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出版者:东华大学出版社

作者:吴宏礼

出品人:

页数:420

译者:

出版时间:2007-3

价格:49.00元

装帧:

isbn号码:9787811111750

丛书系列:

图书标签:

• 土木工程
• 力学
• 结构力学
• 材料力学
• 工程力学
• 建筑工程
• 岩土力学
• 弹性力学
• 有限元
• 计算力学

建筑的基石：结构力学原理与应用 内容提要 本书深入探讨了结构力学这一土木工程领域的核心学科，旨在为读者构建扎实、系统的理论基础，并掌握解决复杂工程问题的实用技能。全书内容覆盖了从基本的静力平衡分析到复杂的结构动力响应，内容详实，逻辑清晰，图文并茂，是结构工程专业学生和初级工程师的理想参考读物。 第一章 结构力学的基本概念与研究范围 本章首先界定了结构力学的研究范畴及其在土木工程中的地位，阐述了结构、荷载、支座和约束等基本要素的定义。重点分析了理想化模型在工程分析中的作用，包括理想线弹性材料假设、几何理想化以及结构体系的简化。此外，本章详细介绍了结构分析中常用的物理量，如应力、应变、位移的概念及其单位体系。通过对静定结构与静不定结构的初步划分，为后续章节的深入分析奠定了概念基础。对结构失稳（如构件的屈曲）现象进行了定性描述，强调了在弹性极限内进行分析的重要性。 第二章 构件的内力分析 内力是结构安全性和稳定性的关键指标。本章集中于构件内力的求解方法。首先，通过“截面法”系统讲解了轴力、剪力和弯矩的基本概念和正负号规定。随后，详细推导并应用了梁的内力方程，并结合实例演示了如何绘制梁的内力图（剪力图和弯矩图），包括集中力、分布荷载及力偶作用下的情况。对于桁架结构，本章介绍了“结点法”和“截面法”的详细应用步骤，强调了在分析桁架时，如何利用力的平衡条件精确求解杆件的内力。对于框架结构，本章引入了超静定结构的初步概念，并探讨了如何利用位移法或挠度理论来辅助理解和简化这类结构的内力分配。 第三章 结构变形分析：位移与刚度 结构在受力后必然产生变形，而变形的控制是结构设计的另一核心要素。本章从材料本构关系出发，引入了应力-应变关系，特别是胡克定律在工程中的应用。随后，详细阐述了结构变形的计算方法，包括： 1. 虚功原理（单位力法）：详尽推导了虚功原理的数学表达式，并将其应用于求解梁、桁架的位移和转角。通过引入虚设单位荷载，系统演示了该方法在静定和静不定结构分析中的通用性。 2. 弹性位能原理与最小势能原理：从能量守恒的角度阐述了结构平衡的判据，为后续引入更高级的结构分析方法（如有限元法的基础）做了铺垫。 3. 挠度和转角的计算：专门针对梁结构，详细介绍了积分法（Double Integration Method）和弯矩累积图法（Area Moment Method），这些方法是经典结构分析中处理悬臂梁和简支梁变形的常用工具。 第四章 静不定结构的分析方法 静不定结构（超静定结构）由于其结构内部的约束超出了维持平衡所需的最低数量，其内力分析不能仅依靠平衡方程。本章系统介绍了求解静不定结构的主要方法： 1. 位移法（力法）：详细介绍了力法的基本步骤，包括选择多余未知量、建立基本体系、应用兼容性方程（位移或转角相等）求解多余力，并最终确定内力。书中通过大量实例对比了单次静不定和多次静不定结构的求解流程。 2. 挠度与力法的结合：探讨了在力法分析中，如何利用第三章学到的变形计算来构建兼容性方程，特别是处理温度应力、支撑沉降等非荷载引起的变形对内力的影响。 3. 基本概念回顾：重申了静不定结构的冗余度概念及其对结构稳定性的潜在影响。 第五章 结构稳定性分析——欧拉公式与屈曲 结构稳定性问题是关于结构在轴向荷载作用下，从稳定平衡状态过渡到不稳定的临界状态的研究。本章聚焦于杆件的失稳问题： 1. 细长杆的稳定性：详细推导了欧拉屈曲公式，分析了临界荷载的计算方法。 2. 有效长度系数与不同端部条件的分析：根据铰接、固定、自由等不同边界条件，详细定义了有效长度系数 $K$ 的取值范围及工程意义。 3. 临界应力与适用范围：讨论了欧拉公式的适用范围，引入了非弹性屈曲的概念，如合理利用了工程中常见的 J. C. P. 屈曲公式（如 Johnson 公式）来处理短柱和中等长度柱的稳定性问题。 第六章 材料的本构关系与应力状态分析 本章扩展了对材料特性的理解，并深化了对构件内部复杂应力状态的分析能力。 1. 广义胡克定律与泊松效应：在三维应力状态下，讨论了材料的各向同性假设，并引入泊松比，建立起应变与三向应力之间的完整关系。 2. 应力转换理论：重点介绍了莫尔应力圆（Mohr's Circle）在二维应力分析中的应用，用图形化方法直观展示了任意截面上的剪应力和正应力。 3. 失效准则：简要介绍了工程中常用的材料失效理论，如最大剪应力理论（Tresca 准则）和最大畸变能理论（Von Mises 准则），这些是理解结构破坏模式的基础。 第七章 结构动力学基础与地震作用分析 针对现代高层、大跨度结构对风荷载和地震作用的响应需求，本章引入了动力学基础概念。 1. 单自由度体系的自由振动：推导了基本振动方程，定义了固有频率、自振周期和阻尼比的概念。 2. 系统的受迫振动：分析了简谐荷载作用下的响应，特别是共振现象的危害性。 3. 地震作用的简化模型：将地震作用简化为等效的地面加速度或采用反应谱法进行初步分析，强调了结构动力特性与地震波特性的匹配关系。 附录 附录部分提供了结构分析中常用的材料参数表、截面几何性质速查表，以及常用数学工具（如积分公式、矩阵求逆的简化步骤）的复习材料，方便读者在实际工程计算中快速查阅和应用。 本书特点 本书不仅注重理论推导的严谨性，更强调工程应用的直观性。大量精选的例题和习题覆盖了从静定到静不定的各类结构，帮助读者将抽象的力学原理转化为解决实际工程问题的能力。语言力求精确、清晰，避免了不必要的术语堆砌，确保读者能平稳地从基础概念过渡到复杂分析阶段。

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这本书的装帧设计得相当有质感，封面那种略带磨砂的质感，拿在手里沉甸甸的，让人感觉非常可靠。我最初翻开它的时候，是被它的排版吸引了。那种经典的教科书布局，字体清晰度极高，图文排布错落有致，即便是那些复杂的公式和受力图，也能一眼看出重点所在。初学者可能担心术语晦涩难懂，但这本书的编者显然在这方面下了大功夫，他们似乎总能找到一种更贴近直觉的解释方式来引入新的概念，而不是一上来就抛出冷冰冰的定义。比如，在讲解应力与应变的关系时，他们没有直接堆砌爱德华·霍奇金森爵士的理论，而是用了一个非常生动的桥梁例子，将抽象的力学行为具象化了，这对于我这种需要不断在理论和实际应用之间建立联系的读者来说，简直是醍醐灌顶。而且，书里大量的插图，不仅仅是示意图，很多简直就是艺术品，线条的粗细、阴影的运用，都恰到好处地突出了受力点和变形趋势，让我这个视觉学习者感觉非常受用。我特地对比了手头其他几本同领域的书籍，发现这本书在细节处理上的用心程度，确实让阅读体验提升了一个档次，它不只是一本工具书，更像是一本用心雕琢的工艺品。

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这本书在对复杂概念进行“可视化阐释”方面，可以说达到了一个新的高度。力学，特别是涉及到张量和多维应力状态的部分，往往是初学者的最大障碍。然而，这本书没有依赖于过于抽象的数学描述，而是大量使用了三维坐标系下的几何模型，比如著名的“莫尔圆”概念，它用二维截面上的应力状态来形象地表示三维空间中主应力的方向和大小，配合立体图示，让人豁然开朗。更有甚者，对于一些非常微妙的接触应力问题，书中甚至引入了类比法，比如用流体静力学中的压力分布来类比固体接触面的应力梯度变化，这种跨学科的类比，极大地激活了我的形象思维。它仿佛在告诉我，力学无处不在，不同的学科之间存在着深层的数学和物理联系。总的来说，阅读这本书的过程，更像是一场智力的探险，它不断地用清晰、直观的方式挑战你对空间和力的理解，让你在掌握精确计算的同时，也培养了强大的工程直觉。

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读完前几章后，我最深刻的体会是它的逻辑推进简直是教科书级别的严谨。作者似乎遵循着“由浅入深，步步为营”的黄金法则，从最基本的静力平衡原理讲起，每一个概念的引入都建立在前一个概念的坚实基础之上，几乎没有跳跃性的思维鸿沟。我记得有一部分涉及到空间桁架结构的平衡计算，那部分内容在其他教材中常常被简化处理，导致学生在面对实际工程问题时，总感觉抓不住关键的约束条件。然而，这本书用了足足十页的篇幅，不仅详细推导了所有外部载荷和内部反力的投影关系，还辅以了几种不同类型的边界条件分析，确保读者能清晰地理解每一个自由度是如何被限制的。特别是，它引入了一个“虚功原理”的简化应用作为辅助理解工具，这无疑大大降低了复杂系统分析的门槛。对我而言，这种层层递进的编排方式，让我不再需要频繁地回头翻阅前文，阅读的流畅性和吸收效率都得到了极大的提升。它不仅仅是在“教”你知识，更是在“训练”你的系统性思维，培养你像一个真正的工程师那样去拆解和分析问题的能力。

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与其他偏向理论推导的著作相比，这本书在“实际工程案例与规范的结合”方面做得尤为出色。作者显然深知，力学理论最终是要指导工程实践的。在介绍材料的本构关系和强度理论时，书中穿插了大量的“设计规范对比”小节。例如，在讨论材料疲劳极限时，书中没有停留在经典的S-N曲线分析上，而是引用了现行的国际结构设计规范中对安全系数和疲劳寿命的折减因子是如何确定的，并分析了这些规范背后的力学考量。这种将课堂知识与行业标准无缝对接的处理方式，极大地拓宽了我的视野。它让我意识到，我们学习的力学不仅仅是纸面上的理想化模型，更是指导现实世界中摩天大楼、桥梁等安全运行的基石。每一次看到这样的工程背景案例，我都会更加认真地对待每一个公式，因为我知道，这些数字背后牵动的是巨大的工程造价和无数人的生命安全，这为枯燥的数学推导赋予了厚重的责任感。

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这本书在习题设计上的独到匠心，绝对是其价值的另一大亮点。很多力学教材的习题往往是“套路化”的重复训练，解完一堆相似的题目，感觉并没有真正学会举一反三。但这里的习题设置，明显是经过了精心挑选和编排的。它巧妙地将理论知识点分散到不同场景的应用中去，比如，有一组关于弯矩图和剪力图的习题，它没有直接给出一个标准的简支梁，而是设计了一个带有集中荷载和均布荷载混合作用的悬臂梁，并且要求先用解析法求解，再用图解法验证，这就在同一个知识点上考察了学生两种不同的解题思维。更值得称赞的是，书后附带的解答部分，不仅仅给出了最终的数值答案，更重要的是，它提供了详尽的步骤解析和关键的物理意义阐述，这对于我这种“知其所以然”的学习者来说，比答案本身更有价值。它让我明白，在力学领域，理解计算背后的物理直觉，比单纯追求正确的结果要重要得多。这种高阶的习题设计，无疑是提升实战能力的关键。

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