目录

上 篇

模块1  认知工程力学 3

1.1    工程力学的研究对象与任务 4

1.1.1 土木工程与力学 4

1.1.2    工程力学的研究对象 4

1.1.3    工程力学的任务 5

1.1.4    工程力学的主要研究方法和课程的学习方法 6

1.2    荷载的分类 6

1.2.1    荷载的概念 6

1.2.2    荷载的分类 7

1.3    刚体和变形固体的概念 8

1.3.1 刚体 8

1.3.2    变形固体 8

1.4   结构的计算简图与实验模型 9

1.4.1    计算简图 9

1.4.2 实验模型 12

模块小结 14

实验与讨论 14

习题 15

模块2    静力学基础  17

2.1    力的基本知识  18

2.1.1    基本概念  18

2.1.2    静力学基本公理  19

2.2    力在直角坐标轴上的投影  22

2.2.1    力在平面直角坐标轴上的投影  22

2.2.2    合力投影定理  24

2.3    力矩  24

2.3.1    力矩的概念  24

2.3.2 合力矩定理 25

2.4    力偶  26

2.4.1    力偶的概念  26

2.4.2 力偶的性质 27

2.5    约束与约束反力  28

2.6 物体的受力分析与受力图 33

模块小结 36

实验与讨论 37

习题 38

模块3    平面一般力系的简化与平衡  42

3.1 平面一般力系的简化 43

3.1.1 力系等效与简化的概念 43

3.1.2 力的平移定理 43

3.1.3    平面汇交力系的简化  44

3.1.4 平面力偶系的简化 45

3.1.5 平面一般力系的简化 46

3.1.6 平面一般力系的简化结果分析 47

3.2    平面一般力系的平衡  48

3.2.1    平面一般力系的平衡条件与平衡方程  48

3.2.2 几种特殊平面力系的平衡方程 51

3.3    简单刚体系统的平衡问题  53

模块小结 55

实验与讨论 56

习题 57

模块4    平面图形的几何性质  59

4.1    计算平面图形的形心  60

4.2    面积矩  63

4.2.1    面积矩的定义  63

4.2.2    面积矩与形心位置坐标的关系  63

4.2.3    计算面积矩  63

4.3    惯性矩  64

4.3.1    惯性矩的定义  64

4.3.2    简单图形对形心轴的惯性矩  64

4.4    平行移轴公式和组合截面的惯性矩  66

4.4.1    平行移轴公式  66

4.4.2    组合截面的惯性矩  67

模块小结 69

实验与讨论 70

习题 70

模块5    分析杆件的内力  72

5.1    杆件的基本变形及其特点  72

5.1.1 轴向拉伸与压缩 73

5.1.2 剪切 73

5.1.3    扭转  74

5.1.4 平面弯曲 74

5.2 内力与截面法 75

5.2.1    内力的概念  75

5.2.2 截面法 75

5.3 分析轴向拉伸和压缩杆件内力 76

5.3.1 计算轴力 77

5.3.2    轴力图  78

5.4 分析扭转轴的内力 80

5.4.1    功率、转速与外力偶矩之间的关系 80

5.4.2 扭矩和扭矩图 80

5.5    分析梁的内力  82

5.5.1    梁的内力  82

5.5.2 剪力图和弯矩图 85

5.5.3    弯矩、剪力和载荷集度间的关系及其应用 90

5.5.4    用叠加法画弯矩图  94

模块小结 98

实验与讨论 99

习题 99

模块6    计算轴向拉(压)杆的强度与变形  103

6.1    工程中的轴向受拉(压)构件 103

6.2    工程中的轴向受拉(压)构件的应力 104

6.3    轴向受拉(压)构件的变形 106

6.4    材料在拉伸和压缩时的力学性质 109

6.4.1    材料在拉伸时的力学性质 109

6.4.2    材料在压缩时的力学性质 111

6.4.3    塑性材料和脆性材料的比较 112

6.4.4    许用应力与安全系数 113

6.5    轴向拉(压)杆件的强度条件 114

6.6    应力集中的概念 116

6.7    连接件的实用计算 117

6.7.1  剪切的概念及工程实例 117

6.7.2    剪切的实用计算 118

6.7.3    挤压的实用计算 119

6.7.4 实用计算举例 120

模块小结 123

实验与讨论 124

习题 126

模块7    计算扭转的强度与刚度  128

7.1  工程中的受扭构件 128

7.2    计算圆轴扭转时的应力与变形 129

7.2.1 横截面上的应力 129

7.2.2 计算极惯性矩和扭转截面系数 131

7.2.3 圆杆扭转时的变形 131

7.2.4    切应力互等定理和剪切胡克定律 131

7.3  圆轴扭转时的强度条件与刚度条件 132

7.3.1  圆轴扭转时的强度条件 132

7.3.2  圆轴扭转时的刚度条件 133

模块小结 134

实验与讨论 134

习题 135

模块8    计算梁的强度与刚度  136

8.4.5 校核梁的刚度 151

8.5    梁的主应力和主应力轨迹线 152

8.5.1    应力状态的概念和分类 152

8.5.2  梁上任一点应力状态的分析 153

8.5.3    梁内主应力及主应力迹线 155

模块小结 156

实验与讨论 157

习题 159

模块9    计算压杆的稳定性  161

9.1    稳定问题的提出 161

9.1.1 工程中的稳定问题 161

9.1.2 压杆的稳定平衡与不稳定平衡 163

9.2 细长中心压杆的临界力 165

9.2.1    两端铰支细长压杆 165

9.2.2  其他支承形式压杆的临界力 165

9.3    压杆的临界应力、临界总应力图  166

9.3.1 临界应力 166

9.3.2    欧拉公式的适用范围 167

9.3.3    超出比例极限时压杆的临界应力 167

9.4  计算压杆的稳定性 170

9.4.1    稳定条件 170

9.4.2    计算压杆的稳定性 173

9.5    提高压杆稳定性的措施 177

模块小结 179

实验与讨论 179

习题 180

模块10    分析平面体系的几何组成 185

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10.1    几何组成分析的目的  185

10.2    计算体系的自由度  186

10.3    几何不变体系的简单组成规则  188

10.3.1    二元体规则 188

10.3.2    两刚片规则 188

10.3.3    三刚片规则 189

10.3.4    瞬变体系 190

10.4    几何组成分析示例  190

10.5 几何构造与静定性的关系 193

模块小结 194

实验与讨论 194

习题 195

模块11    计算静定结构的内力  196

11.1 计算静定梁的内力 197

11.1.1    静定梁的类型 197

11.1.2 静定梁内力符号规定 198

11.1.3 内力与外荷载的关系 199  

11.1.4 计算单跨静定梁的内力 200

11.1.5 计算多跨静定梁的内力 201

11.2 计算静定刚架的内力 204

11.2.1 刚架的特点 204

11.2.2    计算刚架的内力 205

11.3 计算静定平面桁架的内力 206

11.3.1 桁架的特点 206

11.3.2 计算桁架的内力 207

模块小结 211

实验与讨论 211

习题 212

模块12    计算静定结构的位移  215

12.1    虚功原理  216

12.1.1    广义力与广义位移 216

12.1.2    变形体的虚功原理 217

12.2    结构位移计算的一般公式  218

12.2.1    单位荷载法 218

12.2.2    单位荷载的设置 219

12.3    计算荷载作用下静定结构的位移  220

12.3.1    计算静定梁、静定刚架的位移  220

12.3.2    计算静定桁架的位移 224

12.4    计算支座移动时静定结构的位移  225

模块小结 225

实验与讨论 226

习题 227

模块13    力法计算超静定结构内力  229

13.1    超静定结构概述  230

13.1.1 超静定结构的特点 230

13.1.2    超静定次数的确定 230

13.2    力法的基本原理  232

13.2.1 基本结构 232

13.2.2    基本未知量 232

13.2.3 基本方程 232

13.2.4 典型方程 233

13.3    力法的计算步骤和示例  235

13.3.1 力法的计算步骤 235

13.3.2 力法的应用举例 235

13.4    对称性的利用  237

13.4.1 对称结构 237

13.4.2   正对称荷载和反对称荷载 238

13.4.3 半结构法 241

13.5    计算超静定结构的位移和校核最后内力图  243

13.5.1 计算超静定结构的位移 243

13.5.2  校核超静定结构最后内力图 245

模块小结 247

实验与讨论 247

习题 247

模块14    位移法计算超静定结构内力  250

14.1    位移法的基本原理  251

14.2    位移法的典型方程  253

14.2.1    基本未知量 253

14.2.2    基本结构 255

14.2.3    基本方程 256

14.2.4    典型方程 257

14.3    位移法的计算步骤和示例  259

14.4    对称性的利用  268

模块小结 271

实验与讨论 271

习题 272

模块15    力矩分配法计算超静定结构内力  275

15.1    力矩分配法的基本概念  275

15.2    用力矩分配法计算连续梁和无结点线位移刚架283

模块小结 289

实验与讨论 289

习题 290

模块16    绘制与应用结构影响线  291

16.1 影响线概述 292

16.1.1    工程中提出的问题 292

16.1.2 影响线的概念 292

16.2 绘制影响线 293

16.2.1    静力法绘制影响线 293

16.2.2 机动法绘制影响线 296

16.3 影响线的应用 299

16.3.1    利用影响线求量值 299

16.3.2   铁路和公路的标准荷载制 301

16.3.3 求荷载的最不利位置 302

16.4 简支梁的内力包络图和绝对最大弯矩 304

模块小结 309

实验与讨论 309

习题 310

参考文献 313

附录1    主要符号表  314

附录2    型钢规格表(GB/T706—2016)  315