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华侨大学本科课程教学大纲
 

《结构力学》教学大纲

适用专业 土木工程(学分:5 学时110)

一、课程的性质和任务

    本课程是土木工程专业必修的一门主要专业基础课。其任务是在学习理论力学、材料力学等课程的基础上,进一步掌握杆件结构的组成规则、计算原理和方法,了解各类结构的受力性能,为学习有关专业课程以及进行结构设计和科学研究打好力学基础,培养结构分析与计算方面的能力。

二、课程的教学内容

第一章 绪论

结构力学的研究对象及任务。结构的计算简图。结点和支座的简化,荷载的简化和分类。平

面杆系结构的分类,梁、刚架、拱、桁架、组合结构。

第二章 平面杆系的几何组成分析

几何不变体系和几何可变体系。平面体系的自由度。约束,必要约束和多余约束。无多余约

束几何不变体系的基本组成规则。瞬变体系的概念。静定结构和超静定结构及其在静力学解

答方面的特性。

第三章 静定结构的内力计算

31 静定梁

计算梁内力的基本方法。用叠加法作梁弯矩图。静定多跨梁的组成及其内力计算。静定多跨梁的受力性能。

32 静定平面刚架

刚架的组成和内力特点。单跨静定刚架的类型。刚架内力的计算方法。简支刚架、悬臂刚架、三铰刚架的内力图及其受力性能。

33 实体三铰拱

拱的组成和应用。三铰拱支座反力和内力的计算。三铰拱的内力与梁的比较。拱的合理轴线,拱的受力性能。

34 静定平面桁架

桁架的组成、内力特点和计算简图。静定平面桁架按组成规则分类。计算桁架内力的结点法、截面法、结点法与截面法的联合应用。桁架的受力性能。

35 静定组合结构

组合结构的组成。静定组合结构的内力计算。组合结构的受力性能。

36 静定结构的一般特性。

第四章 静定结构的位移计算

实功与虚功,虚位移状态与虚力状态。虚功原理。结构位移计算的单位荷载法。

荷载作用下静定结构位移的计算,图乘法。静定结构由于支座移动和温度变化引起的位移计算。

弹性变形体系的互等定理。

第五章 力法

超静定结构的应用和基本特性。计算超静定结构的基本方法。

力法原理。超静定次数的确定。力法的基本未知量、基本结构和典型方程。用力法计算荷载作用下的超静定梁、刚架、桁架、组合结构和铰接排架。对称性的利用。超静定结构在支座移动和温度变化作用下的计算。

超静定结构的位移计算和内力图校核。

等直杆的转角位移方程。

超静定结构的一般特性。

第六章 位移法

位移法的基本概念,位移法的基本未知量、基本结构和典型方程。用位移法计算梁和刚架。

对称性的利用,对称刚架的计算。

用平衡方程法建立位移法方程。

(根据情况,选其中一个方法为主,另一个为辅)

第七章 力矩分配法

力矩分配法原理。用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架。

第八章 近似法

分层计算法及举例。
柱反弯点法及举例。

第九章 影响线

移动荷载及影响线的概念。用静力法作单跨静定梁的影响线。用机动法作单跨静定梁和多跨静定梁的影响线。

用影响线求静定结构的反力和内力。荷载最不利位置的确定。简支梁内力包络图及计算程序。简支梁绝对最大弯矩。

连续梁的影响线。均布活荷载的最不利位置。连续梁的内力包络图。

第十章 矩阵位移法

矩阵位移法基本概念。结构的离散与集成。单元杆端力与杆端位移,单元刚度矩阵及其坐标变换。直接刚度法。引入支座条件。等效结点荷载。

用矩阵位移法计算连续梁及其计算程序。用矩阵位移法计算平面刚架和桁架。

第十一章 结构的极限荷载

梁截面的极限弯矩和塑性铰概念。比例加载时判定极限荷载的一般定理。单跨梁及连续梁的极限荷载。*刚架的极限荷载。

第十二章 *能量原理

杆件应变能和应变余能。势能原理,瑞利-里兹法。余能原理。

第十三章 *结构的稳定计算

弹性体系平衡的稳定性。两类稳定问题。确定临界荷载的静力法与能量法。简单杆件结构临界荷载的确定。

第十四章 结构的动力计算

动力荷载,动力荷载下结构反应的特点。振动体系的自由度。单自由度体系的自由振动和受迫振动。阻尼对振动的影响。两个自由度体系及多自由度体系的自由振动频率及主振型。主振型的正交性。

简谐荷载下多自由度体系的受迫振动。振型分解法。用近似法求结构自振频率。

三、课程的教学要求

1 掌握平面几何不变体系的基本组成规则及其应用。

2 牢固掌握并熟练运用静定梁和刚架内力图的作法以及桁架内力的解法,掌握三铰拱和静定组合结构的内力计算方法。了解静定结构的受力性能。

3 正确理解变形体虚功原理的内容及其应用,熟练掌握荷载作用下静定结构位移的计算方法,掌握静定结构在支座移动和温度变化作用下的位移计算。理解弹性体系的互等定理。

4 正确理解力法计算超静定结构的原理,掌握用力法计算超静定结构在荷载作用下的内力以及利用对称性计算对称梁和刚架,掌握在支座移动作用下单跨超静定梁的计算,会计算在温度变化作用下超静定梁和刚架的内力,能计算超静定结构的位移,了解超静定结构的受力性能。

5 正确理解位移法计算 静定结构的原理,掌握在荷载作用下,用典型方程(或平衡方程法)计算超静定梁和刚架,掌握利用对称性计算有侧移和无侧移刚架,(根据情况选一个方法为主)。

6 正确理解力矩分配法的原理,掌握用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架,*能用无剪力分配法计算有侧移单柱刚架,*能用迭代法计算无侧移和有侧移刚架。

7 正确理解分层计算法和柱反弯点法,能计算刚架。

8 理解影响线的概念,掌握用静力法作单跨静定梁和静定桁架的内力影响线,了解机动法作影响线的原理和作静定梁反力和内力影响线。会利用影响线求移动荷载作用下结构指定截面的最大内力。了解简支梁的内力包络图和绝对最大弯矩。

掌握求连续梁反力和内力影响线形状的方法,了解均布活荷载的最不利位置和连续梁的内力包络图。

了解简支梁内力包络图计算机程序设计方法,会用程序上机计算。

9 了解矩阵位移法的基本概念,掌握用直接刚度法计算结构总刚度矩阵,能计算等效结点荷载,掌握用后处理法计算连续梁、简单刚架和桁架的结点位移和内力。

了解连续梁内力计算的计算机程序设计方法,能用程序上机计算。

10 理解极限弯矩、塑性铰和极限荷载的概念,理解比例加载时判定极限荷载的一般定理,会计算单跨梁及连续梁的极限荷载,*能计算刚架的极限荷载。

11 正确理解杆件应变能和应变余能,掌握势能原理和余能原理。

12 *理解结构失稳的两种基本形式,掌握静力法和能量法计算临界荷载的原理,会计算简单杆件结构的临界荷载。

13 理解结构动力分析的基本方法,掌握单自由度体系的自由振动和简谐荷载作用下的受迫振动计算方法,了解杜哈姆积分以及阻尼对振动的影响。掌握两个自由度体系(了解多自由度体系)自振频率和振型的计算方法。能计算两个自由度体系在简谐荷载作用下的受迫振动,了解振型的正交性以及用振型分解法对体系作受迫振动计算。能用近似法求结构的自振频率。

四、课程的重点和难点

(一) 重点

1 静定结构的内力和位移计算以及常用结构的受力性能。

2 超静定结构内力计算的力法,位移法和力矩分配法。

3 平面杆件结构的矩阵位移法。

4 结构动力计算中的两个自由度体系自振频率及主振型分析。

(二) 难点

1 用无多余约束几何不变体系基本组成规则分析平面杆系的几何组成。

2 熟练并正确地绘制静定梁和刚架的内力图。

3 用位移法计算有侧移刚架。

4 利用影响线求移动荷载作用下结构指定截面的最大内力。

5 多自由度体系自振频率和振型的计算及振型分解法。

五、课程的学时分配

        略

六、课程设计的内容安排及要求

(一) 内容及安排

1 简支梁在两组吊车荷载作用下的内力包络图计算程序设计及应用。程序设计4学时(课外),上机操作4学时(课外)。

2 连续梁在荷载作用下的内力计算程序及应用程序设计6学时(课外),上机操作6学时(课外)。

(二) 要求

能编写简单程序或部分程序,会上机操作及算出正确结果。

七、教材和主要参考书

(一) 教材

《结构力学》(第四版 上、下册) 杨弗康、李家宝主编 高等教育出版社 1998年9月出版

(二) 参考书

1 《结构力学》(第二版 上、下册)杨天祥主编 高等教育出版社 1988、3

2 《结构力学》第一版 上、下册)龙驭球、包世华主编 高等教育出版社 1985、4

八、几点说明

1 授课方式

(1) 课堂讲授为主,配合适当习题课,采用启发式教学。

(2) 习题课采用学生动手作题为主,教师讲授为辅的方法,开展课堂讨论。

(3) 学生独立编写计算机程序、上机操作为主,教师指导为辅。

2 考核方式及成绩评定

闭卷考试,集体改卷(流水作业),校核检查定分。


 

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