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》全套由十個(gè)分冊組成，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），卻是我們這批60年代參加工作的水工結(jié)構(gòu)專業(yè)大學(xué)生的至愛，枕頭下、書桌旁最容易翻弄的地方，往往放著這套叢書，碰到結(jié)構(gòu)難題，從這套叢書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題的思路。可以說，這套叢書既是工程力學(xué)的指導(dǎo)書，也起到設(shè)

　　計(jì)計(jì)算手冊的作用。

　　我于20世紀(jì)60年代末、70年代初進(jìn)入原上�？睖y設(shè)計(jì)院新安江續(xù)建工程現(xiàn)場設(shè)計(jì)組（該院于“文革”期間下放，后恢復(fù)重建為華東勘測設(shè)計(jì)研究院和新上�？睖y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這套應(yīng)力叢書的背景情況，最近先后采訪了多位和潘家錚院士同年代的原上海勘測設(shè)計(jì)院的老同事，據(jù)他們回憶，這套叢書出版時(shí)，潘家錚院士任原上�？睖y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國外水工設(shè)計(jì)資料，他精于力學(xué)、善于思考、融會(huì)貫通，對于工程設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)的疑難問題從不輕易放過，往往能夠通過對工程疑難問題的鉆研，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)算問題，而且?guī)��?dòng)和提升了周圍同志的設(shè)計(jì)水平，這套叢書就是當(dāng)年他在原上�？睖y設(shè)計(jì)院給水工設(shè)計(jì)人員開辦技術(shù)講座的講義基礎(chǔ)上總結(jié)編寫而成的，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彌補(bǔ)了這一缺陷，因而得到廣大設(shè)計(jì)人員的好評。這套叢書重點(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。

　　《壓力鋼管》編寫時(shí)我國尚無自編規(guī)范，書中內(nèi)容主要按照當(dāng)時(shí)使用的前蘇聯(lián)規(guī)范編寫，除對規(guī)范中使用的公式來源進(jìn)行詳細(xì)說明和推導(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)可幫助我們增加對現(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)過幾十年使用未發(fā)現(xiàn)原則問題，故合理部分均在我國后續(xù)水電站鋼管編制中得以保留，所以將本書作為現(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。作者從最簡單問題開始層層鋪開隧洞應(yīng)力分析全部內(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，使人有一種讀此書如同讀推理小說一樣的感覺。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，書中將洞頂襯砌上接觸力稱為山石壓力，作用在兩側(cè)的稱為巖石側(cè)壓力，現(xiàn)代規(guī)范中統(tǒng)稱圍巖壓力（或鉛直圍巖壓力和側(cè)向圍巖），在總結(jié)幾十年國內(nèi)外工程經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，我國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，可以加深理解。需要指出的是，隨著1962年新奧法問世，50年代將隧洞圍巖和襯砌分開考慮的設(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)、出口和閘門等建筑物之間連接過渡段的襯砌計(jì)算問題，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，所以閱讀本書可以了解到，采用相對合理的計(jì)算假定和經(jīng)過實(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化。由于本書附錄了大量實(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)算來說，本書至今仍可以起到一本好的設(shè)計(jì)手冊的作用。

　　《重力壩》和《壩內(nèi)的孔口和廊道》兩書是在總結(jié)我國建國初年黃壇口和新安江工程重力壩設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上寫成的，書中附入的部分設(shè)計(jì)方法（如重力壩書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海勘測設(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)法有長期應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和相應(yīng)配套的安全判別標(biāo)準(zhǔn)，對于一般中、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。需要說明的是，對于地質(zhì)條件較差的重力壩段，其抗滑穩(wěn)定問題往往成為設(shè)計(jì)中的一個(gè)突出問題，如果計(jì)算不滿足規(guī)范要求的安全系數(shù)，還要采取工程措施解決，但由于本書是以結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析為主的書籍，對于重力壩抗滑穩(wěn)定問題說得不多，作者在后續(xù)的《重力壩》專著中另有詳細(xì)論述。

　　《壩內(nèi)的孔口和廊道》介紹了在一般壩工結(jié)構(gòu)書中很少述及的孔口應(yīng)力計(jì)算問題，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，但通過對本書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)寫成的�！哆B拱壩》介紹了連拱壩的主要結(jié)構(gòu)組成、適用范圍、對地形和地質(zhì)要求、設(shè)計(jì)布置、應(yīng)力穩(wěn)定計(jì)算等內(nèi)容，這種壩型在我國建國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)等問題，目前我國水利水電拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范仍以拱梁分載法（初期稱為試載法）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》一書將有助你對于拱梁分載法機(jī)理的深入了解。

　　《混凝土壩的溫度控制計(jì)算》是我國水工界較早發(fā)表的關(guān)于研究大體積混凝土溫控問題的專門著作，書中詳細(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程、穩(wěn)定溫度場計(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，閱讀本書將加深我們對建國以來水工大體積混凝土溫度控制研究過程的認(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)問題和日積月累地堅(jiān)持解決工程實(shí)際問題的精神確實(shí)為我們樹立了光輝的榜樣，《水工結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析叢書》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，而且也必將通過這次重新出版成為我國水利水電后來人豐富的知識(shí)寶藏。

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

　　由于全套叢書均采用原工程單位進(jìn)行編寫，為便于讀者對法定計(jì)量單位與原工程單位進(jìn)行比較和對照，特將書中出現(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