建筑力学课程学习指导书

专业专业word可编辑郑州大学现代远程教育〈建筑力学》课程学习指导书宁永胜编■ 课程内容与基本要求〈建筑力学》主要包括静力学基础，平面任意力系的简化与平衡，平面体系的几何组成分析，各类基本构件的强度、刚度及稳定性问题，静定结构的内力计算和位移计算，超静定结构的内力计算等内容。通过本课程的学习，要求学生熟悉各类常用杆类构件的受力特性，能够利用建筑力学的基本原理和方法 ，解决实际建筑工程中一些杆件结构构件的强度、刚度和稳定性设计问题等，并为后续的结构类专业课程打下坚实的力学知识基础 。■课程学习进度与指导早1」课程内容建议学时学习指导模块一导学、静力学基础及平面任意力系的平衡6学时以课件学习为主,重点掌握静力学基本公理及平面任意力系的平衡计算模块二平间体系的几何组成分析2学时以课件学习为主,重点掌握无多余约束几何不变体系的组成规则并能够利用这些规则进行体系的几何组成分析。模块三各类基本构件的强度、刚度和稳定性问题6学时以课件学习为主，重点掌握拉压杆的应力、发形及强度计算和平向弯曲杆件的应力及强度计算。模块四静定结构的内力、位移计算*9学时以课件学习为主,重点掌握静定梁、静定刚架的内力图绘制、静定桁架的内力计算和静定结构的位移计算。模块五超静定结构的内力计算*8学时以课件学习为主,重点掌握超静定梁和刚架内力计算的力法、位移法和力矩分配法。模块一静力学基础及平面任意力系的平衡一、学习目标：了解建筑力学的研究对象与任务；掌握刚体、力、平衡、力矩、力偶、约束等基本概念；熟练掌握静力学的四个基本公理及其两个推论；了解工程中常见的约束类型，并掌握各类约束的约束特点及其约束力；熟练掌握平面任意力系的简化及平衡计算。二、学习内容：建筑力学的研究对象与任务；刚体、弹性体及其基本假定；力、力矩、力偶及其性质；约束与约束反力；受力分析与受力图；平面任意力系的简化；平面任意力系的平衡条件及平衡计算。三、本章重点、难点：静力学的四个基本公理及其推论；平面任意力系的简化与平衡计算。四、建议学习策略：听视频课件、做在线测试、讨论交流等。模块二平面体系的几何组成分析一、学习目标：领会几何不变体系、几何可变体系、瞬变体系和刚片、约束、自由度等基本概念；熟练掌握无多余约束几何不变体系的组成规则及体系几何组成分析的方法；了解结构的几何特性与静力特性的关系。二、学习内容：几何组成分析的基本概念；无多余约束几何不变体系的组成规则；体系几何组成分析的方法及示例；结构的几何特性与静力特性的关系。三、本章重点、难点：利用无多余约束几何不变体系的组成规则进行体系几何组成分析的方法。四、建议学习策略：听视频课件、做在线测试、讨论交流等模块三各类基本构件的强度、刚度及稳定性设计一、学习目标：了解杆件变形的基本形式；掌握拉压杆和平面弯曲杆件横截面上的内力、应力计算；掌握拉压杆件的应变和变形；熟练掌握拉压杆与平面弯曲杆件的强度设计；了解轴压杆的稳定性设计。二、学习内容：杆件变形的基本形式，杆件的内力与应力的概念；拉压杆的内力、应力及其强度计算；拉压杆的应变与变形，轴压杆的稳定性；截面的几何性质；平面弯曲杆件的内力、应力及其强度条件。三、本章重点、难点：拉压杆的应力和变形计算及其强度计算；平面弯曲杆件的应力及其强度计算。四、建议学习策略：听视频课件、做在线测试、讨论交流等。模块四静定结构的内力、位移计算一、学习目标：掌握静定梁、静定平面刚架、静定平面桁架等的内力计算，熟练掌握静定梁和静定刚架内力图绘制的各种方法和技巧；掌握静定结构的特性；领会变形体系虚功原理；掌握结构位移计算的一般公式及荷载作用引起的位移计算 ；熟练掌握图乘法计算位移。二、学习内容：单跨静定梁、多跨静定梁、静定平面刚架、静定平面桁架的内力计算及内力图的绘制，静定结构的特性；变形体系虚功原理，结构位移计算的一般公式，荷载作用引起的位移计算，图乘法计算位移。三、本章重点、难点：静定梁与静定刚架的内力计算及内力图的绘制；静定平面桁架的内力计算，图乘法计算静定结构由荷载引起的位移。四、建议学习策略：听视频课件、做在线测试、讨论交流等。模块五超静定结构的内力计算一、学习目标：掌握超静定结构的概念及超静定次数的确定；掌握等截面直杆的形常数和载常数；掌握力法、位移法、力矩分配法的基本概念；熟练掌握超静定梁和刚架的力法计算、无侧移结构的位移法及力矩分配法计算，熟练掌握利用对称性简化计算。二、学习内容：超静定结构的概念及超静定次数的确定；力法的基本概念，力法典型方程的建立，力法计算超静定梁和刚架；利用对称性简化计算；等截面直杆的形常数和载常数；位移法的基本概念、位移法典型方程的建立，位移法计算连续梁和无侧移刚架；力矩分配法的基本概念和基本运算，力矩分配法计算连续梁。三、本章重点、难点：力法计算超静定梁和刚架；位移法计算连续梁和无侧移刚架；力矩分配法计算连续梁；利用结构的对称性简化计算。四、建议学习策略：听视频课件、做在线测试、讨论交流等。■课程习题一、单项选择题对于作用在刚体上的力，哪一个不是其三要素？()A.大小 B.方向 C.作用点 D.作用线将一个合力分解为两个分力，其结果有几个？()A.一个 B.两个C.三个 D.无数个3、约束力沿接触面的公法线方向且指向被约束物体的约束是()A.柔索约束 B.光滑面约束 C.圆柱钱链约束 D.辗轴支座约束专业word可编辑专业专业word可编辑4、在图示三校刚架中，若不计各杆自重，则AC杆和BC杆B.都是二力杆A.B.都是二力杆C.只有C.只有AC杆是二力杆D.只有BC杆是二力杆5、某平面任意力系向。点简化，得到如图所示的一个力F5、某平面任意力系向。点简化，得到如图所示的一个力Fr和一个力偶矩为Mo的力偶，则该力系简()A.合力偶C.作用在O点上边某点的一个合力化的最后结果为B.作用在O点的一个合力D.作用在O点下边某点的一个合力A.C.平面任意力系的平衡方程的形式不可能三个投影方程一个投影方程和两个力矩方程B.两个投影方程和一个力矩方程D.三个力矩方程A.C.平面任意力系的平衡方程的形式不可能三个投影方程一个投影方程和两个力矩方程B.两个投影方程和一个力矩方程D.三个力矩方程几个自由度1个2个3个4个1个2个3个4个台匕

目匕作为建构使用的是什么体A.瞬变体系B.常变体系 C.几何可变体系 D.几何不变体系9 、连接个刚片的复校为几个约束？2A.瞬变体系B.常变体系 C.几何可变体系 D.几何不变体系9 、连接个刚片的复校为几个约束？2个3个4个6个10两刚片用三根延长线交于一点的链杆相连组成A.无多余约束的几何不变体系B.有一个多余约束的几何不变体系C.常变体系DC.常变体系11、在几何不变体系上拆除二元体，得到的新体系为A.几何不变体系A.几何不变体系B.无多余约束的几何不变体系C.瞬变体系C.瞬变体系D.常变体系12示荷载作用下将发生哪种变形形式A.轴向拉伸B.剪切D.弯曲12示荷载作用下将发生哪种变形形式A.轴向拉伸B.剪切D.弯曲C.扭转题一、12图13、若拉压杆横截面上的正应力为3则其上发生最大切应力的斜截面与横截面的夹角及最大切应力值分别为()

A.30°"2 B.45°,d2 C.0°, D.45°,b14、两根长度和横截面面积均相等的不同材料杆件 ，若其材料弹性模量分别为Ei和E2,且Ei>E2,它们在相同的轴向拉力作用下，产生的应力和轴向变形分别为 ①、Ali和02 、Ah。下列关系正确的是()A. 01A. 01=02,Ali=AI2C.6=02,Ali<AI2B.①<02,Ali<Al2D.oi=02,Ali>AI2i5、截面对形心轴的哪个几何量一定等于零？A.静矩 B.惯性矩C.极惯性矩 D.惯性积,则截面对这两轴惯性矩,则截面对这两轴惯性矩i6、Xi轴和X2轴相互平行,其中xi轴为图示矩形截面的形心轴A.Ixi=Ix2 B.Ixi<Ix2C.Ixi>Ix2i7题一、i6图D.不确定题一、i7图根据图示剪力和弯矩引起的微段变形，可知其正负号是()B.剪力和弯矩均为负A.B.剪力和弯矩均为负D.剪力为负，弯矩为正C.D.剪力为负，弯矩为正题一、题一、22图18、关于矩形截面梁横截面中性轴上的应力正确的论述是A.弯曲正应力最大，弯曲切应力等于零B.弯曲正应力等于零,弯曲切应力最大C.弯曲正应力和弯曲切应力都最大D.弯曲正应力和弯曲切应力都等于零19、在集中力偶作用处，梁图和弯矩图如何变化？A.剪力图发生突变，弯矩图发生转折B.剪力图发生突变，弯矩图不变20C.剪力图不变，弯矩图发生转折D.剪力图不变弯矩图发生突变Me为A.3kNm（上拉）B.2kNm（下拉）C.8kNm（下拉）6kNm4kND.14kNm（下拉）Fp|题一、3kN/m21A.Fpa（上拉）22—4m*.2m.20图多跨静定B.Fpa（下拉）ABC.2aaa-a.题一、212Fpa（上拉）矩图如图D.弯矩Ma为2Fpa（下拉）其剪力图为A.C.专业w5iB.D.5kN5kN9*5kN20kNmB 2m"专业专业word可编辑23、结构中AB杆段的弯矩图形状如图所示则其上荷载可能是A.中点有一向下的集中力B.中点有一向上的集中力C.杆段上满布向下的均布荷载D.杆段上满布向上的均布荷载FpB题一、24图24、图示多跨静定梁，荷载作用在基本部分AB上,附属部分BC上会产生A.反力B.内力C.位移D.变形25、截面计算桁架内时所取包含几个A.单个B.最少两个C.最多两个D.任意个26哪个节A.B，2C.27因素可中产生内力B.温度改变C.支座移动D.ABC者B正确题一、题一、34图28结构位移计的理论基础是A.平衡条件B.虚位移原理C.虚力原理D.胡克定律29、如果要求图示刚架中C截面转角，虚拟力状态为30 、什么()A.简支曲梁31 、()A.支座反力32 、()A.平衡条件结构一定B.多跨静定梁力法的B.多余未知力

力法方B.位移条件二能用图乘法计算位移33()A.2次C.静定刚架基本未D.超静定刚架知量是C.节点位移程的C.物理条件D.杆端弯矩实质是D.虚功原理结构的超静定次数为C.4次D.6次B.3次q|口口打口1|EICiIEIEEII专业专业word可编辑34图示对称结构C截面上等于零的量值是()A.水平位移 B,竖向位移 C.弯矩 D.轴力35、单跨超静定梁(等截面直杆)在什么因素作用下的杆端力称为形常数？A.杆端位移 B.单位杆端位移 C.杆端内力D.杆上荷载基本结构是36 、位移法的基本结构是()A.去掉多余约束后得到的静定结构B.去掉多余约束后得到的单跨超静定梁的组合体C,加入附加约束后得到的静定结构D,加入附加约束后得到的单跨超静定梁的组合体37、图示结构位移法方程中的系数rii=()题一、37图38、用力矩分配法计算图示结构时已知力矩分配系数 ab=0.35,AC=0.45,贝UAD二A.0.1 B. 0.2 C.0.55 D.0.839弯矩传递系数和下列什么因素有关？A.近端支承情况B.远端支承情况C.材料性质D.杆件的线刚度40图示杆件A端的转动刚度 Sab=A.4iC.iB.3iD.0、分析题：对图示体系进行几何组成分析(b)7A(d)三、作图题：试绘制图示刚架的弯矩图(d)(d)四、计算题1、图示托架中，四、计算题1、图示托架中，杆AB为圆截面杆，直径d=45mm,杆AC为No.10工字钢（截面面积A=14.3cm2)A=14.3cm2)两杆材料均为Q235钢，许用应力157MPa。试校核当Fp=120kN时托架的强度是否安全。2、图示结构2、图示结构AB、BC杆均为直径d=20mm的圆截面直杆，材料许用应力160MPa,求此结构的许可荷载专业专业word可编辑3、矩形截面外伸梁如图所示已知截面的边长比b:h=1:2,3、矩形截面外伸梁如图所示160MPa,试根据弯曲正应力强度条件确定梁的截面尺寸 bh（以mm为单位保留至整数）4、截面为No.20a工字钢的外伸梁承受均布荷载如图所示 。已知截面的Iz2370cm4,Wz237cm3,材料的许用应力 170MPa,试根据弯曲正应力强度条件确定许可均布荷载q0q均布荷载q0qanmu।mnmuH BL D 4m…2m.题四、4图5、用力法解图示刚架，并画弯矩图，各才fEI二常数6、用力法解图示刚架,并画弯矩图,各才fEI=常数。（建议采用图示基本结构）,并画弯矩图，各杆EI二常数7,并画弯矩图，各杆EI二常数8、试用力法计算图示对称刚架，并作出弯矩图，各杆E=常数。（提示：先将荷载分解为对称荷载与反对称荷载，再分别计算）CDm题四、7图^^K2=Q20kNCDm题四、7图^^K2=Q20kN题四、8图9、试用位移法计算图示刚架，并画M图（各杆线刚度均为i）图。题四、9图题四、10图11、试用位移法计算图示对称刚架，并画M图（各才fE=常数）12、试用位移法计算图示刚架（利用对称性），并绘制弯矩图。（15图。题四、9图题四、10图11、试用位移法计算图示对称刚架，并画M图（各才fE=常数）12、试用位移法计算图示刚架（利用对称性），并绘制弯矩图。（15分）题四、11图10kNC20kN/m£1=常数10kN.2m..3m3m-2m.题四、12图13、试用力矩分配法计算图示连续梁，并绘制弯矩图100kNIC I100kNIC I-* EI.•2m――2mA； II，，，BTOC\o"1-5"\h\zfEI，.三 2EII4m 6m24kN/m 50kN■:A B…t……■，C ID'-2EI EIHh2EI-「 8m…8m…4m…4m.80kN20kN/mb80kN20kN/mb厂C3mLEI 1.5EI /2EI，，"，6m 4.3m.3m― 6m——：|(c)■考试模拟题第一部分-、单项选择题(每题第一部分-、单项选择题(每题2分，共20分)1、作用在同一刚体上的两个力 Fa、Fb()一对平■衡的力或一个力偶C.作用力与反作用力或一对平衡的力2、图示等边三角形，沿其边缘作用大小均为客观题满足Fa= Fb的条件，则二力可能是一对平衡的力或一个力与一个力偶D.作用力与反作用力或一个力偶F的力，方向如图所示，三力向一点简化的最 后 结 果 为()A.平衡B.合力 C.力偶D.力螺旋、3题图3 、 图()B.瞬变体系D.有两个多余约束的几何不变体系B.瞬变体系D.有两个多余约束的几何不变体系C.无多余约束的几何不变体系4、拉压杆的强度条件要求其横截面上的最大工作应力不超过材料的()A.屈服极限 B.强度极限 C.极限应力 D.许用应力5、纯弯曲梁横截面上的弯曲正应力沿截面高度的分布规律为()A.按线性规律分布，最大值发生在中性轴处B.按抛物线规律分布，最大值发生在中性轴处C.按线性规律分布,最大值发生在上下边缘D.按抛物线规律分布,最大值发生在上下边缘6、外伸梁在图示荷载作用下，弯矩图形状正确的是)合I £C\题一、6图7、静定结构的内力与各杆刚度的关系为A.无关B.有关但仅与各杆刚度的相对值有关A.无关B.有关但仅与各杆刚度的相对值有关C.与各杆刚度的绝对值有关D.视作用因素而定B.A、B.A、B两点间距的改变D.A、B两点的相对水平位移8、图示虚拟力状态可求出哪个位移？A.A、B两点的相对位移C.A、B两截面相对转角Fp=1

aAFp=1Br*—题一、8图9、对称刚架受荷载如图所示，取半结构时代()A.水平定向支座 B.固定较支座10、位移法方程中的系数对称轴上的C截面所受约束用什么支座约束替 ？C.水平支杆 D.竖向支杆rj表示的是位移法基本结构（）A.由节点位移Zi单独作用引起附加约束j中的约束力B.由单位节点位移Zi=1单独作用引起附加约束j中的约束力C,由节点位移Zj单独作用引起附加约束i中的约束力D.由单位节点位移Zj=1单独作用引起附加约束i中的约束力第二部分主观题-、分析与作图题（每题6分，共-、分析与作图题（每题6分，共12分）1、对图示体系进行几何组成分析（要写出分析过程）2、试绘制图示刚架的弯矩图（不必写出过程）。D C EA^tr^BB04kN/mn1HHUHM翡mJm、a ;S 4m 小2m」一、2题图、计算题（每题分数见题后，共68分）1、1、T形截面铸铁截面梁受力如图所示yi=49mm,截面对中性轴z的惯性矩IzIz1.076107mm4,材料的许用拉应力 t48MPa,许用压应力 c100MPa。试校核梁的弯曲正应力强度（15试校核梁的弯曲正应力强度（15分）分）10kNA_LCmI4m10kNT1m ►试用力法解图示连续梁，并画弯矩图分）10kNA_LCmI4m10kNT1m ►试用力法解图示连续梁，并画弯矩图E=常数（建议取图示基本结构计算）（20工基本结构匕二、2题图试用位移法计算图示对称刚架，并画M图（EI=常数）。（18分）15kN/m试用力矩分配法计算图示连续梁，并绘制弯矩图。（15分）15kN/m15kN/mITTTTTjdITTTTTjde，41iFTIII[f,30kN30kN30kN30kN4mAT：4m4mAT：4m4m48kN2EI48kN2EI4m20kN/m

2EI6m

二、4题图附1：课程习题答案要点：、单项选择题：1、C2、D3、B4、C5、D6、A7、B8、D9、C10、

11、A12、A13、B14、C15、A16、B17、D18、B19、D20、C27、A28、C29、D21、C22、A2327、A28、C29、D30、A31、B31、B32、B33、C 34、A35、B36、D37、C38、B39、B40、、分析题:(a)撤除支座约束,剩余部分为刚片I和II用既不完全平行又不完全相交的三根链杆1、2、3相连，故原体系为无多余约束的几何不变体系。(b)撤除支座约束，去除二元体C-A-D、C-B-E,剩余部分为刚片1(CDE)和H(FGH)(d)答案(d)答案(c)撤除支座约束,去除二元体D-C-E、G-F-H,剩余部分为两刚片(如图示)用两个单较J、K相连，故原体系为有一个多余约束的几何不变体系。(d)撤除支座约束，去除二元体D-C-E,剩余部分为两刚片(杆AF和BF)用两平行链杆相连，故原体系为有一个自由度的几何可变体系。（c）答案四、计算题：1、解：（1）内力分析。取节点A,受力分析如图示。Fy 0 FAB 2FP 240kN（拉） Fy 0 FAC T3fp 207.85kN（压）(2)校核结构强度是否安全。F 240103AB杆：AB-AB- 150.90MPa<157MPaAAB — 45243故结构强度是安全BC杆：AC-FAC207.8510 145.35MPa<157MPa故结构强度是安全AAC 14.31022、解:（1）内力分析。取节点C,受力分析如图示Fx 0 Facsin60FBCsin30Fy0Faccos60Fbccos30Fp0联立求解,得：Fac2fp（拉），FBC A。（拉）确定可能危险杆件:BC杆。（3）由BC杆确定许可荷载：Fbc ,3Fp-BC_ 、ABC 2ABe2ABeYR58042N58.04kN即Fp58.04kN3、拉）解：（1）作出梁的弯矩图如图所示最大弯矩发生在C截面：MC确定截面尺寸Wzbh22b36 3最大正应力发生在C截面上下边缘：Me3Mc1 Wz 2b353.13mmb>3MC取b=54mm,h=2b=108mm。M图：kNm16kNm（下解：（1）作出梁的弯矩图如图所示，最大弯矩发生在B截面：Mb2q（上拉）确定许可均布荷载最大正应力发生在B截面上下边缘：Mb 2q<maxWz Wz'WZq」2371061701032解：11X1ip3600；1i百,4PADq20.15kN/m,即q20.15kN/m9360 X1 26kNEI'4piiXi21X112X222X2ip2Pql324EI0。Xi4lX228ql§2l33EI§2l22EI11X112X21P21X122X22P72■2必184P32472——。X15kNX22kNEI1 ' 28、解:(1)荷载分解为对称荷载和反对称荷载10kN10kN原结构对称荷载反对称荷载10kN10kN(3)反对称荷载作用下内力分析(2)对称荷载作用下M=0Xi=111X11P0；11256320X11P15113EI1P9、解:0；66R1PR1P%乙r11 11i6310、斛：r11Z1 R1P 0; r11 16i, R1P 48; Z1 -30M图：kNm1111、解：rnZiRip0;rn67i,Rp42;Zi—iq=14kN/mrTTTTTl基本体系基本体系12、解：rnZi