結(jié)構(gòu)力學(xué)（下冊）

前言

　　本書第3版作為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，重新進行了改編?！　【帉懸罁?jù)仍然是教育部頒布實施的《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄》中所規(guī)定的土木工程專業(yè)的業(yè)務(wù)培養(yǎng)目標、教育部高等學(xué)校非力學(xué)專業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會制定的《結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)基本要求（A類）》和建設(shè)部高等學(xué)校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會制定的《結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)大綱》。適用對象為普通高等學(xué)校土木工程專業(yè)（即“大土木”）各類專門化方向的本科學(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]到近年來各高?！督Y(jié)構(gòu)力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容、體系改革等的實踐結(jié)果和課時普遍調(diào)低的現(xiàn)狀，第3版改動的地方主要有：　　1．為了與主編編寫的結(jié)構(gòu)力學(xué)雙（英）語教材（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章全部進行了改寫。這樣，采用中文教學(xué)的師生，需要時可以參考上述英語教材；采用雙（英）語教學(xué)的師生，在需要時也可以參考本書?！　?．教育部高等學(xué)校非力學(xué)專業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會2007年印發(fā)的《結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)基本要求（A類）》（簡稱《基本要求》）中，將課程內(nèi)容分為了兩部分：基礎(chǔ)部分和專題部分?；A(chǔ)部分為必修內(nèi)容，專題部分中的“結(jié)構(gòu)矩陣分析”和“結(jié)構(gòu)的動力計算”（只要求到兩個自由度體系）為必修內(nèi)容，并去除了一些具體數(shù)字方面（如學(xué)時數(shù)、上機時數(shù)等）的硬性要求?！　“凑丈鲜觥痘疽蟆分惺欠駷楸匦薜囊螅緯?版將全書內(nèi)容明確地劃分為兩部分：基本部分和專題、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)的動力計算（到兩個自由度體系為止）。基本部分是為課程打好基礎(chǔ)，落實課程基本要求的必修內(nèi)容。第2版中沒有打“*”號的內(nèi)容第3版中基本都保留下來了，但按照《基本要求》中列為必修和選修的要求重新進行了劃分，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、兩個自由度以上體系的動力計算，以及各章中加“*”號的內(nèi)容。專題、提高部分一般不是課程教學(xué)基本要求的必修內(nèi)容，個別學(xué)?；?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。　　有關(guān)學(xué)時數(shù)、理論教學(xué)時數(shù)、上機時數(shù)和實踐性教學(xué)時數(shù)等規(guī)定，第3版中均去除了。　　本版修訂工作由包世華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。全書由包世華修改定稿?！　”緯芍袊こ淘涸菏?、清華大學(xué)龍馭球教授和清華大學(xué)張銅生教授審閱，龍馭球為主審。鄭州大學(xué)樊友景、南昌大學(xué)張愛萍和昆明理工大學(xué)孫俊對本書進行了審讀。他們對編寫大綱及書稿提出了許多寶貴意見，在此，對他們表示感謝?！　”緯y免存在不足之處，歡迎讀者批評指正。

內(nèi)容概要

全書共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)計和源程序)，超靜定結(jié)構(gòu)總論，結(jié)構(gòu)的動力計算，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計算，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，書后附有習(xí)題答案。    本書按照《結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)基本要求A類》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；專題、提高部分為選修內(nèi)容，以便區(qū)分使用。本書與主編編寫的英文教材（參考文獻8）是完全對應(yīng)的，便于雙語教學(xué)時對照使用。    本書選材適當(dāng)，內(nèi)容精練，說理透徹，符合認識規(guī)律，注重聯(lián)系實際，并反映了本學(xué)科的新內(nèi)容。    本書可作為土木工程專業(yè)，即“大土木”的房建、路橋、水利等各類專門化方向的教材，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。

作者簡介

包世華，清華大學(xué)土木工程系教授，中國力學(xué)學(xué)會《工程力學(xué)》編委，中國建筑學(xué)會高層建筑結(jié)構(gòu)委員會委員。1985～1986年為美國伊里諾伊大學(xué)土木工程系訪問學(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  位移法計算連續(xù)梁和無側(cè)移剛架  11.6  位移法計算有側(cè)移剛架和排架  11.7  位移法計算對稱結(jié)構(gòu)  11.8  支座位移和溫度變化時的計算    11.8.1  支座位移和彈性支座時的計算    11.8.2  溫度變化時的計算  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  正負號規(guī)定    12.2.2  結(jié)點力偶的分配和傳遞  12.3  單結(jié)點的力矩分配——基本運算  12.4  多結(jié)點的力矩分配——漸近運算  12.5  無剪力分配法    12.5.1  無剪力分配法的應(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  橫梁剛度無限大時剛架的剪力分配    12.6.3  柱間有水平荷載作用時的計算  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算法    12.7.2  多層多跨剛架水平荷載下的反彎點法  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  用機動法繪制連續(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、桿端力的正負號規(guī)定  13.2  單元分析（一）——局部坐標系中的單元剛度矩陣    13.2.1  一般桿單元的剛度矩陣    13.2.2  單元剛度矩陣的性質(zhì)    13.2.3  特殊單元  13.3  單元分析（二）——整體坐標系中的單元剛度矩陣    13.3.1  單元坐標轉(zhuǎn)換矩陣    13.3.2  整體坐標系中的單元剛度矩陣  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)點的處理  13.6  等效結(jié)點荷載  13.7  計算步驟和算例  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)計和源程序    13.10.1  平面剛架程序的框圖設(shè)計    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)于計算簡圖的補充討論    14.4.1  結(jié)構(gòu)體系的簡化    14.4.2  桿件的簡化    14.4.3  結(jié)點的簡化    14.4.4  支座的簡化  本章小結(jié)  思考題  習(xí)題15  結(jié)構(gòu)的動力計算  15.1  動力計算概述    15.1.1  動力計算的特點    15.1.2  動力荷載的分類    15.1.3  動力計算的自由度  15.2  單自由度體系的自由振動    15.2.1  單自由度體系自由振動微分方程的建立    15.2.2  自由振動微分方程的解答    15.2.3  結(jié)構(gòu)的自振周期和自振頻率    15.2.4  阻尼對自由振動的影響  15.3  單自由度體系的受迫振動    15.3.1  單自由度體系受迫振動微分方程的建立    15.3.2  簡諧荷載作用下結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)    15.3.3  一般荷載作用下結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)    15.3.4  阻尼對受簡諧荷載受迫振動的影響    15.3.5  有阻尼時的杜哈梅積分  15.4  兩個自由度體系的自由振動    15.4.1  兩個自由度體系自由振動微分方程的建立    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  兩個自由度體系自由振動方程的一般解  15.5  兩個自由度體系在簡諧荷載下的受迫振動    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    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荷載作用下的受迫振動——振型分解法    15.7.1  正則坐標與主振型矩陣    15.7.2  振型分解法  15.8  無限自由度體系的自由振動  15.9  計算頻率的近似法    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)定計算  16.1  兩類穩(wěn)定問題概述    16.1.1  分支點失穩(wěn)    16.1.2  極值點失穩(wěn)  16.2  穩(wěn)定問題的分析方法——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)體系計算    16.4.2  按多參數(shù)體系計算  16.5  剪力對臨界荷載的影響  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的穩(wěn)定    16.7.2  拱的臨界荷載系數(shù)和計算長度  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  有一個對稱軸的任意截面梁    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  超靜定粱的破壞過程和極限荷載的特點    17.3.2  連續(xù)粱的極限荷載  17.4  比例加載時判定極限荷載的一般定理和基本方法    17.4.1  比例加載時極限荷載的幾個定理    17.4.2  計算極限荷載的機構(gòu)法和試算法  17.5  剛架的極限荷載    17.5.1  機構(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  單元剛度矩陣的修正    17.6.3  增量變剛度法求剛架極限荷載的計算步驟  本章小結(jié)  思考題  習(xí)題附錄  習(xí)題答案參考文獻

章節(jié)摘錄

　　11　位移法　　本章提要　　本章討論用位移法計算超靜定結(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)。討論了用位移法計算超靜定結(jié)構(gòu)在支座移動和溫度變化時的內(nèi)力計算。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世紀初為了計算復(fù)雜剛架而建立起來的?！　×Ψㄊ且远嘤嗉s束力為基本未知量，通過變形條件建立力法方程，求出未知量后，即可通過平衡條件計算出結(jié)構(gòu)的全部內(nèi)力?！　∥灰品ㄊ且越Y(jié)構(gòu)的結(jié)點位移作為基本未知量，通過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?！　‖F(xiàn)以圖11.1（a）所示結(jié)構(gòu)為例說明位移法的基本思路。

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