结构力学简明教程

　　《结构力学简明教程》是中少学时教材，依据教育部非力学专业教学指导委员会结构力学和弹性力学课程指导小组2004年福州会议通过的“结构力学课程教学基本要求（B类）”的内容进行编写。全书共八章，内容包括：绪论，体系的几何组成分析，静定结构受力分析，静定结构位移计算，力法，位移法，力矩分配法，影响线及其应用。本书内容精练，思路清晰，说理透彻，联系实际，文字洗练，在注重基本概念、注重培养能力，希望能够既节省授课学时，又不降低课程的基本要求。可作为除四年制土建，水利，道桥等专业以外其它专业的教材，也可供其他有关专业和工程技术人员参考。

版权信息
丛书总序
前　　言
第1章　绪　　论
1.1　结构力学的研究对象和任务
1.1.1　结构和结构的分类
1.1.2　结构力学的任务和研究方法
1.2　计 算 简 图
1.2.1　结构的简化原则
1.2.2　结点和支座的简化
1.2.3　杆件结构的分类
1.2.4　荷载的分类
第2章　几何组成分析
2.1　概述与名词解释
2.2　体系的计算自由度
2.3　平面几何不变体系的基本组成规则
2.4　平面体系几何组成分析示例
2.5　体系的几何构造与静定性
2.6 习　　题
第3章　静定结构的内力计算
3.1　单跨静定梁
3.1.1　截面法求指定截面的内力
3.1.2　内力与荷载的关系
3.1.3　分段叠加法作弯矩图
3.2　多跨静定梁
3.3　静定平面刚架
3.3.1　支座反力的计算
3.3.2　内力计算
3.3.3　内力图的绘制
3.4　三　铰　拱
3.4.1　基本概念和类型
3.4.2　在竖向荷载作用下的支座反力计算
3.4.3　在竖向荷载作用下的内力计算
3.4.4　合理拱轴线
3.5　静定平面桁架
3.5.1　桁架的基本概念与分类
3.5.2　结点法
3.5.3　截面法
3.5.4　结点法和截面法的联合应用
3.6　组 合 结 构
3.7　静定结构受力特性
3.8　习　　题
第4章　结构的位移计算
4.1 　材料力学变形公式回顾
4.2　虚 功 原 理
4.2.1　实功与虚功
4.2.2　广义位移与广义力
4.2.3　变形体的虚功原理
4.3　荷载下位移计算公式
4.3.1　单位荷载法推导公式
4.3.2　积分法求位移
4.3.3　荷载下位移计算举例
4.4　图　乘　法
4.5*　温度变化和支座下沉情况下的位移计算
4.6　互 等 定 理
4.7　习　　题
第5章　力　　法
5.1　超静定结构的概念和超静定次数
5.1.1　超静定结构的概念
5.1.2　超静定次数
5.2　力法的基本方程
5.2.1　力法的基本方程
5.2.2　典型方程
5.3　荷载作用下超静定结构的力法计算
5.3.1　超静定梁
5.3.2　超静定刚架
5.3.3　超静定桁架
5.3.4　超静定组合结构
5.4　对称性的利用
5.5　非荷载因素作用下的力法计算
5.5.1　支座移动时的超静定结构的力法计算
5.5.2　温度改变时的超静定结构的力法计算
5.6　超静定结构的位移计算
5.7　超静定结构最后内力图的校核
5.8*　超静定拱的计算
5.8.1　二铰拱
5.8.2　对称无铰拱
5.9　超静定结构的特性
5.10　习　　题
第6章　位　移　法
6.1　位移法的基本概念
6.2　等截面直杆的转角位移方程
6.2.1　杆端力及杆端位移的正、负号规定
6.2.2　各种情况下产生的杆端力
6.2.3　等截面直杆的转角位移方程
6.3　基本未知量数目的确定和基本结构
6.4　位移法典型方程及刚架计算
6.4.1　位移法典型方程
6.4.2　无侧移刚架的计算
6.4.3　有侧移刚架的计算
6.5　用平衡方程建立位移法方程
6.6　习　　题
第7章　力矩分配法
7.1　力矩分配法的基本概念
7.2　单结点力矩分配法
7.3　多结点力矩分配法——渐进运算
7.4　习　　题
第8章　影响线及其运用
8.1　移动荷载和影响线的概念
8.2　静力法作单跨静定梁的影响线
8.2.1　反力影响线
8.2.2　弯矩影响线
8.2.3　剪力影响线
8.3　结点荷载作用下梁的影响线
8.4　机动法作静定梁影响线
8.4.1　静定梁影响线
8.4.2　桁架内力的影响线
8.5　利用影响线计算量值
8.6　最不利荷载位置
8.7　简支梁的内力包络图和绝对最大弯矩
8.8　超静定结构影响线的概念
8.9　习　　题
参 考 文 献
21世纪全国应用型本科土木建筑系列实用规划教材

　　丛书总序
　　我国高等教育发展迅速，全日制高等学校每年招生人数至2004年已达到420万人，毛入学率19%，步入国际公认的高等教育“大众化”阶段。面临这大规模的扩招，教育事业的发展与改革坚持以人为本的两个主体：一是学生，一是教师。教学质量的提高是在这两个主体上的反映，教材则是两个主体的媒介，属于教学的载体。
　　教育部曾在第三次新建本科院校教学工作研讨会上指出：“一些高校办学定位不明，盲目追求上层次、上规格，导致人才培养规格盲目拔高，培养模式趋同。高校学生中‘升本热’、‘考硕热’、‘考博热’持续升温，应试学习倾向仍然比较普遍，导致各层次人才培养目标难于全面实现，大学生知识结构不够合理，动手能力弱，实际工作能力不强。”而作为知识传承载体的教材，在高等教育的发展过程中起着至关重要的作用，但目前教材建设却远远滞后于应用型人才培养的步伐，许多应用型本科院校一直沿用偏重于研究型的教材，缺乏针对性强的实用教材。
　　近年来，我国房地产行业已经成为国民经济的支柱行业之一，随着本世纪我国城市化的大趋势，土木建筑行业对实用型人才的需求还将持续增加。为了满足相关应用型本科院校培养应用型人才的教学需求，从2004年10月北京大学出版社第六事业部就开始策划本套丛书，并派出10多位编辑分赴全国近30个省份调研了两百多所院校的课程改革与教材建设的情况。在此基础上，规划出了涵盖“大土建”六个专业——土木工程、工程管理、建筑学、城市规划、给排水、建筑环境与设备工程的基础课程及专业主干课程的系列教材。通过2005年1月份在湖南大学的组稿会和2005年4月份在三峡大学的审纲会，在来自全国各地几十所高校的知名专家、教授的共同努力下，不但成立了本丛书的编审委员会，还规划出了首批包括土木工程、工程管理及建筑环境与设备工程等专业方向的40多个选题，再经过各位主编老师和参编老师的艰苦努力，并在北京大学出版社各级领导的关心和第六事业部的各位编辑辛勤劳动下，首批教材终于2006年春季学期前夕陆续出版发行了。
　　在首批教材的编写出版过程中，得到了越来越多的来自全国各地相关兄弟院校的领导和专家的大力支持。于是，在顺利运作第一批土建教材的鼓舞下，北京大学出版社联合全国七十多家开设有土木建筑相关专业的高校，于2005年11月26日在长沙中南林学院召开了《21世纪全国应用型本科土木建筑系列实用规划教材》（第二批）组稿会，规划了⑴建筑学专业；⑵城市规划专业；⑶建筑环境与设备工程专业；⑷给排水工程专业；⑸土木工程专业道路、桥梁、地下、岩土、矿山课群组近60多个选题。至此，北京大学出版社规划的“大土木建筑系列教材”已经涵盖了“大土建”的6个专业，是近年来全国高等教育出版界唯一一套完全覆盖“大土建”六个专业方向的系列教材，并将于2007年全部出版发行。
　　我国高等学校土木建筑专业的教育，在国家教育部和建设部的指导下，经土木建筑专业指导委员会六年来的研讨，已经形成了宽口径“大土建”的专业发展模式，明确了土木建筑专业教育的培养目标、培养方案和毕业生基本规格，从宽口径的视角，要求毕业生能从事土木工程的设计、施工与管理工作。业务范围涉及房屋建筑、隧道与地下建筑、公路与城市道路、铁道工程与桥梁、矿山建筑等，并且制定一整套课程教学大纲。本系列教材就是根据最新的培养方案和课程教学大纲，由一批长期在教学第一线从事教学并有过多年工程经验和丰富教学经验的教师担任主编，以定位“应用型人才培养”为目标而编撰，具有以下特点：
　　（1）按照宽口径土木工程专业培养方案，注重提高学生综合素质和创新能力，注重加强学生专业基础知识和优化基本理论知识结构，不刻意追求理论研究型教材深度，内容取舍少而精，向培养土木工程师从事设计、施工与管理的应用方向拓展。
　　（2）在理解土木工程相关学科的基础上，深入研究各课程之间的相互关系，各课程教材既要反映本学科发展水平，保证教材自身体系的完整性，又要尽量避免内容的重复。
　　（3）培养学生，单靠专门的设计技巧训练和运用现成的方法，要取得专门实践的成功是不够的，因为这些方法随科学技术的发展经常在改变。为了了解并和这些迅速发展的方法同步，教材的编撰侧重培养学生透析理解教材中的基本理论、基本特性和性能，又同时熟悉现行设计方法的理论依据和工程背景，以不变应万变，这是本系列教材力图涵盖的两个方面。
　　（4）我国颁发的现行有关土木工程类的规范及规程，系1999～2002年完成的修订，内容有较大的取舍和更新，反映了我国土木工程设计与施工技术的发展。作为应用型教材，为培养学生毕业后获得注册执业资格，在内容上涉及不少相关规范条文和算例。但并不是规范条文的释义。
　　（5）当代土木工程设计，越来越多地使用计算机程序或采用通用性的商业软件，有些结构特殊要求，则由工程师自行编写程序。本系列的相关工程结构课程的教材中，在阐述真实结构、简化计算模型、数学表达式之间的关系的基础上，给出了设计方法的详细步骤，这些步骤均可容易地转换成工程结构的流程图，有助于培养学生编写计算机程序。
　　（6）按照科学发展观，从可持续发展的观念，根据课程特点，反映学科现代新理论、新技术、新材料、新工艺，以社会发展和科技进步的新近成果充实、更新教材内容，尽最大可能在教材中增加了这方面的信息量。同时考虑开发音像、电子、网络等多媒体教学形式，以提高教学效果和效率。
　　衷心感谢本套系列教材的各位编著者，没有他们在教学第一线的教改和工程第一线的辛勤实践，要出版如此规模的系列实用教材是不可能的。同时感谢北京大学出版社为我们广大编著者提供了广阔的平台，为我们进一步提高本专业领域的教学质量和教学水平提供了很好的条件。
　　我们真诚希望使用本系列教材的教师和学生，不吝指正，随时给我们提出宝贵的意见，以期进一步对本系列教材进行修订、完善。
　　本系列教材配套的PPT电子教案在出版社相关网站上提供下载。
　　《21世纪全国应用型本科土木建筑系列实用规划教材》
　　专家编审委员会
　　2006年1月

　　教学提示：本章学习的主要内容是结构力学的研究对象和任务、结构的分类和研究方法；讨论结构计算简图的简化原则、结点和支座的简化方法，给出了杆件结构的分类和荷载的分类。
　　教学要求：学生应熟悉结构力学的研究对象和任务。了解结构计算简图的简化原则及简化要点，能合理对支座和结点进行简化，并能针对具体情况进行具体分析，熟练地画出物体的计算简图。了解杆件结构的分类，荷载的分类。
　　1.1　结构力学的研究对象和任务
　　1.1.1　结构和结构的分类
　　在工程中，能承受荷载起到骨架作用的物体或体系称为结构。例如工业与民用建筑中的桥梁体系、工业厂房、公路桥梁、铁路上的桥梁、立交桥等。结构按几何尺度可分为杆件结构、板壳结构和实体结构等3类，按长度l、宽度b及厚度h来考虑，lb，lh为杆件结构，hl，hb为板壳结构，l～b～h为实体结构。
　　1.1.2　结构力学的任务和研究方法
　　结构力学作为力学的一个分支，其研究对象甚广。本书仅限于由杆件所组成的平面体系，即平面结构。以此为对象的结构力学称为杆系结构力学，也称为经典结构力学。
　　结构力学讨论的问题有以下4方面：
　　（1）结构的计算简图的合理选择和杆件结构的组成规律。
　　（2）结构的受力性能和合理的结构形式。
　　（3）在各种因素作用下结构的静力分析和变形计算。
　　（4）结构的动力性能和稳定问题（本教材未涉及）。
　　结构力学有各种计算方法，但都必须满足以下3个基本条件：
　　（1）力系的平衡条件。结构的整体或结构的一部分（如一部分杆件、杆件的一部分及杆件的结点等）都应满足力系的平衡条件。
　　（2）变形连续条件。一方面是指结构的杆件发生各种变形后仍是连续的，没有重叠或缝隙；另一方面指结构发生变形和位移后，仍应满足结构的支座和结点的约束条件。
　　（3）物理条件。即把结构的应力和应变通过物理方程联系起来，如轴向应力和轴向应变、剪切应力和剪切应变、弯曲应力和弯曲应变之间都应满足相应的物理方程。
　　1.2　计 算 简 图
　　1.2.1　结构的简化原则
　　实际结构是很复杂的，在计算时不可能采用实际结构，在结构力学的计算中一般采用一个简化的计算图形代替实际结构。简化的计算图形称为计算简图，计算简图的选择原则如下。
　　（1）反映结构的实际及主要性能。因此，选择计算简图以前，应搞清结构杆之间或杆件与基础之间实际连接构造，以保证计算的可靠性和必要的精确性。
　　（2）略去细节、便于计算。结构的实际构造是很复杂的，必须分清主次，略去次要因素。
　　因此，选取计算简图是结构受力分析的基础，是非常重要的。初学者应对一般结构计算简图的选取有初步的了解；重点应对结构杆件之间连接的结点和杆件与基础连接的支座的主要计算简图有基本的了解。
　　1.2.2　结点和支座的简化
　　1．结点的简化
　　铰结点的机动特征是各杆之间不能相对移动，可以绕铰结点作自由转动。受力特征能承受和传递力，不能承受和传递力矩，如图1.1（a）、图1.1（b）所示。
　　刚结点的机动特征是各杆之间不能相对移动，也不能相对转动。受力特征是能承受和传递力，也能承受和传递力矩，如图1.1（c）所示。
　　图1.1　结点的简化