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结构杆件的弯曲与扭转PDF电子书下载

交通运输

• 作 者：（美）汉斯（C.P.Heins）着；常岭，吴绍本译校
• 出 版 社：北京：人民交通出版社
• 出版年份：1981
• ISBN：15044·1687
• 页数：392 页

图书介绍： 查看图书目录点击购买PDF全本电子书 上一篇：汽车覆盖件冲模下一篇：全球海上遇险与安全系统 修订版 《结构杆件的弯曲与扭转》目录 标签：杆件 扭转 弯曲 结构

第一章绪言1

插图目录4

目 录4

第二章梁的弯曲5

2.1非对称弯曲——法向应力5

插图目录6

2-2 一般应变分布6

2-1 偏心荷载作用下的一般截面6

2.2中性轴位置8

2.3主轴位置9

2-3 中性轴位置9

表格目录10

2-4 主轴位置10

2.4纯弯曲11

2-5 中性轴的几何关系12

2.5例题—双弯曲12

符号12

2-6 悬臂角钢特性14

2.6剪切中心17

2-7 偏心荷载梁的分解18

2-8 典型截面剪切中心位置20

2-9 独立单元体上的应力22

2-10开口截面的平衡24

2-11矩形构件组成的几何图形25

2.7特征值的数值计算25

2-12w图几何关系26

2.8例题—剪切中心位置27

2-13开口箱形截面剪切中心28

2-14槽形截面尺寸30

2-1 槽形截面剪切中心特征值31

表格目录31

2-15槽形截面剪切中心位置32

第三章纯扭转34

3.1 弹性理论34

3-1 实体截面的扭转35

3-2 实体单元体上的剪应力36

3-3 单元体剪应力的几何关系36

3.2薄膜比拟38

3-4 薄膜比拟—实体截面的几何关系与应力40

3-1 薄膜比拟关系40

3.3例题—薄膜比拟41

3-5 矩形轴的扭转应力43

3.4 KT的近似值45

3.5组合截面46

3-6 组合截面47

3-7 薄壁闭合截面的薄膜48

3.6闭合薄壁截面48

3-8 多箱截面的剪应力53

3-9 分隔箱的截面55

3-10单箱截面的弯曲剪应力58

3-2 开口与闭合箱的剪力流60

3-11多箱截面的弯曲应力61

3-3 多箱截面的剪力流63

第四章翘曲扭转65

4.1宽翼缘工型梁截面特性65

4-1 宽翼缘工型梁的翘曲66

4.2一般开口截面68

4-2 开口截面的座标轴69

4.3扭转特征值——数值法73

4.4例题—翘曲扭转特征值75

4-3 宽翼缘工型截面翘曲特征值75

4-1 宽翼缘工型截面翘曲特征值77

4-4 槽形截面的扭转翘曲79

4-2 槽形截面翘曲特征值80

5.1 微分方程与解81

第五章纯扭转与翘曲扭转81

5.2例题—悬臂梁的扭转特性83

5-1 悬臂梁弯曲与扭转的联合特性85

5-2 等截面悬臂梁扭转图86

5.3近似解89

5-1 应力汇总89

5-3 直梁的有限差分方程90

5-4 直梁的一般差分模式表示法96

5-5 直梁的变截面段97

5.4变截面闭形解97

5-2 一般扭转边界条件99

5-3 各种研究图式与边界条件100

5-4 参考文献〔11〕中的设计参数102

5-5 1～6类微分方程的闭形解103

5.5变截面问题107

5.6连续跨问题110

5-6 变截面悬臂梁扭转图110

5-7 双跨连续梁111

6.1符拉索夫方程116

第六章曲梁116

6-1 曲梁单元体117

6-2 曲梁单元体上力的平衡119

6-3 曲梁位移123

6.2 闭形解127

6-4 加载的曲梁132

6-1 各种曲梁解133

6-5 第1类曲梁解（表6-1）134

6-6 第2类曲梁解（表6-1）135

6-7 第3类曲梁解（表6-1）136

6-8 第4类曲梁解（表6-1）137

6-9 第5类曲梁解（表6-1）138

6-10第6类曲梁解（表6-1）139

6-11第7类曲梁解（表6-1）140

6-12第8类曲梁解（表6-1）141

6-13曲梁差分表示法142

6.3数值解142

6-14 变截面曲梁差分方程149

6.4 曲梁系150

6-15相互作用的曲梁151

6-16曲板边界条件154

6-18柔性支承的曲板156

6-17弯桥156

6-19曲板上一般力的作用156

6-20铰端—固端曲板上力的作用157

6-21 固端—铰端曲板上力的作用157

6-22 固端—固端曲钣上力的作用157

6-23 固端—固端曲板上力的作用158

6-24 固端—铰端曲板平面图161

6-26梁板连接处力矩的平衡164

6-25梁板连接处垂直力的平衡164

6-27弯桥详图168

6-29弯桥变形169

6-28 弯桥变形169

6-31 弯桥的扭转力矩170

6-30弯桥变形170

第七章弯桥的设计数据171

7.1 冲击系数171

7-1 轧制工型梁的挠曲冲击系数172

7-2 扳梁的挠曲冲击系数173

7-3 轧制工型梁的扭转冲击系数174

7-4 板梁的扭转冲击系数175

7.2 活载设计175

7-5 放大系数中的变形系数S,P177

7-6 分配系数中的变形系数Y,X179

7-1 两跨与三跨桥梁中折减系数（K3）的最大函数180

7.3 静载设计181

7-7 参考特征值183

7-8 标准弯曲应力，L=100.0′184

7-10标准弯曲应力，L=125.0′185

7-9 标准翘曲应力，L=100.0′185

7-11 标准翘曲应力，L=125.0′186

7-12标准弯曲应力，L=150.0′186

7-13标准翘曲应力，L=150.0′187

7-14标准翘曲应力变化188

7.4扭转特征值188

7-15典型的组合截面189

7-16理想化的组合截面190

7.5斜交支承的影响191

7-17典型斜桥192

7-18双车道斜桥挠度比193

7-19三车道斜桥挠度比194

7-20四车道斜桥挠度比195

7-21双车道斜桥扭转比196

7-22三车道斜桥扭转比197

7-23四车道斜桥扭转比198

7-24双车道斜桥弯矩比199

7-25 三车道斜桥弯矩比200

7-26 四车道斜桥弯矩比201

7-27双车道斜桥剪力比202

7-28三车道斜桥剪力比203

7-29 四车道斜桥剪力比204

7.6设计例题205

8.1 弯曲210

第八章箱形弯桥210

8-1 典型的组合箱形截面211

8-2 理想化的箱形截面211

8.2单箱截面翘曲212

8-3 任意开口箱形截面213

8-4 箱形截面的几何图形217

8.3例题217

8-1 箱形截面单位翘曲？0计算表218

8-2 箱形截面？w计算表220

8-5 箱形截面的？u图221

8-6 箱形截面的Sw图—未修正的222

8-7 箱形截面的Sw图223

8.4扭曲效应223

8-8 扭曲的箱形截面225

8-9 箱形截面尺寸—扭曲分析226

8-3 扭曲分析的边界几何条件227

8-4 扭曲分析的边界条件227

8.5隔板间距228

8-10扭曲应力分布？228

8.6扭曲特征值WA*230

8-11 箱形梁扭曲特征值WA*232

8-12箱形梁扭曲特征值WA*233

8-13箱形梁扭曲特征值WA*234

8-14箱形梁扭曲特征值WA*235

8-15箱形梁扭曲特征值WA*236

8-16箱形梁扭曲特征值WA*237

8-17箱形梁扭曲特征值WA*238

8-18箱形梁扭曲特征值WA*239

8-19箱形梁扭曲特征值WA*240

8-20 箱形梁扭曲特征值WA*241

8-21箱形梁扭曲特征值WA*242

8-22箱形梁扭曲特征值WA*243

8-23箱形梁扭曲特征值WA*244

8-24 箱形梁扭曲特征值WA*245

8.7加劲箱形梁246

8-25箱形梁扭曲特征值WA*246

8-26箱形截面横向支撑系247

8-27箱形截面侧向支撑系247

8-28支撑截面的等效板厚248

8-29支撑类型图249

8.8设计例题251

8-5 支撑截面尺寸252

8-6 组合截面尺寸252

8-30箱形梁截面几何图形253

8-31法向弯曲与扭曲应力分布（静载）256

8-7 静载作用下跨中最大法向弯曲与扭曲应力（ksi）256

8-32最大弯曲的车辆荷载位置258

8-8 活载作用下最大法向弯曲与扭曲应力（ksi）260

8-33 法向弯曲与扭曲应力分布（活载）260

第九章工形曲梁的影响线261

9.1概述261

9.2梁的特征值262

9-1 裸钢梁的几何图形263

9.3梁的特性比263

9.4梁系的效应264

9.5影响线表272

9.6 应用273

9-2 双跨曲梁影响线274

9-3 双跨曲梁影响线275

9-4 双跨曲梁影响线276

9-5 双跨曲梁影响线277

9-6 三跨曲梁影响线278

9-7 三跨曲梁影响线279

9.7例题280

9-8 三跨弯桥平面图281

9-9 梁的立面图282

9-1 影响线座标，三跨，M0.5？,α=0.1286

9-2 影响线座标，三跨，M0.5？,α=0.2292

9-3 影响线座标，三跨，M1？，α=0.1298

9-4 影响线座标，三跨，M1？,α=0.2304

9-5 影响线座标，三跨，B0.5？,α=0.1310

9-6 影响线座标，三跨，B0.5？,α=0.2316

9-7 影响线座标，三跨，B1？,α=0.1322

9-8 影响线座标，三跨，B1？,α=0.2328

9-10组合梁与非组合梁的几何图形341

9-11车道荷载—等效集中荷载342

9-12车道荷载—等效扭转荷载343

9-13车辆荷载—等效集中与扭转荷载344

9-15三跨影响线座标345

9-14三跨影响线座标345

9-17三跨影响线座标346

9-16三跨影响线座标346

10.1计算机程序355

第十章曲梁计算机分析355

10-3内支承的边界条件356

10-2端支承的边界条件356

10-1 曲梁平面图356

10-1输入数据357

10.2实例359

10-4例题解360

10-5例题解361

10-6梁的尺寸362

10-7梁的荷载362

10-2梁的特征值363

10-8梁的解363

10-3输入数据364

附录计算机程序365

参考文献387

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摘要：结构杆件的弯曲与扭转是工程力学领域的核心议题，直接关系到建筑、桥梁、机械等结构的安全性与稳定性。本电子书系统梳理了杆件在复杂受力条件下的变形规律与内力分析方法，从基础理论到高级应用皆涵盖详尽。书中不仅深入解析了弯曲正应力、剪应力分布以及扭转切应力计算，还结合大量工程实例，展示了如何利用这些原理进行结构设计与校核。阅读此文档，读者可掌握从简支梁到悬臂梁、从圆轴到非圆截面杆件的核心计算技巧，为应对实际工程挑战奠定坚实基础。无论是土木工程专业学生还是从业工程师，都能从中获得精准指导与实用灵感。

1、弯曲理论基础解析

弯曲是杆件承受垂直于轴线方向荷载时产生的主要变形形式，其核心在于理解弯矩与曲率之间的内在联系。电子书首先从静力学平衡出发，详细推导了梁在集中力与分布力作用下的剪力方程与弯矩方程。通过截面法这一经典工具，读者能够清晰掌握如何绘制剪力图与弯矩图，这是后续应力计算不可或缺的前提。书中特别强调了正负号规则的重要性，避免因符号混淆导致设计错误。

在应力分析层面，文档深入介绍了纯弯曲与横力弯曲的区别。纯弯曲假设下，平面假设成立，中性轴位置可通过静矩为零的条件精确求解。电子书利用微积分推导了弯曲正应力公式σ=My/I，并指出该公式适用于线弹性材料与小变形范围。对于矩形、圆形及工字形等常见截面，书中均给出了惯性矩I的具体表达式，方便读者直接套用计算。

剪应力计算同样是弯曲分析的重点，尤其是对于短梁或薄壁截面构件。电子书系统阐述了矩形截面梁的剪应力沿高度呈抛物线分布这一规律，并进一步扩展到工字形截面中腹板与翼缘的剪应力分担机制。通过对比不同截面形状下的剪应力最大值位置，读者可以直观理解为何工程中常采用箱形或工字形截面来提升抗弯效率。这些理论为后续的强度校核提供了完整依据。

2、扭转力学原理阐述

扭转问题主要研究杆件在受到绕轴线外力偶作用时产生的变形与内力。电子书以圆轴扭转作为切入点，详细说明了扭矩图的绘制方法，强调扭矩正负号由右手螺旋法则确定。通过分析扭转角与扭矩之间的线性关系，书中推导出了单位长度扭转角公式，并解释了切应变沿半径线性分布这一几何特征。这些基础知识是理解复杂扭转行为的前提。

对于圆轴扭转，切应力沿半径呈线性分布，最大切应力出现在外表面。电子书给出了扭转切应力公式τ=Tρ/Ip，并指出极惯性矩Ip是决定扭转刚度的关键参数。文档还对比了实心圆轴与空心圆轴在相同重量下的抗扭性能差异，揭示出空心截面在减轻自重的同时能显著提升抗扭能力的工程优势。这些内容对于优化传动轴与结构支撑设计具有直接指导意义。

非圆截面杆件的扭转则更为复杂，涉及翘曲变形与圣维南原理。电子书专门开辟章节讨论矩形、椭圆形及开口薄壁截面的扭转特性，引入了扭转常数与翘曲函数的概念。书中指出，非圆截面扭转时横截面不再保持平面，导致附加的正应力与剪应力分布。通过对比不同截面形状的扭转刚度系数，读者能够掌握在工程实际中如何选择最优截面形式以平衡强度与变形要求。

3、组合变形与强度校核

实际工程构件往往同时承受弯曲与扭转的联合作用，例如传动轴同时受到横向力与扭矩。电子书详细介绍了组合变形下的应力叠加原理，指出需先分别计算各基本变形下的应力分量，再通过叠加得到危险点的总应力状态。书中以弯扭组合为例，展示了如何利用第四强度理论（畸变能密度理论）进行强度校核，该理论能更准确地预测材料在复杂应力下的屈服行为。

强度校核过程中，危险点的确定至关重要。电子书引导读者通过分析内力图与截面几何特征，快速定位弯矩与扭矩同时达到较大值的截面。文档还深入讨论了主应力与最大切应力的计算方法，强调在弯扭组合下，危险点通常位于截面边缘处。书中结合具体算例，逐步演示了从内力计算到强度条件建立的全流程，帮助读者形成系统化的校核思路。

除强度问题外，刚度校核同样不可忽视。电子书提出了弯曲变形与扭转变形的叠加原则，通过积分法或单位载荷法求解梁的挠度与转角。对于扭转刚度，文档给出了限制单位长度扭转角的工程经验值。书中特别指出，在某些精密机械或长跨结构里，变形控制可能比强度控制更为严格。通过对比不同约束条件下的变形表达式，读者能够灵活调整支撑方案以满足设计规范。

4、工程应用与实例分析

电子书将理论与工程实践紧密结合，通过大量真实案例展示弯曲与扭转分析的应用价值。例如，在桥梁设计中，主梁需同时承受车辆荷载引起的弯曲与风荷载导致的扭转。书中详细分析了箱形截面梁在偏心荷载作用下的弯扭耦合效应，并介绍了如何通过设置横隔板来限制翘曲变形。这些实例使抽象理论变得具体可感，增强了读者的工程直觉。

机械传动轴的设计是另一个典型应用场景。电子书以船舶推进轴为例，演示了如何考虑自重弯曲、螺旋桨推力引起的轴向力以及扭矩的共同作用。文档不仅给出了危险截面的应力校核过程，还讨论了疲劳强度问题，指出应力集中对轴肩、键槽等部位的削弱效应。通过引入安全系数与许用应力概念，读者能够掌握工程中常用的许用应力法与极限状态设计法。

建筑结构中的梁柱节点同样涉及弯扭问题。电子书分析了钢框架中梁端弯矩通过节点传递给柱时，柱可能产生的扭转效应。书中介绍了如何通过加劲肋或节点域加厚来提升抗扭刚度，并对比了刚性节点与半刚性节点对结构整体性能的影响。这些内容对于高层建筑与抗震设计尤为重要，帮助工程师在保证结构延性的同时避免脆性扭转破坏。

总结：本文系统解析了结构杆件弯曲与扭转的核心理论，从基础概念到工程应用均进行了详尽阐述。通过阅读此电子书，读者能够掌握弯矩图与扭矩图的绘制技巧，熟练运用正应力与切应力公式进行强度计算，并具备处理弯扭组合变形的能力。文档中丰富的实例与图表使复杂力学问题变得直观易懂，无论是自学还是教学辅助都极具价值。结构杆件的力学分析是工程设计的基石，掌握这些知识将显著提升解决实际问题的能力。

本电子书不仅是一份技术资料，更是一把开启结构设计大门的钥匙。它引导读者从力学本质出发，理解材料与几何参数对承载力的影响，从而在创新设计中游刃有余。持续学习与反复实践是精通此领域的关键，愿每位读者都能从中汲取养分，在工程实践中不断突破。

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