《結構力學（Ⅰ）》課程教學大綱

《結構力學（Ⅰ）》課程教學大綱課程編號：030130學分：4總學時：68大綱執(zhí)筆人：朱慈勉大綱審核人：張偉平一、課程性質(zhì)與目的《結構力學》課程是土建、水利類專業(yè)本科生的一門重要的專業(yè)基礎課程。本課程的任務是在學習理論力學和材料力學等課程的基礎上進一步掌握有關桿系結構受力分析的基本概念、基本原理和基本方法，了解各類結構的受力性能，為學習有關專業(yè)課程以及進行結構設計和科學研究打好力學基礎，培養(yǎng)結構分析與計算等方面的能力。課程的目的主要有：了解桿系結構的構造規(guī)律。掌握靜定和超靜定結構內(nèi)力分析的概念、原理與方法，掌握結構位移的計算方法。了解結構矩陣分析方法。本課程采用英語教學。二、課程基本要求使學生具備系統(tǒng)的結構力學知識，對常見的桿系結構具有選擇計算簡圖的初步能力，并能根據(jù)具體問題選擇恰當?shù)姆治?、計算方法，為學習有關專業(yè)課程，為畢業(yè)后從事結構設計、施工和科研工作打好理論基礎。提高學生的結構分析能力，具有對各種靜定、超靜定結構進行計算的能力，具有對計算結果進行校核以及對內(nèi)力分布的合理性作出判斷的能力，初步具備使用電子計算機進行結構分析的能力。培養(yǎng)學生的綜合分析能力和科學作風。三、課程基本內(nèi)容（一）緒論1．結構力學的研究對象及任務。2．荷載的分類。結點及支座的分類。3．結構的計算簡圖及其分類。4．結構力學的基本假設。（二）平面體系的幾何構造分析1．幾何構造分析的目的。自由度的概念。2．平面體系的自由度計算。3．平面體系的幾何構造分析。4．瞬變體系的特征。5．靜定與超靜定結構的幾何構造特征。（三）靜定結構1．多跨靜定梁和靜定剛架的幾何構造。在直接荷載及結點荷載作用下的內(nèi)力分析以及內(nèi)力圖的繪制。2．拱的基本受力特征。三鉸拱的內(nèi)力計算方法。三鉸拱的壓力線與合理拱軸線。3．靜定平面桁架的幾何構造及其分類。用結點法及截面法計算桁架的內(nèi)力。結點法與截面法的聯(lián)合應用。各類平面梁式桁架的比較。組合結構的計算。4．靜定結構的一般性質(zhì)。（四）靜定結構的影響線1．移動荷載和影響線的概念。2．用靜力法作靜定梁的影響線。3．用機動法作靜定梁和剛架的影響線。4．結點荷載作用下的影響線。平面桁架的影響線。5．影響量的計算。最不利荷載位置。6．簡支梁的內(nèi)力包絡圖和絕對最大彎矩。（五）結構位移計算1．變形體虛功原理。虛功原理與結構的位移計算。2．結構位移計算的一般公式。單位荷載法。3．荷載作用下結構的位移計算。積分法與圖乘法。4．結構由于溫度改變和支座位移引起的位移計算。5．線彈性體系的互等定理。（六）力法1．超靜定結構的概念。超靜定次數(shù)的確定。2．力法的基本原理?；倔w系與基本未知量。3．力法的典型方程及其物理意義。4．用力法計算簡單超靜定結構。5．對稱性的利用。6．溫度改變及支座位移作用下超靜定結構的計算。7．超靜定結構的位移計算。最后內(nèi)力圖的校核。（七）位移法1．位移法的基本原理?；倔w系與基本未知量。2．等截面直桿的轉角位移方程。3．位移法的典型方程及其物理意義。4．荷載作用下超靜定梁和剛架的計算。5．對稱性的利用。6．溫度改變及支座位移作用下的計算。（八）矩陣位移法1．矩陣位移法的基本概念。2．單元坐標系與結構坐標系下的單元剛度方程。坐標轉換。3．單元剛度矩陣的物理意義。4．結構剛度矩陣的形成。位移邊界條件的引入。5．后處理法，先處理法。6．等效結點荷載。四、培養(yǎng)標準實現(xiàn)方法與途徑通過課程講授、課堂及課外小組討論、習題課、作業(yè)等進行教與學；通過完成作業(yè)、習題等提高對知識的掌握能力，在學習中發(fā)現(xiàn)問題，并應用知識解決問題；通過教學平臺試驗操作和訓練、工程實踐、SITP課題訓練、專業(yè)類競賽活動以提高實際動手能力、發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的能力。在課堂教學中引入系統(tǒng)思維和創(chuàng)造性思維的概念；在各階段實習和實踐活動中，以及大學生創(chuàng)新實踐課題中強調(diào)系統(tǒng)思維和創(chuàng)新思維的重要性，在過程中培養(yǎng)創(chuàng)新意識，通過完成創(chuàng)新實踐項目提高創(chuàng)新能力。五、實驗或上機內(nèi)容實驗內(nèi)容：有待“結構體系與概念（結構力學）實驗教學平臺”的開發(fā)完成后考慮；上機內(nèi)容：在“計算結構力學與應用軟件”課程中考慮。六、前修課程要求理論力學、材料力學。七、學時分配序號內(nèi)容學時安排小計理論課時實驗課時習題課時上機課時1緒論222平面體系的幾何構造分析663靜定梁和剛架884三鉸拱445靜定桁架446一般特性227靜定結構的影響線888靜定結構位移計算889力法8810位移法101011矩陣位移法88總計6868八、成績評定根據(jù)大綱要求進行考評，可采用多種形式，成績以期末考試成績?yōu)橹?，可參考平時本課程學習表現(xiàn)、習題完成質(zhì)量進行綜合評定。九、教材與主要參考書教材：《結構力學》（上、下冊），朱慈勉、張偉平主編，高等教育出版社，2009參考書：《結構力學教程》（Ⅰ、Ⅱ），龍馭球，包世華主編，高等教育出版社，2000-2001《結構力學》（上、下冊），朱伯欽，周競歐，許哲明主編，同濟大學出版社，2004《StructureAnalysis(Fifthedition)》，HidbelerRC，PrenticeHall,2001《結構概念和體系》，林同炎，S．D．斯羅臺斯伯利，中國建筑工業(yè)出版社，1999十、課外要求：積極完成作業(yè)，參加“結構概念分析”方面的講座，并鼓勵參加SITP課題訓練、結構模型設計大賽、結構力學大獎賽等課外活動。另外，待“結構體系與概念（結構力學）實驗教學平臺”開發(fā)完成后組織參與實驗。AcademicYear2012StructuralMechanicsIDepartment:BuildingEngineeringStructuralMechanicsⅠFORMCHECKBOXRequiredFORMCHECKBOXOptionalFORMCHECKBOXAnnualFORMCHECKBOX1stsemesterFORMCHECKBOX2ndsemesterTotalnumberofhours:68hoursLectures:68Seminars:0Laboratory:Tutorials:Project:Code:030130Credits:4OBJECTIVE:StructuralMechanicsisanimportantundergraduatecourseaboutcivilengineering.Itdealswiththemechanicsofskeletalstructures.Theaimofthecourseistogivethestudentsathoroughgroundinginthefundamentalprinciplesofskeletalstructureanalysis.CONTENT:1.Introductionofstructuralmechanics1.1MainObjectivesandBasicContentsoftheCourse1.2SimplifiedComputationalGraphsandcommonformsofStructures1.3CommonFormsofStructures2.Kinematicanalysisofstructures2.1Introduction2.2NecessaryConditionofPlaneStableSystems2.3ConstituteLawsofPlaneStableSystems2.4ExamplesofConstituteAnalysisofPlaneSystems3.StaticallyDeterminatestructures3.1Introduction3.2StaticallyDeterminateBeamsandFrames3.3Three-HingedArches3.4StaticallyDeterminateTrusses3.5CompositeStructures3.6StaticallyDeterminateSpaceStructures4.InfluenceLines4.1Introduction4.2StaticalMethod4.3KinematicMethod4.4CombinedMethod4.5ApplicationsofInfluenceLines4.6AbsolutelyMaximumMomentandEnvelopesofInternalForcesofSimplySupportedBeams5.DeflectionofStructures5.1Introduction5.2PrincipleofVirtualWork5.3GeneralEquationforDeflectionCalculation5.4DeflectionCausedbyLoading5.5GraphicalMultiplicationMethod5.6DeflectionCausedbyNon-loadingEffects5.7TheReciprocalTheorem6.FlexibilityMethod6.1Introduction6.2RedundantConstraintsandPrimaryStructure6.3TheFundamentalPrinciplesandEquationsofFlexibilityMethod6.4FlexibilityMethodforStaticallyIndeterminateStructures6.5UtilizationofSymmetryofStructures6.6EffectsofTemperatureChange,SettlementandManufacturingErrors6.7StaticallyIndeterminateArches7.StiffnessMethod7.1Introduction7.2DegreeofKinematicalIndeterminacyandPrimaryStructure7.3StiffnessCoefficient7.4ThePrinciplesandEquationofStiffnessMethod7.5StiffnessMethodforStaticallyIndeterminateStructure7.6UtilizationofSymmetryofStructures7.7EffectsofSettlementandTemperatureChangePRE-REQUIRMENT:1.TheoreticalMechanics2.MechanicsofMaterialsASSESSMENTMETHOD:Participation:10%Assignments:20%Finalexam:70%WORKREQUIRED:1.Particiateallthelecturesandlabs(discussionofassignments).2.Finishalltheassignments3.Takethefinalexam.BIBLIOGRAPHY:1.ZhuCimian,ZhangWeiping.StructuralMechanics(VolumeI),HigherEducationPress,20092.TimoshenkoS.P.andYangD.H.,TheoryofStructures,McGraw-HillBookCompany,SecondEdition,1965.3.WarburtionG.B.,TheDynamicalBehaviorofStructures,PergamonPressLtd.,SecondEdition,1976XiaobinSongLecturerofresearchgroupforstructuralmechanicsTELmail:xiaobins@《結構力學（Ⅱ）》課程教學大綱課程編號：030235學分：2總學時：34大綱執(zhí)筆人：朱慈勉大綱審核人：張偉平一、課程性質(zhì)與目的結構力學（II）是土木工程專業(yè)本科生的一門重要的專業(yè)基礎課程。本課程的任務是在學習理論力學和材料力學等課程的基礎上進一步掌握有關桿系結構受力分析的基本概念、基本原理和基本方法，了解各類結構的受力性能，為學習有關專業(yè)課程以及進行結構設計和科學研究打好力學基礎，培養(yǎng)結構分析與計算等方面的能力。課程的目的主要有：1、掌握超靜定結構的實用計算方法，會運用概念分析確定結構的受力狀態(tài)，了解連續(xù)梁影響線圖形的作法和應用。2、了解結構動力分析的概念、原理與方法。本課程有雙語教學班。二、課程基本要求1、使學生熟悉超靜定結構的實用計算方法，并能根據(jù)具體問題選擇恰當?shù)挠嬎惴椒?，具備結構動力學的基本知識，為學習有關專業(yè)課程，為畢業(yè)后從事結構設計、施工和科研工作打好理論基礎。2、提高學生的結構概念分析能力，具有對各種靜定、超靜定結構計算結果進行校核以及對內(nèi)力分布的合理性作出判斷的能力，以及對結構的動力特性和動力響應的分析判斷能力。3、培養(yǎng)學生的綜合分析能力和科學作風。三、課程基本內(nèi)容（一）超靜定結構的實用計算方法與概念分析1．彎矩分配法的基本原理。分配系數(shù)與傳遞系數(shù)。用彎矩分配法計算連續(xù)梁和無側移剛架。2．剪力分配法的基本原理。桿件的并、串聯(lián)及剪力分配系數(shù)。用剪力分配法計算橫梁剛度無窮大的剛架。3．超靜定結構受力狀態(tài)的概念分析。4．用機動法作超靜定連續(xù)梁的影響線。連續(xù)梁均布荷載的最不利位置及內(nèi)力包絡圖。（二）結構動力學1．動力計算的意義。動力荷載的分類。2．動力計算的原理與方法。動力自由度。3．單自由度體系的自由振動與強迫振動。4．多自由度體系的自由振動。主振型的正交性。5．多自由度體系的強迫振動。振型分解法。6．利用能量法計算自振頻率的概念。四、培養(yǎng)標準實現(xiàn)方法與途徑通過課程講授、課堂及課外小組討論、習題課、作業(yè)等進行教與學；通過完成作業(yè)、習題等提高對知識的掌握能力，在學習中發(fā)現(xiàn)問題，并應用知識解決問題；通過教學平臺試驗操作和訓練、工程實踐、SITP課題訓練、專業(yè)類競賽活動以提高實際動手能力、發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的能力。在課堂教學中引入系統(tǒng)思維和創(chuàng)造性思維的概念；在各階段實習和實踐活動中，以及大學生創(chuàng)新實踐課題中強調(diào)系統(tǒng)思維和創(chuàng)新思維的重要性，在過程中培養(yǎng)創(chuàng)新意識，通過完成創(chuàng)新實踐項目提高創(chuàng)新能力。五、實驗或上機內(nèi)容實驗內(nèi)容：有待“結構體系與概念（結構力學）實驗教學平臺”的開發(fā)完成后考慮；上機內(nèi)容：在“計算結構力學與應用軟件”課程中考慮。六、前修課程要求理論力學、材料力學、結構力學（Ⅰ）。七、學時分配序號教學內(nèi)容課內(nèi)學時分配理論課時實驗課時習題課時上機課時小計1彎矩分配法62剪力分配法43受力狀態(tài)概念分析44連續(xù)梁影響線25結構動力學18總計341734+17八、成績評定根據(jù)大綱要求進行考評，可采用多種形式，成績以期末考試成績?yōu)橹鳎蓞⒖计綍r本課程學習表現(xiàn)、習題完成質(zhì)量進行綜合評定。九、教材與主要參考書教材：《結構力學》（上、下冊），朱慈勉、張偉平主編，高等教育出版社，2009參考書：《結構力學教程》（Ⅰ、Ⅱ），龍馭球，包世華主編，高等教育出版社，2000-2001《結構力學》（上、下冊），朱伯欽，周競歐，許哲明主編，同濟大學出版社，2004《StructureAnalysis(Fifthedition)》，HidbelerRC，PrenticeHall,2001《結構概念和體系》，林同炎，S．D．斯羅臺斯伯利，中國建筑工業(yè)出版社，1999十、課外要求：積極完成作業(yè)，參加“結構概念分析”方面的講座，并鼓勵參加SITP課題訓練、結構模型設計大賽、結構力學大獎賽等課外活動。另外，待“結構體系與概念（結構力學）實驗教學平臺”開發(fā)完成后組織參與實驗。AcademicYear2011StructuralMechanicsIIDepartment:DepartmentofBuildingEngineeringStructuralMechanicsIIFORMCHECKBOXRequiredFORMCHECKBOXOptionalFORMCHECKBOXAnnualFORMCHECKBOX1stsemesterFORMCHECKBOX2ndsemesterTotalnumberofhours:34Lectures:34Seminars:0Laboratory:Tutorials:Project:Code:030130Credits:2OBJECTIVE:StructuralMechanicsisanimportantundergraduatedegreecourseincivilengineering.Itdealswiththemechanicsofskeletalstructures.Theaimofthecourseistogivethestudentsathoroughunderstandingofthefundamentalprinciplesofskeletalstructureanalysis.CONTENT:8.MatrixAnalysisofStructures8.1Introduction8.2TheFundamentalTheoremsofMatrixAnalysis8.3ElementStiffnessMatrix8.4MatrixMethodsofStructuralAnalysis8.5PretreatmentofBoundaryConditions8.6EquivalentLoads9.Moment,ShearForceDistributionandInfluenceLinesofStaticallyIndeterminateStructures9.1Introduction9.2MomentDistribution9.3ShearForceDistribution9.4PropertyAnalysisofInternalForcesofstructures9.5InfluenceLinesofStaticallyIndeterminateStructures10.StructuralDynamics10.1Introduction10.2DegreesofFreedomofSystems10.3GeneralEquationofMotion10.4FreeVibrationofSingleDegreeofFreedomSystems10.5ForcedVibrationofSingleDegreeofFreedomSystems10.6ForcedVibrationofSeveralDegreesofFreedomSystems10.7OrthogonalPropertyoftheNormalModes10.8ForcedVibrationofSeveralDegreesofFreedomSystems10.9FreeVibrationofInfiniteDegreesofFreedomSystems10.11FiniteElementMethodPRE-REQUIRMENT:1.TheoreticalMechanics2.MechanicsofMaterials3.StructuralMechanicsIASSESSMENTMETHOD:FinalexamWORKREQUIRED:1.Makestudentsfamiliarwiththestaticallyindeterminatestructurecalculationmethodandaccordingtothespecificissuesintheselectionofappropriatecomputationalmethod,Hav