结构力学
分享
课程详情
课程评价
spContent=结构力学是土建类专业重要的专业基础课程,有“土建学生看家本领”的美称。对于后续专业课程的学习具有重要的作用。也是研究生入学考试的必考科目。结构力学的课程体系相对紧凑、各章内容关联度很强,学习难度大。是大学里挂科率较高的科目。学习结构力学没有捷径、只能勤学苦练、多练习。
—— 课程团队
课程概述

   本课程包括以下内容:

   1  结构几何组成分析;

   2  静定结构内力分析;

   3  虚功原理与静定结构位移计算;

   4  力法;

   5  影响线;

   6  位移法;

   7  弯矩分配法;

   8  矩阵位移法;

   9  结构动力计算。


授课目标
该课程支撑的毕业要求:2-2 掌握专业基础知识,并能分析复杂工程问题的关键所在。 本课程主要介绍杆件结构的几何组成规律,内力和位移计算的基本理论、基本方法,各类结构的受力特性。掌握本学科的知识,能解决一般结构的力学计算问题,同时又为学习结构设计原理和其它专业课打好基础。
课程大纲

第一部分:(一)

1、绪论及基本概念(1学时)
知识点:结构的概念,结构力学研究对象和任务;计算简图和简化原则与要点;杆件结构的分类;荷载的分类。
重点:简化原则与要点,结点和支座的变形和受力特性。
难点:计算简图的选取。

2、平面杆系的几何组成分析(2+1学时,讲授+习题讨论,下同)
知识点:自由度、约束、瞬铰(无穷远瞬铰)、复铰、多余约束、刚片等概念, 几何不变体系、几何可变体系、无多余约束几何不变体系、有多余约束几何不变体系、瞬变体系、常变体系,几何组成分析的目的,平面无多余约束几何不变体系的基本组成规则,平面杆系的计算自由度,静定、超静定结构的几何特性。
重点:应用基本组成规则分析平面杆系的几何组成。
难点:平面杆系的计算自由度的应用,无穷远瞬铰的应用,复杂平面杆系的几何组成分析。

3、静定结构的受力分析(10+2学时)
知识点:分段迭加法画弯矩图,简支斜梁的计算,多跨静定梁的组成、特点及内力图。静定平面刚架的几何组成和特点,静定平面刚架的支座反力、杆端内力的计算,静定平面刚架的内力图的绘制。静定平面桁架的特点、组成与分类,结点法、截面法和联合法求静定平面桁架内力,组合结构的内力计算。三铰拱的受力特点,数解法求三铰拱的内力,三铰拱合理拱轴线。
重点:分段迭加法画弯矩图,静定平面刚架内力图,桁架特殊杆内力判断、复杂桁架内力计算,组合结构的内力计算,三铰拱的反力和内力计算。
难点:简支斜梁的计算,复杂刚架的反力,已知弯矩图绘制剪力图、轴力图,三铰拱截面剪力和轴力的计算,桁架截面法截面的选择,组合结构中梁式杆的弯矩图。

4、影响线(5+1学时)
知识点:影响线的概念,静力法作静定梁和桁架的反力与内力的影响线,结点荷载作用下梁的影响线,机动法作静定梁的反力与内力的影响线,荷载最不利位置(布置),内力包络图,绝对最大弯矩。
重点:影响线的概念,静力法、机动法作静定梁和桁架反力与内力的影响线,荷载最不利位置的确定。
难点:弯矩影响线与弯矩图的区别,结点荷载作用下的影响线,桁架反力与内力的影响线,绝对最大弯矩的计算。

5、虚功原理与结构位移计算(6+1学时)
知识点:变形体的虚功原理,单位荷载法,广义力与广义位移,位移一般计算公式,荷载和其他因素作用时位移的计算公式,图乘法。线性弹性体系的三个互等定理。
重点:各类结构在各种外界因素作用时位移的计算,图乘法。
难点:变形体的虚功原理,线性弹性体系的三个互等定理,图乘法的分段和分解。

6、力法(8+1学时)
知识点:超静定次数,力法的基本未知量、基本结构、基本体系、基本方程(典型方程),利用对称性简化力法计算,对称结构取“半边结构”,超静定结构位移的计算,力法解两铰拱和对称无铰拱。
重点:力法计算各类结构在各种外界因素作用时的内力、位移,“半边结构”的确定。
难点:支座移动时的力法计算,计算超静定结构位移时基本体系的选择。

课程实践教学
结构力学求解器的使用
内容:使用结构力学求解器构求解结构力学问题。
要求:了解结构力学求解器的原理与功能及使用方法,正确填写输入数据,正确使用计算输出结果。熟练掌握微机的操作。

7、复习2学时

第二部分

(一)
8、位移法(5+1学时,讲课+课堂讨论,以下同)
知识点:位移法的基本未知量、基本结构、基本体系、基本方程(典型方程),等截面直杆的形常数和载常数,等截面直杆刚度方程与杆端弯矩表达式,利用静力平衡条件直接建立位移法方程。
重点:位移法解连续梁和超静定刚架。
难点:复杂刚架线位移未知量的选择。
9、渐进法(3+1学时)
知识点:单结点无线位移刚架承受结点力偶的力矩分配,单结点力矩分配法,多结点力矩分配法,转动刚度、分配系数、传递系数,固端弯矩,无剪力力矩分配法。剪力分配法。超静定力影响线,连续梁的最不利荷载分布和弯矩包络图。
重点:力矩分配法解连续梁和无侧移刚架的内力,剪力分配法。
难点:静定外伸段的处理,无剪力力矩分配法。
10、矩阵位移法( 7+1 学时)
知识点:矩阵位移法概念,杆端力列阵、杆端位移列阵、坐标转换矩阵,一般杆单元和特殊单元的刚度矩阵(局部坐标系、整体坐标系),结点力列阵、结点位移列阵、总码、局部码、单元定位向量,结构总刚度矩阵的形成,直接结点荷载列阵、等效结点荷载列阵,综合结点荷载列阵的形成。平面刚架程序框图、源程序和应用。
重点:各类结构的矩阵位移法求解。
难点:单元刚度矩阵、结构总刚度矩阵的性质和应用,矩阵位移法方程的建立。
11、结构动力计算( 9+1 学时)
知识点:动力自由度,动荷载,振动系统模型,运动微分方程建立;单自由度体系运动方程,自振园频率、周期,Duhamel积分,动力系数,阻尼及其作用;多自由度体系频率方程,主振型及其正交性,多自由度体系受迫振动,振型分解法;频率的近似计算。
重点:单自由度体系的频率计算,自由振动、强迫振动的解;多自由度体系频率、主振型计算,简谐动荷作用下的计算。
难点: Duhamel积分,动力系数,动位移、动内力与最大位移、最大内力。
12、复习2学时

预备知识

 一般要学习完《理论力学》《材料力学》之后,再学习结构力学。

除了一般力学概念外,学习《结构力学》之前,对平衡方程、杆件内力与变形的关系要重点掌握。

证书要求

总成绩(100分)= 单元测试(50分)+ 期末考试(50分)

总成绩60-84分:颁发“合格证书”

总成绩85分以上:颁发“优秀证书”


参考资料

1、结构力学 祁皑主编,中国建筑工业出版社,2012年8月第二次印刷ISBN:978-7-112-13753-4(普通高等教育土建学科专业“十二五”规划教材。高等学校土木工程学科专业指导委员会规划教材。按高等学校土木工程本科指导性专业规范编写)

2、《结构力学教程》( I ) ,龙驭球、包世华主编,2006年12月第2版,高等教育出版社出版,“十一五”国家级规划教材。

3、《结构力学》(上、下册)(第二版), 包世华主编,武汉理工大学出版社,2003年8月第2版,普通高等学校土木工程专业新编系列教材,中国土木工程学会教育工作委员会审定。
4、《结构力学》(上、下册),朱慈勉主编,2004年1月第1版,高等教育出版社出版,普通高等教育“十五”规划教材。
5、《结构力学》(第2版) ,王焕定等编,2004年7月第2版,高4教育出版社出版,普通高等教育“十五”规划教材。
6、《结构力学解题与思考》,陈燊编著,1999年版,中国矿业大学出版社出版;2007年修订版,煤炭工业出版社出版。

常见问题

    1  静定结构内力分析部分,掌握的不够好,影响后面的学习。

    2  做题少,难以达到熟练和准确的程度,影响学习效果。

福州大学
授课老师
祁皑

祁皑

教授