本卷前言

　　潘家錚院士早年編著的《水工結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析叢書(shū)》全套由十個(gè)分冊(cè)組成，分別是《壓力鋼管》《水工隧洞》《漸變段襯砌》《調(diào)壓井襯砌》《彈性地基上的梁和框架》《重力壩》《壩的孔口和廊道》《連拱壩》《拱壩》和《混凝土壩的溫度控制計(jì)算》。上�？萍夹l(wèi)生出版社于1958年至1960年間第一次印刷出版時(shí)，雖然發(fā)行僅4000套（冊(cè)），卻是我們這批60年代參加工作的水工結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)大學(xué)生的至愛(ài)，枕頭下、書(shū)桌旁最容易翻弄的地方，往往放著這套叢書(shū)，碰到結(jié)構(gòu)難題，從這套叢書(shū)里有些可以很明確地找到答案，有些則可以找到分析解決問(wèn)題的思路。可以說(shuō)，這套叢書(shū)既是工程力學(xué)的指導(dǎo)書(shū)，也起到設(shè)

　　計(jì)計(jì)算手冊(cè)的作用。

　　我于20世紀(jì)60年代末、70年代初進(jìn)入原上�？睖y(cè)設(shè)計(jì)院新安江續(xù)建工程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)組（該院于“文革”期間下放，后恢復(fù)重建為華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院和新上�？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院），接到主編本卷任務(wù)后，為進(jìn)一步了解20世紀(jì)50年代潘家錚院士編寫(xiě)這套應(yīng)力叢書(shū)的背景情況，最近先后采訪了多位和潘家錚院士同年代的原上海勘測(cè)設(shè)計(jì)院的老同事，據(jù)他們回憶，這套叢書(shū)出版時(shí)，潘家錚院士任原上海勘測(cè)設(shè)計(jì)院新安江工程設(shè)計(jì)副總工程師，但此前他已先后參加和主持過(guò)黃壇口、流溪河等工程設(shè)計(jì)工作，1954～1955年在北京水電總局工作期間他又大量接觸過(guò)國(guó)外水工設(shè)計(jì)資料，他精于力學(xué)、善于思考、融會(huì)貫通，對(duì)于工程設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)的疑難問(wèn)題從不輕易放過(guò)，往往能夠通過(guò)對(duì)工程疑難問(wèn)題的鉆研，從結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué)角度總結(jié)出具有理論根據(jù)的計(jì)算方法，不但解決了工程設(shè)計(jì)計(jì)算問(wèn)題，而且?guī)��?dòng)和提升了周?chē)�同志的設(shè)計(jì)水平，這套叢書(shū)就是當(dāng)年他在原上海勘測(cè)設(shè)計(jì)院給水工設(shè)計(jì)人員開(kāi)辦技術(shù)講座的講義基礎(chǔ)上總結(jié)編寫(xiě)而成的，當(dāng)時(shí)將連續(xù)介質(zhì)離散化為有限單元集合的有限元計(jì)算模型尚未提出，大型水工建筑物荷載和應(yīng)力情況十分復(fù)雜，如何將一般的結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué)分析方法應(yīng)用到大型水工建筑物設(shè)計(jì)中去，是許多設(shè)計(jì)人員面臨的難題，潘家錚院士編著的這套叢書(shū)彌補(bǔ)了這一缺陷，因而得到廣大設(shè)計(jì)人員的好評(píng)。這套叢書(shū)重點(diǎn)是分析計(jì)算相關(guān)水工建筑物在復(fù)雜荷載作用下的應(yīng)力狀態(tài)，思路清晰、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，計(jì)算公式多經(jīng)編著者推導(dǎo)應(yīng)用，即使在今天，也應(yīng)是廣大水工設(shè)計(jì)人員的重要參考書(shū)。

　　《壓力鋼管》編寫(xiě)時(shí)我國(guó)尚無(wú)自編規(guī)范，書(shū)中內(nèi)容主要按照當(dāng)時(shí)使用的前蘇聯(lián)規(guī)范編寫(xiě)，除對(duì)規(guī)范中使用的公式來(lái)源進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明和推導(dǎo)外，還補(bǔ)充了部分規(guī)范外的內(nèi)容以啟發(fā)讀者思路。其中鋼管最小厚度及彈性穩(wěn)定分析、鋼管應(yīng)力計(jì)算、用彈性理論計(jì)算鋼管、分岔管計(jì)算和埋藏式鋼管計(jì)算等章節(jié)中的理論和公式推導(dǎo)可幫助我們?cè)黾訉?duì)現(xiàn)代規(guī)范附錄中關(guān)于明管、地下埋管、壩內(nèi)埋管、壩后背管和岔管分析計(jì)算方法的理解，前蘇聯(lián)規(guī)范中相當(dāng)部分內(nèi)容經(jīng)過(guò)幾十年使用未發(fā)現(xiàn)原則問(wèn)題，故合理部分均在我國(guó)后續(xù)水電站鋼管編制中得以保留，所以將本書(shū)作為現(xiàn)行規(guī)范中結(jié)構(gòu)力法和彈性力學(xué)法計(jì)算鋼管結(jié)構(gòu)的補(bǔ)充教材是十分有益的。

　　《水工隧洞》主要包括隧洞的工作條件，巖石的彈性抗力系數(shù)，單層混凝土襯砌在內(nèi)水壓力下的應(yīng)力計(jì)算，多層襯砌在內(nèi)水壓力下的應(yīng)力計(jì)算，外水壓力及巖石應(yīng)力，山石壓力及荷載，山石壓力及其他荷載引起的應(yīng)力計(jì)算，低拱形隧洞襯砌計(jì)算和馬蹄形襯砌計(jì)算等部分。作者從最簡(jiǎn)單問(wèn)題開(kāi)始層層鋪開(kāi)隧洞應(yīng)力分析全部?jī)?nèi)容，將荷載、計(jì)算條件和采用結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué)法如何進(jìn)行計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，使人有一種讀此書(shū)如同讀推理小說(shuō)一樣的感覺(jué)。巖石和隧洞襯砌上的接觸力實(shí)際上是難以準(zhǔn)確計(jì)算的荷載，書(shū)中將洞頂襯砌上接觸力稱(chēng)為山石壓力，作用在兩側(cè)的稱(chēng)為巖石側(cè)壓力，現(xiàn)代規(guī)范中統(tǒng)稱(chēng)圍巖壓力（或鉛直圍巖壓力和側(cè)向圍巖），在總結(jié)幾十年國(guó)內(nèi)外工程經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，我國(guó)水電和水利的水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范均提出了圍巖壓力計(jì)算的相應(yīng)規(guī)定，指出圍巖作用在襯砌上的荷載應(yīng)根據(jù)圍巖條件橫斷面形狀和尺寸、施工方法以及支護(hù)效果確定。建議結(jié)合水電和水利的水工隧洞相應(yīng)規(guī)定閱讀本書(shū)，可以加深理解。需要指出的是，隨著1962年新奧法問(wèn)世，50年代將隧洞圍巖和襯砌分開(kāi)考慮的設(shè)計(jì)思路，已轉(zhuǎn)換成按連續(xù)介質(zhì)力學(xué)原理將圍巖和支護(hù)看作共同受力變形整體進(jìn)行計(jì)算分析的有限元計(jì)算設(shè)計(jì)思路，但幾十年隧洞的設(shè)計(jì)和運(yùn)行說(shuō)明，結(jié)構(gòu)力學(xué)方法（包括襯砌邊值法、假定反力圖形、封閉框架、剛構(gòu)等法）、彈性力學(xué)方法、邊界元法、有限元法等方法都各有適用條件，采用哪種方法應(yīng)根據(jù)具體工程的圍巖條件，綜合各種因素選定，這樣可以更接近襯砌結(jié)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)行條件。

　　《漸變段襯砌》主要講述隧洞進(jìn)、出口和閘門(mén)等建筑物之間連接過(guò)渡段的襯砌計(jì)算問(wèn)題，最后也將其擴(kuò)展到土石壩的剛性斜墻計(jì)算中�！墩{(diào)壓井襯砌》主要介紹常用的圓形斷面形式調(diào)壓井的大井襯砌計(jì)算，即埋設(shè)在圍巖中的鋼筋混凝土圓筒井壁和置于彈性地基上的圓板計(jì)算，這種計(jì)算方法也可推廣到一般地下結(jié)構(gòu)的圓筒和圓板的計(jì)算中。目前，混凝土和鋼筋混凝土襯砌的計(jì)算均納入水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，僅在水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范中仍保留有混凝土和鋼筋混凝土襯砌和預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌相關(guān)內(nèi)容，由于地下工程中的圍巖壓力和基巖彈性抗力難以確定，所以閱讀本書(shū)可以了解到，采用相對(duì)合理的計(jì)算假定和經(jīng)過(guò)實(shí)際工程驗(yàn)證的近似計(jì)算同樣能用結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué)法解決一些復(fù)雜的工程襯砌計(jì)算問(wèn)題。

　　《彈性地基上的梁和框架》較全面地總結(jié)了20世紀(jì)30年代后出現(xiàn)的用半無(wú)限大連續(xù)彈性體理論解彈性地基梁和框架的近似計(jì)算法，即假定地基是半無(wú)限大的連續(xù)體，用材料力學(xué)公式計(jì)算梁和框架的變形，用彈性理論計(jì)算地基沉陷，根據(jù)接觸條件及平衡條件確定地基反力，從而解決了梁下地基反力難以確定問(wèn)題，計(jì)算精度遠(yuǎn)高于采用文克爾理論的計(jì)算結(jié)果。書(shū)中除重點(diǎn)介紹了級(jí)數(shù)法、郭氏查表法（郭爾布諾夫—波薩多夫方法）、鏈桿法外，還介紹了我國(guó)蔡四維教授提出的蔡氏法，即根據(jù)梁與地基間的作用力計(jì)算地基沉陷后，直接由地基沉陷等于基礎(chǔ)梁變形條件計(jì)算梁的彎矩，使計(jì)算工作得到較大的簡(jiǎn)化。由于本書(shū)附錄了大量實(shí)用計(jì)算表格，可以直接采用進(jìn)行計(jì)算，因此對(duì)于水利、水電工程中大量置于基礎(chǔ)上的梁和框架的計(jì)算來(lái)說(shuō)，本書(shū)至今仍可以起到一本好的設(shè)計(jì)手冊(cè)的作用。

　　《重力壩》和《壩內(nèi)的孔口和廊道》兩書(shū)是在總結(jié)我國(guó)建國(guó)初年黃壇口和新安江工程重力壩設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上寫(xiě)成的，書(shū)中附入的部分設(shè)計(jì)方法（如重力壩書(shū)中第十章用基本因素法計(jì)算重力壩）和部分計(jì)算表格也反映了原上�？睖y(cè)設(shè)計(jì)院水工室水工設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)和智慧。

　　《重力壩》講述重點(diǎn)是壩體的應(yīng)力計(jì)算，讀者可與混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中的“壩體斷面設(shè)計(jì)”一節(jié)對(duì)照閱讀。重力壩應(yīng)力分析方法可分為材料力學(xué)法、彈性理論解析法、彈性力學(xué)差分法和有限元法，由于材料力學(xué)法有長(zhǎng)期應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和相應(yīng)配套的安全判別標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于一般中、高重力壩，按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，其運(yùn)行安全可以得到保證，但對(duì)于高壩和超高壩，規(guī)范規(guī)定還應(yīng)采用有限元法進(jìn)行計(jì)算。所以，《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》上推薦的應(yīng)力分析方法是材料力學(xué)法和有限元法。需要說(shuō)明的是，對(duì)于地質(zhì)條件較差的重力壩段，其抗滑穩(wěn)定問(wèn)題往往成為設(shè)計(jì)中的一個(gè)突出問(wèn)題，如果計(jì)算不滿(mǎn)足規(guī)范要求的安全系數(shù)，還要采取工程措施解決，但由于本書(shū)是以結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析為主的書(shū)籍，對(duì)于重力壩抗滑穩(wěn)定問(wèn)題說(shuō)得不多，作者在后續(xù)的《重力壩》專(zhuān)著中另有詳細(xì)論述。

　　《壩內(nèi)的孔口和廊道》介紹了在一般壩工結(jié)構(gòu)書(shū)中很少述及的孔口應(yīng)力計(jì)算問(wèn)題，混凝土重力壩中由于孔口的存在往往產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，引發(fā)裂縫，雖然有限元計(jì)算方法中已可將孔口和廊道進(jìn)入模型進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，但通過(guò)對(duì)本書(shū)介紹了的一些近似計(jì)算方法和資料的閱讀，將有利于設(shè)計(jì)人員增加對(duì)孔口布置和計(jì)算的認(rèn)識(shí)。

　　《連拱壩》和《拱壩》是作者根據(jù)當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)建設(shè)的佛子岑連拱壩和流溪河拱壩工程設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)寫(xiě)成的。《連拱壩》介紹了連拱壩的主要結(jié)構(gòu)組成、適用范圍、對(duì)地形和地質(zhì)要求、設(shè)計(jì)布置、應(yīng)力穩(wěn)定計(jì)算等內(nèi)容，這種壩型在我國(guó)建國(guó)初期的水利工程中曾得到較廣泛的應(yīng)用�！豆皦巍方榻B了壩型特點(diǎn)、對(duì)地形和地質(zhì)的要求、設(shè)計(jì)布置、各種應(yīng)力穩(wěn)定計(jì)算方法等。在計(jì)算方法中，分章節(jié)詳細(xì)介紹了圓筒法、純拱法、懸臂拱法（試載法）和彈性理論法，尤其是重點(diǎn)推介了試載法的計(jì)算思路，對(duì)于設(shè)計(jì)人員從理論上認(rèn)識(shí)拱壩的分析計(jì)算機(jī)理有很大幫助。

　　隨著高拱壩建設(shè)和拱壩設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累，拱壩成為我國(guó)現(xiàn)代水工建壩的主要壩型，設(shè)計(jì)計(jì)算方法也在不斷豐富發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算方法的進(jìn)步，已將拱壩壩體和壩肩作為一個(gè)受力整體進(jìn)行分析計(jì)算，但考慮到地勘深度有限、有限元計(jì)算結(jié)果安全標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題，目前我國(guó)水利水電拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范仍以拱梁分載法（初期稱(chēng)為試載法）作為應(yīng)力分析基本的方法，同時(shí)規(guī)定拱梁分載法和有限元法兩種方法均要進(jìn)行計(jì)算。認(rèn)真閱讀潘家錚院士編著《拱壩》一書(shū)將有助你對(duì)于拱梁分載法機(jī)理的深入了解。

　　《混凝土壩的溫度控制計(jì)算》是我國(guó)水工界較早發(fā)表的關(guān)于研究大體積混凝土溫控問(wèn)題的專(zhuān)門(mén)著作，書(shū)中詳細(xì)論述了熱傳導(dǎo)基本原理與計(jì)算、混凝土凝固發(fā)熱和散熱冷卻的溫升溫降過(guò)程、穩(wěn)定溫度場(chǎng)計(jì)算和溫度應(yīng)力解法等內(nèi)容，是50年代大體積混凝土溫控研究和流溪河、新安江等工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，值得認(rèn)真閱讀�，F(xiàn)代重力壩和拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范中都列入了溫度控制與防裂的相應(yīng)章節(jié)，明確了基礎(chǔ)容許溫差、下層老混凝土與上層新澆混凝土容許溫差、內(nèi)外容許溫差和澆筑溫度控制標(biāo)準(zhǔn)，并提出相應(yīng)的工程溫度控制措施，閱讀本書(shū)將加深我們對(duì)建國(guó)以來(lái)水工大體積混凝土溫度控制研究過(guò)程的認(rèn)識(shí)并更好地理解規(guī)范相關(guān)內(nèi)容。

　　借助于這次重新出版潘家錚全集并安排主編本集的機(jī)會(huì)，我又重讀了水工建筑物應(yīng)力分析的相關(guān)內(nèi)容，深感潘家錚院士多年一絲不茍地鉆研工程力學(xué)問(wèn)題和日積月累地堅(jiān)持解決工程實(shí)際問(wèn)題的精神確實(shí)為我們樹(shù)立了光輝的榜樣，《水工結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析叢書(shū)》為我們積累了大量結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)理論財(cái)富，這些萬(wàn)分寶貴的財(cái)富不但鑄就了潘家錚院士一生的巨大成就，而且也必將通過(guò)這次重新出版成為我國(guó)水利水電后來(lái)人豐富的知識(shí)寶藏。

　　限于時(shí)間和本人水平，本次編輯對(duì)原著未做具體改動(dòng)，在介紹50年代出版本套叢書(shū)技術(shù)背景的同時(shí)，以上重點(diǎn)就本套叢書(shū)的主要內(nèi)容和年輕讀者如何結(jié)合水工專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行閱讀做了簡(jiǎn)要說(shuō)明。同時(shí)，我們查閱到潘家錚院士在個(gè)人的存書(shū)中有一部分手記，是對(duì)書(shū)中不妥之處所做的修正，在感嘆敬仰潘家錚院士對(duì)待學(xué)問(wèn)嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的同時(shí)，我們也毅然決定在本卷叢書(shū)中將此一一體現(xiàn)，并以頁(yè)下注釋的方式指出。

　　由于全套叢書(shū)均采用原工程單位進(jìn)行編寫(xiě)，為便于讀者對(duì)法定計(jì)量單位與原工程單位進(jìn)行比較和對(duì)照，特將書(shū)中出現(xiàn)的主要法定計(jì)量單位與原工程單位列表于本卷附錄，僅供參考。

　　汪易森

　　2016年1月