感知結(jié)構(gòu)概念

前言

　　我們的高等工科教育近年來(lái)經(jīng)常受到一些來(lái)自社會(huì)的批評(píng)或來(lái)自教育界內(nèi)部的反思，諸如：在培養(yǎng)計(jì)劃方面工程實(shí)踐的訓(xùn)練不足；教學(xué)方法方面過(guò)于偏重具體知識(shí)的傳授，而忽略基本概念的啟發(fā)與討論；畢業(yè)生能動(dòng)地解決實(shí)踐問(wèn)題的能力較差；等等。從土建類專業(yè)來(lái)看，也的確存在類似的問(wèn)題。例如，我們培養(yǎng)的學(xué)生在運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件針對(duì)給定的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算分析方面往往比較熟練，但要他們針對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題自行建立正確合理的結(jié)構(gòu)模型就可能出現(xiàn)困難；對(duì)于得出的計(jì)算結(jié)果往往盲目相信，而疏于必要的綜合考察與分析，無(wú)法判斷其正確性和合理性，更不用說(shuō)從中提煉出進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)概念。這樣，畢業(yè)生在從事設(shè)計(jì)工作時(shí)就可能長(zhǎng)期陷于“設(shè)計(jì)匠”的悲慘狀況，而難于較快地成長(zhǎng)為善于進(jìn)行“概念設(shè)計(jì)”的創(chuàng)新型工程師。在建筑工地等工程實(shí)踐第一線工作的畢業(yè)生遇到的實(shí)際問(wèn)題更為復(fù)雜，在他們成長(zhǎng)的道路上需要運(yùn)用創(chuàng)新思維來(lái)解決和克服的困難就更多?！　⌒枰f(shuō)明的是，我并不是想在這里正面討論高等工科教育的改革問(wèn)題，這一問(wèn)題涉及教育體制、就業(yè)體制、專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃和教學(xué)方法等方方面面，我對(duì)它們的了解和思考遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到全面、深入的程度，因而不敢妄加議論。我只是想從一個(gè)具體側(cè)面來(lái)表明：在結(jié)構(gòu)學(xué)科的教學(xué)、研究乃至工程實(shí)踐諸方面，的確到了需要大力提倡“重視結(jié)構(gòu)概念”的時(shí)候了。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)的目的是通過(guò)形象、易懂的方式幫助學(xué)生理解抽象的結(jié)構(gòu)概念，通過(guò)對(duì)工程實(shí)例中的結(jié)構(gòu)概念辨析幫助學(xué)生溝通理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)。本書(shū)是對(duì)作者多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，其特點(diǎn)可概括為：在章節(jié)編排上采用了“菜單”式結(jié)構(gòu)，多數(shù)章節(jié)的內(nèi)容是相對(duì)獨(dú)立的，因此讀者可依據(jù)個(gè)人興趣而非各章的順序來(lái)閱讀。通過(guò)瀏覽與本書(shū)配套的網(wǎng)站，幫助讀者更好地學(xué)習(xí)書(shū)中內(nèi)容，該網(wǎng)站的網(wǎng)址是www.structuralconcepts.org，網(wǎng)站的內(nèi)容定期更新。通過(guò)大量實(shí)例來(lái)說(shuō)明結(jié)構(gòu)概念的應(yīng)用，從而幫助讀者在理論和實(shí)踐之間架起一座橋梁?！　?shū)中通過(guò)實(shí)物模型和工程實(shí)例列舉了二十余個(gè)結(jié)構(gòu)概念。對(duì)于每個(gè)概念，首先用一段簡(jiǎn)潔的文字予以描述，然后介紹了相關(guān)理論背景，包括算例和思考；之后用照片的方式給出了演示模型，以使概念可視化；最后通過(guò)實(shí)例說(shuō)明了概念的應(yīng)用情況，對(duì)于某些實(shí)例還深入討論了概念的驗(yàn)證和應(yīng)用問(wèn)題。

作者簡(jiǎn)介

　　季天健，博士，1976年畢業(yè)于哈爾濱建筑工程學(xué)院結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，1981年于哈爾濱建筑工程學(xué)院工程力學(xué)專業(yè)獲碩士學(xué)位，1990年于英國(guó)伯明翰大學(xué)土木工程專業(yè)獲博士學(xué)位。先后在中國(guó)建筑科學(xué)研究院和英國(guó)建筑科學(xué)研究院工作十佘年，1996年進(jìn)入英國(guó)曼徹斯特大學(xué)機(jī)械、宇航和土

書(shū)籍目錄

第一部分 靜力學(xué)　1 平衡　　1.1 定義與概念　　1.2 理論背景　　1.3 模型演示　　　1.3.1 作用力與反作用力　　　1.3.2 穩(wěn)定平衡與不穩(wěn)定平衡　　　1.3.3 板一瓶系統(tǒng)　　　1.3.4 磁懸浮模型　　1.4 應(yīng)用實(shí)例　　　1.4.1 限行桿　　　1.4.2 人行橋　　　1.4.3 天平　　　1.4.4 舞臺(tái)表演　　　1.4.5 磁懸浮列車　　　1.4.6 快餐店中的垃圾撮子　2 質(zhì)心　　2.1 定義與概念　　2.2 理論背景　　2.3 模型演示　　　2.3.1 任意形狀紙板的質(zhì)心　　　2.3.2 物體的質(zhì)心與形心　　　2.3.3 水平面內(nèi)的物體質(zhì)心　　　2.3.4 豎直平面內(nèi)的物體質(zhì)心　　　2.3.5 質(zhì)心與穩(wěn)定　　　2.3.6 質(zhì)心與運(yùn)動(dòng)　　2.4 應(yīng)用實(shí)例　　　2.4.1 工程用起重機(jī)　　　2.4.2 埃菲爾鐵塔　　　2.4.3 展示架　　　2.4.4 Kio塔　3 不同截面形式的影響　　3.1 定義與概念　　3.2 理論背景　　3.3 模型演示　　　3.3.1 兩個(gè)矩形截面梁和一個(gè)工字形截面梁　　　3.3.2 用書(shū)簽將書(shū)托起　　3.4 應(yīng)用實(shí)例　　　3.4.1 鋼框架結(jié)構(gòu)　　　3.4.2 鐵路橋　　　3.4.3 腹板開(kāi)孔的工字形構(gòu)件(蜂窩梁和柱)　4 彎曲　　4.1 定義與概念　　4.2 理論背景　　4.3 模型演示　　　4.3.1 梁的彎曲假定　　4.4 應(yīng)用實(shí)例　　　4.4.1 桁架梁的外形　　　4.4.2 利用懸挑減小彎矩　　　4.4.3 彎曲破壞　　　4.4.4 訂書(shū)釘?shù)膹澢冃巍? 剪切與扭轉(zhuǎn)　　5.1 定義與概念　　5.2 理論背景　　　5.2.1 彎曲剪應(yīng)力　　　5.2.2 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力　　5.3 模型演示　　　5.3.1 扭轉(zhuǎn)效應(yīng)　　　5.3.2 剪應(yīng)力效應(yīng)　　　5.3.3 剪力效應(yīng)　　　5.3.4 開(kāi)口與閉口截面的翹曲扭轉(zhuǎn)　　　5.3.5 開(kāi)口與閉口截面的無(wú)翹曲扭轉(zhuǎn)　　5.4 應(yīng)用實(shí)例　　　5.4.1 組合截面梁　　　5.4.2 建筑中的剪力墻　　　5.4.3 開(kāi)啟飲料瓶　6 應(yīng)力分布　　6.1 概念　　6.2 理論背景　　6.3 模型演示　　　6.3.1 釘板上的氣球　　　6.3.2 均布應(yīng)力與非均布應(yīng)力　　6.4 應(yīng)用實(shí)例　　　6.4.1 平底鞋與高跟鞋　　　6.4.2 比薩斜塔　7 跨度與變形　　7.1 概念　　7.2 理論背景　　7.3 模型演示　　　7.3.1 跨度的影響　　　7.3.2 邊界條件的影響　　　7.3.3 梁的固端彎矩　　7.4 應(yīng)用實(shí)例　　　7.4.1 柱支承　　　7.4.2 支柱根現(xiàn)象　　　7.4.3 結(jié)構(gòu)中的支柱　……第二部分 動(dòng)力學(xué)索引

章節(jié)摘錄

　　外力①：作用在物體表面并且分布于接觸面上的力稱為外力。當(dāng)接觸面積相對(duì)于物體表面積足夠小時(shí)，外力可被理想化為作用在物體表面某一點(diǎn)上的集中力。分布式外力的一個(gè)典型例子是作用在建筑物墻面上的風(fēng)荷載，而作用在橋面板上的車輛荷載則可被認(rèn)為是集中力，因?yàn)檐囕v荷載是通過(guò)車輪將其重量傳遞給橋面的，車輪與橋面的接觸面積相對(duì)于橋面面積而言足夠小?！　×兀菏刮矬w產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的力稱為力矩，它既可以是內(nèi)力也可以是外力。一對(duì)大小相同、方向相反的平行力稱為力偶，其矩等于力的大小與平行力之間垂直距離的乘積?！　◇w力：地球引力對(duì)物體的作用稱為體力或稱物體自重。體力與其他外力的區(qū)別在于可以通過(guò)非直接接觸的方式產(chǎn)生。自重在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是非常重要的。例如混凝土樓板的自重就可能大于由人和家具等在樓板上產(chǎn)生的作用力。除自重外，體力也可由磁場(chǎng)或電場(chǎng)的作用產(chǎn)生。　　支座反力：在支座或物體間接觸點(diǎn)上產(chǎn)生的力稱為支座反力。支座的作用是阻止物體運(yùn)動(dòng)，不同類型的支座可以阻止不同類型的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于平面結(jié)構(gòu)，實(shí)際中主要用到的支座類型有：　　·固定鉸支座：限制物體沿兩個(gè)相互垂直方向的平動(dòng)，但允許物體繞支座　　轉(zhuǎn)動(dòng)（圖1．1a）?！　　せ瑒?dòng)鉸支座：限制物體沿某一方向的平動(dòng)，但允許物體沿與限制方向垂　　直的另一方向平動(dòng)及繞支座轉(zhuǎn)動(dòng)（圖1．1b）。

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