结构力学教程

第1章绪论1

1.1结构力学的研究对象和基本任务1

1.2结构的计算简图和结构的分类1

1.2.1结构的计算简图1

1.2.2结构的分类5

1.3荷载及其分类6

1.4结构力学的学习方法7

第2章平面体系的几何构造分析8

2.1概述8

2.2平面几何不变体系的组成规则12

2.3瞬变体系13

2.4几何组成分析举例15

2.5体系的几何构造分析与静定特性的关系16

2.6小结17

习题18

参考答案19

第3章静定结构的内力分析21

3.1单跨静定梁内力分析的回顾及补充21

3.1.1梁内任意截面上的内力21

3.1.2荷载与内力之间的微分关系22

3.1.3荷载与内力之间的积分关系23

3.1.4用叠加法作弯矩图23

3.1.5斜梁的内力图26

3.2多跨静定梁的内力图27

3.3静定平面刚架内力图31

3.3.1刚架的特点及应用31

3.3.2刚架的内力计算31

3.4三铰拱的反力和内力计算37

3.4.1拱式结构的特点及应用37

3.4.2三铰拱的反力计算39

3.4.3三铰拱的内力计算39

3.4.4三铰拱的压力线42

3.4.5三铰拱的合理轴线43

3.5静定平面桁架内力计算45

3.5.1桁架的特点和组成45

3.5.2结点法、截面法及其联合应用47

3.5.3对称条件的利用53

3.5.4复杂桁架的计算55

3.6静定组合结构计算57

3.7静定结构的特性59

3.7.1静力解答的唯一性59

3.7.2温度变化、支座移动及制造误差等在静定结构中不会引起内力59

3.7.3静定结构的局部平衡特性59

3.7.4静定结构的等效荷载变换特性60

3.7.5静定结构的构造变换特性61

3.8用零载法判别体系的几何组成属性61

3.9小结62

习题63

第4章静定结构的影响线71

4.1移动荷载和影响线的概念71

4.2静力法作影响线71

4.3机动法作影响线75

4.4结点荷载作用下简支主梁的影响线81

4.5静力法作桁架的影响线83

4.6影响线的应用86

4.7铁路、公路的标准荷载和换算荷载90

4.8简支梁的绝对最大弯矩和内力包络图96

4.9小结100

习题100

第5章静定结构的位移计算与虚功原理105

5.1结构位移计算概述105

5.2实功原理106

5.3虚功原理109

5.4平面杆件结构位移计算的一般公式——单位荷载法112

5.5静定结构在荷载作用下的位移计算113

5.6图乘法117

5.7静定结构在温度变化和支座移动所引起的位移计算123

5.8互等定理125

5.9小结127

习题128

第6章力法132

6.1超静定结构概述132

6.2力法中超静定次数的确定134

6.3力法基本原理及典型方程式136

6.3.1力法的基本原理136

6.3.2力法的典型方程138

6.4用力法解算各类超静定结构140

6.4.1超静定梁和刚架140

6.4.2超静定桁架145

6.4.3超静定组合结构和排架147

6.5结构对称性的利用151

6.5.1选取对称的基本结构151

6.5.2取半边结构计算155

6.6两铰拱161

6.7无铰拱165

6.8超静定结构的位移计算170

6.9超静定结构内力图的校核171

6.10温度变化和支座位移时的计算173

6.11超静定结构的特征179

6.12小结180

习题181

第7章位移法190

7.1位移法的基本概念190

7.2等截面杆件的转角位移方程192

7.2.1两端固定等截面杆件的转角位移方程192

7.2.2一端固定另一端铰支的等截面直杆193

7.2.3一端固定另一端定向支座的等截面直杆194

7.3位移法的基本未知量数目196

7.4应用转角位移方程建立位移法方程199

7.5位移法在对称结构中的改进和应用203

7.6位移法的基本体系和典型方程206

7.6.1确定基本未知量206

7.6.2建立位移法的基本体系207

7.6.3建立位移法方程207

7.6.4求系数r11和自由项R1P208

7.6.5绘弯矩图208

7.7对称性的利用和位移法的进一步讨论216

7.7.1对称性的利用216

7.7.2杆轴线与支座链杆重合时的处理217

7.7.3静定部分的处理217

7.7.4静定剪力柱带来的简化217

7.8小结224

习题224

第8章渐近法229

8.1概述229

8.2力矩分配法的基本原理229

8.2.1力矩分配法的基本原理229

8.2.2力矩分配法的基本要素231

8.3多结点的力矩分配法234

8.4利用力矩分配法计算无侧移超静定刚架239

8.5有侧移超静定刚架的计算方法241

8.5.1无剪力分配法241

8.5.2力矩分配法与位移法的联合应用246

8.6近似法248

8.6.1分层法248

8.6.2反弯点法253

8.7超静定力的影响线256

8.8连续梁的最不利荷载分布及内力包络图258

8.9小结261

习题262

第9章矩阵位移法267

9.1矩阵位移法的概述267

9.2单元刚度矩阵268

9.2.1单元刚度矩阵（局部坐标系）268

9.2.2单元刚度矩阵的性质和特殊单元269

9.2.3单元刚度矩阵（整体坐标系）273

9.3整体刚度矩阵275

9.3.1连续梁的整体刚度矩阵275

9.3.2刚架的整体刚度矩阵279

9.4等效结点荷载282

9.5矩阵位移法的解题步骤和算例285

9.6平面刚架程序设计和算例290

9.6.1平面刚架程序设计总框图与程序标识符说明290

9.6.2Fortran90语言编程简介292

9.6.3平面刚架源程序（FORTEAN90语言）293

9.6.4算例301

9.7小结303

习题303

第10章结构动力计算308

10.1概述308

10.1.1结构动力计算的特点308

10.1.2动力荷载的分类308

10.1.3动力计算中体系的自由度309

10.2单自由度体系运动方程的建立311

10.2.1刚度法312

10.2.2柔度法312

10.3单自由度体系的自由振动316

10.3.1无阻尼自由振动316

10.3.2有阻尼自由振动319

10.4单自由度体系的强迫振动322

10.4.1无阻尼强迫振动322

10.4.2有阻尼强迫振动330

10.5多自由度体系的自由振动334

10.5.1刚度法334

10.5.2柔度法344

10.6多自由度体系主振型的正交性和主振型矩阵350

10.6.1主振型的正交性350

10.6.2主振型矩阵353

10.7多自由度体系在简谐荷载作用下的强迫振动354

10.7.1刚度法354

10.7.2柔度法358

10.8多自由度体系在一般动荷载作用下的强迫振动360

10.9小结364

习题365

参考文献370

《普通高等教育"十二五"规划教材结构力学教程》可供高等工科院校土木工程、水利工程及工程力学专业学生学习结构力学之用，也可供其他专业的学生选用，还可供相关专业技术人员参考阅读。本书是根据土木工程、水利工程和工程力学专业的教学大纲要求，针对土木工程、水利工程和工程力学专业的特点编写的。全书共分10章，包括：绪论及体系的几何构造分析；各类静定结构的内力计算和静定结构的位移计算；静定梁、刚架、桁架的影响线的作法；用力法、位移法和渐进法计算超静定结构在荷载、温度及支座移动下的内力；利用矩阵位移法计算杆系结构；单自由度和多自由度体系的自由振动和受迫振动。在第9章中用FORTRAN90语言编写了平面刚架的上机程序和程序说明。 本书可供高等工科院校土木工程、水利工程及工程力学专业学生学习结构力学之用，也可供其他专业的学生选用，还可供相关专业技术人员参考阅读。