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前 言
本教材是土木工程本科生"结构力学III"和研究生"高等结构的计算机方法"课程所用的系列教材之一, 是在本科"结构力学I. II" 与"结构分析程序设计"的基础上对内容进行的总结与深化, 并将狭义结构力学层面向广义结构力学和现代结构力学层面进行拓展.

所谓结构概念分析, 是在对基础力学课程中所学内容的共同特点进行抽象. 概括与总结的基础上, 着重从概念上分析各类结构的构造和受力特点, 而后借助计算机对各种类型结构进行变形. 内力的计算, 通过这些计算结果的分析与展现, 使读者真正了解各类结构的特性, 最后将其应用到工程结构的设计中, 这正是本书写作的目的之一.

概念分析可帮助人们分清主次, 抓住关键. 例如本书中对高层建筑结构的分析, 就是通过从受力特点和概念上将这类结构等效为一根传递竖向荷载到地面的柱, 又是一个传递水平荷载的悬臂梁来理解, 因此, 平面布置形式(即该悬臂梁的截面选择)和竖向刚度的变化, 其实质就是如何提高这类结构的抗侧力的刚度和竖向承载能力的问题. 这种形象的类比, 很自然地将P-△效应引入到高层建筑结构中, 因此对这类结构的分析不仅仅只需弹性分析, 还需进行几何非线性的分析.

又比如对桥梁结构的分析, 从概念和桥梁结构的定义来看, 桥梁是一种跨越障碍具有承载能力的架空建筑物. 因此, 简支梁是各类桥梁的原型. 桥梁设计的第一步就是为满足功能. 强度和刚度的要求, 采用了各种理想的断面形式, 这一点与高层建筑平面布置的目的相同, 进而为了跨越更大的河流. 山谷, 在简支梁的基础上又向连续梁发展, 再将连续梁的中间桥墩换成了吊索, 最终产生了悬吊结构体系.根据简支梁弯矩与跨度的平方成正比的原理, 为了减短跨度和利用组合结构的概念, 于是就形成了悬索桥和斜拉桥的结构体系. 斜拉桥与高层建筑结构, 都类似于一根同时受横向荷载和轴向压力的悬臂梁的受力特点. 如果在高层建筑结构中能够巧妙地应用斜拉索的作用, 那么高层建筑结构的高度也可和斜拉桥的跨度比美.

概念分析更为重要的是, 在进行工程设计和处理工程实际问题时, 需要设计人员对结构的合理形式以及相应的结构变形和内力等具有总体的概念和定性分析的能力, 还需具有对工程中发生的现象. 所得的数据和计算结果能够做出迅速. 科学判断的能力, 这就是所谓的概念设计和概念分析理念.

定性和定量是相辅相成的两个方面, 许多解题方法和简化算法就是以反映结构性态本质的定性知识为基础的. 许多定性概念往往是在多次定量计算中重复出现后才被总结发现出来, 这就要借助计算机高速运算的功能来完成, 也就是说, 概念分析(也称定性分析)与计算机应用, 是"理论-实践-而后形成规律"的过程, 是从假说或猜想中产生再经过实验或理论推演以证明其正确与否的过程.

同时, 数值方法的弱点是就事论事, 且计算机程序对应用者而言具有黑箱效应, 所以工程师要善于对结构的性态作概念分析和近似估算, 以便对计算机提供的数值成果的可靠性给出应有的评价. 由此可知, 结构概念性分析与计算机方法是现代结构力学中两个密不可分的方面.

本书具有两方面突出的特点：

1. 将结构的受力分析方法提高到了一个新的层面--概念分析.

2. 结构概念分析与计算机实践相结合, 把工程项目从论证到设计. 从施工到使用期内维护的整个过程作为一个大系统, 研究大系统中各种各样的力学问题. 并与工程理论相结合, 使其研究对象的范围更广泛.

本书内容如下：

第1章结构分析的计算机方法和第2章杆系结构的矩阵位移法是应用计算机对结构分析的理论基础. 介绍了杆系结构. 板壳和实体结构结点自由度, 用直观方法讲述有限元法的基本概念, 并推导有关公式, 以便读者对有限元方法建立起初步的力学概念.

第3章至第5章, 介绍SAP 2000 结构分析计算机程序的功能. 单元库. 结构分析模型和SAP 2000 图形用户界面.
第6章至第9章, 介绍梁式结构. 框架(即刚架)结构. 桁架结构和拱式结构的受力与变形的基本特点, 并给出了SAP 2000 各个计算步骤. 计算结果校核方法以及一些计算问题的处理技巧.

第10章, 高层建筑转换层结构的静力分析. 介绍了高层建筑及受力特点. 转换层结构的计算. 结构施工阶段的模拟. 考虑杆件剪切变形影响的计算, 错列墙梁和桁架结构体系的计算.

第11章, 移动荷载作用下的结构分析. 介绍了影响线的基本概念及其应用, SAP 2000 计算影响线的步骤, 各类结构影响线算例. 在影响线的应用部分, 主要介绍了超静定结构的最不利荷载位置的确定和相应位置的量值的计算. 包络图的绘制. 绝对最大弯矩的确定和多步静力分析的方法.

第12章, 预应力结构的分析. 预应力是以改善结构的受力状态为目的一种荷载. 介绍了施加预应力的主要方法. 预应力损失计算与预应力结构设计步骤以及SAP 2000 在预应力结构中的应用和算例.

第13章, 桥梁结构的静力分析. 介绍了桥梁结构的特点. 桥梁常用的计算模型. SAP 2000 桥梁模型的建立步骤. 三跨箱形预应力连续梁在"中一活载"作用下计算的全过程.

第14章, 结构的塑性与结构破坏过程的分析. 介绍了结构设计的极限荷载法, P-△效应和几何非线性分析. SAP 2000 塑性分析. 梁和框架结构的塑性分析. 结构破坏过程的Pushover分析.

第15章, 计算模型及构造性能. 介绍了结构计算模型. 结构计算模型示例. 桥梁上部结构的构造性能. 高层结构的构造性能.

第16章, 结构分析课程设计. 在本章给出两类题目：第一类题是给出所需的结构分析的参数和分析模型, 学生应用SAP 2000 完成计算模型的建立. 计算分析, 给出结构的变形图. 弯矩图. 剪力图和轴力图, 并对计算结果通过概念分析验证其正确性. 第二类题目为结构创新思考题, 它只给出示意的图例和一些提示, 其余部分由学生自己去发挥.