《结构力学I》是北京交通大学结构力学系列课程的第一部分,它是以土木工程专业为主、面向大土木类专业(包括道路铁道、城市轨道交通、建筑学与城市规划专业、给水排水专业、建筑材料专业等)本科生而开设的专业基础课程,具有基础理论与工程应用的双重特点,是奠定学生基础力学知识与工程专业技能的重要课程。课程的主要内容包括:平面体系的几何组成分析、静定结构的内力计算和分析、结构的位移计算、力法求解超静定结构、位移法求解超静定结构、力矩分配法,共7章。这些内容将通过多个精讲微视频向您呈现,每个视频的长度大约在5-10分钟左右,能够让您在较短的时间内抓住每个知识点的精髓和核心,使您轻松学习结构力学!教学环节主要包括视频讲授、随堂练习、讨论、答疑、单元阶段测验及期末考试。丰富的随堂练习题目和单元测试题库也是本课程的一大特色,使您在学习的同时可以通过多个练习题加强对知识的理解和巩固。
北京交通大学《结构力学I》MOOC课程,由北京交通大学结构力学课程组全体教师精心打造,目前教学团队有9位主讲教师,包括教授5人(石志飞、于桂兰、贾影、向宏军、陈安)和副教授4人(曹艳梅、徐艳秋、倪永军、杨丽辉),由曹艳梅老师录制授课视频。本SPOC课程源于上述MOOC课程,由向宏军教授负责建设与答疑,具体要求在课程微信群里有通知。
(1)使学生对常用杆件结构具有选择计算简图的初步能力。
(2)使学生掌握平面几何不变体系的组成规则及分析方法。
(3)使学生熟练掌握静定多跨梁、刚架及桁架内力计算和内力图的绘制,掌握静定拱、静定组合结构的内力计算方法,了解合理拱轴线概念和静定结构的受力特征,对内力分布的合理性能做出定性判断的能力。
(4)使学生了解虚功原理,熟练掌握在荷载作用下结构的位移计算方法,掌握广义荷载引起的结构位移计算方法。
(5)使学生掌握超静定结构的基本求解方法和基本原理(力法、位移法、力矩分配法),培养学生理论联系实际,灵活应用所学知识发现、分析和解决工程中实际问题的能力。
(6)课程体现知识、能力、素质的有机融合,引导学生的自主学习、探究式学习、激发研究兴趣、培养创新能力。
《结构力学I》MOOC课程成绩满分100分,各教学环节成绩分布如下:
(1)阶段测验占总成绩的 40%,共6次,取平均成绩;
(2)期末考试占总成绩的 60%,在规定时间期限内完成。
(3)综合成绩不低于60分,方可通过MOOC平台申请获得证书。
综合成绩60-84分:通过MOOC平台申请后将颁发“合格证书”;
综合成绩85-100分:通过MOOC平台申请后将颁发“优秀证书”;
先导课程:高等数学、材料力学、理论力学、大学物理等。
后续课程:结构力学II、钢筋混凝土、钢结构原理及设计、桥梁工程、基础工程等专业课
[1] 李廉锟.结构力学(第6版)(上册). 高等教育出版社,2017.
[2] 朱慈勉.结构力学(第2版). 高等教育出版社,2016.
[3] 龙驭球,包世华. 结构力学I:基本教程(第4版).高等教育出版社,2018.
[4] R.C. Hibbeler. Structural Analysis (8th Edition), Pearson Prentice Hall, 2015.
[5] K.M. Leet et al. Fundamentals of Structural Analysis (5th Edition), McGraw-Hill Education, 2018.
Q1:《结构力学I》MOOC课程学习成绩由哪几部分组成?
A1:本《结构力学I》MOOC课程学习成绩组成为:
阶段测验40分+期末考试60分。
随堂测验不计成绩,只用于学员自我检测。
Q2:《结构力学I》长久以来被认为最难的课程之一,如何才能有效学习?
A2:结构力学是让不少初学者和准备复习考研的学生感到头疼的一门课程。其原因在于虽然结构的种类和荷载的种类只有那么几种,但结构的具体形式及荷载的位置却是变化多端。比如,结构中一根杆件位置的改变或一个结点形式的改变,就足以引起整个结构类型的改变,足以引起结构内力的重分布。
然而,尽管结构力学课程的题目千变万化,但总是有规律可循的,这就是结构的平衡。因此,如何去理解结构的平衡(包括整体平衡和局部平衡),如何去寻求这些平衡并正确绘出结构的内力图,进而能正确求解静定结构的位移,是能否学好结构力学课程的关键。遗憾的是,在学习结构力学之初,静定结构的内力分析部分给同学们带来了似曾相识的错觉,因而未能引起重视,等到后面学习超静定结构时,静定部分的欠账就体现出来了,而此时同学们又错误地认为是超静定部分未学好,把大部分精力放在学习求解超静定结构上面,这就进入了学习结构力学的误区。正确的认识是,无论是初学者,还是准备考研的同学,给予静定结构的内力分析以及位移计算这两部分内容足够的重视,是非常必要的。
结构力学前后章节的内容连贯性强,在课程的学习中,大家要掌握基本概念和基本原理,深刻理解公式及符号的物理意义,做到融会贯通,举一反三。看视频听课,要抓主线、抓重点、抓难点,掌握分析思路、掌握分析方法,不可贪多求快,要注重积累。
Q3:本课程的教学视频、电子教案文档、阶段性测试、期末考试什么时间更新?
A3:为了方便大家的不同需求,本课程的教学视频、随堂测试、电子教案文档会在开课的两周之内全部上传至MOOC课程,大家可根据自身情况按需学习。
由于阶段性测试和期末考试均将计入最终成绩,因此阶段性测试和期末考试将会根据课程进度在指定的日期内发布,在指定的截止时间之前要求大家提交。本课程的教学日历如下:
授课 时间 | 授课 序号 | 知识点序号 | 知识点内容 |
第1周 | 第1讲 | 1 | 1.1 结构力学的研究对象 |
2 | 1.2 结构力学的基本任务 | ||
3 | 1.3 结构设计作用的分类 | ||
4 | 1.4 结构的结点及分类 | ||
5 | 1.5 结构的支座及分类 | ||
6 | 1.6 结构的计算简图 | ||
第1周 | 第2讲 | 7 | 2.1 几何不变体系和几何可变体系 |
8 | 2.2 体系的自由度和计算自由度 | ||
9 | 2.3 几何不变体系的三刚片规则 | ||
10 | 2.4 几何不变体系的两刚片规则 | ||
11 | 2.5 几何不变体系的二元体规则 | ||
第2周 | 第3讲 | 12 | 2.6 几何组成分析示例 |
| 第2章内容小结及随堂练习 | ||
第2周 | 阶段测验1:平面体系的几何组成分析 | ||
第3周 | 第4讲 | 13 | 3.1 静定结构的基本特征及分类 |
14 | 3.2 截面法基本原理 | ||
15 | 3.3 区段叠加法作弯矩图 | ||
第3周 | 第5讲 | 16 | 3.4 结构荷载与内力的关系 |
17 | 3.5 多跨静定梁的内力求解 | ||
第4周 | 第6讲 | 18 | 3.6 静定平面刚架的内力求解 |
19 | 3.7 静定拱结构内力求解及合理拱轴线 | ||
第4周 | 第7讲 | 20 | 3.8 少求或不求反力绘制弯矩图(示例一) |
21 | 3.9 少求或不求反力绘制弯矩图(示例二) | ||
第5周 | 阶段测验2: 静定梁、刚架、拱结构的内力求解 | ||
第5周 | 第8讲 | 20 | 3.10 静定平面桁架的内力求解 |
21 | 3.11 桁架结构中零杆的判断 | ||
第6周 | 第9讲 | 22 | 3.12 静定组合结构的内力求解 |
第6周 | 阶段测验3: 静定桁架和组合结构的内力求解 | ||
第7周 | 第10讲 | 24 | 4.1 位移基本概念及产生的原因 |
25 | 4.2 刚体体系的虚功原理 | ||
26 | 4.3 变形体系的虚功原理 | ||
第7周 | 第11讲 | 27 | 4.4 结构位移计算的一般公式 单位荷载法 |
28 | 4.5 荷载作用下结构的位移计算 | ||
第8周 | 第12讲 | 29 | 4.6 图乘法 |
30 | 4.7 图乘法典型例题分析 | ||
第8周 | 第13讲 | 31 | 4.8 非荷载因素对静定结构内力和位移的影响 |
32 | 4.9 结构温度变化时的位移计算 | ||
第9周 | 第14讲 | 33 | 4.10 结构支座移动时的位移计算 |
34 | 4.11 制造误差引起的结构位移计算 | ||
第9周 | 第15讲 | 35 | 4.12 静定结构的局部平衡特性 |
36 | 4.13 静定结构的荷载等效特性和构造变换特性 | ||
37 | 4.14 线弹性体系的互等定理 | ||
第10周 | 阶段测验4: 静定结构的位移计算 | ||
第10周 | 第16讲 | 38 | 5.1 超静定次数的确定 |
39 | 5.2 力法的基本原理 | ||
第11周 | 第17讲 | 40 | 5.3 力法的典型方程及解题步骤 |
41 | 5.4 荷载作用下超静定结构内力计算示例(一) | ||
42 | 5.5 荷载作用下超静定结构内力计算示例(二) | ||
第11周 | 第18讲 | 43 | 5.6 超静定结构中弯矩为零的特殊情况 |
44 | 5.7 超静定结构的位移计算 | ||
第12周 | 第19讲 | 45 | 5.8 支座位移时超静定结构的计算 |
46 | 5.9 温度变化时超静定结构的计算 | ||
第12周 | 第20讲 | 47 | 5.10 对称性的利用(一) |
48 | 5.11 对称性的利用(二) | ||
第13周 | 阶段测验5: 力法 | ||
第13周 | 第21讲 | 49 | 6.1 位移法的基本原理 |
50 | 6.2 位移法的基本未知量和基本结构 | ||
第14周 | 第22讲 | 51 | 6.3 位移法的典型方程 |
52 | 6.4 位移法的解题步骤 | ||
53 | 6.5 位移法解超静定结构示例 | ||
第14周 | 第23讲 | 54 | 6.6 包含刚度无穷大杆的结构计算问题 |
第15周 | 第24讲 | 55 | 7.1 力矩分配法的基本原理 |
56 | 7.2 力矩分配法解超静定结构示例 | ||
57 | 7.3 定性分析勾勒结构的弯矩图 | ||
第15周 | 阶段测验6: 位移法、力矩分配法 | ||
第16周 | 期末考试 | ||