結(jié)構(gòu)力學(xué)（下冊(cè)）

前言

　　本書(shū)第3版作為普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，重新進(jìn)行了改編?！　【帉?xiě)依據(jù)仍然是教育部頒布實(shí)施的《普通高等學(xué)校本科專(zhuān)業(yè)目錄》中所規(guī)定的土木工程專(zhuān)業(yè)的業(yè)務(wù)培養(yǎng)目標(biāo)、教育部高等學(xué)校非力學(xué)專(zhuān)業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(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(lèi)）》和建設(shè)部高等學(xué)校土木工程專(zhuān)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》。適用對(duì)象為普通高等學(xué)校土木工程專(zhuān)業(yè)（即“大土木”）各類(lèi)專(zhuān)門(mén)化方向的本科學(xué)生，也可供參加高等教育自學(xué)考試的學(xué)生、考研的學(xué)生和參加注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師考試的人員以及有關(guān)工程技術(shù)人員閱讀參考?！　】紤]到近年來(lái)各高?！督Y(jié)構(gòu)力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容、體系改革等的實(shí)踐結(jié)果和課時(shí)普遍調(diào)低的現(xiàn)狀，第3版改動(dòng)的地方主要有：　　1．為了與主編編寫(xiě)的結(jié)構(gòu)力學(xué)雙（英）語(yǔ)教材（Bao Shihua and Gong Yaoqing．Structural Mechanics．Wuhan University of‘Technology Press，2006）完全一致，以便中、英文教學(xué)可以互相參考，將第2～6章全部進(jìn)行了改寫(xiě)。這樣，采用中文教學(xué)的師生，需要時(shí)可以參考上述英語(yǔ)教材；采用雙（英）語(yǔ)教學(xué)的師生，在需要時(shí)也可以參考本書(shū)?！　?．教育部高等學(xué)校非力學(xué)專(zhuān)業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)2007年印發(fā)的《結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)基本要求（A類(lèi)）》（簡(jiǎn)稱(chēng)《基本要求》）中，將課程內(nèi)容分為了兩部分：基礎(chǔ)部分和專(zhuān)題部分?；A(chǔ)部分為必修內(nèi)容，專(zhuān)題部分中的“結(jié)構(gòu)矩陣分析”和“結(jié)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算”（只要求到兩個(gè)自由度體系）為必修內(nèi)容，并去除了一些具體數(shù)字方面（如學(xué)時(shí)數(shù)、上機(jī)時(shí)數(shù)等）的硬性要求?！　“凑丈鲜觥痘疽蟆分惺欠駷楸匦薜囊?，本書(shū)第3版將全書(shū)內(nèi)容明確地劃分為兩部分：基本部分和專(zhuān)題、提高部分，前者為必修內(nèi)容，后者為選修內(nèi)容。　　基本部分包括：《基本要求》中的基礎(chǔ)部分，即結(jié)構(gòu)的幾何組成分析、靜定結(jié)構(gòu)、超靜定結(jié)構(gòu)和影響線等；矩陣位移法和結(jié)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算（到兩個(gè)自由度體系為止）?；静糠质菫檎n程打好基礎(chǔ)，落實(shí)課程基本要求的必修內(nèi)容。第2版中沒(méi)有打“*”號(hào)的內(nèi)容第3版中基本都保留下來(lái)了，但按照《基本要求》中列為必修和選修的要求重新進(jìn)行了劃分，即第3版中作為必修的基本部分已按新《基本要求》確定，較第2版有所減少。專(zhuān)題、提高部分是《基本要求》中未列為必修的內(nèi)容，包括：穩(wěn)定、極限荷載、兩個(gè)自由度以上體系的動(dòng)力計(jì)算，以及各章中加“*”號(hào)的內(nèi)容。專(zhuān)題、提高部分一般不是課程教學(xué)基本要求的必修內(nèi)容，個(gè)別學(xué)校或?qū)I(yè)如有需要，可酌情選取其中某些材料作為教學(xué)內(nèi)容?！　∮嘘P(guān)學(xué)時(shí)數(shù)、理論教學(xué)時(shí)數(shù)、上機(jī)時(shí)數(shù)和實(shí)踐性教學(xué)時(shí)數(shù)等規(guī)定，第3版中均去除了?！　”景嫘抻喒ぷ饔砂廊A制定修改方案和大綱。修訂工作分工如下：包世華，第1～9、12、15～17章；辛克貴，第10、11、13、14章。全書(shū)由包世華修改定稿?！　”緯?shū)由中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)龍馭球教授和清華大學(xué)張銅生教授審閱，龍馭球?yàn)橹鲗?。鄭州大學(xué)樊友景、南昌大學(xué)張愛(ài)萍和昆明理工大學(xué)孫俊對(duì)本書(shū)進(jìn)行了審讀。他們對(duì)編寫(xiě)大綱及書(shū)稿提出了許多寶貴意見(jiàn)，在此，對(duì)他們表示感謝。　　本書(shū)難免存在不足之處，歡迎讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

全書(shū)共7章，內(nèi)容包括：位移法，漸近法、近似法和超靜定結(jié)構(gòu)的影響線，矩陣位移法(附平面剛架程序的框圖設(shè)計(jì)和源程序)，超靜定結(jié)構(gòu)總論，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算，結(jié)構(gòu)的極限荷載。每章均有本章提要、本章小結(jié)、思考題和習(xí)題，書(shū)后附有習(xí)題答案。    本書(shū)按照《結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)基本要求A類(lèi)》的要求，明確地將課程內(nèi)容分為了兩部分：基本部分為必修內(nèi)容；專(zhuān)題、提高部分為選修內(nèi)容，以便區(qū)分使用。本書(shū)與主編編寫(xiě)的英文教材（參考文獻(xiàn)8）是完全對(duì)應(yīng)的，便于雙語(yǔ)教學(xué)時(shí)對(duì)照使用。    本書(shū)選材適當(dāng)，內(nèi)容精練，說(shuō)理透徹，符合認(rèn)識(shí)規(guī)律，注重聯(lián)系實(shí)際，并反映了本學(xué)科的新內(nèi)容。    本書(shū)可作為土木工程專(zhuān)業(yè)，即“大土木”的房建、路橋、水利等各類(lèi)專(zhuān)門(mén)化方向的教材，也可作為成人教育、自學(xué)考試的教材，以及供考研究生、參加注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師考試的人員和有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

作者簡(jiǎn)介

包世華，清華大學(xué)土木工程系教授，中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)《工程力學(xué)》編委，中國(guó)建筑學(xué)會(huì)高層建筑結(jié)構(gòu)委員會(huì)委員。1985～1986年為美國(guó)伊里諾伊大學(xué)土木工程系訪問(wèn)學(xué)者，1991～1993年為香港理工大學(xué)土木與結(jié)構(gòu)系研究員。長(zhǎng)期從事結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、能量原理及有限元、板殼結(jié)構(gòu)、薄壁

書(shū)籍目錄

11  位移法  11.1  位移法的基本概念  11.2  等截面直桿的形常數(shù)和載常數(shù)    11.2.1  等截面直桿的形常數(shù)    11.2.2  等截面直桿的載常數(shù)  11.3  位移法的基本未知量和基本體系    11.3.1  位移法的基本未知量    11.3.2  位移法的基本體系  11.4  位移法方程    11.4.1  位移法方程的建立    11.4.2  位移法方程的典型形式  11.5  位移法計(jì)算連續(xù)梁和無(wú)側(cè)移剛架  11.6  位移法計(jì)算有側(cè)移剛架和排架  11.7  位移法計(jì)算對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)  11.8  支座位移和溫度變化時(shí)的計(jì)算    11.8.1  支座位移和彈性支座時(shí)的計(jì)算    11.8.2  溫度變化時(shí)的計(jì)算  11.9  用直接平衡法建立位移法方程    11.9.1  等截面直桿的轉(zhuǎn)角位移方程    11.9.2  用直接平衡法計(jì)算超靜定結(jié)構(gòu)  本章小結(jié)  思考題  習(xí)題12  漸近法、近似法和超靜定結(jié)構(gòu)的影響線  12.1  漸近法概述  12.2  力矩分配法的概念    12.2.1  正負(fù)號(hào)規(guī)定    12.2.2  結(jié)點(diǎn)力偶的分配和傳遞  12.3  單結(jié)點(diǎn)的力矩分配——基本運(yùn)算  12.4  多結(jié)點(diǎn)的力矩分配——漸近運(yùn)算  12.5  無(wú)剪力分配法    12.5.1  無(wú)剪力分配法的應(yīng)用條件    12.5.2  剪力靜定桿件的固端彎矩    12.5.3  零剪力桿件的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度和傳遞系數(shù)  12.6  剪力分配法    12.6.1  柱頂有水平荷載作用的鉸結(jié)排架    12.6.2  橫梁剛度無(wú)限大時(shí)剛架的剪力分配    12.6.3  柱間有水平荷載作用時(shí)的計(jì)算  12.7  超靜定結(jié)構(gòu)的近似法    12.7.1  多層多跨剛架豎向荷載下的分層計(jì)算法    12.7.2  多層多跨剛架水平荷載下的反彎點(diǎn)法  12.8  超靜定力的影響線    12.8.1  用靜力法繪制超靜定梁影響線的原理    12.8.2  用機(jī)動(dòng)法繪制連續(xù)梁的影響線  12.9  連續(xù)梁的最不利荷載分布及內(nèi)力包絡(luò)圖    12.9.1  連續(xù)梁的最不利荷載分布    12.9.2  內(nèi)力包絡(luò)圖  本章小結(jié)  思考題  習(xí)題13  矩陣位移法  13.1  概述    13.1.1  矩陣位移法的基本思路    13.1.2  結(jié)構(gòu)的離散化與桿端位移、桿端力的正負(fù)號(hào)規(guī)定  13.2  單元分析（一）——局部坐標(biāo)系中的單元?jiǎng)偠染仃?   13.2.1  一般桿單元的剛度矩陣    13.2.2  單元?jiǎng)偠染仃嚨男再|(zhì)    13.2.3  特殊單元  13.3  單元分析（二）——整體坐標(biāo)系中的單元?jiǎng)偠染仃?   13.3.1  單元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣    13.3.2  整體坐標(biāo)系中的單元?jiǎng)偠染仃? 13.4  連續(xù)梁的整體剛度矩陣    13.4.1  單元集成法的基本概念    13.4.2  單元定位向量    13.4.3  單元集成法的實(shí)施    13.4.4  整體剛度矩陣的性質(zhì)  13.5  剛架的整體剛度矩陣    13.5.1  單元定位向量與單元集成    13.5.2  鉸結(jié)點(diǎn)的處理  13.6  等效結(jié)點(diǎn)荷載  13.7  計(jì)算步驟和算例  13.8  忽略軸向變形的矩形剛架的整體分析  13.9  桁架及組合結(jié)構(gòu)的整體分析    13.9.1  桁架    13.9.2  組合結(jié)構(gòu)  13.10  平面剛架程序的框圖設(shè)計(jì)和源程序    13.10.1  平面剛架程序的框圖設(shè)計(jì)    13.10.2  平面剛架源程序和算例  本章小結(jié)  思考題  習(xí)題14  超靜定結(jié)構(gòu)總論  14.1  超靜定結(jié)構(gòu)基本解法的分類(lèi)和比較  14.2  力矩分配法與位移法聯(lián)合解有側(cè)移剛架  14.3  超靜定結(jié)構(gòu)的特性    14.3.1  多余約束的存在及其影響    14.3.2  各桿剛度改變對(duì)內(nèi)力分布的影響    14.3.3  溫度和沉降等變形因素的影響  14.4  關(guān)于計(jì)算簡(jiǎn)圖的補(bǔ)充討論    14.4.1  結(jié)構(gòu)體系的簡(jiǎn)化    14.4.2  桿件的簡(jiǎn)化    14.4.3  結(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化    14.4.4  支座的簡(jiǎn)化  本章小結(jié)  思考題  習(xí)題15  結(jié)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算  15.1  動(dòng)力計(jì)算概述    15.1.1  動(dòng)力計(jì)算的特點(diǎn)    15.1.2  動(dòng)力荷載的分類(lèi)    15.1.3  動(dòng)力計(jì)算的自由度  15.2  單自由度體系的自由振動(dòng)    15.2.1  單自由度體系自由振動(dòng)微分方程的建立    15.2.2  自由振動(dòng)微分方程的解答    15.2.3  結(jié)構(gòu)的自振周期和自振頻率    15.2.4  阻尼對(duì)自由振動(dòng)的影響  15.3  單自由度體系的受迫振動(dòng)    15.3.1  單自由度體系受迫振動(dòng)微分方程的建立    15.3.2  簡(jiǎn)諧荷載作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)    15.3.3  一般荷載作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)    15.3.4  阻尼對(duì)受簡(jiǎn)諧荷載受迫振動(dòng)的影響    15.3.5  有阻尼時(shí)的杜哈梅積分  15.4  兩個(gè)自由度體系的自由振動(dòng)    15.4.1  兩個(gè)自由度體系自由振動(dòng)微分方程的建立    15.4.2  頻率方程和自振頻率    15.4.3  主振型及主振型正交性    15.4.4  兩個(gè)自由度體系自由振動(dòng)方程的一般解  15.5  兩個(gè)自由度體系在簡(jiǎn)諧荷載下的受迫振動(dòng)    15.5.1  柔度法    15.5.2  剛度法  15.6  一般多自由度體系的自由振動(dòng)    15.6.1  柔度法    15.6.2  剛度法    15.6.3  主振型的正交性  15.7  多自由度體系在任意動(dòng)荷載作用下的受迫振動(dòng)——振型分解法    15.7.1  正則坐標(biāo)與主振型矩陣    15.7.2  振型分解法  15.8  無(wú)限自由度體系的自由振動(dòng)  15.9  計(jì)算頻率的近似法    15.9.1  能量法求第一頻率——瑞利（Rayleigh）法    15.9.2  集中質(zhì)量法  15.10  有限元法求剛架的自振頻率  本章小結(jié)  思考題  習(xí)題16  結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算  16.1  兩類(lèi)穩(wěn)定問(wèn)題概述    16.1.1  分支點(diǎn)失穩(wěn)    16.1.2  極值點(diǎn)失穩(wěn)  16.2  穩(wěn)定問(wèn)題的分析方法——靜力法和能量法    16.2.1  靜力法    16.2.2  能量法  16.3  彈性壓桿的穩(wěn)定——靜力法    16.3.1  等截面壓桿    16.3.2  變截面壓桿  16.4  彈性壓桿的穩(wěn)定——能量法    16.4.1  按單參數(shù)體系計(jì)算    16.4.2  按多參數(shù)體系計(jì)算  16.5  剪力對(duì)臨界荷載的影響  16.6  組合壓桿的穩(wěn)定    16.6.1  綴條式組合壓桿    16.6.2  綴板式組合壓桿  16.7  圓環(huán)和圓拱的穩(wěn)定    16.7.1  圓環(huán)和圓拱受均勻靜水壓力時(shí)的穩(wěn)定    16.7.2  拱的臨界荷載系數(shù)和計(jì)算長(zhǎng)度  16.8  窄條梁的穩(wěn)定  16.9  剛架的穩(wěn)定——有限元法    16.9.1  壓桿單元妁剛度方程    16.9.2  剛架的穩(wěn)定計(jì)算  本章小結(jié)  思考題  習(xí)題17  結(jié)構(gòu)的極限荷載  17.1  極限荷載概述  17.2  極限彎矩、塑性鉸和極限狀態(tài)    17.2.1  理想彈塑性材料的矩形截面梁    17.2.2  有一個(gè)對(duì)稱(chēng)軸的任意截面梁    17.2.3  靜定粱的極限荷載  17.3  超靜定梁的極限荷載    17.3.1  超靜定粱的破壞過(guò)程和極限荷載的特點(diǎn)    17.3.2  連續(xù)粱的極限荷載  17.4  比例加載時(shí)判定極限荷載的一般定理和基本方法    17.4.1  比例加載時(shí)極限荷載的幾個(gè)定理    17.4.2  計(jì)算極限荷載的機(jī)構(gòu)法和試算法  17.5  剛架的極限荷載    17.5.1  機(jī)構(gòu)法    17.5.2  試算法  17.6  矩陣位移法求剛架的極限荷載    17.6.1  增量變剛度法的基本思路    17.6.2  單元?jiǎng)偠染仃嚨男拚?   17.6.3  增量變剛度法求剛架極限荷載的計(jì)算步驟  本章小結(jié)  思考題  習(xí)題附錄  習(xí)題答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　11　位移法　　本章提要　　本章討論用位移法計(jì)算超靜定結(jié)構(gòu)。首先介紹位移法的基本概念和基本原理，討論如何確定位移法的基本未知量，如何選取位移法的基本體系和建立位移法的基本方程。作為應(yīng)用，分別討論了用位移法計(jì)算連續(xù)梁、剛架和排架等超靜定結(jié)構(gòu)。討論了用位移法計(jì)算超靜定結(jié)構(gòu)在支座移動(dòng)和溫度變化時(shí)的內(nèi)力計(jì)算。最后介紹了用直接平衡法建立位移法方程。后兩節(jié)為提高、選學(xué)內(nèi)容?！　?1.1　位移法的基本概念　　力法和位移法是計(jì)算超靜定結(jié)構(gòu)的兩種基本方法。力法發(fā)展較早，19世紀(jì)末已經(jīng)應(yīng)用于分析各種超靜定結(jié)構(gòu)。而位移法稍晚，是在20世紀(jì)初為了計(jì)算復(fù)雜剛架而建立起來(lái)的。　　力法是以多余約束力為基本未知量，通過(guò)變形條件建立力法方程，求出未知量后，即可通過(guò)平衡條件計(jì)算出結(jié)構(gòu)的全部?jī)?nèi)力?！　∥灰品ㄊ且越Y(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量，通過(guò)平衡條件建立位移法方程，求出位移后，即可利用位移和內(nèi)力之間的關(guān)系，求出桿件和結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。　　現(xiàn)以圖11.1（a）所示結(jié)構(gòu)為例說(shuō)明位移法的基本思路。

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