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出版者:清华大学出版社

作者:雷钟和 编

出品人:

页数:522

译者:

出版时间:2005-7

价格:41.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040166958

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工程结构设计与分析：理论基础与实践应用 本书旨在为土木工程、结构工程及相关领域的研究人员、工程师和高年级学生提供一套全面、深入的结构设计与分析的理论框架与实践指南。全书内容涵盖了从基本力学原理到复杂结构系统分析的广阔领域，旨在培养读者扎实的理论功底和解决实际工程问题的能力。 第一部分：结构分析的基石 本部分着重于奠定结构力学分析的理论基础，确保读者对作用在结构上的各种荷载、材料的本构关系以及结构的平衡条件有清晰的认识。 第一章：材料力学基础回顾与扩展 本章首先回顾了工程材料的基本力学性能，包括弹性、塑性、蠕变和疲劳特性。重点深入探讨了各向异性材料的本构关系，如纤维增强复合材料的应力-应变描述。随后，引入了广义胡克定律在三维应力状态下的应用，并详细阐述了基于能量方法的变分原理（如虚功原理、最小势能原理）在结构平衡问题求解中的重要性。本章通过一系列经典算例，展示了如何利用这些基础理论来准确预测构件在复杂应力场下的响应。 第二章：静定与超静定结构的分析方法 本章系统梳理了静定结构（如梁、桁架、框架）的内力求解方法，包括力的平衡方程和力矩平衡方程的建立与求解。随后，重点转向超静定结构分析。除了传统的力矩分配法和荷载分配法外，本章投入大量篇幅介绍位移法（力法）的系统化应用。详细阐述了超静定度的确定、基本系统（零力图）的建立，以及如何利用一致性条件（如卡氏第二定理和修正的虚功原理）求解冗余约束力。本章特别讨论了温度变化、支座沉降等非荷载作用对超静定结构内力分布的影响。 第三章：线弹性结构系统的矩阵分析 针对现代工程中结构规模的增大和求解复杂度的提高，本章全面引入结构力学矩阵方法。首先，详细推导了单元刚度矩阵（梁单元、桁架单元）的建立过程，强调位移函数（插值多项式）的选择对精度和收敛性的影响。接着，系统阐述了整体刚度矩阵的组装过程，包括如何处理边界条件（直接消元法、罚刚度法）。最后，通过程序化的思路，指导读者如何利用矩阵方程 $mathbf{K} mathbf{u} = mathbf{P}$ 求解节点位移，进而计算单元内力和应力。本章提供了基于有限元思想的初步概念，为后续高级分析打下坚实基础。 第二部分：先进结构单元与构件分析 本部分将分析焦点从理想化的梁、桁架扩展到更具工程实际意义的构件类型，如薄壁结构和厚度方向有变化的构件。 第四章：梁的弯曲理论深化 超越欧拉-伯努利梁理论的适用范围，本章深入探讨了铁木申科梁理论，考虑了剪切变形对短梁和厚梁的影响，并推导了其运动方程。随后，详细分析了任意截面梁的应力分布，特别是中和轴的确定，以及在偏心荷载作用下的组合应力计算。本章还包括对屈曲现象的初步探讨，为后续稳定性分析做铺垫。 第五章：薄壳与薄板的应力分析 本章聚焦于薄板和薄壳结构，这些结构在航空航天、压力容器和大型屋顶结构中广泛应用。对薄板挠度与应力，详细推导了均匀弯曲和扭转的微分方程，并介绍了经典的解析解法，如矩形板的三角级数解法。对于薄壳结构，引入了薄膜理论和弯曲理论的基本假设，特别是对圆形拱和圆柱壳的内力分布进行了详细的分析，强调了边界条件在确定壳体行为中的决定性作用。 第六章：结构动力学导论 本章为结构动力学奠定基础。首先定义了自由度和广义坐标，并基于拉格朗日方程建立了多自由度体系的运动微分方程。重点分析了无阻尼和有阻尼单自由度体系的自由振动和受迫振动响应，包括瞬态响应和稳态响应。对多自由度体系，本章详细讲解了特征值问题（固有频率和振型）的求解，并引入了模态叠加法，为地震工程和冲击荷载分析提供必要的工具。 第三部分：结构可靠性与性能化设计 本部分将理论分析的成果转化为实际工程设计准则和可靠性评估方法，关注结构的长期性能和安全性。 第七章：结构稳定性分析 本章深入研究了结构的失稳问题。详细讨论了欧拉屈曲公式的推导及其适用性。针对实际工程中的不完善性（初始弯曲、偏心荷载），引入了非线性稳定性理论，包括临界荷载的确定和后屈曲分析的概念。对于框架结构，本章强调了侧向刚度对整体稳定性的影响，并介绍了李特尔法等现代工程稳定性校核方法。 第八章：极限承载力与塑性分析 超越弹性分析，本章探讨结构达到其最大承载能力的极限状态。对于塑性铰的形成和分布，详细讨论了塑性铰理论在简单梁和框架上的应用，特别是塑性极限荷载的求解。本章引入了塑性铰链机制法和塑性上限定理，用以评估结构在荷载作用下的最终破坏模式。同时，讨论了材料的弹塑性本构关系在有限元分析中的实现。 第九章：可靠性理论与概率设计 现代工程设计日益重视结构的可靠性指标。本章介绍可靠性分析的基本概念，包括极限状态函数、安全储备系数。重点阐述了一阶矩方法（FORM）和二阶矩方法（SORM），用于计算结构失效概率。本章还讨论了荷载和结构抗力参数的统计特性，以及如何基于可靠性指标设计所需的抗力分项系数和荷载分项系数，为设计规范的理解和应用提供理论支撑。 第四部分：现代分析技术与应用实例 本部分面向前沿的计算方法和具体的工程案例，展示如何利用先进工具解决复杂的结构问题。 第十章：有限元分析的高级应用 本章着眼于结构分析的计算工具。在回顾了梁单元和板单元的刚度推导后，重点讲解了三维实体单元（四面体、六面体单元）的构建和应用。讨论了单元选择对计算结果的敏感性，以及网格划分对精度和计算效率的影响。本章还包括对接触问题、大变形分析和非线性材料模型的有限元处理方法。 第十一章：工程实例与结构优化 本章通过几个跨越不同结构类型的实际案例（如大跨度空间桁架、高层建筑抗风设计），演示前述分析方法的综合应用。分析过程将严格遵循“建模—求解—后处理”的流程，并强调对结果的工程判断和敏感性分析。最后，简要介绍了基于性能的目标函数设定和约束条件下的结构优化设计理念，旨在引导读者从“分析”走向“最优设计”。 本书的特点在于其理论深度与工程实践的紧密结合。通过严谨的数学推导和丰富的工程实例，本书致力于使读者不仅掌握“如何计算”，更能理解“为何如此计算”，从而具备独立解决复杂工程结构设计与分析问题的能力。

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作为一个已经工作几年，但需要重新回顾和学习结构力学的工程师，我对于教材的选择非常挑剔。我需要的不是那种针对大学新生的“扫盲”读物，而是能够帮助我快速、高效地查漏补缺、建立系统知识体系的工具书。这本书完美地满足了我的需求。它的章节划分逻辑清晰，知识点覆盖全面，最关键的是，它对每一个知识点的提炼总结能力极强。在讲解复杂定理时，它会用简洁精炼的语言概括出核心精髓，随后立刻跟上一个经过精心挑选的、能体现该理论应用精髓的算例。这种“理论精要 + 典型应用”的模式，极大地提高了我的学习效率。我不再需要花大量时间去消化冗余的文字描述，而是能迅速抓住要点，并通过实际案例巩固理解。此外，书中的附录部分对于查阅和复习也极为友好，各种常用的基本结构形式的内力和位移公式都整理得井井有条，是案头必备的参考手册。

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我是一个对“美感”和“阅读体验”要求比较高的读者。很多专业书籍的排版和印刷质量简直是对视觉的折磨，厚重的文字堆砌在一起，让人看一眼就失去了阅读的欲望。然而，这本书在装帧和版式设计上绝对是专业书籍中的一股清流。清晰的字体选择，合理的行距与页边距，使得长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳。更重要的是，作者在内容组织上体现出一种克制的美学。公式推导部分，步骤之间的逻辑跳跃点都处理得非常平滑，很少出现“凭空跳跃”的情况，读起来行云流水，思维的连贯性得到了最大程度的保证。它似乎在用一种更“人性化”的方式来传授硬核的知识，让学习的过程本身也成为一种享受。这种对细节的打磨，体现了编者对读者体验的尊重，绝对是加分项，让人愿意主动沉浸其中。

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说句实在话，学习结构力学最大的难点在于其强烈的抽象性和对空间想象力的要求。我以前总是对着那些受力图和变形图发呆，想象不出物体内部究竟发生了什么。这本书在这方面做得极其出色，它的讲解方式颠覆了我以往的学习体验。作者似乎总能预判到我们在哪个环节会产生困惑，并提前准备了非常巧妙的“可视化”工具。书中对各种结构的自由度分析、静力学平衡的几何解释，都采用了非常直观的图形辅助，甚至对某些复杂的结构体系，还配有辅助性的剖面图，将三维受力状态清晰地剖析在了二维平面上。这种“把抽象概念具象化”的处理手法，极大地降低了理解门槛。它不是单纯地罗列公式，而是真正地在“教你如何看”一个结构，如何用工程的眼光去剖析它，这比单纯的计算能力培养更为重要和长远。这本书，无疑是一把开启结构思维的钥匙。

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老实说，我买过好几本市面上的力学教材和辅导书，但大多都流于表面，或者内容过于陈旧，根本跟不上现在工程实践的需求。这本《结构力学学习指导》却给我带来了耳目一新的感觉。它在理论讲解上做到了既扎实又与时俱进。作者在介绍经典理论时，比如力的概念、平衡方程的建立，都处理得非常细致，但绝不拖沓。更难能可贵的是，书中融入了大量现代结构分析的思想和方法，比如对材料非线性、大变形等复杂问题的探讨，虽然只是点到为止，却为读者打开了一扇通往更深层次学习的大门。我尤其欣赏它在图示化方面下的功夫。很多复杂的受力分析图，通过这本书的排版和图例展示，瞬间变得一目了然，这对于依赖视觉学习的人来说简直是福音。它不是一本冷冰冰的公式汇编，而更像一位经验丰富、循循善诱的导师，在你需要帮助时适时伸出援手，引领你跨越难关。

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这本书简直是结构力学的救星！我一直觉得这门课像一座大山，高深莫测，各种公式和理论层出不穷，让人望而生畏。直到我接触到这本书，才发现原来学习可以这么有条理、这么清晰。作者似乎深谙我们这些初学者的痛点，从最基础的概念入手，循序渐进地搭建知识框架。每一个概念的引入都伴随着详尽的解释和生动的比喻，让那些抽象的力学原理变得触手可及。最让我惊喜的是，书中的例题设计得非常巧妙，它们不仅仅是公式的简单套用，更像是思维训练的路径图。解题过程的每一步都交代得清清楚楚，不仅仅告诉你“怎么做”，更重要的是告诉你“为什么这么做”。这种深度的剖析，让我不再满足于机械地套用公式，而是真正开始理解背后的力学思想。读完这本书，我感觉自己像是被点亮了，对结构力学的恐惧感烟消云散，取而代之的是一种掌控知识的自信。对于正在结构力学泥潭中挣扎的朋友们，我真心推荐这本书，它绝对能帮你找到方向，攀上新的高度。

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