结构概念感知与应用 第2版PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 什么是结构概念 2

1.1.1 来源于理论的结构概念 2

1.1.2 来源于实践的结构概念 3

1.2 为什么要学习结构概念 4

1.3 学习结构概念的方法 5

1.3.1 理论知识 5

1.3.2 模型演示 5

1.3.3 应用实例 7

1.3.4 学生参与 7

1.4 本书的内容安排 8

1.5 学习建议 9

1.5.1 对于学生 9

1.5.2 对于教师 9

1.5.3 对于工程师 10

参考文献 12

第一部分 静力篇 15

第2章 平衡 15

2.1 定义与概念 16

2.2 理论背景 16

2.3 模型演示 18

2.3.1 作用力与反作用力 18

2.3.2 稳定平衡与不稳定平衡 19

2.3.3 板-瓶子系统 19

2.3.4 磁悬浮模型 20

2.4 应用实例 21

2.4.1 限行杆 21

2.4.2 人行桥 22

2.4.3 天平秤 22

2.4.4 舞台表演 23

2.4.5 磁悬浮列车 23

2.4.6 垃圾撮子 24

思考题 25

参考文献 25

第3章 质心 27

3.1 定义与概念 28

3.2 理论背景 28

3.3 模型演示 32

3.3.1 任意形状纸板的质心 32

3.3.2 物体的质心与形心 33

3.3.3 L形平面物体的质心 34

3.3.4 竖向平面物体的质心 34

3.3.5 质心与稳定 35

3.3.6 质心与运动 37

3.4 应用实例 38

3.4.1 工程起重机 38

3.4.2 埃菲尔铁塔 39

3.4.3 展示架 39

3.4.4 欧洲之门 40

思考题 41

参考文献 41

第4章 截面形状的影响 43

4.1 定义与概念 44

4.2 理论背景 44

4.3 模型演示 48

4.3.1 矩形截面梁和工字形截面梁 48

4.3.2 用书签托起书 50

4.4 应用实例 50

4.4.1 钢框架结构 50

4.4.2 铁路桥 50

4.4.3 腹板开孔的工字形截面构件 51

思考题 53

参考文献 53

第5章 应力分布 55

5.1 概念 56

5.2 理论背景 56

5.3 模型演示 57

5.3.1 钉板上的气球 57

5.3.2 均布应力与非均布应力 58

5.3.3 应力集中 59

5.3.4 截面核心区 60

5.4 应用实例 62

5.4.1 平跟鞋与高跟鞋 62

5.4.2 比萨斜塔 63

思考题 64

参考文献 65

第6章 弯曲 67

6.1 定义与概念 68

6.2 理论背景 68

6.3 模型演示 71

6.3.1 梁的弯曲假定 71

6.3.2 浅梁与深梁 72

6.4 应用实例 73

6.4.1 桁架的合理形状 73

6.4.2 利用伸臂梁减小弯矩 74

6.4.3 弯曲破坏 74

6.4.4 订书钉的弯曲变形 75

思考题 76

参考文献 77

第7章 剪切与扭转 79

7.1 定义与概念 80

7.2 理论背景 80

7.2.1 弯曲剪应力 80

7.2.2 扭转剪应力 82

7.2.3 剪切中心 85

7.3 模型演示 86

7.3.1 扭转效应 86

7.3.2 剪应力效应 87

7.3.3 剪力效应 89

7.3.4 开口截面与闭口截面的翘曲扭转 90

7.3.5 开口截面与闭口截面的无翘曲扭转 90

7.3.6 薄壁开口截面的剪切中心 91

7.4 应用实例 93

7.4.1 组合截面梁 93

7.4.2 剪力墙 93

7.4.3 开饮料瓶 93

7.4.4 箱形梁公路桥 95

思考题 95

参考文献 96

第8章 跨度与变形 97

8.1 概念 98

8.2 理论背景 98

8.3 模型演示 102

8.3.1 跨度的影响 102

8.3.2 边界条件的影响 103

8.3.3 梁的固端弯矩 103

8.3.4 竖向构件的侧向刚度 105

8.4 应用实例 106

8.4.1 柱支承 106

8.4.2 支柱根现象 107

8.4.3 结构中的支柱 107

思考题 109

参考文献 110

第9章 最短传力路径 111

9.1 定义、概念与准则 112

9.2 理论背景 112

9.2.1 引言 112

9.2.2 提高结构刚度的概念 113

9.2.3 概念推广 115

9.2.4 讨论 120

9.3 模型演示 123

9.3.1 试验验证 123

9.3.2 直线形和折线形传力路径 124

9.4 应用实例 125

9.4.1 高层结构的支撑系统 125

9.4.2 脚手架的支撑系统 125

思考题 127

参考文献 128

第10章 减小结构内力 129

10.1 概念与准则 130

10.2 理论背景 130

10.2.1 引言 130

10.2.2 无约束环与有约束环 131

10.3 模型演示 137

10.3.1 一对橡胶环 137

10.3.2 后张预应力塑料梁 138

10.4 应用实例 139

10.4.1 雷利竞技馆 139

10.4.2 浙江黄龙体育中心 140

10.4.3 斜拉桥 141

10.4.4 承受剧烈振动作用的楼盖 142

10.4.5 双坡屋盖 143

思考题 143

参考文献 144

第11章 屈曲 145

11.1 定义与概念 146

11.2 理论背景 146

11.2.1 屈曲的基本概念 146

11.2.2 不同边界条件下的柱屈曲 147

11.2.3 梁的侧向弯扭屈曲 149

11.2.4 静力变形与屈曲荷载 152

11.3 模型演示 153

11.3.1 塑料尺的屈曲变形 153

11.3.2 屈曲荷载和边界条件 153

11.3.3 梁的侧向弯扭屈曲 155

11.3.4 空饮料罐的屈曲破坏 157

11.3.5 基于弯曲试验的屈曲荷载预测 157

11.4 应用实例 158

11.4.1 支撑构件的屈曲 158

11.4.2 箱形梁的屈曲 159

11.4.3 防止梁侧向屈曲的措施 159

11.4.4 拍拍手环的双稳态 160

思考题 161

参考文献 162

第12章 预应力 163

12.1 定义与概念 164

12.2 理论背景 164

12.2.1 中心张拉预应力梁 165

12.2.2 偏心张拉预应力梁 166

12.2.3 体外张拉预应力梁 166

12.3 模型演示 169

12.3.1 由预应力木块组成的梁和柱 169

12.3.2 应用预应力的玩具 170

12.4 应用实例 171

12.4.1 中心张拉预应力石柱 171

12.4.2 偏心张拉预应力梁 171

12.4.3 蜘蛛网 172

12.4.4 预应力索网结构 172

思考题 174

参考文献 174

第13章 由竖向荷载引起的结构水平运动 177

13.1 概念 178

13.2 理论背景 178

13.2.1 静力响应 178

13.2.2 动力响应 187

13.3 模型演示 188

13.3.1 对称框架 188

13.3.2 反对称框架 189

13.3.3 非对称框架 190

13.4 应用实例 190

13.4.1 看台结构 190

13.4.2 楼板 190

13.4.3 铁路桥 192

思考题 192

参考文献 193

第二部分 动力篇 197

第14章 能量转换 197

14.1 定义与概念 198

14.2 理论背景 198

14.3 模型演示 202

14.3.1 运动的轮子 202

14.3.2 碰撞小球 203

14.3.3 一串下落的小球 204

14.4 应用实例 205

14.4.1 过山车 205

14.4.2 不用电池的手电筒 206

思考题 207

参考文献 207

第15章 悬挂系统 209

15.1 定义与概念 210

15.2 理论背景 210

15.2.1 单摆 210

15.2.2 广义悬挂系统 211

15.2.3 平动悬挂系统和转动悬挂系统 215

15.3 模型演示 215

15.3.1 悬挂系统的固有频率 215

15.3.2 质量对悬挂系统的影响 216

15.3.3 外倾式悬挂系统的静力性能 219

15.4 应用实例 220

15.4.1 游乐园中的悬挂木桥 220

15.4.2 楼板隔震 220

15.4.3 傅科摆 221

思考题 222

参考文献 222

第16章 自由振动 223

16.1 定义与概念 224

16.2 理论背景 224

16.2.1 单自由度系统 224

16.2.2 广义单自由度系统 228

16.2.3 多自由度系统 232

16.2.4 梁的基频与最大位移的关系 233

16.3 模型演示 235

16.3.1 单摆系统的自由振动 235

16.3.2 振动衰减与固有频率 236

16.3.3 过阻尼系统 237

16.3.4 离散系统的振型 237

16.3.5 连续系统的振型 238

16.4 应用实例 239

16.4.1 音乐盒 239

16.4.2 利用激振器测量结构固有频率 240

16.4.3 利用环境激励测量烟囱固有频率 240

思考题 243

参考文献 243

第17章 共振 245

17.1 定义与概念 246

17.2 理论背景 246

17.2.1 单自由度系统在简谐荷载激励下的响应 246

17.2.2 单自由度系统在基底简谐运动激励下的响应 251

17.2.3 共振频率 253

17.3 模型演示 254

17.3.1 单自由度系统在基底简谐运动激励下的响应 255

17.3.2 共振效应 256

17.4 应用实例 256

17.4.1 伦敦千禧桥 256

17.4.2 避免共振：流行音乐会结构设计 258

17.4.3 建筑物的共振频率测量 260

17.4.4 一个有趣的共振现象 261

思考题 262

参考文献 262

第18章 结构阻尼 265

18.1 概念 266

18.2 理论背景 266

18.2.1 由自由振动试验确定阻尼比 266

18.2.2 由强迫振动试验确定阻尼比 267

18.3 模型演示 268

18.3.1 观察自由振动中的阻尼效应 268

18.3.2 聆听自由振动中的阻尼效应 269

18.4 应用实例 270

18.4.1 由自由振动试验确定阻尼比 270

18.4.2 由强迫振动试验确定阻尼比 271

18.4.3 楼板的阻尼比 271

18.4.4 建筑物的阻尼比 272

18.4.5 减小由步行引起的人行桥振动 273

18.4.6 减小由步行引起的楼板振动 273

思考题 275

参考文献 275

第19章 减振 277

19.1 定义与概念 278

19.2 理论背景 278

19.2.1 改变系统的动力特性 278

19.2.2 调谐质量阻尼器 280

19.3 模型演示 282

19.3.1 调谐质量阻尼器（TMD） 282

19.3.2 调谐液体阻尼器（TLD） 283

19.3.3 基底隔振 284

19.3.4 摆式调谐质量阻尼器 284

19.4 应用实例 286

19.4.1 利用轮胎隔振 286

19.4.2 伦敦眼 286

19.4.3 伦敦千禧桥 288

思考题 288

参考文献 289

第20章 结构振动中的人体模型 291

20.1 概念 292

20.2 理论背景 292

20.2.1 人与结构相互作用 292

20.2.2 振动结构中的人体模型 294

20.3 演示试验 296

20.3.1 站立人体的竖向振动模型 296

20.3.2 站立人体的水平振动模型 298

20.4 应用实例 300

20.4.1 静止观众对看台的影响 300

20.4.2 看台固有频率的计算 301

20.4.3 流行音乐会中的结构动力响应 301

20.4.4 间接测量站立人体的固有频率 302

20.4.5 间接测量鸡的固有频率 303

思考题 303

参考文献 304

第三部分 综合篇 307

第21章 静力刚度与模态刚度 307

21.1 关于刚度的一般认识 308

21.2 静力刚度与模态刚度的定义 309

21.2.1 静力刚度 309

21.2.2 模态刚度 310

21.3 静力刚度与模态刚度的关系 311

21.4 验证 312

21.4.1 解析验证 312

21.4.2 试验验证 315

21.4.3 数值验证 317

21.5 应用 321

21.5.1 刚度测量在组合楼板中的应用 321

21.5.2 在有节奏人群荷载作用下的结构位移 322

21.5.3 测量结构的静力刚度和承载力 322

21.6 讨论 324

21.7 总结 325

参考文献 326

第22章 静力问题与动力问题 329

22.1 引言 330

22.2 最大位移与固有频率 331

22.2.1 关系方程 331

22.2.2 例题 333

22.3 屈曲荷载与固有频率 335

22.3.1 关系方程 335

22.3.2 压杆的振动屈曲试验 338

22.4 周期性动荷载与其静荷载分量 340

22.4.1 关系方程 340

22.4.2 人跳跃荷载 341

22.5 张力与固有频率 342

22.5.1 关系方程 342

22.5.2 拉杆的张力与固有频率 342

22.5.3 伦敦眼的索张力 344

22.6 总结 344

参考文献 345

第23章 试验研究与理论研究 347

23.1 试验研究与理论研究的特点 348

23.1.1 试验研究 348

23.1.2 理论研究 349

23.1.3 试验和理论联合研究 349

23.2 试验和理论的关系模型 350

23.3 比较模型 351

23.3.1 模型及特征 351

23.3.2 实例1：钢框架建筑 351

23.3.3 实例2：恰当的楼板模型 354

23.4 联合模型 356

23.4.1 模型及特征 356

23.4.2 实例1：钢筋混凝土梁的动力响应 356

23.4.3 实例2：体育中心的楼板 357

23.5 验证模型 358

23.5.1 模型及特征 358

23.5.2 实例1：验证理论假设 359

23.5.3 实例2：验证理论预测 359

23.6 解释模型 360

23.6.1 模型及特征 360

23.6.2 实例1：静止人体对结构振动的影响 361

23.6.3 实例2：临时看台的水平刚度 363

23.7 创造模型 364

23.7.1 模型及特征 364

23.7.2 实例1：振动结构中的人体模型 365

23.7.3 实例2：高效的结构支撑系统 367

23.8 扩展模型 367

23.8.1 模型及特征 367

23.8.2 实例1：人体频率的测量 368

23.8.3 实例2：威斯敏斯特宫尖塔裂缝的鉴定 368

23.9 不同模型之间的联系 369

参考文献 370

第24章 理论与实践 373

24.1 引言 374

24.2 结构概念的理论和实践来源 374

24.3 理论与实践的关系 375

24.3.1 结构概念与直觉认识 375

24.3.2 结构概念与具体措施 377

24.3.3 理论与实践 379

24.4 沟通理论与实践的桥梁 379

24.4.1 正向方法：从理论到实践 380

24.4.2 逆向方法：从实践到理论 381

24.4.3 跨学科方法：实践、研究和教学一体 383

24.5 总结 385

参考文献 386

中英文名词对照表 387