課程簡(jiǎn)介
Course Introduction
教學(xué)大綱
Teaching Syllabus
一,、課程基本信息
課程名稱 （中文） | 結(jié)構(gòu)力學(xué) | ||
課程名稱 （英文） | Structural Mechanics | 課程類型 | 專業(yè)必修課 |
學(xué) 分 | 3+2 | 總學(xué)時(shí) | 64+32 |
適用對(duì)象 | 土木工程專業(yè)本科大三 | ||
考核方式 | 閉卷筆試+實(shí)踐考核（平時(shí)作業(yè):30%，考勤:10%,，考試:60%） | ||
先修課程 | 高等數(shù)學(xué),、線性代數(shù)、普通物理學(xué),、理論力學(xué),、材料力學(xué) | ||
二、課程簡(jiǎn)介
《結(jié)構(gòu)力學(xué)》結(jié)構(gòu)力學(xué)是普通高等院校土木工程專業(yè)土建,、路橋,、水利類的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,，是我院重點(diǎn)建設(shè)課程之一。一方面它以高等數(shù)學(xué),、理論力學(xué),、材料力學(xué)等課程為基礎(chǔ)，另一方面,，它又是鋼結(jié)構(gòu),、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ),、結(jié)構(gòu)抗震等專業(yè)課的基礎(chǔ),。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程在整個(gè)課程體系中處于承上啟下的核心地位。主要內(nèi)容為桿件結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律,、靜定和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移的計(jì)算方法,、結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算方法。該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí),，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算等方面能力,，為后修課程（混凝土結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)等專業(yè)課程）的學(xué)習(xí)和今后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),、科學(xué)研究打下了力學(xué)基礎(chǔ)。
三,、課程目標(biāo)
本課程是土木工程專業(yè)本科生培養(yǎng)方案中一門重要的專業(yè)課程,，是理論與實(shí)踐應(yīng)用之間相聯(lián)系的橋梁，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論依據(jù),，又是理論創(chuàng)新和科學(xué)研究的計(jì)算基礎(chǔ),。
學(xué)生在學(xué)完本門課程之后，應(yīng)培養(yǎng)下面四種能力:
1.分析能力:對(duì)常用的桿件結(jié)構(gòu)具有選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖的初步能力,，并能根據(jù)具體問題選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算方法,。
2.計(jì)算能力:具有對(duì)各種靜定、超靜定結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算的能力,，初步具有使用結(jié)構(gòu)計(jì)算程序的能力,。
3.判斷能力:具有對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核、對(duì)內(nèi)力分布的合理性作出定性判斷的能力,。
4.自學(xué)能力:具有自學(xué)和獨(dú)立獲取結(jié)構(gòu)力學(xué)及相關(guān)課程知識(shí)的能力,。
通過本課程的學(xué)習(xí)之后，使學(xué)生應(yīng)具有較系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算能力,，為學(xué)生打好后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的力學(xué)基礎(chǔ),，為結(jié)構(gòu)計(jì)算有限元軟件的學(xué)習(xí)使用建立扎實(shí)基礎(chǔ)。
四,、教學(xué)內(nèi)容及要求
1. 緒論 （2學(xué)時(shí)）
理論力學(xué)和材料力學(xué)相關(guān)內(nèi)容復(fù)習(xí),；介紹結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究內(nèi)容和教學(xué)要求,；桿件結(jié)構(gòu)、支座和荷載的分類,；結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖及簡(jiǎn)化要點(diǎn),。
2. 結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)造分析 （4學(xué)時(shí)）
幾何組成分析的目的，自由度的概念,，平面體系自由度的計(jì)算公式,。平面幾何不變體系的基本組成規(guī)律及其運(yùn)用。瞬變體系的特征,。體系的幾何組成與靜定性的關(guān)系,。
難點(diǎn):平面幾何體系的判斷。
重點(diǎn):平面幾何體系的組成分析,。
要求:幾何不變體系的基本組成規(guī)則及應(yīng)用,。
3. 靜定結(jié)構(gòu)的受力分析 （18學(xué)時(shí)）
單桿的受力分析，求桿件指定截面內(nèi)力,，內(nèi)力與載荷間的微分關(guān)系,，疊加法作內(nèi)力圖。多跨靜定梁的組成及內(nèi)力計(jì)算,。平面靜定剛架的結(jié)構(gòu)特征及內(nèi)力計(jì)算,。拱的特征。三鉸拱的內(nèi)力計(jì)算,。壓力線及合理拱軸,。平面靜定桁架組成與分類。用結(jié)點(diǎn)法和截面法計(jì)算桁架內(nèi)力,。結(jié)點(diǎn)法和截面法的聯(lián)合應(yīng)用,。
難點(diǎn):拱內(nèi)力的求解。
重點(diǎn):靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力求解及梁和剛架內(nèi)力圖的繪制,。
要求:靈活運(yùn)用隔離體平衡方法,，熟練掌握靜定梁和剛架內(nèi)力圖作法及桁架內(nèi)力解法，掌握靜定組合結(jié)構(gòu)和拱的內(nèi)力計(jì)算方法,，了解靜定結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性,。4. 影響線 （8學(xué)時(shí)）
影響線，移動(dòng)荷載的概念,。影響線的概念,。靜力法作單跨靜定梁影響線。機(jī)動(dòng)法作單跨靜定梁影響線,。影響線的應(yīng)用,。最不利荷載的位置。簡(jiǎn)支梁的絕對(duì)最大彎矩,。簡(jiǎn)支梁的內(nèi)力包絡(luò)圖,。用機(jī)動(dòng)法作超靜定梁影響線,。內(nèi)力包絡(luò)圖。
難點(diǎn):影響線的繪制,。
重點(diǎn):靜力法,、機(jī)動(dòng)法作單跨靜定梁影響線。
要求:理解影響線的概念,，掌握靜力法作靜定梁,、桁架的內(nèi)力影響線，會(huì)利用影響線求移動(dòng)荷載下結(jié)構(gòu)的最大內(nèi)力,，了解機(jī)動(dòng)法作影響線,。常見的平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。
5. 虛功原理與結(jié)構(gòu)位移計(jì)算（10學(xué)時(shí)）
結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算,，結(jié)構(gòu)位移,，廣義位移。位移產(chǎn)生的原因,。位移計(jì)算的目的,。實(shí)功與虛功的概念。虛功原理,。虛功方程的應(yīng)用,。結(jié)構(gòu)位移計(jì)算的一般公式。荷載作用下結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算,。圖乘法及其應(yīng)用,。溫度變化和支座移動(dòng)時(shí)靜定結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算。線變形體系的互等定理,。
難點(diǎn):虛功原理的運(yùn)用。
重點(diǎn):荷載作用下位移的計(jì)算,。
要求:理解變形體系虛功原理的內(nèi)容及其應(yīng)用,，熟練掌握在荷載作用下靜定結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算方法，掌握靜定結(jié)構(gòu)在溫度變化,、支座移動(dòng)影響下的位移計(jì)算方法,，了解互等定理。
6.力法 （12學(xué)時(shí)）
超靜定結(jié)構(gòu)概念,。超靜定次數(shù)的確定,。力法的基本原理，基本體系基本未知量,。力法的典型方程及物理意義,。用力法計(jì)算超靜定梁和剛架用力法計(jì)算超靜定桁架、拱和給合結(jié)構(gòu),。對(duì)稱性的利用,。溫度改變,、支座移動(dòng)和有制造誤差時(shí)超靜定結(jié)構(gòu)的計(jì)算。超靜定結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算及最后內(nèi)力圖的校核,，超靜定結(jié)構(gòu)與靜定結(jié)構(gòu)的比較,。
難點(diǎn):基本體系及力法方程的建立。
重點(diǎn):力法求解超靜定梁及剛架,。
要求:掌握力法的基本原理和用力法計(jì)算超靜定結(jié)構(gòu)在荷載,、支座移動(dòng)、溫度作用下的內(nèi)力,。會(huì)計(jì)算超靜定結(jié)構(gòu)的位移,，了解超靜定結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性。
7. 位移法 （10學(xué)時(shí)）
位移法的基本原理及基本未知數(shù)目的確定,。等到截面直桿的轉(zhuǎn)角位移方程,。應(yīng)用結(jié)點(diǎn)及截面平衡方程計(jì)算超靜定結(jié)構(gòu)。位移法的基本結(jié)構(gòu)及典型方程,。應(yīng)用基本結(jié)構(gòu)及典型方程計(jì)算超靜定結(jié)構(gòu),。對(duì)稱性的利用。力法與位移法的比較,。
難點(diǎn):基本未知數(shù)的判斷及位移法方程的建立,。
重點(diǎn):位移法求解超靜定梁及剛架。
要求:掌握位移法的基本原理和剛架在荷載作用下的計(jì)算,。
8. 漸進(jìn)法及其它算法簡(jiǎn)述 （6學(xué)時(shí)）
力矩分配法的基本概念,、計(jì)算連續(xù)梁和無側(cè)移剛架。
難點(diǎn):力矩分配法的計(jì)算原理,。
重點(diǎn):力矩分配法計(jì)算連續(xù)梁和無側(cè)移剛架,。
要求:力矩分配法的基本概念、計(jì)算連續(xù)梁和無側(cè)移剛架,。
9. 矩陣位移法（6學(xué)時(shí)）
介紹單元?jiǎng)偠染仃?，結(jié)構(gòu)剛度矩陣，等效節(jié)點(diǎn)荷載,，位移邊界條件的引入,，剛架計(jì)算的先處理法，計(jì)算桿件內(nèi)力,，超靜定桁架的計(jì)算,，有關(guān)計(jì)算程序的解題實(shí)踐。
掌握用矩陣位移法計(jì)算桿系結(jié)構(gòu)的原理和方法,，了解有關(guān)計(jì)算程序,。
10. 結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算基礎(chǔ)（14學(xué)時(shí)）
動(dòng)力計(jì)算的意義。動(dòng)力荷載的分類,。動(dòng)力計(jì)算的任務(wù),。動(dòng)力計(jì)算的原理和方法,。彈性體性體系的振動(dòng)自由度。單自由度體系的自由振動(dòng)與強(qiáng)迫振動(dòng),。阻尼對(duì)振動(dòng)的影響,。多自由度體系的自由振動(dòng)。主振型及主振型的正交性,。多自由度體系在簡(jiǎn)諧荷載作用下的強(qiáng)迫振動(dòng),。近似法求結(jié)構(gòu)的固有頻率。集中質(zhì)量法,。
難點(diǎn):運(yùn)動(dòng)方程的建立及求解
重點(diǎn):單自由度及兩自由度體系的頻率及振型計(jì)算,，動(dòng)內(nèi)力及動(dòng)位移計(jì)算。
要求:掌握動(dòng)力分析的基本方法掌握單自由度及兩個(gè)自由度的自由振動(dòng)與在簡(jiǎn)諧荷載作用下的受迫振動(dòng)的計(jì)算方法,，了解阻尼的作用,，了解頻率近似計(jì)算方法。11．結(jié)構(gòu)極限荷載（4學(xué)時(shí)）
結(jié)構(gòu)的極限荷載基本概念,。靜定梁的彈塑性分析,。極限彎矩。塑性鉸,。破壞機(jī)構(gòu),。單跨靜定梁的極限荷載。比例加載的幾個(gè)定理,。用機(jī)動(dòng)法和試算法計(jì)算連續(xù)梁的極限荷載,。剛架的極限荷載。
重點(diǎn):求極限荷載,。
難點(diǎn):破壞機(jī)構(gòu)的判斷,。
要求:理解極限彎矩、極限荷載的概念和比例加載時(shí)判定極限荷載的一般定理,，會(huì)計(jì)算超靜定梁的極限荷載,。
12. 結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器的應(yīng)用（2學(xué)時(shí)）
掌握運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器對(duì)桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，初步了解有限元一般方法,，能在結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器中進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模和運(yùn)算。
五,、課時(shí)分配表
序號(hào) | 課題名稱 | 課時(shí)分配 | 小計(jì) | ||
理論 | 實(shí)踐 | 其他 | |||
1 | 第1章 緒論 | 2 | 2 | ||
2 | 第2章 結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)造分析 | 4 | 4 | ||
3 | 第3,、4、5章 靜定結(jié)構(gòu)的受力分析 | 16 | 2 | 18 | |
4 | 第6章結(jié)構(gòu)位移計(jì)算 | 8 | 2 | 10 | |
5 | 第7章 力法 | 10 | 2 | 12 | |
6 | 第8章 位移法 | 8 | 2 | 10 | |
7 | 第9章 漸近法 | 4 | 2 | 6 | |
8 | 第10章 矩陣位移法 | 4 | 2 | 6 | |
9 | 第11章 影響線 | 6 | 2 | 8 | |
10 | 第12章 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算基礎(chǔ) | 12 | 2 | 14 | |
11 | 第14章結(jié)構(gòu)的極限荷載 | 4 | 4 | ||
12 | 結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器 | 2 | 2 | ||
總課時(shí) | 78 | 2 | 16 | 96 | |
六,、教材及參考書
教材:
1．《結(jié)構(gòu)力學(xué)》（上,、下）（高等教育出版社，第六版,，2017年7月出版,，李廉錕主編）
參考書:
1. 結(jié)構(gòu)力學(xué)教程,，龍馭球、包世華等編著,，高等教育出版社,，2005年。
3. 結(jié)構(gòu)力學(xué),，朱慈勉,、張偉平等編著，高等教育出版社,，2015年,。
4. 結(jié)構(gòu)力學(xué)，王煥定,、章子茂等編著,，高等教育出版社，2004年,。
5. 結(jié)構(gòu)力學(xué),， 楊茀康、李家寶等編著,，高等教育出版社,，2015年。
七,、教學(xué)策略與方法的建議
要強(qiáng)調(diào)多媒體課件教學(xué)方法的應(yīng)用拓展,，利用圖形和動(dòng)態(tài)圖像技術(shù)可以形象地演示與結(jié)構(gòu)力學(xué)有關(guān)的力學(xué)現(xiàn)象，幫助學(xué)生理解抽象的力學(xué)基本概念和基本理論,。
結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)理論教學(xué)應(yīng)與和實(shí)驗(yàn)教學(xué)并重,，應(yīng)加快結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)步伐，不斷加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能,。
建立課程教學(xué)平臺(tái)網(wǎng)站,，課程教學(xué)網(wǎng)站的建立和應(yīng)用，延伸拓展了教學(xué)的時(shí)空,。網(wǎng)站可以為學(xué)生提供豐富的教學(xué)資源,，促進(jìn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。
修訂人:李遠(yuǎn)瑛
審核人:張東海
批準(zhǔn)人:
2019年9月
