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编辑推荐

适读人群 ：本书主要适合水利工程人员、结构分析人员使用，也可供大中专水利学院师生参考。
　　《潘家铮全集 第五卷 水工结构应力分析》主要包括压力钢管、水工隧洞、渐变段衬砌、调压井衬砌、弹性地基上的梁和框架、重力坝、坝内的孔口和廊道、连拱坝、拱坝和混凝土坝的温度控制计算等内容。

内容简介

　　《潘家铮全集》是我国著名水工结构和水电建设专家、两院院士潘家铮先生的作品总集，包括科技著作、科技论文、科幻小说、科普文章、散文、讲话、诗歌、书信等各类作品，共计 18卷，约 1200万字，是潘家铮先生一生的智慧结晶。
　　他的科技著作和科技论文，科学严谨、求实创新、充满智慧，反映了我国水利水电行业不断进步的科技水平，具有重要的科学价值；他的文学著作，感情丰沛、语言生动、风趣幽默。他的科幻故事，构思巧妙、想象奇特、启人遐思；他的杂文和散文，思辨清晰、立意深邃、切中要害，具有重要的思想价值。这些作品对研究我国水利水电行业技术进步历程，弘扬尊重科学、锐意创新、实事求是、勇于担责的精神，都具有十分重要的意义。
　　《潘家铮全集》是国家“十二五”重点图书出版项目，国家出版基金资助项目。《潘家铮全集 第五卷水工结构应力分析》，主要包括压力钢管、水工隧洞、渐变段衬砌、调压井衬砌、弹性地基上的梁和框架、重力坝、坝内的孔口和廊道、连拱坝、拱坝和混凝土坝的温度控制计算等内容。
　　本书重点是分析计算相关水工建筑物在复杂荷载作用下的应力状态，思路清晰、逻辑严谨，计算公式多经编著者推导应用，即使在今天，也应是广大水工设计人员的重要参考书。

作者简介

　　潘家铮（1927年11月～2012年10月），水工结构和水电建设专家，设计大师，科普及科幻作家，水利电力部、电力工业部、能源部总工程师，国家电力公司顾问、国家电网公司高级顾问，三峡工程论证领导小组副组长及技术总负责人，国务院三峡工程质量检查专家组组长，国务院南水北调办公室专家委员会主任，河海大学、清华大学双聘教授，博士生导师。中国科学院、中国工程院两院资深院士，中国工程院副院长，第九届光华工程科技奖“成就奖”获得者。

内页插图

目录

总序言（路甬祥）
总前言（编辑委员会）
本卷前言（汪易森）
原版序（顾兆勋）
原版自序（潘家铮）
编辑说明
上 册
第一篇 压 力 钢 管
第一章 概述
第二章 钢管的最小厚度及弹性稳定
第一节 为什么要检查弹性稳定
第二节 均匀和无限长圆筒的稳定
第三节 有刚性环圆筒的稳定
第四节 考虑支撑条件的稳定公式
第五节 通气孔的计算
第三章 钢管应力的近似计算
第一节 符号
第二节 钢管的膜应力及弯曲应力
第三节 膜应力系统的基本平衡方程式
第四节 内水压力下的应力
第五节 金属管重下的应力
XXXII
第六节 膜应力系统的总结
第七节 在均匀内水压力下的局部弯曲应力
第八节 支撑环的计算
第九节 最有利的b 值
第十节 总结
第四章 用弹性理论计算钢管
第一节 近似公式适用范围
第二节 基本平衡方程式
第三节 膜应力系统的解答
第四节 局部弯曲应力的解答
第五节 边界条件和外力函数
第六节 钢管在水压力和管重下的解答
第七节 小结
第八节 规范中计算支撑环附近管壁应力公式的表
第九节 支撑环的设计
第十节 水管部分充满水时的应力计算
第五章 分叉管的近似计算
第一节 概述
第二节 U 形梁和腰梁计算
第三节 不对称支管及T 形支管
第四节 小支管及人孔
第六章 埋藏式钢管的计算
第一节 总述
第二节 中心部分断面上的应力
第三节 刚性环及支撑环处断面的应力
第四节 在分叉管处的计算
第五节 半埋藏式钢管的计算
第六节 余论
参考文献
第二篇 水 工 隧 洞
第一章 隧洞的工作条件
第二章 论岩石的弹性抗力系数k
第三章 单层混凝土衬砌在内水压力下的计算
第四章 多层衬砌在内水压力下的计算
第五章 外水压力及岩层应力
第六章 山石压力及其他荷载的讨论
第七章 山石压力及其他荷载所引起的应力的计算
第八章 低拱型隧洞衬砌的计算
第九章 马蹄形衬砌的计算
参考文献
第三篇 渐 变 段 衬 砌
第一章 概述
第二章 在主动侧压力和均匀内水压力作用下标准渐变段衬砌的计算
第一节 侧压力下的计算公式
第二节 内水压力下的计算公式
第三章 在垂直山石压力、自重和水重下标准渐变段衬砌的计算
第一节 计算原理
第二节 均布垂直压力下的荷载项
第三节 衬砌自重下的荷载项
第四节 水重下的荷载项
第五节 按余弦变化分布的基础反力下荷载项
第六节 均匀反力下的荷载项
第四章 标准渐变段衬砌计算举例
第一节 荷载合并的计算
第二节 荷载分别计算举例
第五章 单拱式进口段衬砌的计算
第一节 单拱式进口段的计算原理
第二节 拱及柱的载常数的计算
第三节 拱的形常数计算
第四节 柱的形常数计算
第五节 单拱式进水口段计算举例
第六节 关于柱脚沉陷问题的讨论
第六章 双拱式进口段衬砌的计算
第七章 方框形地下结构计算原理及举例
第一节 无侧移的框架的计算
第二节 有侧移的框架的计算
第八章 刚性斜墙的计算
第一节 墙底固定的等厚斜墙
第二节 墙底铰接的等厚斜墙
第三节 斜墙设有建筑缝
第四节 斜墙的一般性解法
第五节 按文克尔假定计算斜墙的讨论
附录 弹性地基上短梁的常数
参考文献
第四篇 调 压 井 衬 砌
第一章 概述
第二章 直井计算（一）
第三章 直井计算（二）
第四章 底板计算（一）
第五章 底板计算（二）
第六章 底板计算（三）
第七章 筒底力矩调整
第八章 余论
参考文献
第五篇 弹性地基上的梁和框架
第一章 概述
第一节 问题的性质
第二节 平面问题及空间问题
第三节 基础梁的基本积分方程
第四节 解决基本方程的一些途径
第五节 本篇的内容
第二章 用级数法计算弹性地基上的梁（一）
第一节 应用中点接触条件的解法
第二节 应用变形曲线余面积相等条件的解法
第三章 用级数法计算弹性地基上的梁（二）
第一节 反对称荷载下的计算原理
第二节 几种特殊荷载下的计算公式
第三节 混合荷载的计算公式
第四节 例题
第四章 用郭氏法计算弹性地基上的梁
第一节 郭氏法的基本原理
第二节 荷载项的确定及应力的计算
第三节 用郭氏法计算弹性地基梁的例题
第四节 用郭氏数表计算基础梁
第五章 用链杆法计算弹性地基上的梁
第一节 链杆法的基本原理
第二节 基本系统的选择及法方程的建立
第三节 日莫契金氏法的例题
第四节 用利文氏法求解地基梁
第五节 用简支梁为基本结构的解法
第六节 边荷载和邻接建筑物的影响
第六章 用蔡氏法计算弹性地基上的梁
第一节 蔡氏法原理简述
第二节 平面问题
第三节 空间问题
第四节 蔡氏法的其他若干问题
第七章 弹性地基上框架的计算
第一节 用链杆法计算弹性地基框架
第二节 用常数法计算地基框架的原理
第三节 对称单跨框架在对称荷载下的计算（一）
第四节 对称单跨框架在对称荷载下的计算（二）
第五节 对称单跨框架在反对称荷载下的计算
第六节 多跨框架的计算
第七节 用蔡氏法计算单跨框架
第八章 特殊的弹性地基梁的计算
第一节 长梁的计算——平面问题
第二节 长梁的计算——空间问题
第三节 刚性基础梁的计算
第四节 考虑水平剪力影响的基础梁计算法——刘氏法
第五节 其他特殊问题
参考文献
下 册
第六篇 重 力 坝
第一章 概述
第二章 计算假定和荷载
第三章 荷载组合及稳定计算
第四章 水平断面上的正应力、剪应力和坝面主应力的计算
第五章 垂直断面上正应力的计算
第六章 剪应力和垂直面正应力的几何解法
第七章 主应力的计算和结果表
第八章 求σy 公式的推导
第九章 计算表格及实例
第十章 用基本因素法计算重力坝
第十一章 重力坝应力的非线性分析——拟板法的原理
第十二章 边界值的确定
第十三章 拟板计算
参考文献
第七篇 坝内的孔口和廊道
第一章 概述
第二章 圆孔应力分析的理论
第三章 坝体中圆孔应力的计算
第一节 受垂直应力Tx 及Ty 作用
第二节 孔内均匀静水压力p
第三节 温度应力
第四节 没有配筋的情况
第四章 坝体圆孔应力计算举例
第五章 标准廊道的计算
第六章 用复变函数法计算孔口应力集中
第一节 复变函数的概念
第二节 应力函数、应力、位移和边界条件的复变函数表示
第三节 各种形状的孔口映射为单位圆的概念
第四节 用幕斯黑列什维里氏法计算孔口应力集中的步骤
第七章 矩形及椭圆形孔口的计算
第一节 椭圆孔的计算
第二节 正方形孔的计算
第三节 矩形孔的计算
第八章 靠近坝面的圆孔
参考文献
第八篇 连 拱 坝
第一章 概述
第二章 拱圈的计算公式
第三章 拱端常数及用系数计算
第四章 垛头计算
第五章 垛壁计算
第六章 弹性稳定（纵向挠曲）
第七章 地震应力
参考文献
第九篇 拱 坝
第一章 概述
第二章 圆筒法
第三章 纯拱法中的拱和基础常数
第四章 计算弹性拱的一般性理论
第五章 变截面圆拱的计算
第六章 等截面圆拱的计算
第七章 简易试载法
第八章 试载法概述
第九章 基本理论和公式
第十章 准备工作
第十一章 径向调整
第十二章 切向调整
第十三章 扭转调整
第十四章 再调整
第十五章 应力计算
第十六章 模型试验
参考文献
第十篇 混凝土坝的温度控制计算
第一章 概述
第二章 解决混凝土温度问题的措施
第三章 热传导原理和计算资料
第四章 混凝土的浇筑温度和最高温升计算（一）
第五章 混凝土的浇筑温度和最高温升计算（二）
第六章 堤坝的天然冷却——数学解法
第七章 堤坝的天然冷却——数值解法
第八章 人工冷却——圆筒散热问题
第九章 长期稳定温度变场的计算
第十章 关于堤坝温度计算的总结
第十一章 温度应力计算
第十二章 数值解法举例
附录贝塞尔函数表
参考文献
本卷附录 本书表述工程计量单位与法定计量单位关系表

前言/序言

　　本卷前言

　　潘家铮院士早年编著的《水工结构应力分析丛书》全套由十个分册组成，分别是《压力钢管》《水工隧洞》《渐变段衬砌》《调压井衬砌》《弹性地基上的梁和框架》《重力坝》《坝的孔口和廊道》《连拱坝》《拱坝》和《混凝土坝的温度控制计算》。上海科技卫生出版社于1958年至1960年间第一次印刷出版时，虽然发行仅4000套（册），却是我们这批60年代参加工作的水工结构专业大学生的至爱，枕头下、书桌旁最容易翻弄的地方，往往放着这套丛书，碰到结构难题，从这套丛书里有些可以很明确地找到答案，有些则可以找到分析解决问题的思路。可以说，这套丛书既是工程力学的指导书，也起到设

　　计计算手册的作用。

　　我于20世纪60年代末、70年代初进入原上海勘测设计院新安江续建工程现场设计组（该院于“文革”期间下放，后恢复重建为华东勘测设计研究院和新上海勘测设计研究院），接到主编本卷任务后，为进一步了解20世纪50年代潘家铮院士编写这套应力丛书的背景情况，最近先后采访了多位和潘家铮院士同年代的原上海勘测设计院的老同事，据他们回忆，这套丛书出版时，潘家铮院士任原上海勘测设计院新安江工程设计副总工程师，但此前他已先后参加和主持过黄坛口、流溪河等工程设计工作，1954～1955年在北京水电总局工作期间他又大量接触过国外水工设计资料，他精于力学、善于思考、融会贯通，对于工程设计中发现的疑难问题从不轻易放过，往往能够通过对工程疑难问题的钻研，从结构力学和弹性力学角度总结出具有理论根据的计算方法，不但解决了工程设计计算问题，而且带动和提升了周围同志的设计水平，这套丛书就是当年他在原上海勘测设计院给水工设计人员开办技术讲座的讲义基础上总结编写而成的，当时将连续介质离散化为有限单元集合的有限元计算模型尚未提出，大型水工建筑物荷载和应力情况十分复杂，如何将一般的结构力学和弹性力学分析方法应用到大型水工建筑物设计中去，是许多设计人员面临的难题，潘家铮院士编著的这套丛书弥补了这一缺陷，因而得到广大设计人员的好评。这套丛书重点是分析计算相关水工建筑物在复杂荷载作用下的应力状态，思路清晰、逻辑严谨，计算公式多经编著者推导应用，即使在今天，也应是广大水工设计人员的重要参考书。

　　《压力钢管》编写时我国尚无自编规范，书中内容主要按照当时使用的前苏联规范编写，除对规范中使用的公式来源进行详细说明和推导外，还补充了部分规范外的内容以启发读者思路。其中钢管最小厚度及弹性稳定分析、钢管应力计算、用弹性理论计算钢管、分岔管计算和埋藏式钢管计算等章节中的理论和公式推导可帮助我们增加对现代规范附录中关于明管、地下埋管、坝内埋管、坝后背管和岔管分析计算方法的理解，前苏联规范中相当部分内容经过几十年使用未发现原则问题，故合理部分均在我国后续水电站钢管编制中得以保留，所以将本书作为现行规范中结构力法和弹性力学法计算钢管结构的补充教材是十分有益的。

　　《水工隧洞》主要包括隧洞的工作条件，岩石的弹性抗力系数，单层混凝土衬砌在内水压力下的应力计算，多层衬砌在内水压力下的应力计算，外水压力及岩石应力，山石压力及荷载，山石压力及其他荷载引起的应力计算，低拱形隧洞衬砌计算和马蹄形衬砌计算等部分。作者从最简单问题开始层层铺开隧洞应力分析全部内容，将荷载、计算条件和采用结构力学和弹性力学法如何进行计算进行了详细的阐述，使人有一种读此书如同读推理小说一样的感觉。岩石和隧洞衬砌上的接触力实际上是难以准确计算的荷载，书中将洞顶衬砌上接触力称为山石压力，作用在两侧的称为岩石侧压力，现代规范中统称围岩压力（或铅直围岩压力和侧向围岩），在总结几十年国内外工程经验基础，我国水电和水利的水工隧洞设计规范均提出了围岩压力计算的相应规定，指出围岩作用在衬砌上的荷载应根据围岩条件横断面形状和尺寸、施工方法以及支护效果确定。建议结合水电和水利的水工隧洞相应规定阅读本书，可以加深理解。需要指出的是，随着1962年新奥法问世，50年代将隧洞围岩和衬砌分开考虑的设计思路，已转换成按连续介质力学原理将围岩和支护看作共同受力变形整体进行计算分析的有限元计算设计思路，但几十年隧洞的设计和运行说明，结构力学方法（包括衬砌边值法、假定反力图形、封闭框架、刚构等法）、弹性力学方法、边界元法、有限元法等方法都各有适用条件，采用哪种方法应根据具体工程的围岩条件，综合各种因素选定，这样可以更接近衬砌结构的实际运行条件。

　　《渐变段衬砌》主要讲述隧洞进、出口和闸门等建筑物之间连接过渡段的衬砌计算问题，最后也将其扩展到土石坝的刚性斜墙计算中。《调压井衬砌》主要介绍常用的圆形断面形式调压井的大井衬砌计算，即埋设在围岩中的钢筋混凝土圆筒井壁和置于弹性地基上的圆板计算，这种计算方法也可推广到一般地下结构的圆筒和圆板的计算中。目前，混凝土和钢筋混凝土衬砌的计算均纳入水工钢筋混凝土结构设计规范中，仅在水工隧洞设计规范中仍保留有混凝土和钢筋混凝土衬砌和预应力混凝土衬砌相关内容，由于地下工程中的围岩压力和基岩弹性抗力难以确定，所以阅读本书可以了解到，采用相对合理的计算假定和经过实际工程验证的近似计算同样能用结构力学和弹性力学法解决一些复杂的工程衬砌计算问题。

　　《弹性地基上的梁和框架》较全面地总结了20世纪30年代后出现的用半无限大连续弹性体理论解弹性地基梁和框架的近似计算法，即假定地基是半无限大的连续体，用材料力学公式计算梁和框架的变形，用弹性理论计算地基沉陷，根据接触条件及平衡条件确定地基反力，从而解决了梁下地基反力难以确定问题，计算精度远高于采用文克尔理论的计算结果。书中除重点介绍了级数法、郭氏查表法（郭尔布诺夫—波萨多夫方法）、链杆法外，还介绍了我国蔡四维教授提出的蔡氏法，即根据梁与地基间的作用力计算地基沉陷后，直接由地基沉陷等于基础梁变形条件计算梁的弯矩，使计算工作得到较大的简化。由于本书附录了大量实用计算表格，可以直接采用进行计算，因此对于水利、水电工程中大量置于基础上的梁和框架的计算来说，本书至今仍可以起到一本好的设计手册的作用。

　　《重力坝》和《坝内的孔口和廊道》两书是在总结我国建国初年黄坛口和新安江工程重力坝设计基础上写成的，书中附入的部分设计方法（如重力坝书中第十章用基本因素法计算重力坝）和部分计算表格也反映了原上海勘测设计院水工室水工设计人员的劳动和智慧。

　　《重力坝》讲述重点是坝体的应力计算，读者可与混凝土重力坝设计规范中的“坝体断面设计”一节对照阅读。重力坝应力分析方法可分为材料力学法、弹性理论解析法、弹性力学差分法和有限元法，由于材料力学法有长期应用经验和相应配套的安全判别标准，对于一般中、高重力坝，按照规范要求进行设计，其运行安全可以得到保证，但对于高坝和超高坝，规范规定还应采用有限元法进行计算。所以，《混凝土重力坝设计规范》上推荐的应力分析方法是材料力学法和有限元法。需要说明的是，对于地质条件较差的重力坝段，其抗滑稳定问题往往成为设计中的一个突出问题，如果计算不满足规范要求的安全系数，还要采取工程措施解决，但由于本书是以结构应力分析为主的书籍，对于重力坝抗滑稳定问题说得不多，作者在后续的《重力坝》专著中另有详细论述。

　　《坝内的孔口和廊道》介绍了在一般坝工结构书中很少述及的孔口应力计算问题，混凝土重力坝中由于孔口的存在往往产生局部应力集中，引发裂缝，虽然有限元计算方法中已可将孔口和廊道进入模型进行应力计算，但通过对本书介绍了的一些近似计算方法和资料的阅读，将有利于设计人员增加对孔口布置和计算的认识。
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