结构分析

引用

Hibbeler, R. C. (2024). Structural Analysis (11th ed.). Pearson.

章节概要

第十一版共十七章，另有结构分析用矩阵代数的附录、预备题与基本题的解答，以及部分习题的答案。Pearson 称本书讲述桁架、梁和刚架的结构分析理论与应用，其组织方式旨在培养为专业实践而对结构建模和分析的能力。各章可分为四组：静定结构、挠度、超静定结构的经典分析，以及矩阵方法与计算机分析。出版社的页面只给出章标题，所以下面各条紧扣标题。

静定结构：Types of Structures and Loads（结构与荷载的类型）；Analysis of Statically Determinate Structures（静定结构的分析）；Analysis of Statically Determinate Trusses（静定桁架的分析）；Internal Loadings Developed in Structural Members（结构构件中产生的内力）

全书从结构的类型及其承受的荷载讲起，随后分析静定结构、桁架和构件中的内力。

静定结构（续）：Cables and Arches（缆索与拱）；Influence Lines for Statically Determinate Structures（静定结构的影响线）

静定结构的另外两个主题：缆索与拱，以及显示荷载在结构上移动时响应如何变化的影响线。

挠度：Deflections（挠度）；Deflections Using Energy Methods（用能量法求挠度）

两章讲挠度，第二章使用能量法。在目录顺序中，它们排在超静定结构各章之前。

超静定结构的经典分析：Analysis of Statically Indeterminate Structures by the Force Method（用力法分析超静定结构）；Displacement Method of Analysis: Slope-Deflection Equations（位移法：转角位移方程）；Displacement Method of Analysis: Moment Distribution（位移法：力矩分配法）

力法和两种位移法（转角位移方程和力矩分配法），是求解超静定梁和刚架的手算方法。

近似与特殊情形：Approximate Analysis of Statically Indeterminate Structures（超静定结构的近似分析）；Beams and Frames Having Nonprismatic Members（含变截面构件的梁与刚架）

超静定结构的近似分析，以及截面变化的构件的处理。

矩阵方法：Truss Analysis Using the Stiffness Method（用刚度法分析桁架）；Beam Analysis Using the Stiffness Method（用刚度法分析梁）；Plane Frame Analysis Using the Stiffness Method（用刚度法分析平面刚架）；Structural Modeling and Computer Analysis（结构建模与计算机分析）

刚度法依次应用于桁架、梁和平面刚架，最后一章 Structural Modeling and Computer Analysis 讲为计算机分析而对结构建模。据 Pearson 对本版国际单位制版本的介绍，本版增加了结构建模方面的内容。

核心概念

静定结构与挠度

• 结构与荷载的类型：用来设定分析的分类。
• 内力：结构构件内部产生的力。
• 影响线：静定结构的工具，显示移动荷载的影响。
• 挠度的能量法：本书两章挠度内容中的第二章。

超静定结构

• 力法：为超静定结构列出的第一种方法。
• 转角位移方程与力矩分配法：目录中点名的两种位移法。
• 近似分析：单独成章，排在位移法之后。

矩阵与计算机方法

• 刚度法：分别在桁架、梁和平面刚架的章中应用。
• 结构建模：最后一章的主题，与计算机分析一起。
• 矩阵代数：在附录中复习。

评析

优点

• 从静定到计算机分析的完整路径。 十七章涵盖静定结构分析、挠度、力法、两种位移法，以及针对三类结构的刚度法，对一册书来说跨度很大。
• 手算方法与矩阵方法兼备。 除转角位移方程和力矩分配法外，还有桁架、梁和平面刚架的刚度法各章，以及关于建模和计算机分析的最后一章，经典方法和矩阵方法都有。
• 自学辅助。 附录复习矩阵代数，书中收有预备题与基本题的解答以及部分习题的答案。Pearson 称国际单位制版本有约30%的新习题，来自多个工程领域。
• 强调建模。 Pearson 的概述强调培养为专业实践而对结构建模和分析的能力。

局限

• 范围。 章标题中不含结构动力学，也不含钢结构或混凝土结构的设计，本书讲的是分析。
• 以先修力学为前提。 目录从静定结构开始，没有复习静力学或材料力学的章，因此这些科目被视为已经学过。
• 版本细节。 Pearson 列出的出版日期为2023年7月25日，版权年份为2024年，平装租赁版的ISBN被标注为2023年更新。
• 公开的细节很少。 Pearson 的公开页面只有章标题和简短概述，没有小节标题或样章，所以在翻开书之前，很难判断某一章的深度。

在课程中的定位

在这份书单的土木与结构工程图书中，Hibbeler 的 Structural Analysis 是分析桁架、梁和刚架的本科主要教材。Megson 的 Structural and Stress Analysis 是一本英国教材，把材料力学和结构分析合在一本课程教材中，内容涉及能量法、超静定结构、矩阵方法、塑性分析和结构失稳。想要一本书同时学两门科目的学生可以选 Megson，而 Hibbeler 适合在学过材料力学之后的独立结构分析课程。

要更平缓的入门，J. E. Gordon 的 Structures: Or Why Things Don't Fall Down 和 Ji、Bell、Ellis 的 Understanding and Using Structural Concepts 用非技术、可视化的方式解释结构如何工作。更进一步，McGuire、Gallagher 和 Ziemian 的 Matrix Structural Analysis 深入展开刚度法并附有MASTAN2程序，Chopra 的 Dynamics of Structures 则延伸到振动和地震分析。

如何使用本书

本书适合土木、结构等工程专业的学生，静力学和材料力学是自然的准备。一个切实可行的读法如下：

• 核心： 按目录顺序读静定结构、挠度和力法各章，然后读转角位移方程和力矩分配法。
• 选读： 缆索与拱、影响线和近似分析，视课程内容而定。
• 矩阵方法： 三个刚度法章；如有需要，先读矩阵代数附录。关于建模和计算机分析的最后一章，适合使用结构分析软件的课程。
• 练习： 在做布置的习题之前，用预备题与基本题的解答检验方法。