内 容 简 介

本书主要是根据高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及结构力学课程教学大纲的要求编写的。全书内容包括绪论、平面体系的几何构造分析、静定结构的内力计算、虚功原理和结构的位移计算、力法、位移法、渐近法、影响线及其应用、矩阵位移法、结构动力计算基础、结构的极限荷载与弹性稳定等。

本书既可作为高等学校教材，供土木工程专业本科生使用，也可供研究生参考使用，还可作为专业书籍供建筑设计工作者、桥梁设计工作者和力学研究者等人员参考。

 

前    言

　　结构力学是土木工程专业的一门核心专业基础课，在基础课和专业课之间起着承上启下的重要作用，也是报考土木工程学科硕士或博士研究生的主要课程之一。本书编写过程中，在贯彻教育部颁布的高等学校土木工程专业本科教育培养方针的前提下，充分借鉴和吸纳了近十几年来土木工程专业及结构力学课程的最新成果，侧重于对基本概念、基本理论和基本方法的反复讲解，可满足一般普通高校培养应用型人才的教学需求。希望这种方法能够加深学生对知识的理解和领会，做到举一反三、触类旁通。

　　在学习结构力学时会用到理论力学和材料力学的一些知识，本书适当提到了这些先修课程的相关内容，希望读者意识到这些课程与结构力学的密切关系。只有很好地掌握了这些先修课程的相关知识，才能高效地学好结构力学课程，为后续的专业课学习打下坚实的基础。

　　全书分为11章：绪论、平面体系的几何构造分析、静定结构的内力计算、虚功原理和结构的位移计算、力法、位移法、渐近法、影响线及其应用、矩阵位移法、结构动力计算基础、结构的极限荷载与弹性稳定等，其中第1～10章是教育部规定的基本内容，第11章是专题内容。基本内容一般都是必修内容，个别内容可以根据需要进行选学；对于专题内容，各教学单位可根据各自的实际情况选用。全书所需教学时数为90～100学时。

　　本书是由湖北工业大学的老师在长期从事结构力学教学、科研及工程结构的力学实践基础上集体编写的。全书由邓友生组织编写、统稿及修改，具体章节分工如下：邓友生编写第1章、第2章、第7章和第11章；侯景军编写第3章和第4章；张茫茫编写第5章和第6章；张晋编写第8章和第9章；黄涛编写第10章。吴鹏、段邦政和许文涛提炼了一些思考题并校核了大部分习题答案，同时编辑绘制了大量图形；刘华飞和姚志刚也编绘了一些习题图，在此一并表示感谢！

　　本书在编写过程中参考了国内外大量同行及专家编写的结构力学教材，吸取了一些适合一般普通高等学校教学特点的内容，在此对这些教材的作者表示衷心的感谢。由于编者水平有限，书中错误或不妥之处在所难免，欢迎批评指正。

　　

 

　　                            编   者    

 

目    录

 

第1章  绪论 1

1.1  结构力学的研究对象和任务 1

1.1.1  工程结构的概念与类型 1

1.1.2  结构力学的任务和研究方法 2

1.2  结构计算简图 3

1.2.1  结构计算简图的概念与简化

原则 3

1.2.2  结构计算简化的内容 3

1.2.3  结构计算简图示例 6

1.3  杆件结构的分类 7

1.4  荷载的分类 9

思考题 10

第2章  平面体系的几何构造分析 11

2.1  基本概念 11

2.1.1  自由度 12

2.1.2  刚片 12

2.1.3  约束 12

2.1.4  必要约束和多余约束 13

2.1.5  虚铰 14

2.2  平面几何不变体系的组成规律 14

2.2.1  三个基本规律 14

2.2.2  瞬变体系 15

2.2.3  无穷远处的瞬铰 16

2.2.4  几何组成分析要点 17

2.3  平面体系几何组成分析示例 18

2.4  平面杆件体系的计算自由度 19

思考题 23

习题 24

第3章  静定结构的内力计算 26

3.1  概述 26

3.1.1  杆件横截面上的内力和符号

规定 27

3.1.2  荷载与内力之间的微分关系

和增量关系 27

3.1.3  分段叠加法作弯矩图 28

3.2  静定梁 31

3.3  平面刚架 36

3.3.1  概述 36

3.3.2  刚架的内力计算 37

3.4  静定拱 41

3.4.1  概述 41

3.4.2  三铰拱的计算 42

3.4.3  三铰拱的合理拱轴线 47

3.5  平面桁架 49

3.5.1  桁架的特点和几何组成 49

3.5.2  结点法 50

3.5.3  截面法 52

3.5.4  结点法和截面法的

联合应用 54

3.6  组合结构 55

3.7  静定结构的一般性质 58

3.7.1  静定结构约束力解答的

唯一性 58

3.7.2  静定结构的导出性质 58

思考题 61

习题 61

第4章  虚功原理和结构的位移计算 69

4.1  概述 69

4.2  变形体系的虚功原理 70

4.3  结构位移计算的一般公式 73

4.4  静定结构在荷载作用下的位移计算 75

4.5  图乘法 80

4.6  温度变化和支座移动下静定结构的

位移计算 86

4.6.1  温度变化时的位移计算 86

4.6.2  支座移动时的位移计算 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

思考题 94

习题 94

第5章  力法 98

5.1  超静定结构的概念和超静定次数 98

5.1.1  超静定结构的概念 98

5.1.2  超静定次数 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  力法计算示例 105

5.3.1  超静定梁和超静定刚架 105

5.3.2  超静定桁架 110

5.3.3  超静定排架 112

5.3.4  超静定组合结构 114

5.4  对称结构的计算 115

5.4.1  选取对称的基本结构 115

5.4.2  选择对称或反对称的荷载 116

5.4.3  取半边结构计算 118

5.5  温度变化和支座移动时超静定结构的

计算 121

5.5.1  温度变化时超静定结构的内力

计算 122

5.5.2  支座移动时超静定结构的内力

计算 123

5.6  超静定结构的位移计算 126

5.7  超静定结构内力图校核和特性 128

5.7.1  超静定结构最后内力图的

校核 128

5.7.2  超静定结构的特性 131

思考题 132

习题 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  等截面杆件的转角位移方程 139

6.2.1  等截面直杆的形常数和

载常数 139

6.2.2  等截面直杆的转角位移

方程 142

6.3  位移法的基本未知量 144

6.4  位移法计算示例 147

6.4.1  无侧移刚架的计算 147

6.4.2  有侧移刚架的计算 149

6.5  位移法的基本体系和典型方程 151

6.5.1  基本体系的概念 151

6.5.2  位移法的典型方程 152

6.5.3  位移法典型方程的

应用举例 154

6.6  位移法计算对称结构 158

6.7  温度变化和支座移动时的

结构计算 160

思考题 162

习题 163

第7章  渐近法 167

7.1  概述 167

7.2  力矩分配法的基本概念 167

7.2.1  转动刚度 167

7.2.2  分配系数 168

7.2.3  传递系数 169

7.3  力矩分配法的基本运算 170

7.4  多结点无侧移结构的计算 172

7.5  力矩分配法和位移法的联合应用 174

7.6  对称性的利用 176

7.7  无剪力分配法 177

7.7.1  无剪力分配法的适用条件 178

7.7.2  剪力静定杆的固端弯矩 178

7.7.3  剪力静定杆的转动刚度和

传递系数 179

7.8  剪力分配法 181

思考题 187

习题 188

 

第8章  影响线及其应用 191

8.1  移动荷载和影响线的概念 191

8.2  用静力法作静定梁的影响线 192

8.3  用机动法作静定梁的影响线 198

8.4  结点荷载作用下的静定梁影响线 202

8.5  静力法作静定桁架的影响线 203

8.6  超静定结构的影响线 206

8.7  影响线的应用 209

思考题 219

习题 219

第9章  矩阵位移法 224

9.1  概述 224

9.2  局部坐标系下的单元刚度矩阵 225

9.3  整体坐标系下单元刚度矩阵 231

9.4  连续梁的整体刚度矩阵 235

9.5  刚架的整体刚度矩阵 244

9.6  等效结点荷载 250

9.7  矩阵位移法计算实例 254

思考题 263

习题 264

第10章  结构动力计算基础 266

10.1   概述 266

10.1.1  结构动力计算的特点和

内容 266

10.1.2  动力荷载的分类 266

10.1.3  结构的振动自由度 267

10.2  单自由度体系无阻尼自由振动 268

10.2.1  运动微分方程的建立 268

10.2.2  运动分析 270

10.3  单自由度体系无阻尼受迫振动 272

10.3.1  简谐荷载 273

10.3.2  一般动力荷载 278

10.4  单自由度体系有阻尼自由振动 281

10.5  单自由度体系有阻尼受迫振动 284

10.5.1  简谐荷载 284

10.5.2  一般动力荷载 286

 

10.6  多自由度体系的自由振动 287

10.6.1  体系运动方程的建立 287

10.6.2  频率和主振型 289

10.7  多自由度体系在简谐荷载作用下的

受迫振动 295

10.8  结构频率的近似计算方法 299

10.8.1  能量法 299

10.8.2  集中质量法 302

思考题 303

习题 303

第11章  结构的极限荷载与

?弹性稳定 307

11.1  概述 307

11.2  基本概念 308

11.2.1  极限弯矩 308

11.2.2  塑性铰 309

11.2.3  极限荷载 310

11.2.4  稳定问题 310

11.3  比例加载一般规律 313

11.3.1  比例加载的含义及

相关假设 313

11.3.2  可破坏荷载和可接受荷载 313

11.3.3  比例加载的一般定理

及其证明 314

11.4  超静定结构的极限荷载计算 315

11.4.1  单跨超静定梁的极限荷载 315

11.4.2  多跨连续梁的极限荷载 318

11.4.3  刚架的极限荷载 320

11.5  压杆的临界荷载 323

11.5.1  静力法确定弹性压杆的

临界荷载 323

11.5.2  能量法确定弹性压杆的

临界荷载 327

思考题 333

习题 333

部分习题答案 337

参考文献 348