《土木工程的靈魂:力學》是一本介紹土木工程的靈魂——力學知識的科普讀物。力學與土木工程的結合已有幾百年的歷史。土木工程涉及的范圍極廣,房屋建筑工程、橋梁建筑工程、地下建筑工程、道路交通工程、抗爆工程等,這些都屬于土木工程的范疇。而土木工程的發(fā)展離不開力學?梢哉f力學是土木工程的“心臟”。
《土木工程的靈魂:力學》從工程基本結構、結構承受的各種作用以及相關實例說明力學在工程中的具體應用,這是一本難得的、深入淺出講解力學在土木工程中的核心作用的入門教科書。
《土木工程的靈魂:力學》可作為高中生、大學低年級學生以及高年級學生的參考用書,對力學相關領域的科研管理人員也有所幫助。
《土木工程的靈魂——力學》終于出版了,這是張相庭教授撰寫的最后一本著作,也是他所有著作中出版過程最為曲折的一本。
2007年,中國力學學會常務理事會在高等教育出版社的支持下,決定出版《大眾力學叢書》,邀請一些力學工作者,撰寫一批力學科普著作,為此組建了由武際可和戴世強兩位力學界老前輩擔任正副主任的編輯委員會,我有幸也被推薦為編輯委員會委員,并由我出面邀請張相庭先生撰寫力學在土木工程中應用的科普著作。張先生一開始感到為難,因為他從來沒有寫過科普著作,怕寫不好。但我知道他有深厚的力學功底,又在土木工程領域有極高的造詣,經常能把復雜的工程問題化為簡單的力學模型來解決,并對結果做出合理的闡釋。在我的堅持下,張先生終于同意寫平生的第一本也是最后一本科普著作。
張先生經過一年多的考察整理時間,在收集了大量相關資料的基礎上,于2009年5月寫出了初稿。但是當張先生把稿子交到高等教育出版社時,初審認為學術性過強,不太合適作為大眾科普讀物,希望張先生做較大的修改。此后一兩年,張先生改改停停,自己總是不滿意,也一直沒再把修改稿提交給高等教育出版社。再后來他身體越來越不好,這本書就耽擱了下來,直到他老人家不幸于2013年2月4日去世,也沒有最終定稿。
而這也成了我的一件心事,希望能將張先生的這最后一本書付梓出版。于是我和我的同事、張先生以前的博士生王國硯教授商量,由他出面征得張先生夫人的同意,從張先生的舊電腦中找到這部書稿,經過王國硯教授費時費力的校對勘誤和圖表制作工作,并聯(lián)系了同濟大學出版社來出版這本書。王國硯教授作為張先生的弟子,在本書的出版中做了大量的工作。
張先生開始構思動筆寫這本書,迄今已有八年多的時間。雖然張先生沒有親眼看到這本書的出版,但這本書可以說凝聚了他最后幾年的心血和努力。雖然對于社會大眾,這也許不是一本合適的科普讀物,但是對于工科大學生,這卻是一本難得的、深入淺出講解力學在土木工程中的核心作用的入門教科書。
在這本書出版之際,我很高興代為作序,并借此表達對先生的深切懷念和崇高敬意。
序言
開啟土木工程高大之門——力學在土木工程中的核心作用
第1章 土木工程、力學和基本結構
1.1 梁和板梁(梁式板)
1.1.1 計算簡圖
1.1.2 平衡方程式
1.1.3 脫離體
1.1.4 反力和內力(彎矩、剪力、軸力)
1.1.5 應力——彎曲應力(正應力)、剪應力
1.1.6 強度和剛度
1.1.7 靜定和超靜定
1.1.8 梁結構的力學評估
1.2 墻和柱——頂阻承力
1.2.1 軸力和軸心正壓力
1.2.2 柱和壓桿的穩(wěn)定
1.3 拱和索
1.3.1 合理拱軸
1.3.2 索的找形
1.4 桁架和框架
1.4.1 二力桿
1.4.2 內力計算
1.4.3 次應力
1.4.4 各種形式桁架受力比較
1.5 板和殼
1.5.1 板殼的力學特性
1.5.2 板殼受力分析要點
第2章 作用或荷載的力學概念和計算問題
2.1 結構振動力學基礎
2.1.1 自由度
2.1.2 周期
2.1.3 頻率
2.1.4 振型
2.1.5 阻尼力,阻尼比
2.1.6 響應,共振響應
2.2 計算機和實驗
2.2.1 計算機和結構分析程序
2.2.2 實驗和實地記錄
2.3 地震作用和反應譜
2.3.1 烈度和反應譜
2.3.2 特征周期Tg(s)
2.3.3 抗震力學計算
2.4 風荷載和剛性模型風洞試驗
2.4.1 風壓和剛性模型風洞試驗
2.4.2 結構順風向的風效應
2.4.3 結構橫風向效應及共振效應
2.4.4 結構空氣動力失穩(wěn)
第3章 重大工程示例分析——上海東方明珠廣播電視塔
3.1 結構方案——混凝土塔的突破
3.2 東方明珠塔結構的動力特性
3.2.1 固有頻率或固有周期,振型
3.2.2 阻尼比
3.3 風和地震作用的分析比較
3.4 順風向風荷載和結構響應計算分析
3.5 橫風向渦流脫落共振和空氣動力失穩(wěn)計算分析
3.6 廣州新電視塔簡介
第4章 工程實例介紹
4.1 北京國家體育場——“鳥巢”工程
4.2 上海體育場和彈性模型風洞試驗
4.2.1 結構力學分析
4.2.2 彈性模型設計、制作和風洞試驗
4.3 上海中心
4.4 上海環(huán)球金融中心和振動控制
4.4.1 工程概況
4.4.2 上海環(huán)球金融中心的振動控制
4.5 上海南浦大橋和楊浦大橋
4.5.1 工程概況
4.5.2 楊浦大橋抗風設計
第5章 起重機結構分析
5.1 起重機結構受力分析
5.2 工作狀態(tài)下起重機的風力計算
5.2.1 有效迎風面積
5.2.2 基本風壓和風壓高度變化系數(shù)
5.2.3 風荷載體型系數(shù)靤
5.2.4 風振系數(shù)(荷載)?
5.3 非工作狀態(tài)下起重機的風力計算
第6章 城市抗風防災分析
6.1 概述
6.2 工程結構災害力學
6.2.1 彈性極限風壓W0e
6.2.2 結構極限風壓W0p
6.3 結構經濟損失模式
6.4 城市抗風防災實例
參考文獻
后記