结构力学 精编本PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1　结构和结构的分类 1

1.2　结构力学的研究对象和任务 4

1.2.1　研究对象和任务 4

1.2.2 结构力学在结构设计中的地位 5

1.3　结构的计算简图 5

1.3.1 结构的简化及简化原则 5

1.3.2 结构的简化内容 5

1.3.3 结构的计算简图示例 9

1.4　平面杆件结构分类 12

1.5　荷载分类 14

1.6　结构力学与其他课程的关系及学习方法 15

思考题 16

习题 16

2　结构的几何组成分析 18

2.1　几何组成分析概述 18

2.2.1 自由体和自由度 19

2.2.2　约束 19

2.2　几何组成分析的几个概念 19

2.2.3 平面杆件体系的计算自由度 22

2.3　平面几何不变体系的组成规则 23

2.3.1　二元体规则 23

2.3.2　二刚片规则 23

2.3.3　三刚片规则 24

2.4　瞬变体系 24

2.5　几何组成分析的步骤和示例 26

2.5.1 几何组成分析的步骤 26

2.5.2　几何组成分析示例 27

2.6　静定结构和超静定结构 29

思考题 31

习题 31

第1篇　静定结构 35

3　静定结构受力分析 35

3.1　静定结构受力分析概述 35

3.2　静定梁受力分析 36

3.2.1 简支梁内力分析回顾 36

3.2.2 多跨静定梁受力分析 42

3.3.1 刚架的特点和类型 45

3.3　静定平面刚架受力分析 45

3.3.2 刚架受力分析 46

3.4　三铰拱受力分析 53

3.4.1　三铰拱的几何组成和类型 53

3.4.2 三铰拱的支座反力和内力 53

3.4.3　三铰拱的合理拱轴线 58

3.5　静定平面桁架受力分析 60

3.5.1　桁架的特点和组成 60

3.5.2　静定桁架的几何组成分类 61

3.5.3　静定桁架的内力计算 62

3.6　组合结构受力分析 70

3.6.1　组合结构的特点 70

3.6.2　组合结构受力分析 70

3.7　悬索结构 75

3.7.1 悬索结构及其特点 75

3.7.2　单根悬索的受力分析 75

3.8　静定结构受力分析总述 79

3.8.1　基本分析方法 79

3.8.2　静定结构的基本性质 83

3.8.3 常用静定结构的受力特点 85

思考题 87

习题 87

4　虚功原理和结构的位移计算 92

4.1　位移计算概述 92

4.2　刚体虚功原理及应用 92

4.2.1 刚体虚功原理 92

4.2.2　刚体虚功原理的应用 93

4.3.1 变形体虚功原理 98

4.3　变形体虚功原理及其应用 98

4.3.2 变形体虚功原理的应用 99

4.4　荷载作用下静定结构的位移计算 100

4.4.1 荷载作用下位移计算的一般公式及计算步骤 100

4.4.2　各类结构位移计算的简化计算公式 101

4.4.3　荷载作用下的位移计算示例 101

4.5　图乘法计算位移 106

4.5.1 图乘公式及应用条件 106

4.5.3 复杂内力图形的分段、分解和叠加 107

4.5.2 常用内力图的面积公式和形心位置 107

4.5.4 图乘法计算位移举例 109

4.6　静定结构由于支座移动引起的位移计算 113

4.7　静定结构由于温度改变及制造误差引起的位移计算 115

4.7.1 温度变化的位移计算 115

4.7.2　制造误差引起的位移计算 116

4.8　互等定理 117

4.8.1　虚功互等定理 117

4.8.3　反力互等定理 119

4.8.2　位移互等定理 119

4.8.4　反力位移互等定理 120

思考题 121

习题 122

第2篇　超静定结构 129

5　力法 129

5.1　超静定结构的概念和超静定次数的确定 129

5.1.1　超静定结构的概念 129

5.1.2　超静定次数的确定 130

5.2.1 力法原理 132

5.2　力法原理和力法方程 132

5.2.2　力法方程 134

5.3　力法计算超静定结构示例 136

5.3.1　超静定梁 137

5.3.2　超静定刚架 139

5.3.3　超静定桁架 141

5.3.4　超静定组合结构 142

5.3.5　铰结排架 144

5.4.1　结构的对称性 146

5.4　对称结构的计算 146

5.4.2　荷载的对称性 147

5.4.3 对称结构承受一般荷载作用 147

5.4.4 半结构法 150

5.5　超静定拱 154

5.6　温度改变和支座移动时超静定结构的计算 157

5.6.1 温度改变时超静定结构的计算 157

5.6.2 支座移动时超静定结构的计算 159

5.7　超静定结构的位移计算 159

5.8.1　平衡条件的校核 162

5.8　超静定结构的内力图的校核 162

5.8.2　位移条件的校核 163

思考题 165

习题 166

6　位移法 171

6.1　位移法基本原理 171

6.2　等截面直杆的转角位移方程 174

6.2.1 杆端内力的正负号规定 174

6.2.2　等截面直杆的形常数 174

6.2.3　等截面直杆的载常数 175

6.2.4　等截面直杆的转角位移方程 175

6.3　位移法基本未知量的确定 180

6.3.1　结点角位移的确定 180

6.3.2　结点线位移的确定 180

6.4　位移法典型方程 181

6.4.1　位移法基本结构 181

6.4.2　位移法典型方程 181

6.5.1 连续梁 185

6.5　位移法计算示例 185

6.5.2　无侧移刚架 187

6.5.3　有侧移刚架 188

6.5.4　排架 189

6.6　位移法中对称性的利用 190

6.7　用位移法计算支座移动和温度改变引起的内力 192

6.7.1 支座移动时的计算 192

6.7.2　温度改变时的计算 193

6.8　直接按平衡条件建立位移法方程 195

习题 197

思考题 197

7　渐近法和近似法 202

7.1　渐近法和近似法概述 202

7.2　力矩分配法 202

7.2.1 力矩分配法的基本概念 202

7.2.2　单结点结构的力矩分配法 205

7.2.3 多结点结构的力矩分配法 210

7.3　对称结构的分析 216

7.4.2 剪力静定杆件的固端弯矩 219

7.4.1 剪力静定刚架和剪力静定分配法 219

7.4　剪力静定刚架的力矩分配法 219

7.4.3 剪力静定杆件的转动刚度和传递系数 221

7.4.4 剪力静定分配法计算示例 222

7.5　剪力分配法 225

7.5.1　剪力分配法基本概念 225

7.5.2　剪力分配法计算示例 227

7.6　力矩分配法与位移法联合应用 231

7.7　超静定结构分析总述 234

7.7.1 超静定结构基本解法比较和选用 234

7.7.2　超静定结构基本解法的延伸 234

7.7.3　超静定结构的基本特性 239

思考题 244

习题 244

第3篇　结构力学专题 249

8　结构在移动荷载作用下的计算 249

8.1　移动荷载与影响线的基本概念 249

8.2.1 简支梁影响线 250

8.2　静力法作静定梁影响线 250

8.2.2　静定多跨梁影响线 252

8.2.3 间接荷载作用时的影响线 253

8.3　静力法作静定桁架影响线 255

8.3.1 截面法 256

8.3.2 结点法 258

8.4.1 机动法作影响线的力学原理——刚体虚位移原理 260

8.4.2　机动法作静定梁的影响线 260

8.4　机动法作静定梁的影响线 260

8.5　机动法作连续梁的影响线 263

8.5.1 机动法作连续梁影响线的力学原理 263

8.5.2　机动法作连续梁影响线示例 265

8.6　影响线的应用 266

8.6.1　静定梁影响线的应用 267

8.6.2　连续梁影响线的应用 273

8.7　简支梁的内力包络图和绝对最大弯矩 274

8.7.1 简支梁的内力包络图 274

8.7.2 简支梁的绝对最大弯矩 275

8.8.1　连续梁弯矩包络图 277

8.8　连续梁内力包络图 277

8.8.2 连续梁剪力包络图 279

思考题 280

习题 280

9　矩阵位移法 284

9.1　矩阵位移法概述 284

9.2.1 结构离散化和编码 285

9.2.2 单元杆端位移与杆端力 285

9.2　结构的离散化及单元杆端位移与杆端力 285

9.3　局部坐标系中的单元刚度矩阵 290

9.3.1　平面刚架单元 290

9.3.2　特殊单元 292

9.4　整体坐标系中的单元刚度矩阵 293

9.4.1　平面刚架单元 293

9.4.2　特殊单元 294

9.5　单元刚度矩阵的性质 295

9.6　连续梁的整体刚度矩阵 295

9.6.1 编码和定位向量 295

9.6.2　连续梁的整体刚度矩阵 297

9.6.3 支承条件的处理（后处理法） 300

9.6.4　非结点荷载的处理 301

9.6.5　杆端弯矩的计算 302

9.6.6 矩阵位移法计算连续梁步骤和示例 302

9.7　平面刚架的整体刚度矩阵 306

9.7.1 结点位移分量统一编码（总码） 306

9.7.2　单元定位向量 307

9.7.3　整体刚度矩阵集成 308

9.8　组合结构的整体刚度矩阵 310

9.9　等效结点荷载 314

9.10　结构的内力计算 319

9.10.1 平面刚架的内力计算 319

9.10.2 平面刚架内力计算的步骤和示例 319

9.11 忽略轴向变形时的矩形刚架的整体分析 330

9.12　桁架的整体分析 335

9.13　支座移动的处理 340

9.14　连续梁VisualBasic源程序及算例 343

9.14.1 连续梁VisualBasic源程序 343

9.14.2　连续梁VisualBasic程序算例 357

习题 359

思考题 359

10　结构的动力分析 362

10.1 结构动力分析的基本概念 362

10.1.1 结构动力分析特点 362

10.1.2　动力荷载的分类 362

10.1.3　动力自由度 363

10.2　单自由度体系的自由振动 365

10.2.1 自由振动微分方程的建立 365

10.2.3　结构的自振周期 366

10.2.2 自由振动微分方程的解 366

10.3　单自由度体系的强迫振动 368

10.3.1 单自由度体系的强迫振动微分方程 368

10.3.2　简谐荷载 368

10.3.3 瞬时冲击荷载 371

10.3.4　一般动力荷载 371

10.4　阻尼对振动的影响 374

10.4.1　有阻尼自由振动 374

10.4.2　有阻尼强迫振动 376

10.5.1 刚度法 379

10.5　多自由度体系的自由振动 379

10.5.2 柔度法 386

10.5.3 刚度法与柔度法的比较及适用性 390

10.6　多自由度体系主振型的正交性和主振型矩阵 391

10.6.1　主振型的正交性 391

10.6.2　主振型矩阵 394

10.7　多自由度体系在简谐荷载作用下的强迫振动 395

10.7.1　柔度法 395

10.7.2　刚度法 397

10.8　多自由度体系在任意荷载作用下的强迫振动——振型分解法 400

10.9　频率计算的近似法 403

10.9.1 能量法 403

10.9.2 集中质量法 407

思考题 409

习题 410

11　结构的稳定分析 415

11.1　结构稳定的基本概念 415

11.1.1　分支点失稳 415

11.2　稳定分析方法及两类稳定问题的分析 417

11.1.2　极值点失稳 417

11.2.1　静力法和能量法 418

11.2.2 单自由度体系的分支点失稳分析 420

11.2.3 单自由度体系的极值点失稳分析 421

11.3　有限自由度体系的稳定分析 422

11.4　无限自由度体系的稳定分析计算——静力法 427

11.4.1　等截面压杆 427

11.4.2 变截面压杆 428

11.4.3　弹性支撑压杆 429

11.5　无限自由度体系的稳定分析计算——能量法 431

11.6.1 剪切变形对临界荷载的影响 435

11.6　组合压杆的稳定分析 435

11.6.2　缀条式组合压杆的稳定 436

11.6.3　缀板式组合压杆的稳定 438

11.7　拱和圆环的稳定分析 440

11.7.1 圆弧曲杆的弯曲平衡微分方程 440

11.7.2　均布径向荷载作用下圆拱的临界荷载 441

11.7.3 圆环在均布径向荷载作用下的稳定分析 444

11.7.4　抛物线拱在竖向均布荷载作用下的稳定分析 445

习题 446

思考题 446

12.1　概述 449

12　结构的极限荷载分析 449

12.2　极限弯矩、塑性铰和极限状态 450

12.3　梁的极限荷载 452

12.3.1　静定梁 452

12.3.2　单跨超静定梁 454

12.3.3 连续梁 456

12.4.2　可破坏荷载、可接受荷载、极限荷载 458

12.4.3 比例加载时求解极限荷载的定理 458

12.4.1　极限状态必须满足的条件 458

12.4 比例加载的几个定理 458

12.4.4　定理的应用 459

12.5　刚架的极限荷载 462

思考题 464

习题 464

附录　习题参考答案 466

参考文献 476