土木工程力学（第3版）

目　录

第3 版前言

绪论.................................... 1

第一篇　静力学基础

第一章　力与力系的基本概念.... 5

第一节　力、力系的概念及力的基本性质........... 5

第二节　力矩与合力矩定理...... 8

第三节　力偶及其性质....... 10

第四节　平衡的概念........ 11

思考题............. 15

练习题............. 15

第二章　土木工程结构计算简图与受力图.......... 17

第一节　结构计算简图的简化原则和内容........... 17

第二节　土木工程中常见约束的计算简图及约束力......... 18

第三节　结点和杆件的计算简图.... 22

第四节　结构体系的简化...... 23

第五节　荷载的概念及分类..... 24

第六节　构件和结构的受力图.... 25

第七节　平面杆件结构....... 27

思考题............. 29

练习题............. 30

第三章　平面力系的平衡条件.... 31

第一节　力的投影和力在直角坐标轴上的分解......... 31

第二节　平面汇交力系的平衡条件及其应用......... 33

第三节　平面一般力系的简化.... 35

第四节　平面任意力系的平衡方程... 36

第五节　物体系统的平衡问题.... 38

第六节　考虑摩擦时的平衡问题及摩擦规律应用......... 41

思考题............. 44

练习题............. 44

第二篇　杆件内力、强度与稳定性计算

第四章　轴向拉(压)杆及受扭杆的内力计算......... 48

第一节　杆件变形的形式及基本假设... 48

第二节　轴向拉(压)变形与扭转变形实例. 50

第三节　轴向拉(压)杆的内力及轴力图.. 52

第四节　受扭杆的内力及扭矩图.... 54

思考题............. 56

练习题............. 57

第五章　梁的内力分析....... 59

第一节　平面弯曲的概念....... 59

第二节　单跨静定梁的内力及内力图... 60

第三节　用简捷法作梁的内力图.... 64

第四节　用叠加法绘制梁的弯矩图.... 67

第五节　作多跨静定梁的内力图.... 69

思考题............. 70

练习题............. 71

第六章　轴向拉(压)杆应力和强度条件........... 73

第一节　轴向拉(压)杆横截面上的应力与应力集中......... 73

第二节　轴向拉(压)杆的变形及位移... 76

第三节　土木工程力学中常用材料在拉伸和压缩时的力学性能...... 79

第四节　轴向拉(压)杆的强度条件及应用. 85

思考题............. 87

练习题............. 87

第七章　剪切与挤压........ 90

第一节　剪切与挤压的基本概念.... 90

第二节　普通螺栓连接实用计算.... 91

思考题............. 95

练习题............. 95

∗第八章　受扭圆轴的强度与刚度条件. 96

第一节　圆轴扭转时横截面上的应力和强度计算........... 96

第二节　圆轴扭转时的变形和刚度计算.. 99

思考题............. 101

练习题............. 101

第九章　梁的应力及强度条件.... 102

第一节　梁弯曲时的正应力计算公式.. 102

第二节　梁弯曲时正应力强度条件及其应用........... 109

第三节　梁弯曲时切应力强度条件及其

应用........... 116

第四节　改善梁抗弯强度的措施.... 124

思考题............. 129

练习题............. 129

第十章　平面应力状态分析及常用强度理论......... 132

第一节　平面应力状态分析...... 132

第二节　常用强度理论及其应用举例.. 141

思考题............. 146

练习题............. 147

第十一章　组合变形杆的强度计算.. 150

第一节　概述........... 150

第二节　斜弯曲计算........ 151

第三节　弯曲与拉(压)组合计算.... 155

第四节　偏心压缩与截面核心的概念.. 157

思考题............. 160

练习题............. 161

第十二章　压杆稳定计算...... 163

第一节　压杆稳定的基本概念..... 163

第二节　细长压杆临界力的计算公式.. 164

第三节　中长压杆的临界应力公式与临界应力总图......... 167

第四节　压杆的稳定条件及其应用... 168

第五节　提高压杆稳定性的措施.... 172

思考题............. 173

练习题............. 174

第十三章　影响线及其应用..... 175

第一节　概述........... 175

第二节　用静力法绘制单跨静定梁影响线.......... 175

第三节　用影响线求影响量值..... 178

第四节　最不利荷载位置的确定以及最大(最小)影响量值的计算.... 180

第五节　简支梁内力包络图及绝对最大弯矩......... 181

思考题............. 184

练习题............. 184

第三篇　静定结构的几何组成、内力与位移计算

第十四章　平面体系的几何组成分析. 187

第一节　几何组成分析的概念..... 187

第二节　平面体系的计算自由度.... 189

第三节　平面几何不变体系的组成规则.. 192

第四节　平面体系的几何组成分析示例.. 194

第五节　体系的几何特性与静定性的关系........... 197

思考题............. 198

练习题............. 199

第十五章　静定平面刚架、拱及桁架的内力分析........ 200

第一节　静定平面刚架....... 200

第二节　三铰拱.......... 205

第三节　静定平面桁架....... 211

第四节　静定组合结构的内力..... 218

第五节　静定结构的特性....... 219

目　录Ⅴ

思考题............. 220

练习题............. 220

第十六章　静定结构的位移计算与刚度校核........ 223

第一节　结构位移的概念....... 223

第二节　变形体的虚功原理...... 224

第三节　结构位移计算的一般公式及单位荷载法........ 227

第四节　荷载作用下的位移计算.... 228

第五节　图乘法.......... 232

第六节　静定结构支座移动时的位移计算......... 237

第七节　梁的刚度校核....... 238

第八节　线弹性结构的互等定理.... 240

思考题............. 241

练习题............. 242

第四篇　超静定结构的内力分析

第十七章　力法.......... 246

第一节　概述........... 246

第二节　力法的基本原理和典型方程.. 248

第三节　用力法计算超静定梁、刚架和排架结构......... 251

第四节　用力法计算超静定桁架和组合结构......... 255

第五节　对称性利用........ 258

第六节　超静定结构位移计算与最后内力图校核......... 263

第七节　支座移动时超静定结构的内力计算........... 266

第八节　超静定结构的特性...... 267

思考题............. 268

练习题............. 268

第十八章　位移法......... 271

第一节　概述........... 271

第二节　位移法的基本未知量及基本结构......... 272

第三节　转角位移方程、形常数和载常数.......... 273

第四节　位移法基本原理和典型方程.. 278

第五节　用位移法计算超静定梁、刚架及排架.......... 279

第六节　直接利用平衡条件建立位移法基本方程......... 283

思考题............. 285

练习题............. 285

第十九章　用力矩分配法计算连续梁与无侧移刚架....... 287

第一节　力矩分配法的基本概念.... 287

第二节　单结点的力矩分配法..... 290

第三节　多结点的力矩分配法..... 294

第四节　连续梁的内力包络图..... 298

思考题............. 301

练习题............. 301

第二十章　梁和刚架塑性分析基础.. 303

第一节　结构塑性分析的基本概念... 303

第二节　梁的极限荷载....... 309

第三节　矩形门架的极限荷载..... 317

思考题............. 320

练习题............. 321

附录A　平面图形的几何性质.... 322

第一节　静矩与形心........ 322

第二节　惯性矩与惯性积....... 324

第三节　平行移轴公式....... 327

思考题............. 330

练习题............. 330

附录B　型钢规格表........ 332

附录C　练习题部分参考答案.... 340

参考文献............. 3482100433B

本书是根据教育部提出的高职高专土建类力学课程的基本要求以及目前精品课程建设精神和示范性高职院校对教材建设的设想,并结合目前学生实际情况而编写的。全书分为四篇.共二十章.其主要内容有:静力学基础,静定结构的内力分析,杆件强度、刚度与稳定陛计算,超静定结构的内力分析。

本书可作为建筑工程、道路工程、市政工程、水利工程等专业的高职高专学生的教材,也町作为相关专业的初、中级工程技术人员与自学人员的参考用书。

《土木工程力学基础（多学时）（第 2版）》，2020年12月8日，被教育部办公厅公布为“十三五”职业教育国家规划教材。

本书第2版自2008年问世至今已经走过6个年头，承蒙很多高校材料力学教学第一线的老师和同学以及业余读者的关爱和支持，已经连续印刷了10次。 2012年获得清华大学优秀教材特等奖；同年，相应的教学成果获得北京市高等学校优秀教学成果一等奖。2012年本书第3版被列入 “十二五”普通高等教育本科国家级规划教材；2013年被批准为清华大学“985”三期名优教材建设项目立项。

最近的6年里，著者秉承不断提高课程重量、着力培养学生创新思维能力的教育与教学理念，先后在清华大学、南京航空航天大学、北京工业大学以及北京邮电大学从事“材料力学”研究型教学的研究与实践，坚持全过程讲授这门课程，授课对象每年约200名。在同事和同学们的支持与帮助下，对于教育和教学改革又有了一些新的体会和收获。材料力学（第3版）将着重反映6年来我们在研究型教学方面所取得的成果。主要有: 怎样在基于普遍提高教学质量的基础上，培养学生的创新思维能力；怎样提高课程的吸引力，增强课程教学的学术性；怎样挖掘基本教学内容的深度；怎样对传统内容中的某些概念、理论和方法加以改革和更新，突出挑战性。基于此，本书第3版修订的主要内容有以下几方面。

第一，调整了部分章节，将材料的力学性能从“第2章 轴向载荷作用下杆件的材料力学问题”中独立出来，形成“第3章 常温静载下材料的力学性能”； 重写了“剪力图与弯矩图”作为第6章；将原来的第6章分为3章: “第7章 平面弯曲正应力分析与强度设计”和“第8章 弯曲剪应力分析与弯曲中心的概念”以及“第9章 斜弯曲、弯曲与拉伸或压缩同时作用时的应力计算与强度设计”；将原来的第8章分为: “ 应力状态与应变状态分析”和“一般应力状态下的强度设计准则及其工程应用”，分别列为第11章和12章；将原来的12章也分为两章: “动载荷与动应力概述”和“疲劳强度与构件寿命估算概述”，分别列为第16章和第17章。

第二，增加了部分教学内容，主要有: 部分非金属材料的力学性能；梁的位移叠加法中的逐段刚化法；应变分析；细长压杆实验结果；线性累积损伤与疲劳寿命估算等。

第三，将力系简化的方法引入横截面的内力分析，改革传统剪力图与弯矩图的画法。

第四，正确处理变形与位移概念的联系与区别，将确定梁的转角和挠度的章节名改为“梁的位移分析与刚度设计”。

第五，在部分章节引入“反问题”: 相对于正问题，反问题的解答不是唯一的，通过对于反问题的思考，一方面可以加深对于正问题的理解；另一方面可以激励创新思维。

第六，在部分章节设计了“开放式思维案例”作为学生课外学习和研究的资源。最近几年的教学实践表明，这对于刺激思维鼓励创新是一种有效的措施。材料力学（第3版）第七，增加了若干工程案例以及灾难性工程事故的力学解析。

第八，增加和改变了部分例题和习题。

随着课程研究型教学在更多高校开展、深入和发展，材料力学的课程教学以及教材建设还会遇到一些新问题，我们将一如既往地坚持“在教学中研究，在研究中教学”，以不断提高人才培养质量为己任，在教学实践的基础上，不断提高材料力学教材的质量。

这一版的初稿于2012年下半年—2013年上半年在国内完成；2013年7—8月在加拿大多伦多定稿。定稿期间，得到旅加的赵渊先生和范心明女士的大力支持和协助，在本书出版之际，著者谨表诚挚谢意。

诚挚地感谢广大读者对本书的关爱，希望大家对本书的缺点和不足提出宝贵意见。

范钦珊2014.1.11

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