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 內 容 簡 介

本書主要是根據高等學校土木工程專業本科教育培養目標和培養方案及結構力學課程教學大綱的要求編寫的。全書內容包括緒論、平面體系的幾何構造分析、靜定結構的內力計算、虛功原理和結構的位移計算、力法、位移法、漸近法、影響線及其應用、矩陣位移法、結構動力計算基礎、結構的極限荷載與彈性穩定等。

本書既可作為高等學校教材，供土木工程專業本科生使用，也可供研究生參考使用，還可作為專業書籍供建筑設計工作者、橋梁設計工作者和力學研究者等人員參考。

 

前    言

　　結構力學是土木工程專業的一門核心專業基礎課，在基礎課和專業課之間起著承上啟下的重要作用，也是報考土木工程學科碩士或博士研究生的主要課程之一。本書編寫過程中，在貫徹教育部頒布的高等學校土木工程專業本科教育培養方針的前提下，充分借鑒和吸納了近十幾年來土木工程專業及結構力學課程的最新成果，側重于對基本概念、基本理論和基本方法的反復講解，可滿足一般普通高校培養應用型人才的教學需求。希望這種方法能夠加深學生對知識的理解和領會，做到舉一反三、觸類旁通。

　　在學習結構力學時會用到理論力學和材料力學的一些知識，本書適當提到了這些先修課程的相關內容，希望讀者意識到這些課程與結構力學的密切關系。只有很好地掌握了這些先修課程的相關知識，才能高效地學好結構力學課程，為后續的專業課學習打下堅實的基礎。

　　全書分為11章：緒論、平面體系的幾何構造分析、靜定結構的內力計算、虛功原理和結構的位移計算、力法、位移法、漸近法、影響線及其應用、矩陣位移法、結構動力計算基礎、結構的極限荷載與彈性穩定等，其中第1～10章是教育部規定的基本內容，第11章是專題內容。基本內容一般都是必修內容，個別內容可以根據需要進行選學；對于專題內容，各教學單位可根據各自的實際情況選用。全書所需教學時數為90～100學時。

　　本書是由湖北工業大學的老師在長期從事結構力學教學、科研及工程結構的力學實踐基礎上集體編寫的。全書由鄧友生組織編寫、統稿及修改，具體章節分工如下：鄧友生編寫第1章、第2章、第7章和第11章；侯景軍編寫第3章和第4章；張茫茫編寫第5章和第6章；張晉編寫第8章和第9章；黃濤編寫第10章。吳鵬、段邦政和許文濤提煉了一些思考題并校核了大部分習題答案，同時編輯繪制了大量圖形；劉華飛和姚志剛也編繪了一些習題圖，在此一并表示感謝！

　　本書在編寫過程中參考了國內外大量同行及專家編寫的結構力學教材，吸取了一些適合一般普通高等學校教學特點的內容，在此對這些教材的作者表示衷心的感謝。由于編者水平有限，書中錯誤或不妥之處在所難免，歡迎批評指正。

　　

 

　　                            編   者    

 

目    錄

 

第1章  緒論 1

1.1  結構力學的研究對象和任務 1

1.1.1  工程結構的概念與類型 1

1.1.2  結構力學的任務和研究方法 2

1.2  結構計算簡圖 3

1.2.1  結構計算簡圖的概念與簡化

原則 3

1.2.2  結構計算簡化的內容 3

1.2.3  結構計算簡圖示例 6

1.3  桿件結構的分類 7

1.4  荷載的分類 9

思考題 10

第2章  平面體系的幾何構造分析 11

2.1  基本概念 11

2.1.1  自由度 12

2.1.2  剛片 12

2.1.3  約束 12

2.1.4  必要約束和多余約束 13

2.1.5  虛鉸 14

2.2  平面幾何不變體系的組成規律 14

2.2.1  三個基本規律 14

2.2.2  瞬變體系 15

2.2.3  無窮遠處的瞬鉸 16

2.2.4  幾何組成分析要點 17

2.3  平面體系幾何組成分析示例 18

2.4  平面桿件體系的計算自由度 19

思考題 23

習題 24

第3章  靜定結構的內力計算 26

3.1  概述 26

3.1.1  桿件橫截面上的內力和符號

規定 27

3.1.2  荷載與內力之間的微分關系

和增量關系 27

3.1.3  分段疊加法作彎矩圖 28

3.2  靜定梁 31

3.3  平面剛架 36

3.3.1  概述 36

3.3.2  剛架的內力計算 37

3.4  靜定拱 41

3.4.1  概述 41

3.4.2  三鉸拱的計算 42

3.4.3  三鉸拱的合理拱軸線 47

3.5  平面桁架 49

3.5.1  桁架的特點和幾何組成 49

3.5.2  結點法 50

3.5.3  截面法 52

3.5.4  結點法和截面法的

聯合應用 54

3.6  組合結構 55

3.7  靜定結構的一般性質 58

3.7.1  靜定結構約束力解答的

唯一性 58

3.7.2  靜定結構的導出性質 58

思考題 61

習題 61

第4章  虛功原理和結構的位移計算 69

4.1  概述 69

4.2  變形體系的虛功原理 70

4.3  結構位移計算的一般公式 73

4.4  靜定結構在荷載作用下的位移計算 75

4.5  圖乘法 80

4.6  溫度變化和支座移動下靜定結構的

位移計算 86

4.6.1  溫度變化時的位移計算 86

4.6.2  支座移動時的位移計算 89

4.7  互等定理 90

4.7.1  功的互等定理 91

4.7.2  位移互等定理 91

4.7.3  反力互等定理 92

4.7.4  位移反力互等定理 93

思考題 94

習題 94

第5章  力法 98

5.1  超靜定結構的概念和超靜定次數 98

5.1.1  超靜定結構的概念 98

5.1.2  超靜定次數 98

5.2  力法的基本原理及典型方程 100

5.2.1  力法的基本原理 100

5.2.2  力法的典型方程 102

5.3  力法計算示例 105

5.3.1  超靜定梁和超靜定剛架 105

5.3.2  超靜定桁架 110

5.3.3  超靜定排架 112

5.3.4  超靜定組合結構 114

5.4  對稱結構的計算 115

5.4.1  選取對稱的基本結構 115

5.4.2  選擇對稱或反對稱的荷載 116

5.4.3  取半邊結構計算 118

5.5  溫度變化和支座移動時超靜定結構的

計算 121

5.5.1  溫度變化時超靜定結構的內力

計算 122

5.5.2  支座移動時超靜定結構的內力

計算 123

5.6  超靜定結構的位移計算 126

5.7  超靜定結構內力圖校核和特性 128

5.7.1  超靜定結構最后內力圖的

校核 128

5.7.2  超靜定結構的特性 131

思考題 132

習題 132

第6章  位移法 137

6.1  位移法的基本原理及基本方程 137

6.2  等截面桿件的轉角位移方程 139

6.2.1  等截面直桿的形常數和

載常數 139

6.2.2  等截面直桿的轉角位移

方程 142

6.3  位移法的基本未知量 144

6.4  位移法計算示例 147

6.4.1  無側移剛架的計算 147

6.4.2  有側移剛架的計算 149

6.5  位移法的基本體系和典型方程 151

6.5.1  基本體系的概念 151

6.5.2  位移法的典型方程 152

6.5.3  位移法典型方程的

應用舉例 154

6.6  位移法計算對稱結構 158

6.7  溫度變化和支座移動時的

結構計算 160

思考題 162

習題 163

第7章  漸近法 167

7.1  概述 167

7.2  力矩分配法的基本概念 167

7.2.1  轉動剛度 167

7.2.2  分配系數 168

7.2.3  傳遞系數 169

7.3  力矩分配法的基本運算 170

7.4  多結點無側移結構的計算 172

7.5  力矩分配法和位移法的聯合應用 174

7.6  對稱性的利用 176

7.7  無剪力分配法 177

7.7.1  無剪力分配法的適用條件 178

7.7.2  剪力靜定桿的固端彎矩 178

7.7.3  剪力靜定桿的轉動剛度和

傳遞系數 179

7.8  剪力分配法 181

思考題 187

習題 188

 

第8章  影響線及其應用 191

8.1  移動荷載和影響線的概念 191

8.2  用靜力法作靜定梁的影響線 192

8.3  用機動法作靜定梁的影響線 198

8.4  結點荷載作用下的靜定梁影響線 202

8.5  靜力法作靜定桁架的影響線 203

8.6  超靜定結構的影響線 206

8.7  影響線的應用 209

思考題 219

習題 219

第9章  矩陣位移法 224

9.1  概述 224

9.2  局部坐標系下的單元剛度矩陣 225

9.3  整體坐標系下單元剛度矩陣 231

9.4  連續梁的整體剛度矩陣 235

9.5  剛架的整體剛度矩陣 244

9.6  等效結點荷載 250

9.7  矩陣位移法計算實例 254

思考題 263

習題 264

第10章  結構動力計算基礎 266

10.1   概述 266

10.1.1  結構動力計算的特點和

內容 266

10.1.2  動力荷載的分類 266

10.1.3  結構的振動自由度 267

10.2  單自由度體系無阻尼自由振動 268

10.2.1  運動微分方程的建立 268

10.2.2  運動分析 270

10.3  單自由度體系無阻尼受迫振動 272

10.3.1  簡諧荷載 273

10.3.2  一般動力荷載 278

10.4  單自由度體系有阻尼自由振動 281

10.5  單自由度體系有阻尼受迫振動 284

10.5.1  簡諧荷載 284

10.5.2  一般動力荷載 286

 

10.6  多自由度體系的自由振動 287

10.6.1  體系運動方程的建立 287

10.6.2  頻率和主振型 289

10.7  多自由度體系在簡諧荷載作用下的

受迫振動 295

10.8  結構頻率的近似計算方法 299

10.8.1  能量法 299

10.8.2  集中質量法 302

思考題 303

習題 303

第11章  結構的極限荷載與

?彈性穩定 307

11.1  概述 307

11.2  基本概念 308

11.2.1  極限彎矩 308

11.2.2  塑性鉸 309

11.2.3  極限荷載 310

11.2.4  穩定問題 310

11.3  比例加載一般規律 313

11.3.1  比例加載的含義及

相關假設 313

11.3.2  可破壞荷載和可接受荷載 313

11.3.3  比例加載的一般定理

及其證明 314

11.4  超靜定結構的極限荷載計算 315

11.4.1  單跨超靜定梁的極限荷載 315

11.4.2  多跨連續梁的極限荷載 318

11.4.3  剛架的極限荷載 320

11.5  壓桿的臨界荷載 323

11.5.1  靜力法確定彈性壓桿的

臨界荷載 323

11.5.2  能量法確定彈性壓桿的

臨界荷載 327

思考題 333

習題 333

部分習題答案 337

參考文獻 348