时代教育·国外高校优秀教材精选 (原书第2版) 结构理论 Theory of Structures (美) S.P.铁木辛柯(S.P.Timoshenko) D.H.杨(D.H.Young) 著 叶红玲杨庆生等译 Mc 机械工业出版社 Graw Education CHINA MACHINE PRESS Hill
序 像铁木辛柯独著或同他人合著的其他的力学教科书一样，初版于1945年、 再版于1965年的《结构理论》也是一部经典著作。 经典的魅力在于，它的光芒不但不会随年华的流逝而衰减，相反会时时给 人以新的照耀。这本《结构理论》作为经典教科书，不仅在于它仍然可以用作土 木类专业的教材或参考书，还对于其他专业研读变形体力学的人员给予更多 启发。 结构理论或结构力学同材料力学一样，都属于变形体力学的早期发展，学 习这门课程的意义是多方面的。首先是力学概念的突破，即由不变形体（质点与 刚体)向变形体（弹性体、塑性体、流体等）的升华。如果不是在变形上寻找出路， 力学永远也不会走出构件或结构的单纯靠力平衡方程无法求解的困境。 无论超静定的构件或结构，如果不进行受力变形的几何协调方程的研究， 就不可能由柳暗走向花明。紧接着变形的研究，必然呼唤对于力与变形（或应力 与应变)本构关系的探讨。结构理论的意义就在于把材料力学对构件使用成功的 “平衡一变形一本构”三要点的方法论，在结构上作进一步林漓尽致的发挥和 发展。 学习结构理论的另一个意义在于它的工程实用性，铁木辛柯与杨的这本教 材充分体现了理论密切联系实际的特点，对于我们从事实实在在的工程结构分 析与设计，不仅有直接使用价值，也颇有理念上的深刻启发性。 当今，力学等领域发展的各种数值计算方法均可为工程结构分析乃至优化 设计提供有效的服务。从现在的观点看，材料力学实际是关于杆件的变形体力 学，结构力学则是杆件体系的变形体力学。如果说二者都是研究天然有限元的 变形体力学，那么，有限元方法则是从天然有限元（轴力杆、梁等）向人造有限元 (膜、板、壳、块体等)变形体力学的延伸。 从这个角度来看铁木辛柯与杨的《结构理论》，可以看到这本书是颇有前瞻 性的。本书在1965年的再版序言里特别强调了结构分析的矩阵法和动载荷计 算。话虽简练，却很有远见。 从1945年出版第1版到1965年出版第2版的20年间，力学取得了很多重 大进展，为工程和其他学科作出了很大的贡献。其中，在那个时期出现的有限
结构理论 元方法就以矩阵法为重要工具。无论结构分析的矩阵法还是动力分析，从1965 年以后又有了巨大的发展。至今又过去了将近40年，包括有限元方法在内的各 种数值计算方法已经获得了广泛的应用，达到了无论科学还是技术须臾都不能 离开它们的境界。 不难想象，从1945年到现在的近60年间，这本书为工程界和力学界人才的 培养，在结构力学方面作出了极其重要的贡献，因此有理由相信，这本翻译书 将为中国相关专业的大学生们提供一本有益的参考书。 也许伴随着计算机技术的不断发展和使用，今后结构理论教材的内容会有 更多的取舍和重组，但是基本的原理非但不会减弱，反而还会进一步加强，例 如矩阵法、动力分析、能量原理和方法，会对其进行重点阐发。同时，工程的 直觉和力学的概念也要更加突出。因此，经典著作会放射出永不泯灭的光芒。 隋允康 写于北京工业大学 装 的
译者序 由铁木辛柯(S.P.Timoshenko)教授和杨(D.H.Young)教授合著的《结构理论》(1965年， 第2版)，作为一本工科结构力学教科书，在世界范围内得到广泛的推崇和认可。面世半个 多世纪以来，已经惠及几代读者，被多次以各种语言和版式印制，已经成为本领域内一部名 副其实的经典著作。在科学技术飞速发展的今天，愈发显示出它的独特价值。我们相信，本 书中文版的问世，将会对读者正确理解和掌握结构力学的知识有所帮助；同时，对我国结构 力学教学和科研工作起到借鉴作用。 原书是为工程专业的本科生和一年级研究生编写的一本教材。作者之一一铁木辛柯教授 是一位特别注重解决工程实际问题的力学专家。本书通篇贾穿了理论联系实际、注重工程应用 的学术思想；在保持内容完整性和知识系统性的前提下，特别关注工程实际问题的处理。本书 用大量的篇幅介绍工程问题的模型化和各种分析方法。例如，对于工程中经常通到的结构形式 和载荷状况如何建模、如何选取适当的分析方法以及对计算结果的检验和判断等问题，都进行 了详细的讨论。对于结构力学问题的各种研究方法，通过实例详细介绍了分析步骤，并由特殊 示例归纳到一般原理，这非常有利于读者特别是初学者学习和掌握本课程的核心知识。 本书主要内容酒盖了桁架、刚架、拱和连续梁等结构形式的静力学和动力学。阐述了各 种结构在静定和超静定状态下的内力、变形和影响线的分析方法和能量原理；介绍了结构动 力学的基础知识和结构理论的最新发展，特别是对当时刚刚萌芽的计算机分析方法给予了特 别关注。本书的知识体系与沿袭至今的结构力学教材基本一致。 本书的编写体系以研究问题的类型为主线展开，根据知识本身的内在联系划分章节，由 浅入深，逻辑性强，推理缜密。这样可避免学生陷入学习的死角—一只注意方法本身的按步 推算，忽略对研究问题的整体把握。作为大学教材，本书的内容编排非常符合循序渐进的学 习规律；也适合于包括在校大学生和工程技术人员在内的读者作为自学教材。 本书在翻译时，删除了原书第4章关于空间桁架和第11章桥梁结构分析的内容（本书的 第4、5、6、7、8、9章，为原书的第5、6、7、8、9、10章；第10章为原书的第12章。)， 因为前者的处理方法与平面桁架基本一致；而后者已经发展成为专门的学科。力和长度等物 理量译稿采用了原书中所使用的符号以及英制单位，为了方便读者阅读，我们在书后附加了 英制单位与国际单位的换算表。 本书译者分工如下：第1章、第2章、第6章、第7章、第8章、第10章和附录由叶 红玲译；前言、第3章、第4章、第5章、第9章由杨庆生译。全部译稿由杨庆生和叶红玲 采用互译互校的方法共同校对。隋允康教授为本书翻译撰写了序。研究生李智健、白海波、 许芳、王海明、李春江、刘君等参加了文稿的初译，在此一并表示衷心感谢。 由于时间仓促和译者水平的限制，书中可能存在一些不足之处，欢迎广大读者批评指正。 译者 于北京工业大学
原著前言 这是《结构理论》的第2版，和第1版一样，它主要是作为土木工程大学生 和一年级研究生的结构分析课程的教村。为达到这个目的，本书非常注重各类 结构的分析方法与其基本原理的紧密联系。只有深入地理解这些基本原理，工 程师才能成功地将分析方法应用于他们在现代社会面临的经常变化的问题。 本书大略地分为两部分：第1部分处理静定结构；第2部分处理超静定结 构。按此安排，前4章依次处理静力学基础（主要是几何静力学）、静定平面析 架、梁与桁架的影响线、静定空间桁架。接下来，第5章和第6章处理弹性系 统相关的基本定理及其在梁、桁架位移计算上的应用。再下面的几章依次处理 超静定桁架、拱和刚架的分析。最后几章介绍结构分析的矩阵法、筋条悬索桥 分析和结构动力学。 在第2版中，前7章基本和第1版保持一致。关于拱和刚架的第8章和第9 章则完全重写。基于最小功定理和弹性中心的概念，现在对拱的处理已经简化。 加入了使用弹性中心概念分析门式刚架的若干文献。在重写的章节，关于连续 梁和刚架分析的斜率一挠度方程的使用已经扩展到非等截面构件系统，并给出 许多例题。 自从本书首次问世(1945年)以来，结构分析的两个方面变得非常重要，即 公式表示的矩阵方法和动力载荷作用下的结构分析。它们都是非常宽泛的课题， 有许多现成的书籍可以参考。这里的第10章和第12章仅是这些课题的介绍， 但是我们希望这能鼓励读者在这些方向上继续研究。 致谢（略） S.P.Timoshenko D.H.Young 8远