建筑力学教学大纲.doc

建筑力学教学大纲课程基本情况 课程名称：建筑力学 适用专业：建筑工程技术 计划学时： 112 学时 计划学分： 7 课程类型：专业基础课 课程性质：必修课 编制时间： 2007.5 编制单位：建筑工程系 二、课程的性质、地位、作用和任务 建筑力学是建筑工程技术专业的一门重要专业基础课，通过本课程的学习，使学生具备系统的建筑力学基本知识，对后续专业基础课、专业课有必不可少的指导作用，它系统地解决了工程结构中构件设计的基本要求，为学习有关专业课程打下良好的基础。 本课程的任务是：研究作用在结构（或构件）上力的平衡关系，构件的承载能力及材料的力学性能，为保证结构（或构件）安全可靠及经济合理提供理论基础和计算方法。 三、课程教学目标 ( 一 ) 知识目标 在整个教学过程中应从高职培养目标和学生的实际出发，对基本理论的讲授以应用为目的，教学内容以必需够用为度，重点讲授建筑力学的基本理论和基本知识、常用杆件及结构的受力分析方法、结构的内力计算及内力图的绘制方法、结构位移的计算方法及常用结构构件的设计方法。 ( 二 ) 能力目标 具有对一般结构进行受力分析、内力分析和绘制内力图的能力；具有测试强度指标和构件应力的初步能力；具有对构件进行强度、刚度和稳定性计算的能力；具有正确选用各种常用结构材料的能力；具有在施工中分析有关结构受力问题的一般能力。 ( 三 ) 德育目标 培养学生勤奋向上、严谨细致的良好学习习惯和科学的工作态度；具有创新与创业的基本能力；具有爱岗敬业与团队合作精神；具有公平竞争的意识；具有自学的能力；具有拓展知识、接受终生教育的基本能力。 四、本课程的教学内容和基本要求 （一）建筑力学概论 课程研究的内容简介、任务、目的、方法和应用实例。 （二）力和荷载基本概念和理论 1. 力的基本概念 （ 1 ）教学内容 力的概念、力和荷载分类和简化、平衡的概念、力系、静力学公理。 （ 2 ）基本要求 理解平衡、刚体和变形体的概念，理解静力学基本定律。 重点：力和荷载分类和简化。 2. 力偶和力矩 （ 1 ）教学内容 力对点的矩、力偶的性质和力偶矩的概念，平面内力偶系的合成和平衡条件。 （ 2 ）基本要求 了解力对点的矩、力偶和力偶矩的概念及平面内力偶的等效变换和等效条件。 重点：力矩的计算和力偶的性质。 （三）力学计算模型 1. 约束和约束反力 （ 1 ）教学内容 约束的种类，约束反力的表示方法，受力分析，脱离体，构件和结构的受力图。 （ 2 ）基本要求 了解约束的类型及其约束反力的画法，掌握受力分析方法和做受力图的步骤、方法。 重点：绘制构件和结构的受力图。 难点：构件和结构的受力分析。 2. 计算简图 （ 1 ）教学内容 构件的简化，支座的简化，结构的简化。 （ 2 ）基本要求 掌握根据具体结构简化成计算简图的原则和一般规定。 重点：结构计算简图。结构计算简图是从实际结构中抽象出来的力学计算模型，选择计算简图的原则是存本去末，便于计算，可通过结点，荷载及支座的简化来理解计算简图的意义。 3. 平面体系的几何组成分析 （ 1 ）教学内容 平面体系的组成分析，刚片、自由度、约束以及几何不变与几何可变的概念，几何组成规则，几何构造与静定性的关系。 （ 2 ）教学要求 理解体系几何不变与几何可变的概念。了解几何组成分析的目的，掌握几何不变体系的组成规则，熟练掌握几个规则的具体运用，理解瞬变体系的几何构造特征。一般了解自由度的概念，了解几何构造与静定性的关系。 重点：平面体系的几何组成分析。 难点：几何不变体系的组成规则。 （四）力的平衡 1. 力的投影 （ 1 ）教学内容 力在轴上的投影、合力投影定理。 （ 2 ）基本要求 掌握力在轴上投影的计算、合力投影定理。 重点：投影的计算。 2. 力系的简化和合成 （ 1 ）教学内容 平面汇交力系合成的几何法和平衡的几何条件、平衡的解析条件、力对点的矩、平面内力偶系的合成和平衡条件，刚体上力的平衡定理和合力矩定理、平面一般力系向其作用面内任一点的简化及其结果。 （ 2 ）基本要求 了解平面汇交力系合成的几何法和平衡的几何条件，了解平面一般力系向其作用面内任一点的简化及其结果的解析表达式；掌握平面汇交力系合成的解析法。 重点：平面一般力系向其作用面内任一点的简化及其结果。 难点：解析表达式。 3. 力系的平衡问题 （ 1 ）教学内容 平面一般力系的平衡条件及其应用、物体系统的平衡问题、平面桁架的概念及计算的基本假设、简单桁架杆件内力的节点法和截面法。 （ 2 ）基本要求 掌握平面一般力系的平衡条件和平衡方程的各种形式，熟练运用平衡方程和求解单个物体和简单物体系统的平衡问题。理解平面桁架的概念及计算的基本假设，掌握求简单桁架杆件内力的节点法和截面法。 重点：平面一般力系的平衡条件及其应用。 难点：物体系统的平衡问题、简单桁架杆件内力的节点法和截面法。 （五）荷载效应 1. 材料力学的基本概念 （ 1 ）教学内容 材料力学的任务；变形固体的概念及其基本假设；变形的描述；内力截面法；应力的概念；杆件变形的基本形式。 （ 2 ）教学要求 了解材料力学的任务，了解变形固体的概念及其基本假设，了解内力和应力的概念，了解截面法，掌握杆件各种基本特点。 重点：杆件各种基本变形的特点。 2. 变形构件的内力 1 ）内力和内力图 （ 1 ）教学内容 轴向拉伸和压缩和轴力的概念；扭转的概念与工程实例；扭矩和扭矩图；剪切的概念及工程实例；扭转的概念与工程实例；扭矩和扭矩图；梁承受荷载的特点；梁的计算简图；梁的内力弯矩和剪力；弯矩图和剪力图；弯矩剪力与荷载三者的关系；用叠加法作弯矩图；应用实例。 （ 2 ）教学要求 了解拉伸和压缩的概念，掌握截面法求轴力、作轴力图的方法；了解剪切的实例，理解剪切的概念；了解扭转的概念，掌握传动轴的外力偶矩计算、求扭矩和作矩图的方法；了解平面弯曲的概念和梁的计算简图，掌握求梁内力的一般法则，掌握列剪力方程、弯矩方程和作剪力图与弯矩图的方法，掌握弯矩、剪力与荷载三者的关系，掌握各种情况下剪力图、弯矩图的特征，掌握用简易法作剪力图与弯矩图、用叠加法作弯矩图的方法。 重点：截面法，内力图的做法。 难点：用简便法做内力图。 2 ）截面图形的几何性质 （ 1 ）课程内容 物体的重心和形心位置；截面的静矩、惯性矩、惯性积和极惯性矩；惯性矩的平行移轴公式；惯性矩的转轴公式；截面的主形心轴公式；截面的主形心轴和主形心惯性矩；组合截面主形心惯性矩的计算。 （ 2 ）教学要求 了解静矩和形心、极惯性矩、惯性矩和惯性积的概念，理解其计算主法，掌握常见简单截面惯性矩计算公式、平行移轴公式、常见组合截面惯性矩的计算，了解转轴公式的推导和应用，理解主形心轴与主形心惯性矩的概念及其意义。 重点：组合截面形心坐标确定、平行移轴公式、常见组合截面形心主矩计算。 3 ）变形计算 （ 1 ）课程内容 拉压杆的变形和虎克定律；等直圆杆在扭转时的变形计算；弯曲变形的概念；用积分法求梁的变形；用叠加法求梁的变形。 （ 2 ）教学要求 理解拉压杆的变形，掌握虎克定律；理解等直圆杆扭转时的变形；理解梁弯曲时的位移即转角和挠度的产生和挠曲线近似微分方程的推导，掌握用叠加法计算梁的转角和挠度的方法。 重点：刚度条件的应用；挠曲线近似微分方程的推导、边界条件和连续条件的写法和应用、叠加法求位移。 2. 静定结构的位移计算 （ 1 ）教学内容 变形体系的虚功原理、位移计算的一般公式、图乘法、温度变化及支座移动引起的位移计算等。 （ 2 ）教学要求 了解结构位移计算的目的，掌握虚功、广义力和广义位移的概念。 变形体虚功方程的推导是一个难点，对推导过程只要求一般了解，掌握结构位移计算的一般公式，对其中各项符合的意义要理解。掌握运用荷载作用下位移的计算公式求解定梁、刚架、桁架和拱的位移，掌握单位荷载的施加方法，了解支座移动引起的位移计算。 重点：要求熟练掌握图乘法计算位移，理解图乘法的应用条件。掌握图形的分解及争段分块的方法，对常用图形的面积和形心位置应熟记。在各类结构位移计算中，以刚架为重点。 3. 结构内力计算 1 ）静定结构的内力 （ 1 ）教学内容 静定平面刚架是静定结构的组成部分，也是学习超静定结构的基础。初学者应首先掌握好绘制内力图的基础方法（截面法），即取出隔离体，列平衡方程求内力，在此基础上，再熟练掌握绘制内力图的简易方法（分段求出杆端力矩，按规律、并用叠加法作图）。对各类静定平面刚架内力图的绘制都要求熟练掌握，其中弯矩图更是重要。对计算结果要能熟练校对；三铰拱的概念、三铰拱的数解法以及三铰拱合理拱轴线；平面桁架的计算简图，结点法、截面法及两种方法的联合应用，组合结构的内力计算 一般了解单跨和多跨静定梁的组成方式。理解基本部分与附属部分的概念及其间荷载的传递关系，熟练掌握多跨静定梁内力图的绘制；掌握对称三铰拱在竖向荷载作用下反力和内力的数解方法，理解拱的特点；一般了解桁架的特点，理解桁架计算简图的假定。重点掌握结点法、截面法及两种方法的联合应用，熟练掌握简单桁架，联合桁架的内力计算。掌握用图解法作简单桁架的内力图，正确确定各杆内力的数值的性质。掌握组合结构的内力计算特点，分清其中的桁式杆和梁式杆。几种典型的梁式桁架受力特点可作一般了解。 重点：静定梁和静定平面刚架的内力图的绘制；掌握简单桁架，联合桁架的内力计算。 难点：多跨静定梁和三铰刚架内力图的绘制；组合结构的内力计算。 2 ）超静定结构的内力 . 力法 （ 1 ）教学内容 超静定结构的概述，超静定次数的确定，力法的基本原理、典型方程及计算步骤，对称性的利用，超静定结构的位移计算及内力图的校对。超静定结构的特性。 （ 2 ）教学要求 了解超静定结构的概念，掌握确定超静定次数的四种方法（除去支承链杆，切断杆件，去铰、加铰）。力法是解超静定结构的基本方法之一，要掌握力法的基本原理，熟练掌握选择力法的基本结构及建立力法的典型方程，要深入理解典型方程的物理意义及方程式中各系数和自由项的物理意义，掌握力法计算的步骤，力法可解各类超静定结构，要求熟练掌握解超静定梁和刚架，掌握解桁架，一般了解两铰拱和无铰拱等其它超静定结构。掌握利用对称性以简化结构的计算，掌握超静定结构的位移计算及内力图的校对。理解超静定结构的特性。 重点：力法解超静定梁和刚架。 难点：力法计算的全过程。 . 位移法 （ 1 ）教学内容 位移法的基本概念，位移法基本未知量数目的确定，位移法的典型方程及计算步骤，直接由平衡条件建立位移法基本方程，对称性的利用。 （ 2 ）教学要求 理解位移法的基本概念。掌握位移法基本未知量数目的确定，特别是线位移未知量数目的确定。掌握等截面直杆的转角位移方程。其中包括两端刚结，一端刚结，另一端铰结和一端刚结，另一端为定向支承三种类型，超静定杆件的转角位移方程，以前两种类型为重点。理解位移法典型方程的物理意义，方程中各系数及自由项的物理意义，位移法解刚架有两种方式，即加约束法（列典型方程法）与平衡方程法，可任选其中之一的方法加以掌握，一般认为，加约束法比较形象，计算步骤较规律，较容易掌握。熟练掌握有线位移刚架和无线位移刚架的计算方法，正确地绘出弯矩图、剪力图和轴力图。掌握对称性的利用。 重点：用位移法计算有线位移刚架和无线位移刚架。 难点：有线位移刚架的计算。 . 力矩分配法 （ 1 ）教学内容 力矩分配法的基本概念，力矩分配法的计算步骤及应用举例。 （ 2 ）教学要求 理解力矩分配法的基本概念和力知分配法中固端弯矩、分配系数，传递系数的物理意义，熟练掌握用力矩分配法计算连续梁和无线位移刚架，一般了解用力矩分配法计算有线位移刚架，掌握对称性的利用。 重点：用力矩分配法计算连续梁。 . 影响线及其应用 影响线是解决移动荷载作用下结构计算的有效工具，要理解影响线的定义，理解影响线与内力图的区别。 （ 1 ）教学内容 用静力法和机动法绘制简支梁，外伸梁及多跨静定梁的反力和内力影响线的方法，最不利荷载位置的确定，简支梁的绝对最大弯矩和内力包络图的作法。 （ 2 ）教学要求 掌握用静力法绘制简支梁，外伸梁及多跨静定梁的反力和内力影响线的方法。掌握利用影响线求反力和内力的方法。最不利荷载位置的确定，以三角形影响线为主，在一系列移动荷载的作用下，掌握其最不利位置的确定，从而求出最大的反力或内力数值。了解简支梁的绝对最大弯矩和内力包络图的作法。 重点：简支梁，外伸梁内力影响线的绘制。 难点：简支梁的绝对最大弯矩和内力包络图的作法。 （六）单材料构件设计计算 1. 应力和强度 1 ）构件强度计算 （ 1 ）教学内容 拉压杆的应力；拉压杆的强度条件；材料的力学性质；容许应力的确定；局部应力的概念及圣维南原理，拉压超静定问题；剪切的实用计算；铆钉连接的实用计算；剪应力互等定理；等直圆杆在扭转时的应力计算，矩形截面等直杆线扭转强度的主要结果；薄壁杆件线扭转的近似计算；弯曲正应力概念；梁的弯曲试验和平面假设，任意对称截面梁正应力公式的一般推导，梁的正应力强度条件；梁的剪应力；梁的合理截面，非对称截面梁的平面弯曲、弯曲中心的概念。 （ 2 ）教学要求 掌握横截面上的应力计算，了解斜截面上的应力计算，掌握强度条件的应用，了解材料在拉伸和压缩时的力学性能，理解安全系数和容许应力集中的概念，掌握一次拉压超静定问题的求解方法；理解剪切的概念，掌握剪切的实用计算、挤压的实用计算和铆钉或螺栓连接的计算，理解剪应力互等定理；掌握等直圆杆扭转时横截面上的主应力计算、强度条件的应用、矩形截面的等直杆在线扭转时的应力、薄壁杆件线扭转时的应力；了解弯曲应力的概念，理解纯弯曲时横截面上正应力公式的推导，掌握横截面上正应力计算公式，掌握正应力强度计算方法，了解矩形截面梁横截上剪应力公式的推导，掌握常见截面梁横截面上最大剪应力计算和剪应力强度校核。了解梁的合理截面，非对称截面梁的平面弯曲和弯曲中心的概念。 重点：强度条件的应用；弯曲正应力计算公式推导、梁强度计算的内容。 难点：超静定问题的求解方法，尤其是变形协调条件；确定剪切面和挤压面、名义挤压面积的计算；等直圆杆扭转时横截面上应力计算公式的推导； T 形截面且材料拉压强度不同的梁的正应力强度计算。 2 ）应力状态和强度理论 （ 1 ）课程内容 研究一点应力状态和强度理论的定义；平面应力状态分析的数解法；平面应力状态分析的图解法应力图，梁的主应力和主应力迹线；强度理论。 （ 2 ）教学要求 了解应力状态的的概念，单元体的取法，理解主平面和主应力的概念、应力状态的分类方法，掌握平面应力状态下应力分析的两种方法：解析法和图解法，理解梁中的主应力和主应力迹线，了解复杂应力状态下的应变，广义虎克定律和弹性变形能，理解强度理论的概念，掌握强度理论在梁计算中的应用。 重点：平面应力状态下主应力大小和主平面方位的确定方法，应力圆的点与单元体的面对应关系。 难点：一点处应力状态的有关概念、平面应力状态下主平面方位的确定。 3 ）构件组合变形强度计算 （ 1 ）课程内容 组合变形的概念：弯曲压缩组合偏心受压；两个平面弯曲的组合斜弯曲；弯曲与扭转的组合；关于叠加原理的适用范围。 （ 2 ）教学要求 了解组合变形的概念和分析方法，掌握偏心受压缩强度计算方法、截面核心的概念及其确定，理解斜弯曲和弯、扭组合强度分析的方法。 重点：偏心受压（压弯组合）强度计算，截面核心边界的确定。 2. 构件的变形和刚度 （ 1 ）课程内容 复杂应力状态下的应变，广义虎克定律，复杂应力状态下的弹性变形能，轴向变形、扭转角、转角和挠度，刚度条件的应用 （ 2 ）教学要求 了解构件和结构刚度的概念，掌握刚度条件的应用。 3 压杆稳定 （ 1 ）课程内容 稳定的概念；两端铰支压杆的临界力；杆端约束对压杆临界力的影响；欧拉公式的使用范围；压杆稳定校核的实用方法。 （ 2 ）教学要求 了解压杆稳定性的概念，掌握细长压杆临界压力的欧拉公式，理解欧拉公式的使用范围、超过比例极限时压杆临界应力计算与临界应力总图，掌握压杆的稳定计算方法。 重点：压杆失稳平面的判断、临界应力公式的选用。 难点：压杆的稳定性概念。 五、学时分配建议表 序 号 课程内容 课时 课时分配 讲课 习题课 实验 综合练习 一 建筑力学概论 （ 2 ） （ 2 ） 二 力和荷载基本概念和理论 （ 10 ） （ 9 ） （ 1 ） 1 力的基本概念 2 2 2 力偶和力矩 8 7 1 三 力学计算模型 （ 14 ） （ 12 ） （ 1 ） （ 1 ） 1 约束和约束反力 2 2 2 受力分析和受力图 6 4 1 1 3 力学计算简图 2 2 4 平面体系的几何组成 4 4 四 力的平衡 （ 20 ） （ 14 ） （ 3 ） （ 3 ） 1 力在坐标轴上的投影 4 2 1 2 力系的简化和合成 6 6 3 力系的平衡问题 10 6 2 五 荷载效应 （ 44 ） （ 38 ） （ 4 ） （ 2 ） 1 变形构件的