2013级结构力学课程教学大纲

1结构力学课程教学大纲StructuralMechanics学时数:88适用专业:土木工程(本科)学分数:5.5执笔人:罗强编写日期:2013年11月一、课程的性质和目的本课程属于土木工程专业专业基础课，主要研究结构在外因作用下的内力和变形，以及结构的组成规律，讨论结构内力和变形的计算方法。通过本课程的学习，使学生掌握结构的几何构造分析；静定结构的受力分析；影响线的绘制和应用；结构的位移计算；用力法、位移法、力矩分配法及分析静定结构；用矩阵位移法来分析结构，初步掌握结构的极限荷载分析；为学生进行工程结构分析与设计打下基础。二、课程教学环节的基本要求课堂讲授：本门课程采用讲授、启发等教学方法、采用多媒体教学手段，并借助习题集教学辅助资料完成教学。作业方面：除绪论课以外，每两节课课后布置2～4个作业，以加深学生的对基本概念、原理的理解和计算方法、计算原理的掌握。通过习题的布置，培养学生的计算能力，分析问题解决、问题的能力。考试环节：1、考试资格：按照学校学生手册的有关规定执行；2、考试内容：全学期教学内容，注重考察能力；3、考试方式：教学过程考核和期末闭卷笔试。三、课程的教学内容和学时分配第一章绪论（2学时）教学内容：结构力学的研究对象及任务,荷载的性质与分类,结构的计算简图及其分类。教学要求：1、了解结构力学的研究对象和任务；2、理解结构计算简图的选择原则，实际结构体系、杆件、材料、结点、支座、荷载的简化方法，荷载的分类；3、掌握梁、拱、桁架、刚架、组合结构构造特征和受力特点；重点：结构构造特征和受力特点。难点：选择结构计算简图。第二章平面体系的几何组成分析（6学时）教学内容：几何组成分析的基本概念，平面杆件体系的计算自由度，几何不变体系的组成规律，几何组成分析。教学要求：1、理解约束、自由度、计算自由度、几何不变体系、几何可变体系、瞬变体系2概念，2、掌握几何不变体系的基本组成规则。重点：平面体系的几何组成分析。难点：平面体系的几何组成分析。第三章静定梁和静定刚架（8学时）教学内容：静定梁、平面刚架的受力分析。教学要求：1、了解曲梁、斜梁的内力计算；2、掌握单跨静定梁的组成和受力性能，用截面法求指定截面内力，用区段叠加法做弯矩图，多跨静定梁的组成和受力性能，内力计算原理和方法，简支刚架、三铰刚架的内力计算。重点：多跨静定梁，简支刚架、三铰刚架的内力计算。难点：静定刚架的内力计算。第四章三铰拱（2学时）教学内容：三铰拱的支座反力和内力，合理拱轴。∙教学要求：1、了解静定拱的合理拱轴线的概念；2、理解静定拱的基本概念及基本特点；3、掌握静定拱的反力及内力计算。重点：静定拱反力、内力的计算。难点：静定拱的内力计算。第五章静定桁架（6学时）教学内容：静定平面桁架的计算，平面桁架外形与受力特点，静定组合结构的计算。∙教学要求：1、了解桁架的分类；2、掌握桁架的组成特点及受力性能，桁架的计算简图，结点法和截面法计算内力，组合结构的内力计算原理和方法。重点：组合结构的内力计算。难点：组合结构的内力计算。第六章虚功原理和结构的位移计算（10学时）教学内容：虚功原理的基本概念，刚体的虚功原理，变形体虚功原理，静定结构由于支座移动引起的位移计算，静定结构在荷载作用下的位移计算的积分法、图乘法，静定结构由于温度改变引起的位移计算，互等定理。教学要求：1、了解结构线位移、角位移、实功与虚功，广义力与广义位移，刚体的虚功原理，变形体系虚功原理的两种形式；2、理解静定结构在荷载作用下的位移计算的积分法，静定结构因温度改变和支座移动时的位移计算原理和方法，线性变形体系的互等定理，静定结构的一般特征；3、掌握单位荷载法的位移计算公式，线性变形体系的互等定理简化结构计算，图乘法计算位移。重点：虚功原理，单位荷载法求位移的图乘法。难点：位移计算原理。3第七章力法（12学时）教学内容：超静定结构的一般概念和超静定次数的确定，力法基本原理与力法典型方程及其应用，超静定结构的位移计算，内力图的校核，对称结构的计算。教学要求：1、了解超静定结构的概念、性质和作用、力法的基本概念；2、理解温度改变和支座移动作用下超静定结构的力法计算，力法计算结果的校核；3、掌握去掉多余约束形成基本结构的方法，荷载作用超静定结构力法典型方程建立、系数和自由项计算、内力图的绘制，超静定结构的位移计算；利用对称性简化计算。重点：力法的基本原理，系数和自由项的计算。难点：支座移动作用下超静定结构的内力。第八章位移法（10学时）教学内容：等截面直杆的转角位移方程，位移法的基本概念、典型方程及应用，转角位移法，有剪力分配法。教学要求：1、理解位移法的基本思路，位移法计算支座位移和温度变化时的超静定结构的方法步骤，剪力分配法；2、掌握加入附加刚臂和附加链杆形成基本结构的方法，荷载作用超静定结构位移法典型方程建立、系数和自由项计算、内力图的绘制，利用对称性简化计算，利用平衡条件建立位移法方程的原理和方法。重点：位移法的基本原理，利用位移法的典型方程计算超静定结构。难点：转角位移法。第九章力矩分配法和近似法（6学时）教学内容：力矩分配法的基本概念，用力矩分配法计算连续和无结点线位移的刚架，无剪力分配法，多层多跨刚架的近似计算，反弯点。教学要求：1、理解力矩分配法的物理意义，转动刚度、分配系数、传递系数概念的物理意义，多层多跨刚架的近似计算；2、掌握力矩分配法中正负号规定，能够根据远端的不同支承条件熟练地写出各种情形的杆端转动刚度、向远端的传递系数，并计算分配系数；掌握力矩分配法的主要环节，结点力矩分配法计算连续梁和无结点线位移刚架。重点：力矩分配法的基本原理，连续梁和无结点线位移刚架的计算。难点：多层多跨刚架的近似计算。第十章影响线及其应用（10学时）教学内容：影响线的概念，静力法和机动法绘制梁、刚架、桁架的影响线，结点荷载作用下梁的影响线，利用影响线计算影响量，简支梁的绝对最大弯矩，内力包络图教学要求：1、了解用机动法绘制连续梁的影响线，连续梁的内力包络图绘制；2、理解影响线的概念，结点荷载作用下梁的影响线绘制，简支梁的绝对最大弯矩的概念；3、掌握静力法和机动法作静定梁、刚架、桁架的影响线，利用影响线求量值；确定简支梁的最不利荷载位置，计算其绝对最大弯矩值。4重点：静力法作静定梁的响线。难点：内力包络图。第十一章矩阵位移法（10学时）教学内容：矩阵位移法基本思想，结构离散化，平面刚架单元的刚度矩阵（局部座标系、整体座标系），坐标转换矩阵，单元定位向量，单元集结构整体刚度矩阵，等效结点荷载，结构整体荷载列阵，先处理法。教学要求：1、了解矩阵位移法的基本概念，2、理解一般杆单元局部坐标系下的单元刚度方程；单元刚度矩阵的性质；连续梁单元的单元刚度矩阵（局部坐标系）；平面刚架单元的单元刚度矩阵（局部坐标系）；直接结点荷载；单元杆端力两种坐标系下的转换关系；坐标转换矩阵及性质；平面刚架单元整体坐标系下的单元刚度方程；整体刚度矩阵的性质；结构整体刚度方程；矩阵位移法的计算步骤。3、掌握用矩阵位移法计算连续梁；用矩阵位移法计算刚架。重点：连续梁和刚架的矩阵位移法求解。难点：刚架的矩阵位移法方程的建立。第十二章结构动力计算（6学时）教学内容：结构振动自由度的确定；单自由度体系无阻尼自由振动；单自由度体系在简谐荷载作用下的强迫振动。教学要求：1、了解多自由度系统振频、振型计算一般理论；2、理解多自由度体系自由振动；3、掌握单自由度结构的自由振动和在简谐荷载作用下的受迫振动。重点：单自由度结构的自由振动和在简谐荷载作用下的受迫振动。难点：单自由度结构的自由振动和在简谐荷载作用下的受迫振动。四、本课程与其它课程的联系与分工本课程以先修《高等数学》、《大学物理》、《理论力学》、《材料力学》等课程为基础。为后继《荷载与结构设计》、《钢结构设计原理》、《混凝土结构原理》、《建筑结构抗震》等课程奠定必要的力学基础。五、建议教材与教学参考书建议教材:[1]张来仪.《结构力学》（上、下册）.2008.中国建筑工业出版社；[2]文国治.《结构力学》.2011.重庆大学出版社。教学参考书:[1]龙驭球，包世华等.《结构力学》.2006.12.高等教育出版社；[2]王焕定.《结构力学》.2005.清华大学出版社；[3]王伟.《结构力学》.2002.武汉大学出版社；[3]郭长城.《结构力学》.2002.武汉大学出版社。