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SPOC学校专有课程
结构力学(上)
第1次开课
开课时间: 2020年02月17日 ~ 2020年07月09日
学时安排: 4小时每周
当前开课已结束 已有 172 人参加
老师已关闭该学期,无法查看
spContent=结构力学是土木类专业的学科基础课,是土木工程师的看家本领。在这里,你将会学到常见杆件结构内力与位移计算的基本原理和方法,掌握其基本力学特性与变形特征,为你后续课程的学习以及今后从事土木工程结构规划、设计、施工等多个领域的工作,提供强有力的理论保障,为你开启结构工程专业领域的大门。
结构力学是土木类专业的学科基础课,是土木工程师的看家本领。在这里,你将会学到常见杆件结构内力与位移计算的基本原理和方法,掌握其基本力学特性与变形特征,为你后续课程的学习以及今后从事土木工程结构规划、设计、施工等多个领域的工作,提供强有力的理论保障,为你开启结构工程专业领域的大门。
—— 课程团队
课程概述

    结构力学(上)是中国矿业大学结构力学课程的第一部分,它是大土木类本科专业的学科基础课程。本课程包括10章内容:绪论、平面杆件体系的几何组成分析、静定梁和静定刚架、静定拱和悬索结构、静定桁架和组合结构、结构位移的计算、力法、位移法、渐近法、影响线及其应用。通过本课程的学习,使学生在工程力学的基础上进一步掌握杆件结构的组成规律以及结构在外因作用下的强度、刚度的计算原理和计算方法,培养学生掌握静定、超静定杆件结构内力及位移变化规律的分析方法等。

    中国矿业大学结构力学课程是江苏省二类优秀课程、中国矿业大学精品课程,结构力学系列教材是中国矿业大学精品教材、江苏省十三五重点教材,课程教学团队是中国矿业大学优秀教学团队。课程教学从“大土木”的专业要求出发,在保证课程内容体系系统性的基础上,精选内容,突出重点,并注意土木工程不同专业方向中工程实例的引入,以扩大专业覆盖面。各知识点都从结构力学的基本概念、基本原理出发,以工程实践为背景,重点讲解结构的力学分析及计算方法,并注重概念清晰、深入浅出,便于学习者领会。

授课目标

1、掌握各类杆件结构的内力、位移及稳定性的计算原理和方法,熟悉各类结构的受力特点和性能,从而为学习后续专业课程及进行结构分析、设计和科学研究奠定重要的基础;

2、具备将实际工程问题抽象为相应力学模型并能选用相应结构力学方法或常用力学计算软件进行结构的力学分析及计算的基本能力;

3、通过融入各类课程思政元素,让学生领略中国古代及近现代的力学智慧,培养科学思维和探索精神;厚植工程伦理,提高学生的责任心,实现全方位育人的教育理念。


成绩 要求

根据课程参与对象学习方式不同分别考虑:

(1)本校内在读学生:采用线上课程综合成绩与线下学习效果相结合融合的评价方式,并根据课程大纲设置线上、线下课程权重系数。

(2)校外学习者:采用线上课程综合成绩评价方式,包括章节测试、作业情况、互动情况、期末考试等。其中,单元测验(30%)、单元作业(20%)、课程讨论等参与度(20%)、期末考试(30%)。

本在线课程暂无证书发放。


课程大纲
绪论
课时目标:弄清结构力学的研究对象及任务;了解结构上作用荷载的种类;弄清选择结构计算简图应遵循的原则,并熟悉结构计算简图的确定应进行哪些方面的简化,尤其要清楚结构计算简图中结点及支座的类型,以及其受力特点和变形特征;熟悉常见杆件结构(梁、刚架、拱、桁架、组合结构及悬索结构)的结构形式及受力特点。
1.1 结构力学的研究对象和任务
1.2 荷载的分类
1.3 结构的计算简图
1.4 杆件结构的分类
平面杆件体系的几何组成分析
课时目标:重点掌握并理解平面体系几何组成分析中几个重要概念包括几何不变体系、几何可变体系(含几何常变体系和几何瞬变体系)、刚片、自由度、约束(联系)、虚铰(瞬铰)及计算自由度;重点掌握几何不变杆件体系的三大几何组成规则,并能熟练地运用这些规则,分析一般平面杆件体系的几何组成情况,同时能准确地判断几何不变体系中多余约束的数目及位置;掌握杆件体系的几何组成与静定性之间的关系。
2.1 几何组成分析的几个概念
2.2 计算自由度
2.3 杆件体系的几何组成规则
2.4 几何组成分析方法及应用
2.5 几何组成与静定性的关系
静定梁和静定刚架
课时目标:熟练掌握用截面法计算结构中指定截面内力的概念和方法;能熟练运用荷载与内力的微分关系来指导梁和刚架内力图的绘制;能熟练地运用区段叠加法绘制任一直杆段的弯矩图;掌握单跨静定梁(包括斜梁)内力分析及内力图绘制的方法;能根据多跨静定梁的几何组成特点和力的传递特点,掌握其内力分析方法和内力图的绘制;掌握静定刚架支座反力、内力分析及内力图绘制;掌握不求或少求支反力快速作弯矩图的技巧。
3.1 杆件内力分析方法
3.2 单跨静定梁
3.3 多跨静定梁
3.4 静定平面刚架
3.5 快速作弯矩图
静定拱和悬索结构
课时目标:了解拱结构的常见型式;能正确地运用截面法求出三铰拱的支座反力以及拱中指定截面的内力,并理解拱结构的受力特点;能利用描点法正确绘出三铰拱的内力图;理解三铰拱合理拱轴的概念,并能确定常见荷载作用下三铰拱的合理拱轴线;掌握单索结构的内力分析方法,以及其受力特性。
4.1 概述及三铰拱的计算
4.2 拱内力图的绘制
4.3 三铰拱的合理拱轴线和压力线
4.4 悬索结构
静定桁架和组合结构
课时目标:掌握平面桁架的几何组成方式;能灵活地运用结点平衡的特殊情况,判断桁架结构中的零杆,以及某些等力杆的轴力;会熟练运用结点法、截面法计算桁架结构中杆件轴力,并掌握联合运用结点法和截面法求解桁架的内力;掌握组合结构的概念、组合结构中梁式杆件和链杆的判断及内力求解方法;熟悉静定结构的一般性质。
5.1 桁架结构的特点及类型
5.2 结点法
5.3 截面法
5.4 截面法和结点法的联合应用
5.5 组合结构
结构位移的计算
课时目标:掌握广义位移和广义力的概念,理解实功和虚功的含义,了解刚体体系的虚功原理及应用;掌握变形体系的虚功原理及其应用,能熟练计算外力虚功和内力虚功;掌握结构位移计算的基本方法——单位荷载法;能熟练地运用单位荷载法来计算各类静定结构在荷载作用下的位移;掌握图乘法及其应用条件,并能熟练地运用图乘法计算结构的位移;能运用单位荷载法来计算静定结构由支座移动、温度变化引起的位移;掌握线弹性体系的四个互等定理及其应用情况。
6.1 概 述
6.2 虚功原理
6.3 位移计算的一般公式
6.4 静定结构在荷载作用下的位移计算
6.5 图乘法
6.6 静定结构温度变化时的位移计算
6.7 静定结构支座移动时的位移计算
6.8 互等定理
力法
课时目标:能正确判断超静定结构中多余约束的数量(超静定次数)及位置;掌握力法的基本原理:基本未知量、基本结构、力法典型方程的建立及物理意义、系数和自由项的物理意义和求解方法,以及运用叠加法作最后的内力图等;熟练掌握力法的解题步骤,能熟练地运用力法计算超静定梁、刚架、排架、桁架、拱及组合结构在荷载作用下的内力;熟练掌握利用结构和荷载的对称性来达到简化计算的方法;掌握超静定结构的位移计算方法;掌握超静定结构最后内力图的校核方法,尤其是变形条件的校核;掌握超静定结构在支座移动、温度改变下的结构内力计算方法及位移计算方法;理解超静定结构的性质。
7.1 超静定结构及超静定次数
7.2 力法的基本原理及典型方程
7.3 超静定梁、刚架和排架
7.4 超静定桁架
7.5 超静定组合结构
7.6 对称性的利用
7.7 超静定拱
7.8 超静定结构位移的计算
7.9 超静定结构计算的校核
7.10 温度变化时超静定结构的计算
7.11 支座移动时超静定结构的计算
位移法
课时目标:掌握等截面直杆的转角位移方程;掌握位移法基本未知量和基本结构的确定方法;理解并掌握位移法的基本原理,以及位移法典型方程的建立方法;熟练掌握利用位移法计算连续梁、无侧移刚架及有侧移刚架结构的方法和解题步骤;掌握由转角位移方程直接利用平衡条件建立位移法方程;掌握位移法在计算对称结构中的应用;并能根据力法和位移法的共性和差异,对给定的结构能选择适当的计算方法;了解运用位移法计算支座移动和温度改变引起的结构内力。
8.1 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和基本结构
8.4 位移法的典型方程及计算步骤
8.5 直接由平衡条件建立位移法方程
8.6 对称性的利用
8.7 力法与位移法的比较及超静定结构的特性
渐近法
课时目标:掌握转动刚度、传递系数和分配系数的意义和用途;理解力矩分配法的基本原理,并能熟练地运用力矩分配法对连续梁和无侧移刚架进行分析;掌握无剪力分配法、剪力分配法的适用条件和解题基本思路,并能熟练地运用无剪力分配法分析某些特殊刚架结构(包括单层和多层)。
9.1 力矩分配法的基本原理
9.2 多结点的力矩分配法
9.3 无剪力分配法
影响线及其应用
课时目标:理解影响线的概念;重点掌握用静力法绘制影响线,并能熟练地运用静力法作静定梁;掌握结点荷载作用下影响线的特性,并能根据这些特性作结点荷载作用下梁的影响线以及静定桁架结构的影响线;理解机动法作影响线的基本原理和方法,并能熟练地利用机动法作静定梁结构的影响线,并能利用机动法勾绘连续梁影响线的轮廓;掌握利用影响线来计算量值;掌握利用影响线确定荷载的最不利位置;熟悉绘制简支梁和连续梁内力包络图的方法及意义,掌握简支梁绝对最大弯矩的计算方法。
10.1 影响线的概念
10.2 静力法作静定梁的影响线
10.3 间接荷载作用下的影响线
10.4 桁架的影响线
10.5 机动法作影响线
10.6 利用影响线求量值
10.7 最不利荷载位置
10.8 简支梁的内力包络图
10.9 简支梁的绝对最大弯矩
10.10 超静定梁的影响线
10.11 连续梁的最不利荷载分布及内力包络图
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预备知识

先修课程有:理论力学、材料力学、高等数学等


参考资料

[1]吕恒林等,结构力学(上册)[M].北京:中国建筑工业出版社,2019.

[2]吕恒林等,结构力学复习纲要及习题集[M].北京:中国建筑工业出版社,2019.

[3]龙驭球等结构力学I-基本教程(3)[M].北京:高等教育出版社,2012.

[4]李廉锟等.结构力学(上,第6版)[M] .北京:高等教育出版社,2017.


常见问题

问1:本课程适合哪些人选修?

答1:土木工程专业(结构工程、岩土工程、市政工程、防灾减灾工程及防护工程、桥梁与隧道工程等)及其它相关专业的本专科、研究生,以及从事土建类工程技术人员等。

 

问2:本课程学习过程中遇到问题怎么办?

答2:学员可以在“讨论区”中发帖提问,也可以参加老师或其他学员发起的讨论。其中,“课堂讨论区”中的发帖、回复、评论会算入课程的讨论区得分

 

问3:我是否需要完成所有的作业?

答3:不需要。如果你想要获得课程证书,你需要按照授课老师制定的课程大纲和评分标准完成相关作业;如果你不需要证书,仅是为了扩充知识,你可以根据自己的时间与需求自由安排学习进程。

 

问4:如果我没有修完本课程或者本课程成绩不合格,会对后续课程有影响吗:

答4:没有任何影响。在学习过程中,你可以随时退出本课程,不需要担心有负面影响。在后续课程学习中,你在以前班次的学习记录不会被保留。

 

问5:完成课程后,我是否能够得到大学的学分?

答5:目前平台上的课程暂时还不能代替大学学分。

 

问6:课程结束后,我还能继续看到课程内容吗:

答6:不能,本期课程结束后就关闭了,但你可以报名下一次开课,届时会收到开课邮件提醒。

 

问7:《结构力学》一直是被公认的“难教、难学、难用”的课程之一,学员如何才能有效学习? 

答7:结构力学难学的其中一个最重要原因是结构形式的千变万化,但也是有内在规律可循的。学习过程中要注意以下几个方面:

1、注意结构力学课程与其他课程的联系。比如,理论力学和材料力学为结构力学提供了力学分析的基本原理和基础,结构力学又为钢筋混凝土结构、砌体结构和钢结构等专业课程提供了分析计算方法基础。

2、理解结构力学课程各部分内容之间的联系。结构力学是一门系统性很强的课程,在学习中应理解各部分内容之间的密切关系。比如有:几何组成分析是内力分析和位移计算的前提,静定结构的内力分析是静定结构位移计算的基础,静定结构的内力分析和位移计算是超静定结构计算的前提,位移法中应用力法成果,位移法又是渐近法的理论基础,结构的静力分析是结构动力分析、弹性稳定性及极限荷载计算的基础等等。

3、做习题是结构力学学习的一个重要环节。结构力学是一门理论性和实践性都较强的专业基础课,不仅要灵活理解基本概念和基本原理,还要熟练掌握基本分析方法。为达到这些目的,这就要求对学过的知识经常练习,不断分析比较,以做到融会贯通。做习题就是使我们对基本概念和方法有更深入的理解和应用。但是做题时也要避免盲目性,不要贪多贪快,应当在理解的基础上回顾原理的基本概念,弄清楚这些概念在习题中是如何应用的,这样才能对基本概念有更深的理解。另外,做习题时要逐渐培养自我校核的习惯和能力。

4、注意理论联系实际。结构力学课程的学习,若仅从原理和公式推导到解题方法和技巧着手,这就失去了这门课的实际工程意义。在学习过程中,要注意理论联系实际。对从实际结构到计算简图的简化,以及由计算简图得到的计算结果又应用于实际结构的设计和施工的全过程应予以充分注意,逐步提高分析和解决实际问题的能力。

 

8 本课程的教学进度如何安排?

答8:本课程按每周4学时作教学安排。各学习单元学时安排如下:

 

章节内容

学时安排

 

第一章  绪论

2

 

第二章  平面杆件体系的几何组成分析

6

 

第三章  静定梁和静定刚架

8

 

第四章   静定拱和悬索结构

6

 

第五章  静定桁架和组合结构

6

 

第六章 结构位移的计算

10

 

第七章 力法

12

 

第八章  位移法

10

 

第九章  渐近法

4

 

第十章  影响线及其应用

12

 


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源课程

该SPOC课程部分内容来自以上源课程,在源基础上老师进一步增加了新的课程内容

中国矿业大学
4 位授课老师
吕恒林

吕恒林

教授

鲁彩凤

鲁彩凤

副教授

张营营

张营营

教授

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