Structural and Stress Analysis（結構分析與應力分析）

引用

Megson, T. H. G. (2019). Structural and Stress Analysis (4th ed.). Butterworth-Heinemann.

章節概要

第四版共二十一章，另有兩個附錄：截面性質表和梁彎曲的標準情形。Elsevier 稱本書是對各類結構分析與應力分析的全面入門。它從靜力學的基本原理講起，然後講法向力、剪力、彎矩和扭轉。出版社的頁面只給出章標題，所以下面各條依照標題和出版社的介紹。

第1—3章：Introduction（引論）；Principles of Statics（靜力學原理）；Normal Force, Shear Force, Bending Moment and Torsion（法向力、剪力、彎矩與扭轉）

開頭幾章介紹本學科，然後講靜力學原理；據出版社說，這樣安排是為了讓學生掌握基本概念和支配所有結構的平衡原理，以及電腦計算背後的原理。第3章接著講構件中的內部作用：法向力、剪力、彎矩和扭轉。

第4—6章：Analysis of Pin-Jointed Trusses（鉸接桁架分析）；Cables（纜索）；Arches（拱）

三章講結構形式：鉸接桁架、纜索和拱。

第7—8章：Stress and Strain（應力與應變）；Properties of Engineering Materials（工程材料的性質）

先引入應力和應變，然後講工程材料的性質。

第9—12章：Bending of Beams（梁的彎曲）；Shear of Beams（梁的剪切）；Torsion of Beams（梁的扭轉）；Composite Beams（組合梁）

梁的應力分析，依次講彎曲、剪切和扭轉，並涉及組合梁。

第13—15章：Deflection of Beams（梁的撓度）；Complex Stress and Strain（複雜應力與應變）；Virtual Work and Energy Methods（虛功與能量法）

梁的撓度，然後是複雜應力與應變，再是虛功與能量法。

第16—17章：Analysis of Statically Indeterminate Structures（超靜定結構分析）；Matrix Methods of Analysis（矩陣分析方法）

超靜定結構，隨後是矩陣分析方法。據出版社介紹，第四版更關注結構工程中的數字化趨勢，包括較新的電腦分析方法，以及如何檢查其輸出以避免「黑箱」式工程。

第18—19章：Plastic Analysis of Beams and Frames（梁與剛架的塑性分析）；Yield Line Analysis of Slabs（板的屈服線分析）

梁與剛架的塑性分析，以及板的屈服線分析。出版社列出了關於剛架塑性分析、彎矩分布和倒塌機構位移計算的補充例題。

第20—21章：Influence Lines（影響線）；Structural Instability（結構失穩）

全書以影響線和結構失穩結束。

核心概念

第1—6章：靜力學與靜定結構

• 靜力學原理：支配所有結構的平衡原理。
• 法向力、剪力、彎矩與扭轉：第3章研究的內部作用。
• 桁架、纜索與拱：在第4章至第6章分析。

第7—15章：應力分析與能量法

• 應力與應變、複雜應力與應變：第7章引入，第14章再次討論。
• 梁的彎曲、剪切與扭轉：第9章至第11章的應力分析。
• 虛功與能量法：第15章。

第16—21章：超靜定、塑性與失穩結構

• 矩陣方法：第17章，出版社強調對電腦輸出的檢查。
• 塑性分析與屈服線分析：第18章和第19章。
• 結構失穩：第21章。

評析

優點

• 一本書兼顧應力分析與結構分析。 同一冊書從靜力學、桁架和內部作用出發，經過應力、應變、梁和能量法，一直到超靜定結構、矩陣方法、塑性分析和失穩。
• 例題與插圖。 Elsevier 的主要特點列表中有大量例題、章末習題和豐富的插圖。
• 包含靜力學。 出版社稱，本書引入靜力學，使學生了解基本概念，並能理解支配所有結構的平衡原理。
• 關注電腦方法。 據 Elsevier，第四版包含較新的電腦分析方法以及不要盲目相信輸出的提醒，並新增結構動力學和疲勞方面的內容，還補充了梁設計中符合歐洲規範的討論。

局限

• 深度難以判斷。 二十一章在一冊書中涵蓋兩門學科，矩陣方法和失穩各只有一章。公開的頁面沒有小節標題，所以無法據此判斷各章的深度。
• 新增主題在目錄中看不到。 Elsevier 稱本版增加了結構動力學和疲勞方面的內容，但章標題中沒有出現這兩者，因此從頁面上無法知道它們在哪裡。
• 地域取向。 Elsevier 把讀者定為英國及歐洲、中東和非洲的一、二年級土木與結構工程專業學生，以及美國的專業人員；對歐洲規範的提及與歐洲的實踐相關。
• 版本細節。 Elsevier 將第四版列為最新版，出版於2019年3月。

在課程中的定位

在土木與結構工程書單中，Megson 的書是把應力分析和結構分析合在一起的教材。Hibbeler 的 Structural Analysis 專注於桁架、梁和剛架的分析，直到矩陣方法和電腦方法，適合在學過材料力學之後的獨立結構分析課程。Megson 適合想要一本同時包含材料力學內容的書的學生，其目錄還涵蓋塑性分析、屈服線分析和失穩。

要更容易的入門，J. E. Gordon 的 Structures: Or Why Things Don't Fall Down 和 Ji、Bell、Ellis 的 Understanding and Using Structural Concepts 用很少的數學講述結構如何工作。更進一步，McGuire、Gallagher 和 Ziemian 的 Matrix Structural Analysis 更深入地講剛度法，Chopra 的 Dynamics of Structures 則講振動和地震分析。

如何使用本書

Elsevier 對讀者的表述指向一、二年級土木與結構工程專業學生，以及複習結構分析與應力概念的專業人員。本書從靜力學開始，所以可以在學位課程的早期使用。一個切實可行的讀法如下：

• 核心： 靜力學與內部作用的第1—3章，桁架、纜索和拱的第4—6章，然後是應力與梁的第7—13章。
• 接下來： 複雜應力與應變、虛功、超靜定結構和矩陣方法的第14—17章。
• 選讀： 第18章和第19章（塑性分析與屈服線分析）、第20章的影響線和第21章的失穩，視課程內容而定。
• 練習： 做章末習題，並在自己動手之前逐行跟著例題走一遍。