結構總論、超靜定結構總論、能量原理、結構動力計算續論、結構的穩定計算、結構的極限荷載、結構力學與方法論等。
卷I后附有《結構力學求解器》光盤1張,其中包括結構力學求解器,平面剛架程序的框圖設計和源程序。另外,與本書配套的有《結構力學網絡課程》、《結構力學學習指導》和《結構力學電子教案》(中、英文版) 。配套的教學軟件充分發揮多媒體的先進表現手段,營造一種良好的學習環境,既可使工科學生在網絡環境下自主、完整、系統地學習結構力學課程,也可作為從事土建、水利、力學等領域工程技術人員知識更新的自學環境。
本書可作為高等學校土建、水利、力學等專業結構力學課程的教材,也可供有關工程技術人員參考。
本書第2版是第1版的傳承和發展。具有以下特點:
一、傳承原有編寫風格
繼續保持“打好基礎,脈絡清晰,理論聯系實際,符合認識規律”的編寫方針。繼續發揚紙質教材與電子教材的互補作用,以《結構力學求解器》為工具,提高學生利用計算機分析結構的能力。繼續加強能量原理與方法論等方面的教學內容,提高學生的理論水平和科學素質。
二、采用新的編排方針
第2版采用新的編排方針:首先把全書內容明確地分為基本內容與增選、專題內容兩部分,然后將基本內容編成結構力學I——基本教程;將增選、專題內容編成結構力學Ⅱ——專題教程。
在第2版里,卷工與卷Ⅱ的分工是非常明確的。卷工只包括課程教學的基本要求。對全國各校來說,課程教學的基本要求應當是統一的,是“死”的。其目的是保證課程的基本教學質量,或者說是“保底”。卷Ⅱ包含一些各具特色的增選、專題內容,在“保底”的基礎上,各校可根據各自情況自行選用。對全國高校來說,這些增選、專題內容應當是不拘一格的,是“活”的。這種在“保底”基礎上不拘一格的增選和提升,可以比喻為“開花”。概括地說,“卷工保底,卷Ⅱ開花”,這就是新版采用的新的編排方針。
要“開花”,必先“保底”。“保底”是硬任務,“開花”是活功夫。一硬一活,才會形成既有扎實功底而又充滿活力的學習景象。我們希望,體現“保底一開花”精神的第2版教材將會更好地適應我國技術基礎課程教學發展的需求,適應不同高校對教材類型的多樣性需求。
繼第1版之后,第2版書稿又得到西安建筑科技大學劉錚教授的審閱和指點,謹致謝意。
欣逢青藏鐵路全線通車,特以拉薩河特大鐵路橋的倩影作為封面,以{志喜慶。
本書封面照片由拉薩指揮部宣傳部干章林先生提供,在此表示感謝。
龍馭球,土木工程系教授,中國工程院院士。1926年生,湖南安化人。畢業于清華大學。我國土木工程和結構力學專家。國家教委工科力學課程指導委員會主任委員兼結構力學課程指導小組組長,中國土木工程學會第四屆理事,中國力學學會《工程力學》學報主編,國際雜志《Advancesin Structural Engineering》國際編委。
研究方向為有限元法、能量原理和結構分析。有五項首創性科研成果:廣義協調元、分區混合元、新型殼元、分區能量原理和可選參數能量原理。參加制訂《薄殼結構設計規程》,發表論文140多篇,出版教材和專著18本。曾獲 第一、第二、第三屆高校優秀教材獎(1988、1992、1996),高校優秀教學成果國家級二等獎 (1993)、國家教委科技進步一、二、三等獎(1986、1992、1994)、北京市學術成果獎(1984、1988)、光華科技基金一等獎(1993)等。
第11章 靜定結構總論
§11-1 幾何構造分析與受力分析之間的對偶關系
§11-2 零載法
§11-3 空間桿件體系的幾何構造分析
§11-4 靜定空間剛架
§11-5 靜定空間桁架
§11-6 懸索結構
§11-7 靜定結構的一般性質
§11-8 各種結構形式的受力特點
§11-9 簡支梁的包絡圖和絕對最大彎矩
§11-10 位移影響線
§11-11 小結
§11-12 思考與討論
習題
第12章 超靜定結構總論
§12-1 廣義基本結構、廣義單元和子結構的應用
§12-2 分區混合法
§12-3 超靜定結構的特性
§12-4 結構計算簡圖續論
§12-5 支座簡圖與彈性支承概念
§12-6 結點簡圖與次內力概念
§12-7 剪切變形對超靜定結構的影響
§12-8 連續梁的最不利荷載分布及內力包絡圖
§12-9 小結
§12-10 思考與討論
習題
第13章 能量原理
§13-1 可能內力與可能位移
§13-2 應變能與應變余能
§13-3 勢能駐值原理
§13-4 勢能原理與位移法
§13-5 勢能原理與矩陣位移法
§13-6 余能駐值原理
§13-7 余能原理與力法
§13-8 分區混合能量駐值原理
§13-9 卡氏定理和克羅蒂一恩格塞定理
§13-10 勢能和余能偏導數定理
§13-11 分區混合能量偏導數定理
§13-12 小結
§13-13 思考與討論
習題
第14章 結構動力計算續論
§14-1 多自由度體系的自由振動
§14-2 多自由度體系主振型的正交性和主振型矩陣
§14-3 多自由度體系的強迫振動
§14-4 無限自由度體系的自由振動
§14-5 無限自由度體系自由振動的常微分方程求解器解法
§14-6 近似法求自振頻率
§14-7 矩陣位移法求剛架的自振頻率
§14-8 用求解器求解自振頻率與振型
§14-9 小結
§14-10 思考與討論
習題
第15章 結構的穩定計算
§15-1 兩類穩定問題概述
§15-2 兩類穩定問題計算簡例
§15-3 有限自由度體系的穩定——靜力法和能量法
§15-4 無限自由度體系的穩定——靜力法
§15-5 無限自由度體系的穩定——能量法
§15-6 無限自由度體系穩定的常微分方程求解器法
§15-7 剛架的穩定——矩陣位移法
§15-8 組合桿的穩定
§15-9 拱的穩定
§15-10 考慮縱向力對橫向荷載影響的二階分析
§15-11 用求解器求臨界荷載和失穩形態
§15-12 小結
§15-13 思考與討論
習題
第16章 結構的極限荷載
§16-1 概述
§16-2 極限彎矩、塑性鉸和極限狀態
§16-3 超靜定梁的極限荷載
§16-4 比例加載時判定極限荷載的一般定理
§16-5 剛架的極限荷載
§16-6 用求解器求極限荷載
§16-7 小結
§16-8 思考與討論
習題
第17章 結構力學與方法論
§17-1 靜定結構算法中蘊含的方法論
§17-2 超靜定結構算法中蘊含的方法論
§17-3 力學方法論的常用三法
§17-4 分合法
§17-5 對比法
§17-6 過渡法
§17-7 結構力學之道
附錄 習題答案
索引
參考文獻
Synopsis
Contents
主編簡介
編著者簡介
從實際出發,就是要全面考慮結構的布置和構造,了解結構受力狀態的實際情況。選取計算簡圖時要神似而非形似,例如,圖12-47和圖12-48中兩種結構的結點,雖然結點構造是相似的,但是由于結構幾何組成的情況不同,結點的受力狀態不同,因此結點的計算簡圖也不相同。
分清主次,就是要對結構受力狀態的影響因素進行分析,區別主要因素和次要因素。由此引出了結構各部分的相對剛度這個重要概念。實際上,在上面許多選定計算簡圖的例子中都貫穿了相對剛度這條線索。現在從中舉出一些例子。
(1)交叉體系傳遞荷載的方式,取決于兩個方向剛度的比值。如果兩個方向的剛度相近,則荷載為雙向傳遞;如果兩個方向的剛度相差懸殊,則荷載主要沿剛度大的方向傳遞,這時交叉體系可簡化為單向體系。
(2)結構中兩個相互聯系的部分如果剛度相差較大,則整個結構可分開計算,把剛度小的部分看作附屬部分,把剛度大的部分看作基本部分。
(3)一個空間結構往往包含許多平面單元,而各個平面單元之間又存在著空間聯系。如果平面單元本身的剛度大,而空間聯系的剛度小,則可從空間結構中取出平面單元按平面結構進行計算。
(4)選擇支座的計算簡圖時,要注意彈性支座與被支承構件的相對剛度。當彈性支座的轉動剛度比構件的轉動剛度大得很多時,彈性支座可簡化為固定支座;反之,可簡化為鉸支座。
(5)多層剛架承受水平荷載時,如果梁與柱的線剛度比值大于3,則橫梁可簡化為剛性梁,按反彎點法計算剛架內力。
這些例子說明一個共同特點:超靜定結構的受力狀態取決于各部分的相對剛度,計算的簡化來源于剛度的簡化(相對剛度大的部分簡化為無限大剛度,相對剛度小的部分簡化為零剛度)。利用相對剛度這個概念,可以定量地分析各種簡化的條件,并在不同條件下確定相應的力學模型。