|
一、 课程名称：结构力学（二）
二、 学分：3.5
三、 先修课程：《高等数学》、《线性代数》、《理论力学》、《材料力学》、《结构力学》
四、 课程的性质、目的和任务：
结构力学是建筑工程专业的专业基础课，在该专业中占有重要的地位。
在专科段学习了结构力学的基础上，在本科段继续设置结构力学课程的目的是：拓宽和加深专科段学过的结构静力计算的诸多方法，更主要的是使学生掌握结构分析的计算机方法、结构动力计算的方法以及结构稳定、结构极限荷载的计算方法，使学生提高一个层次，更全面地掌握杆系结构强度、刚度和稳定计算的基本理论和基本方法。为后继专业课程的学习奠定必要的力学基础，为建筑工程的结构设计和施工提供必要的理论知识和分析方法。
本课程的具体任务是：
1、 掌握结构静力计算中拓宽和加深的内容
2、 掌握静定梁、刚架、桁架影响线的绘制。掌握利用影响线确定最不利荷载位置和求内力、反力的最大值和绘制内力包络图。
3、掌握矩阵位移法的原理和方法，并能熟练地用矩阵位移法进行连续梁、刚架计算。
4、掌握体系运动方程建立的方法，熟练地掌握结构动力特性的计算以及在简谐荷载作用下结构的动力反应计算。
5、掌握两类稳定问题的基本概念，熟练掌握确定临界荷载的静力法和能量法。
6、掌握极限荷载、极限弯矩、塑性铰、破坏机构等概念，熟练地运用静力法及机动法计算连续梁及简单刚架的极限荷载。
五、 课程的教学基本要求及主要内容：
第一章 结构静力计算总论
一、学习要求
通过本章的学习，要求学生复习专科段所学的内容，掌握结构静力计算部分中拓宽和加深的内容。
二、课程内容
第一节 静定结构的受力分析
用截面法计算指定截面内力，内力图的特征，区段叠加法作直杆弯矩图，支座反力计算及各类静定结构的受力分析。
第二节 静定结构的位移计算
虚功原理及位移计算公式的应用条件，图乘法计算位移，外因作用下各种结构的位移计算，有弹性支座结构的位移计算，互等定理。
第三节 超静定结构的计算
力法及位移法的基本原理及基本未知量的确定，力法及位移法典型方程中各项系数的物理意义，由于荷载、支座移动、温度变化等外因作用下超静定结构的内力计算，具有弹性支座的超静定结构的内力计算。力矩分配法的基本原理。超静定结构的位移计算。
第二章 影响线及其应用
一、学习要求
在巩固专科段已学过的影响线知识的基础上，继续拓宽和加深这方面的内容。要求掌握作影响线的两种方法（静力法、机动法）。掌握利用影响线求内力、反力的最大值和绘制内力包络图等方法。
二、课程内容
第一节 影响线的概念
固定荷载与移动荷载，基本假定，影响线的定义。
第二节 用静力法作静定梁及刚架的影响线
简支梁、悬臂梁、伸臂梁、多跨静定架、刚架影响线的绘制，内力影响线与内力图的区别。
第三节 间接荷载作用下的影响线
第四节 用机动法作静定梁的影响线
第五节 桁架的影响线
第六节 影响线的应用
利用影响线求量值，确定荷载的最不利位置。
第七节 简支梁的内力包络图及绝对最大弯矩
第八节 连续梁的影响线
静力法、机动法，确定均布荷载最不利位置。
第九节 连续梁的内力包络图
包络图的定义，包络图的作法。
第三章 矩阵位移法
一、学习要求
矩阵位移法是以位移法为理论基础，以矩阵为表述形式，以计算机为运算工具的综合分析方法。用计算机进行结构分析是本章的学习目的。学习本章时既要了解它与位移法的共同点，更要了解它的一些新手法和新思想。矩阵位移法包含两个基本内容：一是单元分析，二是整体分析。在单元分析中要掌握单元刚度矩阵和单元等效结点荷载矩阵的形成。已知结点位移与单元杆端力的求解方法。在整体分析中，要熟练掌握结构整体刚度矩阵元素的物理意义和集成过程及结构综合结点荷载的集成过程，这是本章的重点。
二、课程内容
第一节 概述
领会矩阵位移法与位移法的联系，及矩阵位移法分析的基本步骤。
第二节 局部坐标系下的单元刚度矩阵
单元和结点的划分，单元杆端力和杆端位移的表示方法，单元杆端力和杆端位移之间的关系，单元刚度矩阵的性质。
第三节 整体坐标系下的单元刚度矩阵
单元坐标转换矩阵，整体坐标系下的单元刚度矩阵。
第四节 结构刚度矩阵的形成
结点位移分量的统一编号，单元定位向量，利用刚度集成法形成结构刚度矩阵，结构刚度矩阵的性质。
第五节 结构的综合结点荷载
等效结点荷载，结构综合结点荷载。
第六节 结构内力和支座反力的求解
单元杆端力的计算，支座反力的计算。
第七节 先处理法的计算步骤和算例
先处理法的计算步骤，根据计算结果绘内力图。
三、实践
上机时间最少为6机时，能用书上给出的程序分析不少于5个题目。
第四章 结构动力计算
一、学习要求
了解动力计算的特点，掌握动力自由度的判别方法；掌握单自由度、有限自由度体系运动方程的建立方法；熟练掌握单自由度、有限自由度体系动力特性计算；熟练掌握单自由度、有限自由度体系在简谐荷载作用下的内力、位移计算；了解单自由度体系在一般荷载作用下的计算；掌握阻尼对振动的影响；了解振型叠加法；了解计算自振频率的近似计算方法。
二、课程内容
第一节 概述
结构动力计算的特点，动力荷载的分类，动力自由度。
第二节 单自由度体系的运动方程
按平衡条件建立运动方程—刚度法，按位移协调条件建立运动方程—柔度法。
第三节 单自由度体系的自由振动
自由振动，运动方程的建立和求解，自由振动中位移、速度、加速度和惯性力的变化规律，自振周期与自振频率，多质点的单自由度体系，弹簧的串联与并联。
第四节 单自由度体系的强迫振动
简谐荷载，一般动荷载，地面运动作用。
第五节 阻尼对振动的影响
关于阻尼的定义，粘滞阻尼理论，有阻尼的自由振动，有阻尼的强迫振动。
第六节 多自由度体系的自由振动
用刚度法和柔度法计算多自由度体系的自振频率和振型。
第七节 主振型的正交性
第八节 多自由度体系在简谐荷载作用下的强迫振动
刚度法、柔度法。
第九节 振型叠加法计算多自由度体系在一般荷载作用下的强迫振动
正则坐标，按振型叠加法计算强迫振动。
第十节 近似法计算自振频率
能量法求第一自振频率，集中质量法。
第五章 结构弹性稳定计算
一、学习要求
通过本章学习，要求掌握两类稳定问题的基本概念，熟练掌握有限自由度体系确定临界荷载的静力法、能量法，了解无限自由度体系确定临界荷载的静力法和能量法；了解组合荷载作用下等截面直杆的稳定计算及变截面直杆的稳定计算。
二、课程内容
第一节 概述
三种平衡状态，两类稳定问题，稳定问题与强度问题的区别，稳定的自由度。
第二节 计算临界荷载的静力法
临界状态的静力特征，静力法计算临界荷载的步骤及示例。
第三节 计算临界荷载的能量法
临界状态的能量特征，临界状态时弹性曲线方程的假定，能章法计算临界荷载的步骤及示例。
第四节 直杆的稳定
刚性支承等截面直杆的稳定，弹性支承等截面直杆的稳定，组合荷载作用下等截面直杆的稳定，变截面直杆的稳定。
第六章 结构塑性分析与极限荷载
一、学习要求
通过本章学习，掌握按极限荷载进行结构设计的方法。要求理解极限荷载、极限弯矩、塑性铰、破坏机构等概念；理解比例加载时判定极限荷载的定理；掌握用静力法和机动法计算静定结构、连续梁和简单超静定刚架的极限荷载。
二、课程内容
第一节 塑性分析的意义
弹性分析与塑性分析的比较，理想弹塑性材料的应力—应变关系。
第二节 极限弯矩、塑性铰和静定结构的极限荷载
极限弯矩、塑性铰、静定结构的极限荷载计算。
第三节 用静力法计算超静定梁的极限荷载
第四节 用机动法计算超静定梁的极限荷载
第五节 比例加截时判定极限荷载的一般定理
基本定理，上限定理（极小定理），下限定理（极小定理），唯一性定理（单值定理）。
第六节 简单刚架的极限荷载
机构法、试算法。
Ⅴ 自学安排：
一、 第一章 结构静力计算总论
第一节的内容；第二节中除弹性支座结构的位移计算内容；第三节中荷载作用下的位移计算可自学。
二、第二章 影响线及其应用
第一节的内容；第二节中用静力法作简支梁、悬臂梁、伸臂梁的影响线；第六节的内容可自学。
三、第三章 矩阵位移法
第一节的内容；第二节中单元与结点的划分，单元杆端力和杆端位移的表示方法；第三节中的单元坐标转换矩阵；第四节中结点位移分量的统一编号，单元定位向量；第五节的等效结点荷载；第六节中单元杆端力的计算；第七节中先处理法的计算步骤可自学。
四、第四章 结构的动力计算
第一节中结构动力计算的特点，动力荷载的分类；第三节中自由振动方程的建立和求解，自由振动中位移、速度、加速度和惯性力的变化规律；第五节中关于阻尼的定义，粘滞阻尼理论；第十节中的集中质量法等内容可自学。
五、第五章 结构弹性稳定计算
第一节、第二节中临界状态的静力特征；第三节中临界状态的能量特征；第四节中刚性支承等荷载面直杆的稳定内容可自学。
六、第六章 结构塑性分析与极限荷载
第一节中弹性分析与塑性分析；第二节；第五节等内容可自学。
六、 考试方式：闭卷笔试
七、 使用教材：《结构力学（专升本系列教材）》；张来仪编；中国建筑工业出版社出版。 |
