感知結(jié)構(gòu)概念

前言

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

內(nèi)容概要

　　本書的目的是通過形象、易懂的方式幫助學(xué)生理解抽象的結(jié)構(gòu)概念，通過對工程實例中的結(jié)構(gòu)概念辨析幫助學(xué)生溝通理論與實踐環(huán)節(jié)。本書是對作者多年教學(xué)經(jīng)驗的總結(jié)，其特點可概括為：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)容是相對獨立的，因此讀者可依據(jù)個人興趣而非各章的順序來閱讀。通過瀏覽與本書配套的網(wǎng)站，幫助讀者更好地學(xué)習(xí)書中內(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。通過大量實例來說明結(jié)構(gòu)概念的應(yīng)用，從而幫助讀者在理論和實踐之間架起一座橋梁?！　型ㄟ^實物模型和工程實例列舉了二十余個結(jié)構(gòu)概念。對于每個概念，首先用一段簡潔的文字予以描述，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；最后通過實例說明了概念的應(yīng)用情況，對于某些實例還深入討論了概念的驗證和應(yīng)用問題。

作者簡介

　　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年于英國伯明翰大學(xué)土木工程專業(yè)獲博士學(xué)位。先后在中國建筑科學(xué)研究院和英國建筑科學(xué)研究院工作十佘年，1996年進(jìn)入英國曼徹斯特大學(xué)機(jī)械、宇航和土

書籍目錄

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)用實例　　　1.4.1 限行桿　　　1.4.2 人行橋　　　1.4.3 天平　　　1.4.4 舞臺表演　　　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)心與運動　　2.4 應(yīng)用實例　　　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 兩個矩形截面梁和一個工字形截面梁　　　3.3.2 用書簽將書托起　　3.4 應(yīng)用實例　　　3.4.1 鋼框架結(jié)構(gòu)　　　3.4.2 鐵路橋　　　3.4.3 腹板開孔的工字形構(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 開口與閉口截面的翹曲扭轉(zhuǎn)　　　5.3.5 開口與閉口截面的無翹曲扭轉(zhuǎn)　　5.4 應(yīng)用實例　　　5.4.1 組合截面梁　　　5.4.2 建筑中的剪力墻　　　5.4.3 開啟飲料瓶　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)接觸面積相對于物體表面積足夠小時，外力可被理想化為作用在物體表面某一點上的集中力。分布式外力的一個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，因為車輛荷載是通過車輪將其重量傳遞給橋面的，車輪與橋面的接觸面積相對于橋面面積而言足夠小?！　×兀菏刮矬w產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效應(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)別在于可以通過非直接接觸的方式產(chǎn)生。自重在結(jié)構(gòu)設(shè)計中是非常重要的。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，體力也可由磁場或電場的作用產(chǎn)生。　　支座反力：在支座或物體間接觸點上產(chǎn)生的力稱為支座反力。支座的作用是阻止物體運動，不同類型的支座可以阻止不同類型的運動。對于平面結(jié)構(gòu)，實際中主要用到的支座類型有：　　·固定鉸支座：限制物體沿兩個相互垂直方向的平動，但允許物體繞支座　　轉(zhuǎn)動（圖1．1a）。　　·滑動鉸支座：限制物體沿某一方向的平動，但允許物體沿與限制方向垂　　直的另一方向平動及繞支座轉(zhuǎn)動（圖1．1b）。

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