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绪论 1

0.1 结构力学与钢结构的研究对象 1

0.2 钢结构的特点及应用 2

0.3 钢结构的发展及建筑机械钢结构设计的基本要求 3

0.4 作用在建筑机械钢结构上的荷载及其组合 4

0.5 建筑机械结构力学与钢结构的发展方向 5

第一部分 结构力学 7

第1章 平面体系的几何组成分析及结构分类 7

1.1 结构的结点、支座及计算简图 7

1.1.1 杆件的简化 7

1.1.2 结点的种类 7

1.1.3 支座的种类 8

1.1.4 结构的计算简图 10

1.2 平面体系的类别及自由度 11

1.2.1 平面体系的类别 11

1.2.2 平面体系的自由度 12

1.3 几何不变体系的组成规则 13

1.3.1 两刚片的组成规则 13

1.3.2 三刚片的组成规则 14

1.3.3 二元体规则 14

1.4 静定结构与超静定结构 17

1.4.1 静定结构的概念 17

1.4.2 超静定结构的概念 18

1.5 结构的分类 18

习题 21

第2章 静定平面结构的内力计算 23

2.1 静定平面桁架 23

2.1.1 概述 23

2.1.2 桁架内力计算 25

2.2 静定平面刚架 28

2.2.1 概述 28

2.2.2 静定刚架的内力计算及内力图 29

习题 34

第3章 静定结构的位移计算 37

3.1 概述 37

3.2 变形杆系的虚功原理 38

3.2.1 实功与虚功 38

3.2.2 虚功原理 40

3.3 静定结构位移计算的一般公式 42

3.4 图乘法 49

3.5 弹性结构的互等定理 54

3.5.1 虚功互等定理 54

3.5.2 位移互等定理 55

3.5.3 反力互等定理 56

习题 57

第4章 超静定结构的力法 59

4.1 超静定结构概述 59

4.1.1 超静定结构的特征 59

4.1.2 超静定结构的分析方法 59

4.1.3 超静定次数的确定 60

4.2 力法的基本原理 60

4.2.1 力法概述 60

4.2.2 力法的基本结构和基本未知力 61

4.2.3 力法的典型方程 61

4.2.4 力法计算超静定结构的步骤 65

4.3 荷载作用下的超静定结构计算 65

4.3.1 超静定梁的计算 65

4.3.2 超静定刚架的计算 69

4.3.3 超静定梁式组合结构的计算 73

4.4 对称性的利用 76

4.4.1 对称结构及其特性 76

4.4.2 利用结构对称性简化计算 77

4.5 超静定结构在温度改变、支座位移时的影响 80

4.5.1 超静定结构在温度改变时的内力计算 80

4.5.2 超静定结构在支座位移时的内力计算 82

4.6 超静定结构的位移计算 84

4.6.1 荷载作用下超静定结构的位移计算 84

4.6.2 温度改变、支座位移作用下超静定结构的位移计算 84

4.7 力法计算结果的校核 85

4.7.1 平衡条件的校核 85

4.7.2 变形条件的校核 85

习题 86

第5章 位移法与力矩分配法 89

5.1 位移法概述 89

5.1.1 位移法的基本概念 89

5.1.2 位移法的基本思路 91

5.2 等截面直杆的相关常数 91

5.2.1 杆端位移和内力的正、负号规定 91

5.2.2 等截面直杆的形常数和载常数 91

5.3 位移法的典型方程 94

5.3.1 变形假设 94

5.3.2 位移法的基本未知量 94

5.3.3 位移法的基本结构 95

5.3.4 位移法的典型方程 95

5.3.5 典型方程法的解题步骤 98

5.3.6 用典型方程法计算超静定结构实例 99

5.4 用平衡方程法计算超静定结构 102

5.4.1 等截面直杆的转角位移方程 102

5.4.2 平衡方程法的解题步骤 105

5.4.3 用平衡方程法计算超静定结构实例 105

5.5 对称性的利用 108

5.5.1 对称荷载作用下的对称刚架 108

5.5.2 反对称荷载作用下的对称刚架 109

5.5.3 非对称荷载作用下的对称刚架 109

5.6 力矩分配法 110

5.6.1 力矩分配法的基本概念 110

5.6.2 用力矩分配法计算超静定结构实例 113

习题 114

第二部分 钢结构 117

第6章 钢结构的材料与设计计算方法 117

6.1 钢结构对所用材料要求 117

6.1.1 钢材的破坏形式 117

6.1.2 钢结构对所用材料的要求 117

6.2 钢材的主要受力性能 118

6.2.1 钢材在单向受力状态下的性能 118

6.2.2 钢材在复杂受力状态下的性能 119

6.2.3 钢材冷弯试验表现的性能 120

6.2.4 钢材冲击试验表现的性能 121

6.2.5 钢材在连续反复荷载作用下的性能——疲劳 121

6.3 钢材的脆性破坏 122

6.3.1 化学成分及组织结构的影响 123

6.3.2 应力集中的影响 123

6.3.3 加工硬化的影响 124

6.3.4 低温的影响 124

6.3.5 焊接的影响 125

6.3.6 减少脆性破坏的方法 125

6.4 钢材的钢种、钢号及其选择 126

6.4.1 钢材的钢种、钢号 126

6.4.2 钢材的选择 129

6.4.3 钢材及型钢规格 130

6.5 钢结构的设计计算方法 130

6.5.1 概述 130

6.5.2 钢结构的设计原则 131

6.5.3 钢结构的设计计算表达式 132

6.5.4 钢结构的疲劳计算 134

第7章 钢结构的连接 137

7.1 钢结构的连接类型 137

7.2 焊缝连接的特性 139

7.2.1 焊接方法 139

7.2.2 焊接结构的优、缺点 140

7.2.3 焊缝和焊缝连接形式 140

7.2.4 焊缝的强度设计值 143

7.3 对接焊缝的构造和计算 143

7.3.1 对接焊缝的构造 143

7.3.2 对接焊缝的强度 144

7.3.3 对接焊缝的计算 144

7.4 角焊缝的构造和计算 147

7.4.1 角焊缝的强度和构造要求 147

7.4.2 角焊缝的基本计算公式 151

7.4.3 角焊缝的计算 152

7.5 焊缝连接的疲劳强度、焊接应力和焊接变形 162

7.5.1 焊缝连接的疲劳强度 162

7.5.2 焊接应力和焊接变形 162

7.6 普通螺栓连接的构造和计算 163

7.6.1 螺栓的排列和构造要求 163

7.6.2 普通螺栓的工作性能 165

7.6.3 剪力螺栓群的计算 169

7.6.4 拉力螺栓群的计算 171

7.6.5 剪—拉螺栓群的计算 173

7.7 高强度螺栓连接的构造和计算 175

7.7.1 高强度螺栓的工作性能 175

7.7.2 摩擦型高强度螺栓群的计算 177

7.7.3 承压型高强度螺栓群的计算 178

习题 179

第8章 受弯构件 182

8.1 受弯构件的形式和应用 182

8.2 梁的强度和刚度 182

8.2.1 梁的强度 182

8.2.2 梁的刚度 186

8.3 梁的整体稳定 187

8.3.1 梁整体稳定的概念 187

8.3.2 梁整体稳定的计算方法 187

8.4 焊接梁的局部稳定和腹板加劲肋的设计 191

8.4.1 翼缘板的局部稳定 191

8.4.2 腹板的局部稳定 192

8.4.3 加劲肋的构造和截面设计 198

8.4.4 支承加劲肋的计算 199

8.5 组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算 200

8.5.1 腹板屈曲后的抗剪承载力 200

8.5.2 腹板屈曲后的抗弯承载力 200

8.5.3 考虑腹板屈曲后强度的梁的计算 201

8.5.4 考虑腹板屈曲后强度的梁的加劲肋设计特点 202

8.6 型钢梁的设计 203

8.7 组合梁的设计 204

8.7.1 截面选择 204

8.7.2 截面验算 206

8.8 梁的构造设计 206

8.8.1 翼缘与腹板的连接 206

8.8.2 梁的拼接 207

8.8.3 次梁与主梁的连接 208

习题 216

第9章 轴心受力构件 217

9.1 轴心受力构件的应用及截面形式 217

9.2 轴心受力构件的强度计算 218

9.3 轴心受力构件的刚度计算 219

9.4 实腹式轴心受压构件的稳定 222

9.4.1 轴心受压构件的失稳形式 222

9.4.2 理想轴心受压构件的弯曲屈曲 223

9.4.3 理想轴心受压构件的扭转屈曲和弯扭屈曲 225

9.4.4 实际轴心压构件的屈曲性能 226

9.4.5 轴心受压构件的整体稳定计算 232

9.4.6 轴心受压构件的局部稳定 237

9.5 实腹式轴心受压构件的截面选择和验算 243

9.5.1 截面选择和验算 243

9.5.2 构造要求 245

9.6 格构式轴心受压构件的设计 248

9.6.1 格构式轴心受压构件的构造 248

9.6.2 轴心受压构件的剪力 249

9.6.3 格构式轴心受压构件整体稳定承载力 250

9.6.4 截面选择和验算 251

9.7 轴心受压构件的计算长度 257

9.7.1 桁架弦杆及单系腹杆计算长度 257

9.7.2 交叉腹杆的计算长度 258

9.7.3 塔架杆件的计算长度 259

9.8 支脚的构造和计算 260

9.8.1 支脚的构造 260

9.8.2 支脚的设计 261

习题 264

第10章 拉弯构件和压弯构件 265

10.1 概述 265

10.1.1 拉弯构件和压弯构件的截面形式 265

10.1.2 压弯构件的破坏形式 266

10.2 拉弯构件和压弯构件的强度计算 266

10.3 实腹式压弯构件的整体稳定计算 269

10.3.1 实腹式单向压弯构件平面内的整体稳定计算 269

10.3.2 实腹式单向压弯构件平面外的稳定计算 271

10.3.3 实腹式双向压弯构件的整体稳定计算 273

10.4 压弯构件的局部稳定 274

10.4.1 腹板的稳定 274

10.4.2 翼缘的稳定 276

10.5 格构式压弯构件的稳定计算 280

10.5.1 格构式单向压弯构件的稳定计算 281

10.5.2 格构式双向压弯构件的稳定计算 282

10.5.3 缀材的计算 284

10.5.4 格构式压弯构件分肢的局部稳定和构造要求 284

习题 286

第11章 起重机吊臂和塔身的设计计算 287

11.1 格构式吊臂的设计计算 287

11.1.1 吊臂结构形式和主要尺寸 287

11.1.2 吊臂的计算简图及荷载组合的原则 287

11.1.3 吊臂的荷载、内力计算及其内力组合 289

11.1.4 吊臂截面选择和验算 289

11.2 塔式起重机塔身的设计计算 292

11.2.1 塔身结构形式和主要尺寸 292

11.2.2 塔身的计算简图及荷载组合的原则 293

11.2.3 塔身的荷载、内力计算及其内力组合 293

11.2.4 塔身整体稳定性和强度验算 295

11.3 桁架水平式臂架的设计计算 297

11.3.1 技术性能参数 297

11.3.2 吊臂结构形式及主要尺寸 298

11.3.3 吊臂的计算简图及荷载组合的原则 298

11.3.4 吊臂的荷载、内力计算及其内力组合 299

附录 308

附录一 疲劳计算的构件和连接分类 308

附录二 梁的整体稳定系数 311

附录三 轴心受压构件的稳定系数 315

附录四 型钢表 320

附录五 主要计算公式 331

参考文献 338