本書是依據(jù)教育部高等學(xué)校非力學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)制定的《結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)基本要求(A類)》、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部高等學(xué)校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)制定的《結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)大綱》等文件,結(jié)合作者在山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院教授結(jié)構(gòu)力學(xué)二十多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及感悟編寫而成。本書可作為土木工程、地下工程,以及交通、水利、道橋等專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程學(xué)習(xí)和考研方面的教學(xué)參考書,對(duì)于專升本的學(xué)生也可以利用本書作為復(fù)習(xí)備考指導(dǎo)書,同時(shí)還可以作為結(jié)構(gòu)力學(xué)授課教師和有關(guān)工程技術(shù)人員的參考書。
本書主要的創(chuàng)新點(diǎn)有如下三個(gè):
一是在第八章中系統(tǒng)全面地提出了有側(cè)移剛架的全新的直接力矩分配法。對(duì)于有側(cè)移的剪力靜不定剛架,無須求解聯(lián)立方程,直接力矩分配法可以利用力矩的分配和傳遞直接得到剛架的彎矩圖,就像傳統(tǒng)力矩分配法可以直接得到無側(cè)移剛架的彎矩圖一樣。或者說,直接力矩分配法把力矩分配法從無側(cè)移剛架和無剪力分配法從剪力靜定剛架推廣至剪力靜不定剛架。直接力矩分配法收斂速度很快,一般經(jīng)過兩三輪的循環(huán)就可以得到滿足工程實(shí)際要求的解。利用直接力矩分配法大大簡(jiǎn)化了求解有側(cè)移剛架彎矩圖的過程。
二是在第四章中提出了針對(duì)一組等值移動(dòng)荷載的全程影響線的概念。利用全程影響線,可以直接看到一組移動(dòng)荷載在結(jié)構(gòu)移動(dòng)全過程某項(xiàng)內(nèi)力或者反力的變化規(guī)律,不用先判斷出臨界位置,而是直接得出不利荷載位置。全程影響線能幫助讀者理解求臨界荷載時(shí)所涉及的疊加原理。
三是在第七章中提出了關(guān)于附加剛臂的一種力學(xué)模型。附加剛臂是位移法中理解的關(guān)鍵點(diǎn),模型能幫助讀者認(rèn)識(shí)到附加剛臂的受力特點(diǎn)和變形特點(diǎn),從而靈活掌握其特性。
本書寫作特點(diǎn)主要有如下幾個(gè)方面:
本書寫作特點(diǎn)之一是注重從整體上講解和把握問題,體現(xiàn)在各章開頭部分的概述和各章具體內(nèi)容的選擇上。首先是在每一章的開頭,都有一個(gè)概述,介紹各章中出現(xiàn)的主要概念、方法,以及它們之間的關(guān)系。這些概述,強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)各有不同:有的強(qiáng)調(diào)研究對(duì)象的不同,比如在穩(wěn)定分析時(shí),介紹結(jié)構(gòu)力學(xué)穩(wěn)定分析和材料力學(xué)穩(wěn)定分析的不同之處;有的強(qiáng)調(diào)研究目的不同,比如在力矩分配法中,介紹引入轉(zhuǎn)動(dòng)剛度、分配系數(shù)和傳遞系數(shù)的目的在于使得力矩分配法成為一種獨(dú)立于位移法的新方法;有的強(qiáng)調(diào)研究方法的特點(diǎn),比如在矩陣位移法中,介紹引入整體坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系兩套坐標(biāo)的原因在于整體坐標(biāo)系的方向是與附加約束的方向?qū)?yīng),而局部坐標(biāo)系的引入在于使得我們能用統(tǒng)一的公式獲得各種桿件在整體坐標(biāo)系中的單元的剛度矩陣。盡管各章概述側(cè)重點(diǎn)各有不同,但總的目的在于希望能夠從一開始,就幫助讀者對(duì)各章建立起一個(gè)整體的概念。
其次,在各章內(nèi)容的選擇上也注重整體性。例如在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析中,先通過一個(gè)完整的例子介紹穩(wěn)定問題分析時(shí)的全部要點(diǎn),包括建立新平衡位置處的平衡方程、求出所有可能的解、對(duì)各個(gè)解進(jìn)行穩(wěn)定性的判斷,根據(jù)荷載和選定點(diǎn)位移之間的關(guān)系曲線給出兩種穩(wěn)定問題的曲線特征,然后提出判斷臨界荷載的靜力和能量特征。這樣安排使得讀者能從整體上把握穩(wěn)定問題的特點(diǎn),后來進(jìn)行臨界荷載的求解。
本書寫作特點(diǎn)之二是把編者對(duì)一些問題的理解和感悟糅合進(jìn)了書中,期望讀者能加深對(duì)問題的理解。比如第二章中的鉸接三角形規(guī)則,其實(shí)是一個(gè)幾何事實(shí),其中的三個(gè)點(diǎn)和三根桿件的地位相同。但在分析具體問題時(shí),可以有不同的看法,比如一個(gè)點(diǎn)和一個(gè)剛片、兩個(gè)剛片、三個(gè)剛片之間的連接方式。又比如提出了均布荷載、集中荷載和力偶矩作用下直桿段剪力圖的簡(jiǎn)易畫法,對(duì)于水平桿件,該法通過規(guī)定正號(hào)剪力圖畫在桿件上方和從左往右畫剪力圖,使得剪力圖的走勢(shì)和荷載的指向完全對(duì)應(yīng)起來,很容易得到桿件的剪力圖,還可以用來檢驗(yàn)內(nèi)力圖的正誤。再比如對(duì)材料的力學(xué)性能、靜定結(jié)構(gòu)受力性能和結(jié)構(gòu)合理形式之間的關(guān)系進(jìn)行了討論,提出結(jié)構(gòu)的合理形式是在滿足功能、施工可行性等大的要求的前提條件下,對(duì)于選定的結(jié)構(gòu)形式,通過受力性能的分析和調(diào)整桿件的相對(duì)位置或約束的位置,從而達(dá)到材盡其用的目的。結(jié)構(gòu)的受力分析為手段,結(jié)構(gòu)的合理形式才是結(jié)構(gòu)分析的目的。只有意識(shí)到這一點(diǎn),才能真正明白結(jié)構(gòu)力學(xué)的作用。
其余方面,注意與材料力學(xué)相關(guān)內(nèi)容的適當(dāng)結(jié)合。如在分段疊加法作直桿段彎矩圖前面先回顧簡(jiǎn)支梁的內(nèi)力計(jì)算。再有就是適當(dāng)區(qū)分內(nèi)容,利用小標(biāo)題把重點(diǎn)明確表示出來,有助于幫助讀者把握重點(diǎn),加深對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容的界定和理解。如在桁架的內(nèi)力計(jì)算中把有關(guān)觀點(diǎn)進(jìn)行整合,使得脈絡(luò)更加清晰。然后是在各章的結(jié)尾,都有編者精心選擇的多個(gè)思考題,旨在幫助加深對(duì)這一章中基本概念的理解。每一章的習(xí)題都給出了答案,可供讀者對(duì)照參考。
本書的內(nèi)容包括緒論、幾何構(gòu)成分析、靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析、影響線、虛力原理和結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算、力法、位移法、力矩分配法、矩陣位移法、結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算、結(jié)構(gòu)彈性穩(wěn)定計(jì)算和結(jié)構(gòu)的極限荷載。
章緒論/
節(jié)結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對(duì)象和任務(wù)/
第二節(jié)結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖及六個(gè)簡(jiǎn)化要點(diǎn)/
第三節(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的分類/
第四節(jié)荷載的分類/
思考題/
第二章幾何構(gòu)成分析/
節(jié)幾何構(gòu)成分析的幾個(gè)概念/
第二節(jié)沒有多余約束的幾何不變體系的組成規(guī)則及舉例/
第三節(jié)體系的計(jì)算自由度/
思考題/
習(xí)題/
習(xí)題答案/
第三章靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析/
節(jié)簡(jiǎn)支梁內(nèi)力計(jì)算及分段疊加法作任意直桿段的彎矩圖/
第二節(jié)靜定多跨梁/
第三節(jié)靜定剛架/
第四節(jié)靜定桁架/
第五節(jié)靜定組合結(jié)構(gòu)/
第六節(jié)三鉸拱/
第七節(jié)結(jié)構(gòu)的受力性能和合理形式/
思考題/
習(xí)題/
習(xí)題答案/
第四章影響線/
節(jié)無量綱的單位移動(dòng)荷載及影響線的概念/
第二節(jié)靜力法作梁的影響線/
第三節(jié)用靜力法和疊加法作結(jié)點(diǎn)承載方式下主梁的影響線/
第四節(jié)靜力法作平行弦桁架的影響線/
第五節(jié)機(jī)動(dòng)法作靜定結(jié)構(gòu)的影響線/
第六節(jié)影響線的應(yīng)用/
思考題/
習(xí)題/
習(xí)題答案/
第五章虛力原理和結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算/
節(jié)虛力法求剛體體系的位移和支座移動(dòng)時(shí)靜定結(jié)構(gòu)的
位移計(jì)算公式/
第二節(jié)結(jié)構(gòu)位移計(jì)算的一般公式/
第三節(jié)荷載作用下各類靜定結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算公式及舉例/
第四節(jié)圖乘法/
第五節(jié)溫度變化引起的靜定結(jié)構(gòu)位移計(jì)算/
第六節(jié)線性彈性體系的四個(gè)互等定理/
思考題/
習(xí)題/
習(xí)題答案/
第六章力法/
節(jié)超靜定次數(shù)的確定/
第二節(jié)力法的思路過程及力法的典型方程/
第三節(jié)用力法計(jì)算超靜定剛架和桁架/
第四節(jié)用力法計(jì)算排架和超靜定組合結(jié)構(gòu)/
第五節(jié)對(duì)稱超靜定結(jié)構(gòu)力法的簡(jiǎn)化計(jì)算/
第六節(jié)支座移動(dòng)和溫度改變時(shí)超靜定結(jié)構(gòu)的計(jì)算/
第七節(jié)超靜定結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算/
第八節(jié)超靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果的校核/
思考題/
習(xí)題/
習(xí)題答案/
第七章位移法/
節(jié)位移法的基本概念/
第二節(jié)位移法的轉(zhuǎn)角位移方程和固端內(nèi)力/
第三節(jié)位移法求連續(xù)梁和無側(cè)移剛架/
第四節(jié)位移法求有側(cè)移剛架/
第五節(jié)位移法的基本體系/
思考題/
習(xí)題/
習(xí)題解答/
第八章力矩分配法/
節(jié)力矩分配法的基本概念/
第二節(jié)用力矩分配法計(jì)算多結(jié)點(diǎn)連續(xù)梁和剛架/
第三節(jié)無剪力分配法/
第四節(jié)有側(cè)移剛架的直接力矩分配法/
思考題/
習(xí)題/
習(xí)題答案/
第九章矩陣位移法/
節(jié)整體坐標(biāo)系、結(jié)構(gòu)離散化、局部坐標(biāo)系及各自對(duì)應(yīng)編碼/
第二節(jié)局部坐標(biāo)系中的單元?jiǎng)偠染仃?
第三節(jié)整體坐標(biāo)系中的單元?jiǎng)偠染仃?
第四節(jié)單元集成法形成連續(xù)梁的整體剛度矩陣/
第五節(jié)單元集成法形成剛架的整體剛度矩陣/
第六節(jié)單元集成法形成等效結(jié)點(diǎn)荷載向量/
第七節(jié)矩陣位移法的計(jì)算步驟和算例/
思考題/
習(xí)題/
習(xí)題答案/
第十章結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算/
節(jié)動(dòng)力荷載的類型和體系的振動(dòng)自由度/
第二節(jié)單自由度體系的自由振動(dòng)/
第三節(jié)單自由度體系的強(qiáng)迫振動(dòng)/
第四節(jié)阻尼對(duì)振動(dòng)的影響/
第五節(jié)兩個(gè)自由度體系的自由振動(dòng)/
第六節(jié)兩個(gè)自由度體系在簡(jiǎn)諧荷載作用下的強(qiáng)迫振動(dòng)/
思考題/
習(xí)題/
習(xí)題答案/
第十一章結(jié)構(gòu)彈性穩(wěn)定計(jì)算/
節(jié)穩(wěn)定分析的一個(gè)簡(jiǎn)例/
第二節(jié)兩類穩(wěn)定問題概述/
第三節(jié)有限自由度穩(wěn)定問題臨界荷載的兩種求法/
第四節(jié)無限自由度穩(wěn)定問題臨界荷載的兩種求法/
第五節(jié)能量法求無限自由度體系臨界荷載的近似解及
組合桿的臨界荷載/
思考題/
習(xí)題/
習(xí)題答案/
第十二章結(jié)構(gòu)的極限荷載/
節(jié)理想彈塑性材料、極限彎矩、塑性鉸和極限狀態(tài)/
第二節(jié)超靜定梁的極限荷載/
第三節(jié)比例加載時(shí)判斷結(jié)構(gòu)極限荷載的四個(gè)定理及相關(guān)方法/
思考題/
習(xí)題/
習(xí)題答案/
參考文獻(xiàn)/