结构力学教案.docx

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结构力学教案

结构力学（-）教案

课程名称：

结构力学（-）适用专业、年级：

土木工程2009级

学年、学期：

2010～2011学年，第一学期

总学时：

80学时

任课教师：

编写时间：

2010年8月

第1章绪论

一、本章的教学目标及基本要求

（1）了解结构力学课程的性质和讨论的内容。

（2）了解杆件结构分类。

（3）了解选取结构计算的原则；初步了解杆件结构怎样简化为计算简图。

（4）了解结构力学的学习方法。

二、本章各节教学内容及学时分配

§1-1结构力学的任务

§1-2结构力学与其他课程间的关系

§1-3杆件结构的支座

（2学时）

§1-4杆件结构的结点

§1-5结构的计算简图

§1-6常见杆件结构的类型

三、本章教学内容的重点和难点

重点是掌握杆件结构常见支座和结点的基本类型及其计算简图的变形和受力特点。

难点是怎样将实际结构简化为计算简图。

四、本章教学内容的深化和拓宽

适当介绍结构力学课程在土木工程专业教学计划中的地位和作用以及与后继专业课程的关系，以激发学生对本课程的重视和学习兴趣。

五、本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题

用多媒体课件介绍典型的房屋和桥梁工程结构，包括我国古代的和现代的一些伟大建筑物特点。

以增强学生的民族自蒙感和社会责任感。

六、本章的主要参考书目

（一）结构力学（Ⅰ）龙驭球包世华主编，高等教育出版社，2001年1月

（二）结构力学赵更新编，中国水利水电出版社，2004年4月

（三）结构力学（上）李廉锟主编，高等教育出版社，1996年5月

（四）结构力学（上）吴德伦主编，重庆大学出版社，1994年

（五）结构力学（上）张来仪景瑞主编，中国建筑工业出版社，1997年

（六）结构力学辅导—概念·方法·题解赵更新编，中国水利水电出版社，2001年

七、各课时单元授课教案的具体内容

第2章平面体系的几何组成分析

一、本章的教学目标及基本要求

本章的教学目标是：

工程结构必然会受到荷载作用，必须学用几何不变体系。

掌握几何不变体系的组成规律，掌握根据这些规律判断体系的几何组成性质的方法，从而保证结构为几何不变体系是本章的教学目标。

基本要求：

掌握几何不变体系、几何可变体系、自由度刚片、约束、必须约束和多余约束的概念，掌握几何不变体系的简单组成规则，并熟练运用组成规则分析平面杆件体系的几何组成性质，判定超静定结构的多受约束及数目；了解平面体系的计算自由度及计算方法；了解体系的几何组成与静力特性之间的关系。

二、本章各节教学内容及学时分配

§2-1几何不变体系和几何可变体系的概念（0.5学时）

§2-2关于自由度,刚片,约束的概念（1.5学时）

§2-3无多余约束几何不变体系的简单组成规则（1学时）

§2-4体系几何组成分析举例（2学时）

§2-5结构的几何组成与静力特性的关系（1学时）

三、本章教学内容的重点和难点

重点：

几何不变体系和几何可变体系的概念；刚片、自由度、约束、必要约束、多余约束的概念；几何不变体系的简单组成规则；熟练运用这些组成规则对体系进行几何组成分析，并确定是否有多余约束，及多余约束的个数。

难点：

灵活运用几何组成规则分析平面杆件体系的几何组成性质。

四、本章教学内容的深化和拓宽

三刚片体系中分别有一个虚铰、两个虚铰和三个虚铰在无穷远处时几何组成性质的判断，属于拓宽与深化的内容。

五、本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题

老师重点讲解基本概念、基本组成规则和组成规则的运用，应有一学时习题课，注重启发式教学，并辅以多媒体课件演示，加深学生对概念的理解。

六、本章的主要参考书目

（一）结构力学（Ⅰ）龙驭球包世华主编，高等教育出版社，2001年1月

（二）结构力学赵更新编，中国水利水电出版社，2004年4月

（三）结构力学（上）李廉锟主编，高等教育出版社，1996年5月

（四）结构力学（上）吴德伦主编，重庆大学出版社，1994年

（五）结构力学（上）张来仪景瑞主编，中国建筑工业出版社，1997年

（六）结构力学辅导—概念·方法·题解赵更新编，中国水利水电出版社，2001年

七、本章的思考题和习题

（一）思考题

《结构力学》萧允徵张来仪主编教材第2章思考题2-1～2-10。

（二）习题

《结构力学》萧允徵张来仪主编教材第2章习题2-1～2-4。

八、各课时单元授课教案的具体内容

§2-1几何不变体系和几何可变体系

一、几何不变体系

二、几何可变体系

三、刚片

●思考题：

思考题2-1

●重点讲授几何不变体系和几何可变体系的概念，并应由此得出工程结构必须采用几何不变体系这一结论。

§2-2几何组成分析中的几个概念

一、自由度

1、平面上一点的自由度

2、平面上一刚片的自由度

二、约束

1、支杆或链杆的约束作用

2、铰支座或单铰的约束作用

3、固定支座或单刚结的约束作用

三、必要约束和多余约束

1、必要约束

2、多余约束

四、实铰和虚铰

1、实铰

2、虚铰

●重点讲授自由度、约束、必要约束、多余约束、虚铰的概念并通过多媒体课件使学生更容易理解虚铰及其约束作用。

§2-3平面体系的计算自由度

一、体系的实际自由度S与计算自由度W的定义

1、体系的实际自由度S

2、体系的计算自由度W

二、平面体系的计算自由度

1、刚片系的计算自由度

2、铰接链杆体系的计算自由度

三、体系的几何组成性质与计算自由度之间的关系

●本节应注意强调体系的实际自由度与计算自由度的区别；以及体系的几何组成性质与计算自由度之间的关系。

●思考题：

2-2、2-3、2-4、2-5。

●习题：

2-1

（1）、2-1

（2）、2-1（3）、2-3。

§2-4几何不变体系的简单组成规则

一、点与刚片之间的连接

1、组成规则

2、二元体

二、两刚片之间的连接

1、组成规则（表述1）

2、组成规则（表述2）

三、三刚片之间的连接

四、瞬变体系

1、几何常变体系

2、几何瞬变体系

●本节是本章的重点内容，从注意自由度与约束的概念推出点与刚片、两刚片、三刚片组成几何不变体系的规则，并总结出其基本规律——三角形规律。

●思考题：

2-6、2-7、2-8。

●习题：

2-1（4）、2-1（5）、2-1（6）、2-1（7）。

§2-5几何组成分析举例

一、几何组成分析的步骤

二、几何组成分析的举例

●本节应多补充几个例题进行分析讲解，学生也应多做练习。

●习题：

2-2、2-4

§2-6体系的几何组成与静力特性的关系

一、无多余约束的几何不变体系

二、有多余约束的几何不变体系

三、几何常变体系

四、几何瞬变体系

●思考题：

2-9、2-10

第3章静定梁与静定刚架

一、本章的教学目标及基本要求

（1）熟练掌握用截面法计算梁指定截面的内力。

（2）熟练掌握用区段迭加法绘制直杆的弯矩图，绘制梁的剪力图，并能用荷载与内力的微分关系校核。

（3）熟练掌握多跨静定梁的内力计算方法并绘制内力图。

（4）熟练掌握静定平面刚架的内力计算方法及内力图的绘制方法。

二、本章各节教学内容及学时分配

§3-1单跨静定梁（2学时）

§3-2多跨静定梁（2学时）

§3-3静定平面刚架（4学时）

三、本章教学内容的重点和难点

重点是绘制静定梁和刚架的弯矩图。

难点是对区段迭加法的理解和熟练运用。

四、本章教学内容的深化和拓宽

在熟练掌握静定平面刚架内力计算的基础上，简要介绍静定空间刚架的特点。

五、本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题

本章内容是结构力学课程的重要基础，要求学生熟练掌握，尽可能多做习题，并安排画弯矩图的课堂练习，当堂讲评，边练边讲。

六、本章的主要参考书目

（一）结构力学（Ⅰ）龙驭球包世华主编，高等教育出版社，2001年1月

（二）结构力学赵更新编，中国水利水电出版社，2004年4月

（三）结构力学（上）李廉锟主编，高等教育出版社，1996年5月

（四）结构力学（上）吴德伦主编，重庆大学出版社，1994年

（五）结构力学（上）张来仪景瑞主编，中国建筑工业出版社，1997年

（六）结构力学辅导—概念·方法·题解赵更新编，中国水利水电出版社，2001年

七、本章的思考题和习题

（一）思考题

《结构力学》萧允徵张来仪主编教材第3章思考题3-1～3-8。

（二）习题

《结构力学》萧允徵张来仪主编教材习题3-1，3-2，3-3，3-4a、b，3-5，3-6，3-7a、b，3-8c，3-9a、b，3-10c，3-11a、c、e、f、g、j、k、l。

八、各课时单元授课教案的具体内容

§3-1单跨静定梁

一、用截面法求指定截面的内力

二、内力图的特征

三、用区段迭加法作直杆的弯矩图

四、斜梁

§3-2多跨静定梁

一、组成方式

二、内力计算方法

§3-3静定平面刚架

一、悬臂刚架

二、简支刚架

三、三铰刚架

四、复合刚架

第4章三铰拱

一、本章的教学目标及基本要求

本章的教学目标是：

知道拱是受压为主的一类结构，能跨越更大的跨度；会计算三铰拱的内力；了解压力线及合理拱等概念。

基本要求：

理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；理解三铰拱的压力线的概念，会求三铰拱在竖向荷载作用下的合理拱轴方程。

二、本章各节教学内容及学时分配

§4-1概述（0.5学时）

§4-2三铰拱的内力计算（2学时）

§4-1三铰拱的压力线和合理拱轴（1.5学时）

三、本章教学内容的重点和难点

重点：

三铰拱的反力与内力计算。

难点：

三铰拱压力线的作法。

四、本章教学内容的深化和拓宽

在讲深讲透竖向荷载作用下三铰拱支反力及内力计算公式的基础上，可加深指出带拉杆的三铰拱的计算方法、有水平荷载作用时三铰拱的计算方法。

求填料荷载作用下的合理拱轴线属于加深的内容。

五、本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题

采用多媒体教学手段，并注意与黑板配合使用。

尽可能介绍一些工程上正反两方面的实例（如赵州桥、彩虹桥等）以增加学生的感性认识。

六、本章的主要参考书目

（一）结构力学赵更新主编，中国水利水电出版社，2004年6月

（二）结构力学教程（Ⅰ）龙驭球包世华主编，高等教育出版社，2001年1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

七、本章的思考题和习题

（一）思考题

《结构力学》教材（萧允徵张来仪主编）第4章思考题4-1～4-4。

（二）习题

《结构力学》教材（萧允徵张来仪主编）第4章习题4-1～4-6。

八、各课时单元授课教案的具体内容

§4-1概述

一、拱的定义

二、拱的分类

分三铰拱、二铰拱、无铰拱。

三、带拉杆的拱

§4-2三铰拱的内力计算

一、三铰拱支反力的计算

推导竖向荷载作用下竖向反力及水平推力的计算公式。

二、三铰拱的内力计算

推导竖向荷载作用下，三铰拱中任一截面弯矩、剪力、轴力的计算公式。

三、三铰拱的内力图的绘制方法

四、三铰拱的受力特点

●本节的思考题：

思考题4-1、4-2。

●本节的习题：

习题4-1、4-2、4-3、4-5、4-6。

●本节的教学方法：

讲清本节推导公式的适用条件，启发学生思考带拉杆的拱及受水平荷载作用的拱，在计算上有何异同。

§4-3三铰拱的压力线和合理拱轴

一、压力线的定义

二、压力线的作法

1、作合力多边形

2、确定各截面合力的作用线

3、确定压力线

三、压力线的用途

四、三铰拱的合理拱轴线

1、用压力线确定合理拱轴线

2、用解析法求竖向荷载作用下的合理拱轴线

●本节的思考题：

思考题4-3、4-4。

●本节的习题：

习题4-4。

●本节的教学方法：

注意讲清合理拱轴线随荷载的变化而变化，尽可能介绍各种荷载作用下的合理拱轴线的形状。

第5章静定桁架和组合结构

一、本章的教学目标及基本要求

掌握计算桁架各杆轴力的方法，了解各杆轴力随桁架外形变化规律，为合理地进行桁架设计提供依据是本章的教学目标。

基本要求：

理解桁架的概念，掌握计算平面静定桁架内力的结点法、截面法以及两者的联合应应，能正确灵活地截取脱离法和运用平衡条件中合力与分力的比例关系求出桁架各杆轴力；能利用结点平衡的特殊情况判定零杆和某些杆件的内力；掌握静定组合结构的受力特点及内力计算方法，了解静定结构的一般力学特性。

二、本章各节教学内容及学时分配

§5-1概述（0.5学时）

§5-2静定平面桁架（3学时）

§5-3三种简支桁架的比较（0.5学时）

*§5-4静定空间桁架

§5-5静定组合结构（1.5学时）

（0.5学时）

§5-6各种类型结构的受力特点

§5-7静定结构的一般特性

三、本章教学内容的重点和难点

重点：

理想桁架的受力特点；结点法；截面法；组合结构及受力特点，静定组合结构的内力计算。

难点：

掌握确定合理的计算路径，灵活地选择脱离体，及相应的平衡方程等技能。

四、本章教学内容的深化和拓宽

在讲清结点法和截面法的基础上，可将桁架轴力的计算方法拓宽到通路法、杆件代替法等，当为对称桁架时，可利用对称性简化计算。

还可介绍判定体系几何组成性质的另一种方法—零载法。

五、本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题

重点计解基本计算方法：

结点法和截面法，多讲例题、注重解题思路，计算路径的介绍。

六、本章的主要参考书目

（一）结构力学（Ⅰ）龙驭球包世华主编，高等教育出版社，2001年1月

（二）结构力学赵更新编，中国水利水电出版社，2004年4月

（三）结构力学（上）李廉锟主编，高等教育出版社，1996年5月

（四）结构力学（上）吴德伦主编，重庆大学出版社，1994年

（五）结构力学（上）张来仪景瑞主编，中国建筑工业出版社，1997年

（六）结构力学辅导—概念·方法·题解赵更新编，中国水利水电出版社，2001年

七、本章的思考题和习题

（一）思考题

《结构力学》教材（萧允徵张来仪主编）第5章思考题5-1～5-7。

（二）习题

《结构力学》教材（萧允徵张来仪主编）第5章习题5-1～5-10。

八、各课时单元授课教案的具体内容

§5-1概述

一、理想桁架

1、理想桁架的三个假定

2、理想桁架的受力特点

二、桁架在工程中的应用及分类

1、桁架在工程中的应用

2、桁架的分类

三、桁架各部分的名称

●注意介绍理想桁架的假定与实际桁架差别及由此引起的内力状态的区别

●思考题：

5-1

●习题：

5-1

（1）

§5-2静定平面桁架

一、结点法

二、结点平衡的特殊情况

1、零杆的判定

2、等力杆的情况

三、截面法

四、结点法与截面法的联合应用

五、利用对称性计算桁架内力

1、对称桁架

2、对称荷载

3、对称桁架的基本特性

●本节是本章的重点，讲授时应注重介绍计算思路、计算路径、几何组成的关系。

适当补充各种类型的习题。

●思考题：

习题5-2、5-3、5-4、5-5。

●习题5-1

（2）、5-2

（2）、5-294）、5-2（5）、5-8。

§5-3三种简支桁架的比较

一、梁式桁架的整体受力特性

二、梁式桁架各杆轴力的变化规律

●讲授时应注意结合土木工程结构实例进行讲解。

*§5-4静定空间桁架

一、空间桁架的支座

1、固定球形铰支座

2、活动圆柱支座

3、活动球形铰支座

二、空间桁架的几何组成

1、简单桁架

2、联合桁架

3、复杂桁架

三、空间桁架的计算方法

1、结点法

2、截面法

●本节是选讲内容，可利用多媒体的演示使学生更易理解空间桁架的支座形式和几何组成形式。

●思考题：

5-7。

●习题5-10。

§5-5静定组合结构

一、组合结构的特点

二、静定组合结构的计算

●思考题：

5-6。

●习题5-1（3）、5-1（4）、5-2（3）、5-9。

§5-6各种类型结构的受力特点

一、各种类型结构的受力状态

二、改善结构受力状态的方法

§5-7静定结构的一般特性

一、静定结构的基本特性

二、静定结构的一般特性

1、静定结构在非荷载因素影响下，不分生内力

2、静定结构的局部平衡特性

3、静定结构的荷载等效特性

4、静定结构的构造变换特性

5、静定结构的反力内力与结构的EI、EA值无关

第6章虚功原理和结构的位移计算

一、本章的教学目标及基本要求

教学目标是：

在进行结构分析时，除了需计算结构的内力外，还需计算结构的位移。

通过本章的学习，使学生了解位移计算公式的推导过程，并会计算各种结构由于荷载、支移、温变等原因引起的位移。

基本要求：

理解变形体系虚功原理的内容及其两种应用，理解计算结构位移的单位荷载法；熟练掌握静定结构在荷载作用下的位移计算方法；熟练掌握图乘法；掌握静定结构在支座位移和温度变化时的位移计算方法；了解线弹性结构的四个互等定理。

二、本章各节教学内容及学时分配

§6-1概述（0.5学时）

§6-2变形体系的虚功原理（2学时）

§6-3平面杆件结构位移计算的一般公式（1学时）

§6-4静定结构在荷载作用下的位移计算（1.5学时）

§6-5图乘法（2学时）

§6-6静定结构在支座位移时的位移计算（1学时）

§6-7静定结构在温度变化时的位移计算（1学时）

*§6-8具有弹性支座的静定结构的位移计算（1学时）

§6-9线性弹性结构的互等定理（2学时）

三、本章教学内容的重点和难点

重点：

静定结构在荷载、支移、温变等各种原因作用下的位移计算，特别是图乘法计算梁式结构的位移。

难点：

变形体系的虚功原理及其推证。

四、本章教学内容的深化和拓宽

在讲请变形体系虚功原理及其适用范围的基础上，可进一步指出平面杆件结构位移计算的一般公式的适用条件、静定结构在荷载作用下的位移计算公式的适用条件，以及四个互等定理的适用条件。

具有弹性支座的静定结构的位移计算属于加深的内容。

五、本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题

采用多媒体教学手段，并注意与教材、板书结合以提高教学质量。

在本章教学过程中，应注意进一步培养、提高学生画弯矩图的能力，并注意培养学生绘静定结构变形图的能力。

六、本章的主要参考书目

（一）结构力学（Ⅰ）龙驭球包世华主编，高等教育出版社，2001年1月

（二）结构力学赵更新编，中国水利水电出版社，2004年4月

（三）结构力学（上）李廉锟主编，高等教育出版社，1996年5月

（四）结构力学（上）吴德伦主编，重庆大学出版社，1994年

（五）结构力学（上）张来仪景瑞主编，中国建筑工业出版社，1997年

（六）结构力学辅导—概念·方法·题解赵更新编，中国水利水电出版社，2001年

七、本章的思考题和习题

（一）思考题

《结构力学》教材（萧允徵张来仪主编）第6章思考题6-1～6-17。

（二）习题

《结构力学》教材（萧允徵张来仪主编）第6章习题6-1～6-18。

八、各课时单元授课教案的具体内容

§6-1概述

一、位移

二、计算位移的目的

●本节的思考题：

思考题6-1、6-2、6-3。

§6-2变形体系的虚功原理

一、实功

二、虚功

三、变形体系的虚功原理

（一）虚功原理的表述

（二）虚功原理的证明

四、虚功原理的两种形式

●本节的思考题：

思考题6-4～6-6。

●本节的习题：

习题6-1

（1）、

（2）。

●本节的教学方法：

虚功原理的证明较复杂，本节只是证明变形体虚功原理的必要条件，力求从物理概念上讲清讲透。

应注意指出虚功原理的适用条件。

§6-3平面杆件结构位移计算的一般公式

一、公式推导

1、给定一实际状态

2、假设一虚拟状态

3、利用虚力原理推导一般公式

二、单位力设置法

1、求绝对线位移时的单位力

2、求绝对角位移时的单位力

3、求相对线位移时的单位力

4、求相对角位移时的单位力

●本节的思考题：

思考题6-7、6-8。

●本节的习题：

无。

●本节的教学方法：

指出本节所推一般公式的适用范围。

§6-4静定结构在荷载作用下的位移计算

一、由上节一般公式导出荷载作用下的位移计算公式

二、静定梁和刚架的位移计算公式与应用

三、静定桁架的位移计算公式与应用

四、静定组合结构的位移计算公式

●本节的思考题：

思考题6-9、6-10。

●本节的习题：

习题6-3、6-4、6-5。

●本节的教学方法：

介绍公式后即举例题说明，指出静定结构在荷载作用下的位移计算公式仅适用于线弹性结构。

§6-5图乘法

一、图乘法的适用条件

二、图乘法公式推导

三、图乘法的几点说明

●本节的思考题：

思考题6-11～6-13。

●本节的习题：

习题6-6～6-14。

●本节的教学方法：

利用多媒体课件教学，注意强调指出图乘法的适用条件及复杂图形的分解方法。

§6-6静定结构在支座位移时的位移计算

●介绍支称作用下的位移计算公式并举例。

●本节的思考题：

无。

●本节的习题：

习题6-15。

●本节的教学方法：

指出静定结构在支移作用下仅发生刚体位移；本节公式只适用于静定结构在支移作用下的位移计算。

§6-7静定结构在温度变化时的位移计算

一、静定梁和刚架在温变作用下的位移计算公式

1、公式推导

2、正负号规定

3、举例

二、桁架在温变作用下的位移计算公式

三、桁架杆件因制造误差引起的位移计算公式

●本节的思考题：

思考题6-14。

●本节的习题：

习题6-16、6-17。

●本节的教学方法：

注意指出公式的适用范围及公式中正负号的确定原则。

*§6-8具有弹性支座的静定结构的位移计算

一、弹性支座及其刚度系数

二、公式及其推导

1、给定一实际状态

2、假定一虚拟状态

3、公式推导

4、正负号规定

5、举例

三、按其它方式计算具有弹性支座的静定结构位移

1、将弹性支座处的位移转化为等效的支座位移

2、（对于简单情况）直接利用几何关系来计算具有弹性支座的静定结构的位移

●本节的思考题：

思考题6-15。

●本节的习题：

习题6-18。

●本节的教学方法：

本节属于加深与拓宽的内容，可根据情况适当选讲。

§6-9线性弹性结构的互等定理

一、功的互等定理

二、位移互等定理

三、反力互等定理

四、反力与位移互等定理

●本节的思考题：

思考题6-16、6-17。

●本节的习题：

习题6-1、6-2。

●本节的教学方法：

在讲清功的互等定理的基础上，可直接引出其它三个互等定理。

第7章力法

一、本章的教学目标及基本要求

超静定结构是土木工程中使用的更为广泛的结构形式。

学习并掌握用力法计算超静定结构内力和位移的基本原理及方法，是本章的教学目标。

学习本章的基本要求：

掌握力法基本原理，能正确判定超静定次数，并选取力法基本结构；熟练掌握在荷载作用下用力法计算各种超静定结构的方法和步骤；掌握在支座位移、温度变化等因素作用下，力法计算超静定结构的方法。

掌握利用结构的对称性简化计算的方法；掌握超静定结构的位移计算，及校核最终内力图的方法；了解超静定结构的一般特性。

二、本章各节教学内容及学时分