結(jié)構(gòu)力學(xué)(I-2)教案

1、結(jié)構(gòu)力學(xué)I-2 教案課程名稱：結(jié)構(gòu)力學(xué)-2 適用專業(yè)、年級：土木工程2004級學(xué)年、學(xué)期：20062007學(xué)年，第一學(xué)期總學(xué)時：42學(xué)時任課教師：張來儀、陳朝暉、文國治、游淵、陳名弟等編寫時間：2006年8月第12 章 結(jié)構(gòu)的動力計(jì)算一、本章的教學(xué)目標(biāo)及基本要求工程結(jié)構(gòu)除承受靜力荷載外，有時還會受到動荷載作用，如地震荷載等。在動荷載作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生振動，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移等將隨時間變化。確定它們的變化規(guī)律，從而得到這些量的最大值，以便做出合理的動力設(shè)計(jì)是本章的教學(xué)目標(biāo)。學(xué)習(xí)本章的基本要求是：掌握動力自由度的判別方法；掌握單自由度及兩個自由度體系運(yùn)動方程的建立方法及其在簡諧荷載作用下的受近振動的計(jì)

2、算方法；了解阻尼的作用；了解振型分解法；了解頻率的近似計(jì)算方法。二、本章各節(jié)教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配§12-1 概述 （2學(xué)時）§12-2 單自由度體系的運(yùn)動方程 （2學(xué)時）§12-3 單自由度體系的自由振動 （4學(xué)時）§12-4 單自由度體系的強(qiáng)迫振動 （3學(xué)時）§12-5 阻尼對振動的影響 （2學(xué)時）§12-6 多自由度體系的自由振動 （3學(xué)時）§12-7 主振型的正交性 （2學(xué)時）§12-8 多自由度體系在簡諧荷載作用下的強(qiáng)迫振動 （2學(xué)時）§12-9 多自由度體系在任意動力荷載作用下的強(qiáng)迫振動 （3學(xué)時

3、）§12-11 近似法計(jì)算自振頻率 （3學(xué)時）三、本章教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：動力自由度判別方法；單自由度、有限自由度體系運(yùn)動方程的建立；單自由度有限自由度（重點(diǎn)是兩個自由度）體系動力特性的計(jì)算；單自由度、有限自由度體系在簡諧荷載作用下內(nèi)力、位移的計(jì)算；阻尼對振動的影響。難點(diǎn)：用剛度法和柔度法建立單自由度體系的運(yùn)動方程；在動力特性和動力反應(yīng)計(jì)算中剛度系數(shù)和柔度系數(shù)的計(jì)算；單自由度和兩個自由度體系在簡諧荷載作用下動力反應(yīng)的計(jì)算。四、本章教學(xué)內(nèi)容的深化和拓寬1 / 9在講深講透有限自由度的動力反應(yīng)基礎(chǔ)上可拓寬到無限自由度體系自由振動的計(jì)算。有彈性支座及荷載不是作用在質(zhì)點(diǎn)上或不是作用在質(zhì)

4、量的振動方向?qū)儆诩由畹膬?nèi)容。用里茲法計(jì)算多個頻率的計(jì)算屬于拓寬的內(nèi)容。五、本章教學(xué)方式（手段）及教學(xué)過程中應(yīng)注意的問題老師重點(diǎn)講解基本理論和基本計(jì)算方法，應(yīng)有兩次以上的習(xí)題課。注意啟發(fā)式教學(xué)。并適當(dāng)輔以多媒體課件對結(jié)構(gòu)的動力特性進(jìn)行演示，以加深學(xué)生的實(shí)感。應(yīng)盡量結(jié)合工程特別是土木工程專業(yè)實(shí)例進(jìn)行講解，使學(xué)生學(xué)了本章后能接合專業(yè)進(jìn)行應(yīng)用。六、本章的主要參考書目（一） 結(jié)構(gòu)力學(xué) 趙更新主編，中國水利水電出版社， 2004年6月（二） 結(jié)構(gòu)力學(xué)（下冊） 張來儀 孫賢 主編，重慶大學(xué)出版社， 1998年7月（三） 結(jié)構(gòu)力學(xué)（下冊） 李廉錕主編， 高等教育出版社，1996年5月（四） 結(jié)構(gòu)力學(xué)（） 龍馭

5、球 包世華主編， 高等教育出版社， 2001年1月（五） 結(jié)構(gòu)力學(xué)輔導(dǎo) 趙更新編著， 中國水利水電出版社， 2001年9月七、本章的思考題和習(xí)題（一）思考題結(jié)構(gòu)力學(xué)蕭允徵 張來儀主編教材第12章的思考題12-112-14。（二）習(xí)題結(jié)構(gòu)力學(xué)蕭允徵 張來儀主編教材第12章的習(xí)題：12-112-18。八、各課時單元授課教案的具體內(nèi)容§12-1 概述一、靜力荷載和動力荷載（一） 靜力荷載（二） 動力荷載（三） 動力荷載的分類1 簡諧荷載2 沖擊荷載3 隨機(jī)荷載二、結(jié)構(gòu)動力計(jì)算的特點(diǎn)和任務(wù)（一）結(jié)構(gòu)動力計(jì)算的特點(diǎn)（二）動力計(jì)算的任務(wù)（三）土木工程中常具的動力計(jì)算問題三、結(jié)構(gòu)體系的動力自由度（

6、一）動力自由度的定義（二）確定結(jié)構(gòu)動力自由度的方法l 本節(jié)的思考題：思考題12-1、12-2l 本節(jié)的習(xí)題： 習(xí)題12-1、12-6（4）l 本節(jié)的教學(xué)方法：教師重點(diǎn)講授動力計(jì)算的特點(diǎn)及動力自由度的確定，可出幾個組合結(jié)構(gòu)動力自由度判定的題目給學(xué)生下去思考。§12-2 單自由度體系的運(yùn)動方程一、列動力平衡方程剛度法除書上的例題外，可補(bǔ)充兩個難度較大的題講思路二、列位移方程柔度法l 本節(jié)習(xí)題：習(xí)題12-2§12-3 單自由度體系的自由振動l 自由振動l 產(chǎn)生自由振動的原因l 為何要研究自由振動一、 無阻尼的自由振動（一） 運(yùn)動方程的建立和求解（二） 自振周期和自振頻率的計(jì)算這是

7、本節(jié)的重點(diǎn)，要多補(bǔ)充幾個例子進(jìn)行講解，并要求學(xué)生共同參與討論，關(guān)鍵是計(jì)算柔度系數(shù)和剛度系數(shù)，要求學(xué)生應(yīng)聯(lián)系結(jié)構(gòu)力學(xué)（一）所學(xué)的有關(guān)知識進(jìn)行應(yīng)用。二、有阻尼的自由振動（一）運(yùn)動方程的建立和求解（二）討論1小阻尼情況（< 1）(1) 小阻尼的自由振動是衰減振動(2) 小阻尼對自振頻率和自振周期的影響很小(3) 小阻尼對振幅的影響佷大(4) 阻尼比值的測算2臨界阻尼情況（=1）3大阻尼情況（>1）l 本節(jié)可用建筑力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)平臺軟件演示無阻尼及有阻尼自由振動位移隨時間變化規(guī)律的圖線，加深學(xué)生的實(shí)感。本節(jié)自振頻率和周期的計(jì)算是重點(diǎn)，學(xué)生應(yīng)多做題練習(xí)。l 思考題：思考題12-3，12-4，1

8、2-5.l 習(xí)題：習(xí)題12-3，12-4，12-5，12-6（2）、（3）、（5），12-7（1）、（2）、（3）§12-4 單自由度體系簡諧荷載作用下的強(qiáng)迫振動一、運(yùn)動方程的建立和求解二、不考慮阻尼的純強(qiáng)迫振動1. 運(yùn)動方程及方程的解2. 振幅的計(jì)算3. 討論|與的變化曲線 三、考慮阻尼的純強(qiáng)迫振動1. 位移與荷載之間的相位差2. 與的關(guān)系，的計(jì)算3.振動時諸力的平衡關(guān)系l 本節(jié)可利用建筑力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)軟件演示單自由度體系的強(qiáng)迫振動。l 思考題：12-6，12-7，12-8l 習(xí)題：12-7（1）、（2）、(4)、（5）、（7），12-8，12-9，12-10，12-12§

9、12-5 單自由度體系在任意荷載作用下的強(qiáng)迫振動一、任意荷載作用下位移計(jì)算的公式杜哈梅積分二、兩種特殊荷載作用下的動力反應(yīng)（一）突加常量荷載（二）爆炸荷載l 思考題：12-9，12-10l 習(xí)題：12-12，12-13§12-6 兩個自由度體系的自由振動一、柔度法（一） 運(yùn)動方程的建立（二） 頻率和振型的計(jì)算（三） 方程的通解二、剛度法（一）運(yùn)動方程的建立（二）頻率和振型的計(jì)算l 兩個自由度體系自由振動中頻率和振型的計(jì)算是重點(diǎn)，應(yīng)有一定數(shù)量的例題，關(guān)鍵是計(jì)算柔度系數(shù)和剛度系數(shù)。l 教學(xué)方法：對基本原理進(jìn)行精講外可利用建筑力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺給學(xué)生演示頻率的計(jì)算及振型的動畫演示。l 思考題

10、：12-12，12-12，11-13l 習(xí)題：12-14，12-7（9）§12-7 一般多自由度體系的自由振動一、柔度法二、剛度法三、主振型正交性l 教學(xué)方法：精講基本原理，配合多媒體課件演示振型。l 思考題：12-12l 習(xí)題：12-6（5）、（6），12-7（8）§12-8 多自由度體系在簡諧荷載作用下的強(qiáng)迫振動一、柔度法（一）運(yùn)動方程的建立（二）運(yùn)動方程的求解二、剛度法（一）運(yùn)動方程的建立（二）運(yùn)動方程的求解l 教學(xué)方法：講思路，配合多媒體課件演示。l 思考題：12-14l 習(xí)題：12-6（7），12-15，12-16§12-9 振型分解法一、正則坐標(biāo)二、振

11、型分解法l 習(xí)題：12-17*§12-10 無限自由度體系的自由振動一、運(yùn)動方程的建立二、頻率和振型的計(jì)算l 說明：本節(jié)為選講內(nèi)容，但可用多媒體課件對無限自由度體系（梁和剛架）的頻率和振型的計(jì)算進(jìn)行演示。§11-11 用能量法計(jì)算自振頻率一、能量法的基本原理二、能量法計(jì)算自振頻率（一）計(jì)算公式（二）振幅曲線假定的原則l 習(xí)題：12-18，12-19第13章結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算一、本章的教學(xué)目標(biāo)及基本要求在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中強(qiáng)度驗(yàn)算是最基本的和必不可少的，但僅作結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度驗(yàn)算是不夠的。特別是主要受壓的結(jié)構(gòu)，當(dāng)荷載達(dá)到某一臨界值時，其臨界應(yīng)力還未超過其允許值，但已不能維持原有的平衡型式，而突

12、然喪失穩(wěn)定。本章的目的在于確定臨界荷載，以保證結(jié)構(gòu)不至因失穩(wěn)而喪失承載能力。通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握兩類穩(wěn)定問題的基本概念，熟練掌握有限自由度體系確定臨界荷載的靜力法、能量法；掌握無限自由度體系確定臨界荷載的靜力法和能量法。二、本章各節(jié)教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配 §13-1 概述 （2學(xué)時） §13-2 用靜力法計(jì)算臨界荷載 （4學(xué)時） §13-3 用能量法計(jì)算臨界荷載 （4學(xué)時） §13-4 具有彈性支座壓桿的穩(wěn)定計(jì)算 （2學(xué)時）三、本章教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：用靜力法計(jì)算有限自由度體系及可劃為單桿（壓桿）的無限自由度體系的臨界荷載計(jì)算；用能量法計(jì)算單自由度

13、體系及簡單的無限自由度體系的臨界荷載計(jì)算。難點(diǎn)：可劃為彈性支座時，彈簧剛度的計(jì)算；無限自由度體系靜力法計(jì)算中邊界條件的引入，能量法中失穩(wěn)曲線的假定。四、本章教學(xué)內(nèi)容的深化和拓寬對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的壓桿可將其簡化為具有彈性支座的壓桿進(jìn)行計(jì)算，對于如何計(jì)算其剛度系數(shù)及引入支承條件，可進(jìn)一步進(jìn)行深化；對于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的計(jì)算根據(jù)專業(yè)方向的特點(diǎn)可深化到組合桿的穩(wěn)定、拱的穩(wěn)定、板殼的穩(wěn)定問題。可接合計(jì)算軟件介紹利用矩陣位移法計(jì)算臨界荷載。五、本章教學(xué)方式（手段）及教學(xué)過程中應(yīng)注意的問題三種平衡形式兩類穩(wěn)定問題應(yīng)講清楚，靜力法和能量法的基本原理要深入講解，至于具體例子可只講思路即可。利用多媒體課件向?qū)W生演示計(jì)算機(jī)計(jì)

14、算結(jié)構(gòu)的臨界荷載。六、本章的主要參考書目與第12章所列參考書目相同。七、本章的思考題和習(xí)題（一） 思考題 結(jié)構(gòu)力學(xué) 趙更新主編 教材第13章的思考題 13-113-5。（二） 習(xí)題 結(jié)構(gòu)力學(xué) 趙更新主編 教材第13章的習(xí)題 13-113-15。八、各課時單元授課教案的具體內(nèi)容§13-1 概述一、三種平衡狀態(tài)二、兩類穩(wěn)定問題（一）分支點(diǎn)失穩(wěn)（二）極值點(diǎn)失穩(wěn)三、穩(wěn)定的自由度l 思考題： 13-1§13-2 用靜力法計(jì)算臨界荷載一、靜力法的基本原理及計(jì)算步驟二、有限自由度體系三、無限自由度體系l 思考題：13-2，l 習(xí)題：13-1（2），13-2（1），（2），（4），13-3

15、13-8l 說明：該節(jié)為本章的重點(diǎn)，應(yīng)重點(diǎn)講解其基本原理，并輔以多媒體課件予以演示，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)感。§13-3 用能量法計(jì)算臨界荷載一、勢能駐值原理二、能量法求有限自由度體系的臨界荷載三、用能量法求無限自由度體系的臨界荷載l 思考題：13-3,13-4l 習(xí)題：13-1（1），13-2（3），13-6，13-13§13-4 具有彈性支座壓桿的穩(wěn)定計(jì)算一、簡化的條件二、示例l 思考題： 13-5l 習(xí)題：13-1（3），13-2（5）、（6），13-9，13-10，13-11，13-13，13-14，13-15第14章結(jié)構(gòu)的極限荷載一、本章的教學(xué)目標(biāo)及基本要求本章的教學(xué)目標(biāo)是

16、：掌握按極限荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法塑性設(shè)計(jì)方法?；疽笫牵豪斫鈽O限荷載、極限彎矩、塑性鉸、破壞機(jī)構(gòu)等概念；理解比例加載對判定極限荷載的一般定理；掌握用靜力法和機(jī)動計(jì)算梁及簡單剛架的極限荷載。二、本章各節(jié)教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時安排§14-1 概述 （1學(xué)時）§14-2 載面的極限彎矩及塑性鉸 （1學(xué)時）§14-3 靜定梁的極限荷載 （1學(xué)時）§14-3 單跨超靜定梁的極限荷載 （1學(xué)時）§14-5 比例加載時判定極限荷載的一般定理 （1學(xué)時）§14-6 連續(xù)梁的極限荷載 （1學(xué)時）§14-7 簡單剛架的極限荷載 （2學(xué)時）三、本章教

17、學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：超靜定梁的極限荷載計(jì)算。難點(diǎn)：具有一根對稱軸的任意載面的極限彎矩計(jì)算；用靜力法和機(jī)動法計(jì)算結(jié)構(gòu)的極限荷載。四、本章教學(xué)內(nèi)容的深化和拓寬在講深講透超靜定梁極限荷載計(jì)算的基礎(chǔ)上可深化到簡單剛架極限荷載計(jì)算的試算法和機(jī)構(gòu)法；進(jìn)一步拓寬到用增量變剛度法計(jì)算剛架極限荷載的思路。五、本章教學(xué)方式（手段）及教學(xué)過程中應(yīng)注意的問題本章教師應(yīng)精講，應(yīng)適當(dāng)開展課堂討論，輔以多媒體課件進(jìn)行演示出現(xiàn)塑性鉸的先后順序。注意給學(xué)生講清楚在均布荷載作用下，塑性鉸不一定出現(xiàn)在跨中載面；在用機(jī)動法計(jì)算時內(nèi)力所做的功中不要把普通鉸也當(dāng)成塑性鉸來計(jì)算。六、本章的主要參考書目與第11章所列參考書目相同。七、本

18、章的思考題和習(xí)題（一） 思考題結(jié)構(gòu)力學(xué) 蕭允徵 張來儀主編中的思考題14-114-7。（二） 習(xí)題結(jié)構(gòu)力學(xué) 蕭允徵 張來儀主編中習(xí)題 14-114-8。八、各課時單元授課教案的具體內(nèi)容§14-1 概述一、彈性分析二、塑性分析三、理想彈塑性材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系§14-2 截面的極限彎矩及塑性鉸一、矩形截面的極限彎矩二、具有一根對稱軸的任意截面的極限彎矩三、塑性鉸與普通鉸的區(qū)別l 思考題：14-1l 習(xí)題：14-1（1），14-2l 說明：本節(jié)可用多媒體課件演示工程中常用的幾種截面形成塑性鉸的過程。§14-3 靜定梁的極限荷載一、靜定梁的極限狀態(tài)。二、用靜力法和機(jī)動法計(jì)算極限荷載l 習(xí)題：14-1（4），14-3§14-4 單跨超靜定梁的極限荷載一、單跨超靜定梁的破壞過程二、超靜定結(jié)構(gòu)極限荷載計(jì)算的特點(diǎn)三、舉例l 思考題：14-4，14-5，14-6。l 習(xí)題：14-1（2）、（3）、（5），14-5§14-5 比例加載時判定極限荷載的一般