结构力学上下.docx
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结构力学上下
《结构力学（ⅠⅡ）》课程教学大纲
一、课程简介：
该课程的主要内容是讨论杆系结构（静定、超静定）的基本计算方法，包括：
几何构造分析、静定结构内力分析、超静定结构内力计算方法、结构的位移计算、结构的影响线等，还介绍了结构矩阵分析、结构的动力计算等专题。
通过学习使学生具有对常用的杆件结构初步选择计算简图、并能根据具体问题选择恰当的计算方法的能力；具有对各种静定、超静定结构进行计算、对计算结果进行校核、对内力分布的合理性作出判断的能力。
二、课程教学目的与基本要求：
通过本课程的学习，使学生了解各类杆件结构的受力特点及受力性能，掌握其内力变形的计算原理及其方法，培养学生的结构分析计算的能力，为学生以后的相关课程及进行结构设计及科学研究打好基础。
通过该课程的学习，学生应达到如下基本要求：
1.课程内容的要求：
（1）几何构造分析：
掌握平面几何不变体系的基本组成规律及其应用。
（2）静定结构的受力分析：
灵活运用隔离体平衡法，熟练掌握梁和刚架内力图的作法以及桁架内力的计算方法，掌握静定组合结构与静定拱的内力计算方法，了解静定结构的力学特性。
（3）影响线：
理解影响线的概念，掌握作静定梁和桁架内力影响线的静定法，了解机动法，会用影响线求移动荷载下结构的最不利位置。
（4）结构位移的计算：
理解变形体虚功原理及其应用，熟练掌握静定结构位移的计算方法，了解互等定理。
（5）力法：
掌握力法的基本原理及各种外因作用下超静定结构内力的力法分析，
（6）位移法：
掌握位移法基本原理及超静定刚架的位移法分析。
（1）力矩分配法：
掌握力矩分配法的概念，会用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架。
（2）矩阵位移法：
掌握矩阵位移法计算杆件结构的原理和方法。
（3）结构动力计算基础：
掌握结构动力分析的基本方法，掌握单自由度及多自由度体系自由振动及其在简谐荷载作用下的受迫振动的计算方法。
了解阻尼的作用，了解频率的近似计算方法。
2.能力培养的要求：
（1）分析能力的培养：
主要是对结构计算简图进行分析的能力的培养，同时也要注意培养针对具体结构选取计算简图的能力的培养。
（2）计算能力的培养：
要求大学生通过本课程的学习，具备对各种平面干洗结构进行计算或确定计算步骤的能力和对计算结果的正确性进行判断或校核的能力。
（3）自学能力的培养：
通过本课程的教学，要培养和提高学生对所学知识进行整理、概括、消化吸收的能力，以及围绕课堂教学内容，阅读参考书籍和资料，自我扩充知识领域的能力。
（4）表达能力的培养：
主要是通过作业，清晰、整洁的表达自己解决问题的思路和步骤的能力。
（5）创新能力的培养：
培养学生独立思考，深入钻研问题的习惯，和对问题提出多种解决方案、选择不同的计算方法，以及对计算进行简化和举一反三的能力。
三、教学手段及教学方法建议
教学手段：
本课程采用启发式教学方法，并结合工程实际进行课堂教学，注重培养学生独立分析问题、解决问题的能力和理论实践相结合的解决实际工程问题的能力。
教学建议：
1.该课程内容相对枯燥、难度较大，建议科任教师应以传统的教学方式为主。
2.由于该课程相关章节内容计算量较大，涉及的数学知识较多，建议有较好数学功底的教师担任此教学工作。
3.该课程应该以理论力学、材料力学为先修课。
4.该课程应布置较多数量的课外作业供学生进行练习，并及时做好课后辅导工作。
四、考核方式和成绩评定
该课程上册采用闭卷考试的方式进行考核，下册采用考查课的方式进行考核。
学生成绩评定：
平时成绩30%+期末考试70%
平时成绩包括：
考勤、课堂表现、平时测试、作业等。
期末考试主要采用笔试形式，题型主要分为：
填空题、选择题、判断题、作图题、计算题等。
五、课程教材与主要参考书
[1]萧允微,《结构力学》（ⅠⅡ），机械工业出版社，2013年2月。
[2]龙驭球，《结构力学》（ⅠⅡ），高等教育出版社，2012年8月；
[3]李廉锟，《结构力学》（ⅠⅡ），高等教学出版社，2000年3月；
六、教学环节及学时安排
该课程教学环节主要包括课堂讲授、习题课、课外作业、答疑等，要求学生通过本课程各教学环节的学习，掌握各种结构形式的力学特性，能够熟练掌握各种静定，超静定结构的内力和变形的计算原理和计算方法，熟练画出其内力图形，并具备对常用结构形式定性分析的能力。
表1课程学时分配表
章次
教学内容
讲授课时
习题课时
试验课时
1
绪论
2
2
平面体系的几何组成分析
2
2
3
静定梁和静定刚架的受力分析
3
1
4
三铰拱的受力分析
3
5
静定桁架和组合结构的受力分析
4
1
6
虚功原理与结构的位移计算
8
2
7
力法
8
4
8
位移法
6
2
9
渐进法和近似法
6
2
10
影响线及其应用
6
2
机动
2
合计
结构力学（Ⅰ）
48
16
11
矩阵位移法
6
1
12
结构的动力计算
12
1
13
结构的稳定计算
4
1
14
结构的极限荷载
4
1
机动
2
合计
结构力学（II）
28
4
总计
76
20
七、教学内容
结构力学（Ⅰ）
第一章绪论（讲课2学时）
教学目标
了解结构力学研究对象和任务；了解结构计算简图选取的原则、要求及其主要内容；了解平面杆件结构的分类；了解各类结构的受力性能；了解荷载的分类。
本章重点
结构力学研究的对象和任务，杆件结构的计算简图。
本章难点
如何将实际结构简化为计算简图。
教学内容
1.1结构力学研究的对象和任务
1.2杆件的计算简图
1.3平面杆件结构的分类
1.4荷载的分类
1.5结构计算简图实例
第二章平面体系的几何组成分析（讲课2学时，习题2学时）
教学目标
掌握几何不变体系、几何可变体系、刚片、自由度、约束、必要约束与多余约束、实铰与虚铰的概念；了解平面体系的计算自由度及其计算方法；掌握平面几何不变体系的基本组成规则及其运用；了解体系的几何组成与静力特性之间的关系。
本章重点
几何不变体系的基本组成规则及其应用；静定结构与超静定结构的概念。
本章难点
灵活运用三个基本组成规则分析平面体系的几何组成性质。
教学内容
2.1几何不变体系和几何可变体系
2.2几何组成分析的几个概念
2.3平面杆件体系的计算自由度
2.4平面几何不变体系的基本组成规则
2.5几何可变体系
2.6几何组成分析方法及示例
2.7静定结构与超静定结构
第三章静定梁和静定刚架的受力分析（讲课2学时，习题1学时）
教学目标
灵活运用隔离体平衡法计算指定截面的内力；熟练掌握静定梁和静定平面刚架内力图绘制的方法。
本章重点
绘制静定梁和静定平面刚架的内力图。
本章难点
用隔离体平衡法计算任一指定截面的内力；用区段叠加法绘弯矩图；根据弯矩图和所受荷载绘出剪力图和轴力图。
教学内容
1.梁的内力计算的回顾
2.静定多跨梁
3.静定平等钢架
4.静定桁架
5.组合结构
6.三铰供
7.刚体系的虚功原理
第四章三铰拱的受力分析（讲课4学时）
教学目标
了解三铰拱的受力特点，掌握三铰拱支反力及指定截面内力的计算方法；了解三铰拱压力线的概念，了解三铰拱在几种常见荷载作用下的合理拱轴方程。
本章重点
三铰拱支反力和内力的计算方法。
教学内容
4.1拱结构的形式和特性
4.2三铰拱的内力计算
4.3三铰拱的压力线和合理拱轴
第五章静定桁架和组合结构的受力分析（讲课4学时，习题1学时）
教学目标
理解理想桁架的概念；熟练掌握静定平面桁架杆件轴力的计算方法；能利用结点平衡的特殊情况判定零杆和等力杆；掌握静定组合结构的受力特点及内力计算方法；了解静定空间桁架的几何组成规则几杆件轴力的计算方法；了解静定结构的力学特性。
本章重点
运用结点法、截面法计算桁架各杆轴力；静定组合结构内力的计算方法。
本章难点
合理地确定计算路径，恰当地选择隔离体和平衡方程。
。
教学内容
5.1桁架的特点和组成
5.2静定平面桁架内力计算
5.3静定组合结构
第六章虚功原理与结构的位移计算（讲课8学时，习题2学时）
教学目标
理解变形体系虚功原理的内容及其在结构位移计算中的应用；理解广义力和广义位移的概念；熟练掌握计算结构位移的单位荷载法；熟练掌握图乘法在位移计算中的应用；了解线弹性体系的互等定律。
本章重点
静定结构由于荷载作用、支座移动和温度变化而产生的位移计算，特别是图乘法计算梁和刚架的位移。
本章难点
广义力和广义位移的概念；图形相乘法。
教学内容：
6.1变形体系的虚功原理
6.2结构位移计算的一般公式
6.3静定结构在荷载作用下的位移计算
6.4图乘法
6.5静定结构由于支座移动引起的位移计算
6.6静定结构由于温度变化引起的位移计算
第七章力法（讲课8学时，习题4学时）
教学目标
掌握力法的基本原理，熟练运用力法计算超静定结构在荷载作用下以及支座移动、温度变化时的内力；理解超静定结构的位移的计算。
本章重点
判断超静定次数、选取力法基本体系、建立力法典型方程；荷载作用下超静定结构的力法计算及内力图绘制与校核。
本章难点
根据已知变形条件建立力法典型方程；利用对称性选取等效半结构；理解计算超静定结构位移时虚拟状态的设置。
教学内容
7.1超静定结构概述
7.2力法基本原理
7.3力法基本体系选取典型方程
7.4力法计算超静定结构在荷载作用下的内力
7.5力法计算超静定结构在支座移动和温度变化时的内力
7.6.对称结构的简化计算
7.7两铰拱与无铰拱
7.8超静定结构位移的计算
第八章位移法（讲课6学时，习题2学时）
教学目标
掌握位移法的基本原理和方法；熟练掌握用典型方程法计算超静定结构在荷载作用下的内力；理解典型方程法计算超静定结构在支座移动和温度变化时的内力；掌握用直接平衡法计算超静定刚架的内力。
本章重点
位移法基本未知量；杆件的转角位移方程；用典型方程法和直接平衡法建立位移法方程；用典型方程法计算超静定结构在荷载作用下的内力。
本章难点
对位移法方程的物理意义及方程中系数和自由项的物理意义的正确理解和确定。
教学内容
8.1位移法的基本概念
8.2等截面直杆的转角位移方程
8.3位移法的基本未知量
8.4位移法的基本结构及位移法方程
8.5典型方程法计算超静定结构在荷载作用下的内力
8.6典型方程法计算超静定结构在支座移动和温度变化时的内力
8.7直接平衡法计算超静定结构的内力
第九章渐进法和近似法（讲课6学时，习题2学时）
教学目标
理解力矩分配法的基本概念；会用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架在荷载和支座移动作用下的内力；了解无剪力分配法的概念、应用范围和计算方法；了解多层多跨刚架的近似计算法。
本章重点
应用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架在荷载作用下的内力
本章难点
无剪力力矩分配法的概念。
教学内容
9.1力矩分配法的基本概念。
9.2用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架
9.3无剪力分配法
9.4多层多跨刚架的近似计算法
第十章影响线及其应用（讲课6学时，习题2学时）
教学目标
理解影响线的概念，掌握作静定梁和桁架内力影响线的静力法，会用机动法作静定梁的影响线；会用影响线求固定荷载作用下结构的内力和移动荷载作用下结构的最大内力；了解绘制简支梁的包络图和简支梁绝对最大弯矩的方法；了解利用机动法作连续梁内力的影响线；了解连续梁的弯矩包络图。
本章重点
影响线的概念，静力法和机动法绘制影响线，利用影响线求移动荷载作用下的最大内力。
本章难点
用静力法作静定桁架的影响线；临界荷载的判断方法；包络图的绘制
教学内容
10.1移动荷载及影响线的概念
10.2静力法作静定梁的影响线
10.3静力法作间接荷载作用下梁的影响线
10.4静力法作静定桁架的影响线
10.5机动法作静定梁的影响线
10.6利用影响线确定移动荷载最不利位置
10.7简支梁的内力包络图和绝对最大弯矩
10.8机动法作连续梁的影响线
结构力学（Ⅱ）
第十一章矩阵位移法（讲课7学时，习题1学时）
教学目标
掌握用矩阵位移法计算平面杆件结构的基本原理和方法、包括单元和结点的划分；单元和结构坐标系中单元刚度矩阵的形成；用单元定位向量形成结构刚度矩阵；形成结构综合结点荷载列阵；结构刚度方程的形成及其及其求解；结构各杆内力的计算。
掌握矩阵位移法的计算步骤。
本章重点
用先处理法形成结构刚度矩阵和综合结点荷载列阵
本章难点
用先处理法形成结构刚度矩阵中各步骤的物理意义；单元刚度矩阵和结构刚度矩阵中刚度系数的物理意义和求法；矩阵位移法与位移法之间的联系与区别。
教学内容
11.1概述
11.2杆件结构的离散化
11.3单元坐标系中的单元刚度矩阵
11.4结构坐标系中的单元刚度矩阵
11.5用先处理法形成结构刚度矩阵
11.6结构的综合结点荷载列阵
11.7求解结点位移和单元杆端力
11.8矩阵位移法的计算步骤和算例
第十二章结构的动力计算（讲课11学时，习题1学时）
教学目标
掌握动力分析的基本方法及动力体系自由度数的判别方法；掌握单自由度和两个自由度体系运动方程的建立方法；掌握自由振动和在简谐荷载作用下强迫振动的计算方法；了解阻尼的作用；了解多自由度体系在一般动力荷载作用下的强迫振动。
本章重点
动力体系自由度数的判别方法；单自由度体系运动方程的建立；单自由度及有限自由度体系动力特性的计算；单自由度、有限自由度体系在简谐荷载作用下的内力、位移的计算。
本章难点
用刚度法和柔度法建立单自由度体系的运动方程；在动力特性和动力反应计算中，刚度系数和柔度系数的计算；单自由度和两个自由度体系在简谐荷载作用下动力反应的计算。
教学内容
12.1动力学计算的特点和动力自由度
12.2单自由度体系的自由振动
12.3单自由度体系的强迫振动
12.4阻尼对振动的影响
12.5多个自由度体系的自由振动
12.6多个自由度体系主振型的正交性和主振型矩阵
12.7多自由度体在简谐荷载作用下的强迫振动（无阻尼）
12.8多自由度体系在任意动力荷载作用下的强迫振动
12.9近似法求自振频率
第十三章结构的稳定计算（讲课4学时，习题1学时）
教学目标
了解结构的三种平衡状态及两类稳定问题，了解稳定计算的核心内容是计算临界荷载。
掌握用静力法和能量法确定压杆临界荷载的基本原理，并能应用于计算理想压杆第一类稳定问题的临界力。
本章重点
准确地理解稳定问题的基本概念，应用静力法和能量法确定压杆的临界力。
本章难点
稳定问题的实质；临界状态的静力特征和能量特征；可分为弹性支座问题中弹簧刚度的计算；稳定方程的建立和求解。
教学内容的
13.1确定临界荷载的静力法
13.2确定临界荷载的能量法
13.3直杆的稳定
第十四章结构的极限荷载（讲课4学时，习题1学时）
教学目标
理解极限弯矩、塑性铰、极限状态、破坏机构和极限荷载等基本概念；理解比例加载时判定极限荷载的一般定理；会计算超静定梁和简单刚架的极限荷载。
本章重点
单跨超静定梁和连续梁极限荷载的计算。
本章难点
正确判定极限状态。
教学内容
14.1有关极限荷载的几个基本概念
14.2静定梁的极限荷载
14.3超静定梁的极限荷载
14.4连续梁的极限荷载
14.5比例加载时判定极限荷载的一般定理
14.6简单刚架的极限荷载
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