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《結構力學》課程教學大綱

一、課程基本信息

二、課程簡介

《結構力學》結構力學是普通高等院校土木工程專業土建、路橋、水利類的一門專業基礎課，是我院重點建設課程之一。一方面它以高等數學、理論力學、材料力學等課程為基礎，另一方面，它又是鋼結構、鋼筋混凝土結構、土力學與地基基礎、結構抗震等專業課的基礎。結構力學課程在整個課程體系中處于承上啟下的核心地位。主要內容為桿件結構的組成規律、靜定和超靜定結構的內力和位移的計算方法、結構動力計算方法。該課程的學習使學生掌握系統的結構力學知識，培養學生結構分析和計算等方面能力，為后修課程（混凝土結構基本原理及設計、鋼結構和砌體結構等專業課程）的學習和今后進行結構設計、科學研究打下了力學基礎。

三、課程目標

本課程是土木工程專業本科生培養方案中一門重要的專業課程，是理論與實踐應用之間相聯系的橋梁，是結構設計的理論依據，又是理論創新和科學研究的計算基礎。

學生在學完本門課程之后，應培養下面四種能力:

1.分析能力:對常用的桿件結構具有選擇計算簡圖的初步能力，并能根據具體問題選擇恰當的計算方法。

2.計算能力:具有對各種靜定、超靜定結構進行計算的能力，初步具有使用結構計算程序的能力。

3.判斷能力:具有對計算結果進行校核、對內力分布的合理性作出定性判斷的能力。

4.自學能力:具有自學和獨立獲取結構力學及相關課程知識的能力。

通過本課程的學習之后，使學生應具有較系統的結構計算能力，為學生打好后續專業課程學習的力學基礎，為結構計算有限元軟件的學習使用建立扎實基礎。

四、教學內容及要求

1. 緒論 （2學時）

理論力學和材料力學相關內容復習；介紹結構力學的研究內容和教學要求；桿件結構、支座和荷載的分類；結構的計算簡圖及簡化要點。

2. 結構的幾何構造分析 （4學時）

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律及其運用。瞬變體系的特征。體系的幾何組成與靜定性的關系。

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則及應用。

3. 靜定結構的受力分析 （18學時）

單桿的受力分析，求桿件指定截面內力，內力與載荷間的微分關系，疊加法作內力圖。多跨靜定梁的組成及內力計算。平面靜定剛架的結構特征及內力計算。拱的特征。三鉸拱的內力計算。壓力線及合理拱軸。平面靜定桁架組成與分類。用結點法和截面法計算桁架內力。結點法和截面法的聯合應用。

難點:拱內力的求解。

重點:靜定結構內力求解及梁和剛架內力圖的繪制。

要求:靈活運用隔離體平衡方法，熟練掌握靜定梁和剛架內力圖作法及桁架內力解法，掌握靜定組合結構和拱的內力計算方法，了解靜定結構的力學特性。4. 影響線 （8學時）

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。機動法作單跨靜定梁影響線。影響線的應用。最不利荷載的位置。簡支梁的絕對最大彎矩。簡支梁的內力包絡圖。用機動法作超靜定梁影響線。內力包絡圖。

難點:影響線的繪制。

重點:靜力法、機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、桁架的內力影響線，會利用影響線求移動荷載下結構的最大內力，了解機動法作影響線。常見的平面機構進行分析。

5. 虛功原理與結構位移計算（10學時）

結構的位移計算，結構位移，廣義位移。位移產生的原因。位移計算的目的。實功與虛功的概念。虛功原理。虛功方程的應用。結構位移計算的一般公式。荷載作用下結構的位移計算。圖乘法及其應用。溫度變化和支座移動時靜定結構的位移計算。線變形體系的互等定理。

難點:虛功原理的運用。

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容及其應用，熟練掌握在荷載作用下靜定結構的位移計算方法，掌握靜定結構在溫度變化、支座移動影響下的位移計算方法，了解互等定理。

6.力法 （12學時）

超靜定結構概念。超靜定次數的確定。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、拱和給合結構。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構的計算。超靜定結構的位移計算及最后內力圖的校核，超靜定結構與靜定結構的比較。

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構在荷載、支座移動、溫度作用下的內力。會計算超靜定結構的位移，了解超靜定結構的力學特性。

7. 位移法 （10學時）

位移法的基本原理及基本未知數目的確定。等到截面直桿的轉角位移方程。應用結點及截面平衡方程計算超靜定結構。位移法的基本結構及典型方程。應用基本結構及典型方程計算超靜定結構。對稱性的利用。力法與位移法的比較。

難點:基本未知數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. 漸進法及其它算法簡述 （6學時）

力矩分配法的基本概念、計算連續梁和無側移剛架。

難點:力矩分配法的計算原理。

重點:力矩分配法計算連續梁和無側移剛架。

要求:力矩分配法的基本概念、計算連續梁和無側移剛架。

9. 矩陣位移法（6學時）

介紹單元剛度矩陣，結構剛度矩陣，等效節點荷載，位移邊界條件的引入，剛架計算的先處理法，計算桿件內力，超靜定桁架的計算，有關計算程序的解題實踐。

掌握用矩陣位移法計算桿系結構的原理和方法，了解有關計算程序。

10. 結構動力計算基礎（14學時）

動力計算的意義。動力荷載的分類。動力計算的任務。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迫振動。近似法求結構的固有頻率。集中質量法。

難點:運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．結構極限荷載（4學時）

結構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。破壞機構。單跨靜定梁的極限荷載。比例加載的幾個定理。用機動法和試算法計算連續梁的極限荷載。剛架的極限荷載。

重點:求極限荷載。

難點:破壞機構的判斷。

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. 結構力學求解器的應用（2學時）

掌握運用結構力學求解器對桿系結構進行處理，初步了解有限元一般方法，能在結構力學求解器中進行結構建模和運算。

五、課時分配表

六、教材及參考書

教材:

1．《結構力學》（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. 結構力學教程，龍馭球、包世華等編著，高等教育出版社，2005年。

3. 結構力學，朱慈勉、張偉平等編著，高等教育出版社，2015年。

4. 結構力學，王煥定、章子茂等編著，高等教育出版社，2004年。

5. 結構力學， 楊茀康、李家寶等編著，高等教育出版社，2015年。

七、教學策略與方法的建議

要強調多媒體課件教學方法的應用拓展，利用圖形和動態圖像技術可以形象地演示與結構力學有關的力學現象，幫助學生理解抽象的力學基本概念和基本理論。

結構力學的教學理論教學應與和實驗教學并重，應加快結構力學實驗室的建設步伐，不斷加強實驗教學的功能。

建立課程教學平臺網站，課程教學網站的建立和應用，延伸拓展了教學的時空。網站可以為學生提供豐富的教學資源，促進了學生的自主學習。

修訂人:李遠瑛

審核人:張東海

批準人:

2019年9月