面向21世纪课程教材 Textbook Series for 21st Century 结构力学教程(I) 龙驭球包世华主编 龙驭球包世华匡文起袁驷编著 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
序 教材建设是-项需要长期积累而又不断翻新的工作,既要锲而不舍、精 祉求精,又要善于探寨、有所创新。本书是在清华大学四十多年结构力学教 村建设和近儿年教学改革实践的基础上编写的,主要想在以下几个方面作 些新的尝试和安排: 由一本书扩充为三书鼎立。由于结构力学计算机化的进程日新月 斥,以及在计算机化的形势下结枃定性分析的能力培养日益显得更为重要 此除编写一本“结构力学教程¨侧重于经典结构力学的基本理论和基木方 丟外,还拟编写两本配套教材,即“程序结构力学”和“定性结构力学”,分别 则重于计算机方法和定性分析方法。三书鼎立,相互呼应,以期适应新世 纪、新形势的新要求 二、为计算机化提供新的巷础知识和新工具。在为矩阵位移法配置的 计算机程序方面,有 FORTRAN77程序, Fortran90程序。此外,还引入作 者教学和科研成果结构力学求解器》作为新工具,提高解算大型结构、复杂 结构的例题、习题的能力,开拓教学内容的广度和深度,利用动画显示,提高 对结构性能的感性认识。 、将虚功一能量方法貫通全书,提高理论水平。以前的结构力学教衬 也讲一点盧功一能量方法,但讲得太晚,太集中,学与用离得太远。针对这 种情况,本书改为“提前讲、分段讲、就近用”的作法,以便收到“由浅入深、分 散难点、学了就用、便于生根”的效果,从而进一步提高理论水平。计算机北 不仅不排斥力学理论,而是更加需要力学理论的指导,呼唤力学理论的 化 四、注意培养思维能力和科学素质。为了把力学方法上升到方法论的 高度,在书中专门写了四节: 方法论(1)——学习方法(第1章)。 方法论(2)——静定结杓部分(第6章)。 ●方法论(3)——一超静定结构部分(第12章)。 ●方法论(4)—-结构力学之道(最后一章) 号了指导学习和启发思考,专门写了两章“总论”,分别对静定结构和超静定
序 结构两大部分門容进行融会贯通的梳理和开阔视野的指点;几乎每-章都 专门写了“小结”和“思考与讨论”两节,引导读者跨进更广的思考空问 五、适当更新内容。除了删去和压缩比较陈旧的内容外,还注意扩大专 业覆盖面,新加悬索、空间结构等内容,适当个绍·-些科研成果,包括作者新 近的部分学术成果。 总的来说,“守本翻新”是本书的编写方针,守本,是指继续保持“打好 基础,脉络清晰,理论联系实际,符合认识规律”的编写风袼,翻新,是指进 行一些经过初步实践的新尝试,包括上面提到的五点。 本书内容各校可根据具体教学要求选冯,带*号者为选学、提高内容 本书稿请西安建筑科技大学刘铮教授和东南大学单建教授审阅,在审 阅中提了不少宝贵意见。清华大学雷钟和教授提供了本书部分思考题及习 题,张玉良副教授提供了 FORTRAN77程字的初稿。作者谨向他们表示衷 心的感谢 欢迎批评,恳请指丑: 作者 1999年冬于清华园
本书符号表说明 为了深入貫彻囯家技术监督局发布的国家标准(GB3100~3102-93) 《量和单位》,本书对结构力学符号和单位的传统用法作了调整,既保证了对 呙家柝准的认真实施,又考虑了教师和学生使用上的习惯与方便。 在实施国家标准的过程中、为保证国家标准和现有惯例的衔接,本书作 认真的考虑,现作如下说明,请读者注意。 囡家标准规苤的物理量、名称和符号,按国家标准使用,注重量的物 理属性。如,旧称剪应变(剪切角)γ,现改称切应变;又如,各种力(包括荷 载、反力和内力)都用F作为主符号,而将共特性以下标(上标)表示;等等。 2.对于在结构大学中广泛使用的广义力(包括力与力偶矩、力矩)和广 义位移(包括线位移与角位移),为了体现其广义性(有时还有未知性),考虑 到全书叙述的统一和表达的简洁、完整,本书仍峾用ⅹ(多余力未知力)、Δ 和δ(位移)、(支座位移)等广义物理量。至于它们在具体问题中对应的量 和相应单位,则视具体问题而定 3.在结构力学中经常应用“单位量”的概念,如单位力X=1,单位荷载 Fμ=1,单位位移Δ=1等。现以单位力X=1为例加以说明。单位力X=1 是一种简称,详细地记,是指数值为1而其量纲指数都为零(量纲并不为零 量纲为一)的特定广义力Ⅹ=1(这里,X与Y在数值上相等,但量纲不同。 Ⅹ是一个量纲一的量,以前称为无量纲量)、单位量的概念主要用于求比例 系数(或称影响系数)。仍以力￥引起某量M的情况为例,二者的比例系数 为M=。在线性阿题中,比例系数是一个重要约概念。 4.本教材中某些符号及有关公式运算中的单位表示,考患以往教材的 惯和结合工程实际运算的方便,作了必要的处理。具体情况在本教材的 相应处巳育说明
主要符号表 面积 振幅 应变能密度 B 应变余能密度 支座广义位移、粘滞阻尼系数 弯矩传递系数 临界阻尼系数 结间距离 弹性模量 EfHFF 矢髙、工程频率 集中荷载 荷载向量 水平推力 F,、Fy 水平(x)垂直(y)方向的分力 F 轴力 FA,、Fx 水平(x)、垂直(y)方向的分轴力 剪力 FFFFFFFF 截面左、右的剪力 固端剪力 欧拉临界荷载 临界荷载 极限荷载 可破坏荷载 可接受荷载 F+ 弹性力 惯性力 阻尼力