《结构力学一》课程教学大纲.doc

结构力学(一)课程教学大纲课程编号：509915a 课程名称：结构力学（一）英文名称：Structural Mechanics课程类型：必修课总 学 时：60 讲课学时：60 实验学时：0学分：4.5适用对象：土木工程本科 先修课程：高等数学、理论力学、材料力学；执 笔 人： 赵腾飞 审定人：孟昭博 崔诗才 一、课程性质、目的和任务本课程是土木工程专业必修的一门主要的专业基础课。本课程的教学目的是使学生在理论力学和材料力学的基础上进一步掌握分析计算杆件体系的基本原理和方法，了解各类结构的受力性能，培养结构分析与计算方面的能力，为学习有关专业课程及进行结构设计和科学研究打下基础，并能够应用这些理论和方法解决工程实际问题二、课程教学和教改基本要求第1章 绪 论 掌握结构概念，结构力学的内容、研究对象，了解并掌握结构力学学习方法。第2章、几何组成分析：掌握平面几何不变体系的基本组成规律及其应用。第三章 静定结构的受力分析：（根据本章在结构力学整个课程中的重要性，把本章分解为三章讲述）灵活运用隔离体平衡法，熟练掌握梁和刚架内力图的作法以及桁架内力的计算方法，掌握静定组合结构和拱的内力的计算方法。了解静定结构的力学特性。第3章：静定梁和静定刚架：灵活运用隔离体平衡法（截面法）计算指定截面的内力；熟练掌握静定梁和静定平面刚架内力图的作法；了解空间刚架内力图绘制的方法第4章：静定桁架和组合结构理解理想桁架的概念；熟练掌握静定平面桁架杆件轴力的计算方法；能利用结点平衡的特殊情况判定零杆和等力杆；掌握静定组合结构的受力特点及内力计算方法；了解静定空间桁架的几何组成规则及杆件轴力的计算方法；了解静定结构的力学特性。 第5章：三铰拱了解三铰拱的受力特点，掌握三铰拱支座反力及指定截面内力的计算方法；了解三铰拱压力线的概念，了解三铰拱在几种常见荷载作用下的合理拱轴方程；了解悬索结构的受力特点和单根悬索的计算方法。第6章、虚功原理与结构的位移计算：理解变形体系虚功原理的内容及其在结构位移计算中的应用；理解广义力和广义位移的概念；熟练掌握计算结构位移的单位荷载法；熟练掌握图形相乘法在位移计算中的应用；了解线弹性体系的互等定理。 第7章、力法：掌握力法的基本原理和用力法计算超静定结构在荷载、支座移动、温变作用下的内力。会计算超静定结构的位移。了解超静定结构的力学特性。第8章、位移法：掌握位移法的基本原理和方法；熟练掌握用典型方程法计算超静定刚架在荷载作用下的内力；会用典型方程法计算超静定结构在支座移动和温度变化时的内力；了解并掌握用直接平衡法计算超静定刚架的内力 。三、课程各章重点与难点、教学要求与教学内容本课程属于专业基础课，其主要教学内容如下：第1章、绪论节构力学的研究对象和任务；计算简图；结构分类、荷载分类第2章、几何组成分析几何不变体系和几何可变体系、自由度和约束、必要约束和多余约束的概念，瞬变体系的概念。平面几何不变体系的基本组成规律及其应用。（第3章、静定结构的受力分析，本部分分为三章讲解）用隔离体平衡法求杆件未知内力的要点。直杆荷载与内力间的微分与增量关系及其在内力图上的反映。分段叠加法作直杆的弯矩图。静定梁和刚架内力图的作法，静定桁架、组合结构和拱的内力的计算方法。静定结构的力学特性以及各类结构的受力特点。第3章、静定梁和静定刚架单跨静定梁 ，多跨静定梁，静定平面刚架，静定空间刚架，快速绘制内力图第4章、静定桁架和组合结构桁架特点和组成，静定平面桁架，三种平面梁式桁架受力比较，静定空间桁架，静定组合结构。第5章、三铰拱：拱结构形式和特性，三铰拱内力计算，三铰拱压力线和合理拱轴，悬索结构，静定结构的特性。第6章、虚功原理与结构的位移计算变形体虚功原理及其在结构位移计算中的应用，静定结构由于荷载、支座移动、温度改变和制造误差而产生的位移的计算方法。广义力和广义位移的概念。图乘法在位移计算中的应用。线弹性体系的互等定理。第7章、力法超静定结构概述，力法的基本原理，力法的基本体系选择及典型方程，用力法计算超静定结构在荷载作用下的内力、力法解决超静定结构在支座移动、温变作用下的内力。对称结构的简化计算，超静定结构的位移计算。超静定结构内力图的校核，超静定结构的力学特性。第8章、位移法：位移法的基本原理，等截面直杆的刚度方程，无侧移刚架计算，有侧移刚架计算，位移法基本体系，对称结构计算。用位移法计算刚架和连续梁在荷载作用下的内力。本课程各章重点、难点第1章 绪 论重点：结构力学的研究对象；计算简图；荷载分类；难点：实际结构简化为结构计算简图的原则和应用，熟练掌握计算简图的表达方式使学生了解结构力学的研究对象、内容、研究方法和学习结构力学的目的；掌握计算简图简化的原则和简化过程；理解作用于结构上的荷载及其分类，荷载与结构抗力的关系，并简要介绍杆件结构的分类。第2章 结构的几何构成分析重点：体系的自由度和体系的静定性，瞬变体系，几何组成分析难点：正确计算结构的自由度，怎样确定体系的静定性，掌握并运用几何组成法则分析平面杆件体系了解以下基本概念：几何不变体、几何可变体、自由度、约束、必要约束、多余约束、静定结构和超静定结构；理解几何不变无多余约束的平面杆件体系的基本组成规则；掌握集合组成分析的两种基本方法：一是从基础出发，逐次应用组成规律，另一种是从体系内部确定局部刚体，再应用组成规律逐步扩展到基础。能够判断某一体系是否几何不变，从而确定它能否作为结构；根据体系的几何组成确定结构是静定的还是超静定的，选择相应的计算方法。第3章 静定梁及静定平面刚架重点：静定梁计算内力的方法和绘制内力图的方法；静定平面刚架内力计算方法、步骤及绘制内力图。难点：正确计算静定梁和平面刚架的内力、绘制内力图 对于梁：了解基本概念：轴力、剪力和弯矩，截面内力正负号的规定和内力图；掌握利用三个静力平衡方程求静定梁支座反力；对多跨静定梁分析其几何组成，求支座反力的次序应与其组成次序相反；掌握利用截面法计算截面内力，要求能够选取适当的隔离体，应用基本平衡方程计算内力；掌握分段叠加法绘制结构内力图。 对于刚架：了解基本概念：刚架、刚结点、铰接点的区别（表现在变形和受力两个方面）、内力正负号的规定、杆端截面内力的标注；掌握计算内力的步骤：计算支座反力，计算杆端截面内力（参考静定梁的计算方法）；刚架内力图的绘制方法：分解法和组合法。（需注意两点：计算时补充中间铰弯矩为零的条件，内力图可校核刚性铰能传递力的性质）。第4章 静定桁架及组合结构重点：熟练掌握计算平面桁架及组合结构的内力方法难点：桁架内力计算的两种基本方法：节点法和截面法。组合结构的内力分析：隔离体的选取；梁式杆和链杆的区别和判断；组合结构的内力图。了解基本概念：理想桁架、平面桁架、组合结构，掌握组合结构的受力特点和解题方法；掌握用结点法和截面法计算桁架杆件的轴力方法：用结点法计算简单桁架，用结点法和截面法计算组合结构。第5章 三铰拱重点：掌握基本的三角拱的内力计算方法，三铰拱的受力特点难点：三铰拱的内力计算和合理轴线概念了解拱结构的受力特点以及工程应用情况，重点介绍三铰拱，使学生了解三角拱的组成与类型；掌握在竖向荷载作用下三角拱支座反力和内力的计算方法和公式，利用公式计算三角拱的截面内力；掌握三铰拱的内力特点和合理轴线推导方法。第6章 虚功原理与结构位移计算重点：了解虚功原理的推导和用公式法计算结构位移的方法，掌握图乘法计算梁和刚架的位移。难点：图乘法计算梁和刚架的位移，虚功原理的概念。了解基本概念：线性变形体系、刚体体系、实功、虚功、广义位移；刚体体系的虚功原理及其应用；单位荷载法计算直杆在荷载作用下的弹性位移的一般公式；梁、刚架、桁架在荷载作用下的位移计算公式；熟练掌握图乘法的计算公式、应用条件及正负号的规定，应用图乘分段和叠加的方法计算梁和刚架的位移。第7章 力 法重点：力法的基本原理。用力法计算超静定结构在荷载、支座移动、温变作用下的内力。超静定结构的位移计算。超静定结构的力学特性。难点：用力法计算超静定结构在荷载、支座移动、温变作用下的内力。掌握力法的基本原理和用力法计算超静定结构在荷载、支座移动、温变作用下的内力。会计算超静定结构的位移。了解并掌握超静定结构的力学特性。第8章 位移法重点：位移法的基本原理，等截面直杆的刚度方程。用位移法计算刚架和连续梁在荷载作用下的内力。难点：用位移法计算刚架和连续梁在荷载作用下的内力。了解并掌握位移法的基本原理，学会建立等截面直杆的刚度方程。掌握用位移法计算刚架和连续梁在荷载作用下的内力。四、各教学环节学时分配章（或编）次讲 课习题课讨论课实验其他合计第1章 绪论22第2章 结构的几何构成分析 66第3章 静定梁及静定平面刚架1010第4章 静定桁架及组合结构44第5章 三铰拱44第6章 虚功原理与结构位移计算1010第7章 力 法1414第8章 位移法1010合计6060五、课外习题及课程讨论为了巩固和加强课堂教学效果，根据结构力学的特点，课堂上尽量多讲解习题，并针对习题进行理论讲解，将理论融入到习题中，每堂课均布置一定数量的思考题或练习题。除了教材课后复习思考题之外，主要习题来源于其它参考书或网上的结构力学精品课程。六、作业与考核方式作业：布置习题的目的，是帮助学生复习和巩固课堂讲授的基本概念、基本理论和基本方法，培养学生分析问题、解决问题的能力。各部分习题数量大致占课后习题的1/3到1/4，从严要求，每题都作精作细，并选择代表性较强的习题在课堂上讲解。考试：本课程考试采取统一命题、题库组卷、流水阅卷的方式，试卷各部分内容所占比例与相应的学时匹配。试卷应侧重于考查学生对结构力学基本理论、基本方法和计算技能的理解和掌握，并有一定的难度梯度。七、推荐教材和教学参考书教 材：结构力学基本教程，高等教育出版社，2006年12月，第2版。参考书： （一）结构力学 赵更新主编， 中国水利水电出版社，2004年6月（二）结构力学（上）李廉锟主编， 高等教育出版社，1996年5月（三）结构力学（上册）吴德伦主编，重庆大学出版社，1994年1月（四）结构力学辅导 赵更新编，中国水利水电出版社，2001年9月八、说明 应结合结构力学的性质和特点，加强创新意识和创新思维的教育。应采用多媒体和板书相接合的方法，尽量利用多媒体等现代化教学手段进行形象化教学，在加大信息量的同时，提高教学效果。讲解结构力学的一个最大难点就是比较枯燥，理论化和数字计算的内容很多，学生听起来容易乏味，因此在教学中应采用启发式的教学方法，激发学生钻研问题的积极性，重点放在提高学生学习力学课的兴趣上，并尽量多加入一些实际工程实例，增强学生理论联系实际的能力和学习力学知识的动力。应在教学中引入力学方面的专业英语词汇，为向双语教学过渡创造条件。结构力学(二)课程教学大纲课程编号：509915b 课程名称：结构力学（II）英文名称：Structural Mechanics课程类型：必修课总 学 时：42 讲课学时：42 实验学时：0学分：3.5适用对象：土木工程本科 先修课程：高等数学、理论力学、材料力学；结构力学（I）执 笔 人： 赵腾飞 审定人：夏红春 崔诗才 一、课程性质、目的和任务本课程是土木工程专业必修的一门主要的专业基础课。本课程的教学目的是使学生在理论力学和材料力学和结构力学（I）的基础上进一步掌握分析计算杆件体系的基本原理和方法，了解各类结构的受力性能，进一步掌握结构的动力计算，培养结构分析与计算方面的能力，为学习有关专业课程及进行结构设计和科学研究打下基础，并能够应用这些理论和方法解决工程实际问题二、课程教学和教改基本要求第9章、力矩分配法。理解力矩分配法的概念，掌握用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架。掌握无剪力分配法的应用范围和应用方法，了解其他近似计算方法。第10章、影响线：理解影响线的概念，掌握作静定梁和桁架内力影响线的静力法，了解机动法。会用影响线求移动荷载作用下结构的最大内力。第11章、结构动力计算了解动力分析的基本概念和方法。掌握单自由度体系的自由振动分析，单自由度体系在简谐荷载作用下的受迫振动的计算。理解单自由度体系在一般动荷载作用下的受迫振动。了解阻尼对振动的影响。了解多自由度体系的自由振动，主振型的正交性。理解多自由度体系在简谐荷载作用下的受迫振动的计算。掌握振型分解法的概念及频率的近似计算方法。三、课程各章重点与难点、教学要求与教学内容本课程属于专业基础课，各章主要教学内容如下：第9章 力矩分配法。力矩分配法的概念，多结点力矩分配，无剪力分配法，混合法，近似计算法。第10章、影响线。影响线的概念。用静力法作静定梁和桁架内力的影响线，用机动法作静定梁内力的影响线。用影响线求移动荷载作用下结构的最大内力。简支梁的内力包络图与绝对最大弯矩。用挠曲线比拟法作连续梁内力的影响线。第11章、结构动力计算动力分析的基本概念和方法。单自由度体系的自由振动分析，单自由度体系在简谐荷载作用下的受迫振动的计算。单自由度体系在一般动荷载作用下的受迫振动。阻尼对振动的影响。多自由度体系的自由振动，主振型的正交性。多自由度体系在简谐荷载作用下的受迫振动的计算。振型分解法的概念。频率的近似计算方法。对教学内容的基本要求分成三级：掌握、理解和了解。其中，掌握属较高要求，应能对所学内容进行熟练分析和计算，并对一般的实际问题加以应用；理解属一般要求，应能对简单的结构力学问题进行分析和计算；了解属较低要求，应能对结构力学问题进行简单分析，知道相关概念和公式的推导思路和应用方法。以下为各章的具体要求：第9章 渐近法及其他算法简述（着重讲解力矩分配法） 重点：力矩分配法的概念，用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架。难点：掌握力矩分配法的概念，会用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架。 掌握力矩分配法求解单结点或多节点无侧移刚架及刚架的步骤，了解并掌握无剪力分配法的使用对象和求解过程。理解李菊分配法中的相关概念如：分配系数、传递系数、不平衡力矩等基本概念。第10章 影响线重点：用静力法作静定梁和桁架内力的影响线，用影响线求移动荷载作用下结构的最大内力。简支梁的内力包络图与绝对最大弯矩。用挠曲线比拟法作连续梁内力的影响线，了解超静定结构的影响线及多跨梁不利荷载的布置方式。难点：用静力法作静定梁和桁架内力的影响线，用影响线求移动荷载作用下结构的最大内力；多跨梁不利荷载的布置方式。了解并掌握影响线的概念，掌握用机动法作静定梁内力的影响线。学会确定移动荷载下简支梁最大弯矩的方法，掌握多跨超静定梁的最不利荷载布置方式。第11章 结构动力计算重点：动力分析的基本概念和方法。单自由度体系的自由振动分析，单自由度体系在简谐荷载作用下的受迫振动的计算。单自由度体系在一般动荷载作用下的受迫振动。阻尼对振动的影响。多自由度体系的自由振动，主振型的正交性。多自由度体系在简谐荷载作用下的受迫振动的计算。振型分解法的概念。频率的近似计算方法。难点：多自由度体系的自由振动，主振型的正交性。多自由度体系在简谐荷载作用下的受迫振动的计算。振型分解法的概念。频率的近似计算方法。掌握结构动力分析的基本方法，掌握单自由度及两自由度体系的自由振动及其在简谐荷载作用下的受迫振动的计算方法。了解阻尼对振动的影响。了解频率的近似计算方法。四、各教学环节学时分配章（或编）次讲 课习题课讨论课实验其他合计第9章 渐近法及其他算法简述1010第10章 影响线1414第11章 结构动力计算1818合计4242五、课外习题及课程讨论为了巩固和加强课堂教学效果，根据结构力学的特点，课堂上尽量多讲解习题，并针对习题进行理论讲解，将理论融入到习题中，每堂课尽可能布置一定数量的思考题或练习题。除了教材课后复习思考题之外，主要习题来源于其它参考书或网上的结构力学精品课程。六、作业与考核方式作业：布置习题的目的，是帮助学生复习和巩固课堂讲授的基本概念、基本理论和基本方法，培养学生分析问题、解决问题的能力。各部分习题数量大致占课后习题的1/3到1/4，从严要求，每题都作精作细，并选择代表性较强的习题在课堂上讲解。考试：本课程考试采取统一命题、题库组卷、流水阅卷的方式，试卷各部分内容所占比例与相应的学时匹配。试卷应侧重于考查学生对结构力学基本理论、基本方法和计算技能的理解和掌握，并有一定的难度梯度。七、推荐教材和教学参考书教 材：结构力学基本教程，高等教育出版社，2006年12月，第2版。参考书： （一）结构力学 赵更新主编， 中国水利水电出版社，2004年6月（二）结构力学（下）李廉锟主编， 高等教育出版社，1996年5月（三）结构力学（下册）吴德伦主编，重庆大学出版社，1994年1月（四）结构力学辅导 赵更新编，中国水利水电出版社，2001年9月八、说明 应结合结构力学的性质和特点，加强创新意识和创新思维的教育。应采用多媒体和板书相接合的方法，尽量利用多媒体等现代化教学手段进行形象化教学，在加大信息量的同时，提高教学效果。讲解结构力学的一个最大难点就是比较枯燥，理论化和数字计算的内容很多，学生听起来容易乏味，因此在教学中应采用启发式的教学方法，激发学生钻研问题的积极性，重点放在提高学生学习力学课的兴趣上，并尽量多加入一些实际工程实例，增强学生理论联系实际的能力和学习力学知识的动力。应在教学中引入力学方面的专业英语词汇，为向双语教学过渡创造条件。结构力学(三)课程教学大纲课程编号：509915C 课程名称：结构力学（I、 I I）英文名称：Structural Mechanics课程类型：必修课总 学 时：32 讲课学时：32 实验学时：0学分：1.5适用对象：土木工程本科 先修课程：高等数学、理论力学、材料力学；结构力学（I、II）执 笔 人： 赵腾飞 审定人：夏红春 崔诗才 一、课程性质、目的和任务本课程是土木工程专业必修的一门主要的专业基础课。本课程的教学目的是使学生在理论力学和材料力学和结构力学（I，I I）的基础上进一步掌握分析计算杆件体系的基本原理和方法，了解各类结构的受力性能，进一步掌握结构的动力计算，培养结构分析与计算方面的能力，为学习有关专业课程及进行结构设计和科学研究打下基础，并能够应用这些理论和方法解决工程实际问题二、课程教学和教改基本要求第12章、矩阵位移法 理解局部坐标系和整体坐标系下的单元刚度矩阵，整体刚度矩阵，荷载矩阵的概念以及矩阵位移法的解题思路，掌握局部坐标系和整体坐标系下的单元刚度矩阵建立方法，整体刚度矩阵的集成方法，和荷载矩阵的建立方法，掌握用矩阵位移法解决结构内力的步骤与方法。第13章、结构的稳定计算在结构设计中强度验算是最基本的和必不可少的，但仅作结构的强度验算是不够的。特别是主要受压的结构，当荷载达到某一临界值时，其临界应力还未超过其允许值，但已不能维持原有的平衡型式，而突然丧失稳定。本章的目的在于确定临界荷载，以保证结构不至因失稳而丧失承载能力。通过本章的学习，要求掌握两类稳定问题的基本概念，熟练掌握有限自由度体系确定临界荷载的静力法、能量法；掌握无限自由度体系确定临界荷载的静力法和能量法。第14章、结构极限荷载掌握按极限荷载进行结构设计的方法塑性设计方法。基本要求是：理解极限荷载、极限弯矩、塑性铰、破坏机构等概念；理解比例加载对判定极限荷载的一般定理；掌握用静力法和机动计算梁及简单刚架的极限荷载。三、课程各章重点与难点、教学要求与教学内容本课程属于专业基础课，各章主要教学内容如下：第12章、矩阵位移法局部坐标系和整体坐标系下的单元刚度矩阵、整体刚度矩阵、荷载矩阵的建立，以及矩阵位移法的解题思路。第13章、结构稳定计算稳定问题的基本概念。用静力法和能量法确定压杆的临界荷载第14章、结构极限荷载极限荷载概念及其定理，静定梁、连续梁、刚架的极限荷载对教学内容的基本要求分成三级：掌握、理解和了解。其中，掌握属较高要求，应能对所学内容进行熟练分析和计算，并对一般的实际问题加以应用；理解属一般要求，应能对简单的结构力学问题进行分析和计算；了解属较低要求，应能对结构力学问题进行简单分析，知道相关概念和公式的推导思路和应用方法。以下为各章的具体要求：第12章 矩阵位移法重点：整体刚度矩阵的形成；整体荷载向量P的形成；刚度方程的建立与求解难点：整体刚度矩阵的形成，支座条件的引进，刚度方程建立与求解。理解矩阵位移法的基本原理和方法；掌握局部坐标系和整体坐标系下的单元刚度矩阵建立方法，掌握整体刚度矩阵的集成方法以及荷载矩阵的建立方法，学会用矩阵位移法进行结构内力计算。第13章 结构稳定计算重点：用静力法计算有限自由度体系及可划为单杆（压杆）的无限自由度体系的临界荷载计算；用能量法计算单自由度体系及简单的无限自由度体系的临界荷载计算。难点：可划为弹性支座时，弹簧刚度的计算；无限自由度体系静力法计算中边界条件的引入，能量法中失稳曲线的假定。理解结构失稳的两种基本形式，掌握用静力法和能量法计算压杆的临界荷载