課程簡介
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 | 64+32 |
適用對象 | 土木工程專業(yè)本科大三 | ||
考核方式 | 閉卷筆試+實踐考核（平時作業(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)力和位移的計算方法、結(jié)構(gòu)動力計算方法。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，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)分析和計算等方面能力，為后修課程（混凝土結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計、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、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，是理論與實踐應(yīng)用之間相聯(lián)系的橋梁，是結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論依據(jù)，又是理論創(chuàng)新和科學(xué)研究的計算基礎(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:對常用的桿件結(jié)構(gòu)具有選擇計算簡圖的初步能力，并能根據(jù)具體問題選擇恰當(dāng)?shù)挠嬎惴椒ā?/span>
2.計算能力:具有對各種靜定、超靜定結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算的能力，初步具有使用結(jié)構(gòu)計算程序的能力。
3.判斷能力:具有對計算結(jié)果進(jìn)行校核、對內(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)計算有限元軟件的學(xué)習(xí)使用建立扎實基礎(chǔ)。
四、教學(xué)內(nèi)容及要求
1. 緒論 （2學(xué)時）
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)的計算簡圖及簡化要點。
2. 結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)造分析 （4學(xué)時）
幾何組成分析的目的，自由度的概念，平面體系自由度的計算公式。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:平面幾何體系的判斷。
重點: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）
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)力計算。平面靜定剛架的結(jié)構(gòu)特征及內(nèi)力計算。拱的特征。三鉸拱的內(nèi)力計算。壓力線及合理拱軸。平面靜定桁架組成與分類。用結(jié)點法和截面法計算桁架內(nèi)力。結(jié)點法和截面法的聯(lián)合應(yīng)用。
難點:拱內(nèi)力的求解。
重點: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）
影響線，移動荷載的概念。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。簡支梁的絕對最大彎矩。簡支梁的內(nèi)力包絡(luò)圖。用機(jī)動法作超靜定梁影響線。內(nèi)力包絡(luò)圖。
難點:影響線的繪制。
重點:靜力法、機(jī)動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，會利用影響線求移動荷載下結(jié)構(gòu)的最大內(nèi)力，了解機(jī)動法作影響線。常見的平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。
5. 虛功原理與結(jié)構(gòu)位移計算（10學(xué)時）
結(jié)構(gòu)的位移計算，結(jié)構(gòu)位移，廣義位移。位移產(chǎn)生的原因。位移計算的目的。實功與虛功的概念。虛功原理。虛功方程的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)位移計算的一般公式。荷載作用下結(jié)構(gòu)的位移計算。圖乘法及其應(yīng)用。溫度變化和支座移動時靜定結(jié)構(gòu)的位移計算。線變形體系的互等定理。
難點:虛功原理的運(yùn)用。
重點:荷載作用下位移的計算。
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)的位移計算方法，掌握靜定結(jié)構(gòu)在溫度變化、支座移動影響下的位移計算方法，了解互等定理。
6.力法 （12學(xué)時）
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。用力法計算超靜定梁和剛架用力法計算超靜定桁架、拱和給合結(jié)構(gòu)。對稱性的利用。溫度改變、支座移動和有制造誤差時超靜定結(jié)構(gòu)的計算。超靜定結(jié)構(gòu)的位移計算及最后內(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:基本體系及力法方程的建立。
重點: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算超靜定結(jié)構(gòu)在荷載、支座移動、溫度作用下的內(nèi)力。會計算超靜定結(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）
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)點及截面平衡方程計算超靜定結(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)及典型方程計算超靜定結(jié)構(gòu)。對稱性的利用。力法與位移法的比較。
難點:基本未知數(shù)的判斷及位移法方程的建立。
重點: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算。
8. 漸進(jìn)法及其它算法簡述 （6學(xué)時）
力矩分配法的基本概念、計算連續(xù)梁和無側(cè)移剛架。
難點:力矩分配法的計算原理。
重點:力矩分配法計算連續(xù)梁和無側(cè)移剛架。
要求:力矩分配法的基本概念、計算連續(xù)梁和無側(cè)移剛架。
9. 矩陣位移法（6學(xué)時）
介紹單元剛度矩陣，結(jié)構(gòu)剛度矩陣，等效節(jié)點荷載，位移邊界條件的引入，剛架計算的先處理法，計算桿件內(nèi)力，超靜定桁架的計算，有關(guān)計算程序的解題實踐。
掌握用矩陣位移法計算桿系結(jié)構(gòu)的原理和方法，了解有關(guān)計算程序。
10. 結(jié)構(gòu)動力計算基礎(chǔ)（14學(xué)時）
動力計算的意義。動力荷載的分類。動力計算的任務(wù)。動力計算的原理和方法。彈性體性體系的振動自由度。單自由度體系的自由振動與強(qiáng)迫振動。阻尼對振動的影響。多自由度體系的自由振動。主振型及主振型的正交性。多自由度體系在簡諧荷載作用下的強(qiáng)迫振動。近似法求結(jié)構(gòu)的固有頻率。集中質(zhì)量法。
難點:運(yùn)動方程的建立及求解
重點:單自由度及兩自由度體系的頻率及振型計算，動內(nèi)力及動位移計算。
要求:掌握動力分析的基本方法掌握單自由度及兩個自由度的自由振動與在簡諧荷載作用下的受迫振動的計算方法，了解阻尼的作用，了解頻率近似計算方法。11．結(jié)構(gòu)極限荷載（4學(xué)時）
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。比例加載的幾個定理。用機(jī)動法和試算法計算連續(xù)梁的極限荷載。剛架的極限荷載。
重點:求極限荷載。
難點: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判定極限荷載的一般定理，會計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）
掌握運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器對桿系結(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、課時分配表
序號 | 課題名稱 | 課時分配 | 小計 | ||
理論 | 實踐 | 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)動力學(xué)計算基礎(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 | 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)與和實驗教學(xué)并重，應(yīng)加快結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗室的建設(shè)步伐，不斷加強(qiáng)實驗教學(xué)的功能。
建立課程教學(xué)平臺網(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
