《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平面杆件结构的几何组成规律,以及各类杆件结构在各种外因作用下的强度、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》课程是国家级一流本科课程(线上线下混合式)、江苏省二类优秀课程、中国矿业大学精品课程。课程教学团队是中国矿业大学优秀教学团队、中国矿业大学“课程思政”示范团队。团队主编出版的《结构力学》(上、下册及学习指导书)是江苏省“十三五”高等教育重点教材及“十四五”高等教育规划教材、住房与城乡建设部“十四五”规划教材、中国矿业大学精品教材、煤炭行业优秀教材。
该课程教学从“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。
1、掌握各类杆件结构的内力及位移的计算原理和方法,熟悉各类杆件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。
第一章 绪论
第一章学习要求
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
第一章知识点小结
Chapter 1 Introduction
1.1 Objective of Structural Mechanics
1.2 Classification of loads
1.3 Analytical models of structures
1.4 Classification of framed structures
第二章 平面杆件体系的几何组成分析
第二章学习要求
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
第二章知识点小结
第2章测验(组成分析)
第2章作业(几何组成分析)
Chapter 2 Geometric construction analysis of plane member system
2.1 Several concepts of geometric construction analysis
2.2 Computational degrees of freedom
2.3 Geometric construction rules of planar member systems
2.4 Geometric construction analysis method and its application
2.5 The relationship between geometric construction and static determinacy
Exercises(For chapter 2)
第三章 静定梁和静定刚架
第三章学习要求
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
第三章知识点小结
第3章测验(梁和刚架)
第3章作业3(快速作M图)
第3章作业1(静定梁内力分析)
第3章作业2(静定刚架内力分析)
Chapter 3 Statically Determinate Beams and Plane Rigid Frames
3.1 Analysis method of internal force of members
3.2 Single span statically determinate beams
3.3 Multi-span statically determinate beams
3.4 Plane statically determinate rigid frames
3.5 Quick drawing of bending moment diagram
Exercises 1(For chapter 3)
Exercises 2(For chapter 3)
Exercises 3(For chapter 3)
第四章 静定拱和悬索结构
第四章学习要求
4.1 拱结构的特征
4.2 三铰拱的受力分析
4.3 三铰拱的合理轴线
4.4 悬索结构(选修)
第四章知识点小结
第4章测验(三铰拱)
第四章作业(拱)
Chapter 4 Three Hinged Arches and Cable structure
4.1 Characteristics of arch structure
4.2 Internal force analysis of three hinged arch
4.3 Rational axis lines of three hinged arch
4.4* Cable structure
Exercises(For chapter 4)
第五章 静定桁架和组合结构
第五章学习要求
5.1 桁架结构的特点及类型
5.2 结点法
5.3 截面法
5.4 组合结构
5.5 静定结构总论(选修)
第五章知识点小结
第5章测验(桁架和组合结构)
第5章作业1(桁架)
第5章作业2(组合结构)
Chapter 5 Statically Determinate Trusses and Composite Structures
5.1 Characteristics and classification of trusses
5.2 The method of joints
5.3 The method of sections
5.4 Composite structures
Exercises 1(For chapter 5)
Exercises 2(For chapter 5)
第六章 结构位移的计算
第六章学习要求
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
第六章知识点小结
第6章测验(位移计算)
第6章作业1(荷载下位移计算)
第6章作业2(图乘法)
第6章作业3(温度及支座移动)
Chapter 6 Displacement calculation of Structures
6.1 Introduction
6.2 Principle of virtual work
6.3 General equation for calculating displacement
6.4 Calculation of displacements caused by load for statically determinate structure
6.5 Graph-multiplication method
6.6 Calculation of displacements caused by temperature change for statically determinate structure
6.7 Calculation of displacements caused by support movement for statically determinate structure
6.8 Reciprocal theorems
第七章 力法
第七章学习要求
7.1 概述
7.2 超静定次数
7.3 力法的基本原理及典型方程
7.4 超静定梁、刚架和排架
7.5 超静定桁架
7.6 超静定组合结构
7.7 对称性的利用
7.8 两铰拱(选修)
7.9 无铰拱(选修)
7.10 超静定结构位移的计算
7.11 超静定结构计算的校核
7.12 温度变化时超静定结构的计算
7.13 支座移动时超静定结构的计算
7.14 超静定结构的特性
第七章知识点小结
第7章测验(力法)
第7章作业4(温度+支座移动)
第7章作业1(梁+刚架+排架)
第7章作业2(桁架+组合结构)
第7章作业3(对称性简化计算)
Chapter 7 Force method
7.1 Introduction
7.2 Degree of indeterminacy
7.3 Basic concept and canonical equations of force method
7.4 Statically indeterminate beams, rigid frames and bent frames
7.5 Statically indeterminate truss
7.6 Statically indeterminate composite structure
7.7 Simplified calculation of symmetrical structure
7.8 Two hinged arch
7.9 Hingeless arch
7.10 Calculation of displacement of statically indeterminate structure
7.11 Verification of calculation of statically indeterminate structure
7.12 Calculation of statically indeterminate structure due to temperature change
7.13 Calculation of statically indeterminate structure due to support movement
7.14 Characteristics of statically indeterminate structures
第八章 位移法
第八章学习要求
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
8.5 位移法的计算步骤及示例
8.6 直接由平衡条件建立位移法方程
8.7 对称性的利用
8.8 混合法(选修)
第八章知识点小结
第8章测验(位移法)
第8章作业1(连续梁+刚架位移法)
第8章作业2(对称性利用)
Chapter 8 Displacement method
8.1 Fundamental concepts of displacement method
8.2 Slope-deflection equations of straight member with equal cross-section
8.3 Primary unknowns and primary systems for displacement method
8.4 Canonical equations of displacement method
8.5 Calculation steps and examples for displacement method
8.6 Displacement-method equations established directly from equilibrium conditions
8.7 Simplified calculation for symmetrical structures
第九章 渐近法
第九章学习要求
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 力矩分配法和位移法的联合应用(选修)
9.4 无剪力分配法
9.5 剪力分配法(选修)
第九章知识点小结
第9章测验(渐近法)
第9章作业1(力矩分配法)
第9章作业2(对称性)
Chapter 9 Method of Successive Approximations
9.1 Basic concepts of moment distribution method
9.2 Moment distribution method at multi-joints
9.3 Combined application of moment distribution method and displacement method
9.4 Non-shear moment distribution method
9.5 Shear distribution method
第十章 影响线及其应用
第十章学习要求
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(选修)
10.10 超静定梁的影响线(选修)
10.11 连续梁的最不利荷载分布及内力包络图(选修)
第十章知识点小结
第10章测验(影响线)
第10章作业2(结点荷载下影响线)
第10章作业1(静力法)
第10章作业3(机动法)
第10章作业4(影响线应用)
Chapter 10 Influence Lines and its Application
10.1 Concept of influence line
10.2 Influence lines of statically determinate beams by static method
10.3 Influence lines under node loads
10.4 Influence lines for trusses
10.5 Virtual displacement method for constructing influence line
10.6 Response at a particular location determined from influence line
10.7 Most unfavorable load position
10.8 Internal force envelope diagram for simply supported beam
10.9 Absolute maximum bending moment for simply supported beam
10.10 Influence lines of statically indeterminate beams
10.11 Most unfavorable load position and internal force envelope diagram of continuous beams
先修课程有:理论力学、材料力学、高等数学等
[1]吕恒林,鲁彩凤,张营营等,结构力学(上,含学习指导书)[M].北京:中国建筑工业出版社,2021.
[2]龙驭球等. 结构力学I-基本教程(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2019.
[3]李廉锟等.结构力学(上,第6版)[M] .北京:高等教育出版社,2017.
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,因此学员有必要要适当回复下工程力学的相关内容。但同时,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: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。
问8: 本课程的教学进度如何安排?
答8:本课程按每周4-6学时作教学安排,总学时80。各学习单元学时安排建议如下:
章节内容 | 学时安排 |
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第一章 绪论 | 2 |
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第二章 平面杆件体系的几何组成分析 | 6 |
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第三章 静定梁和静定刚架 | 12 |
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第四章 静定拱和悬索结构 | 4 |
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第五章 静定桁架和组合结构 | 6 |
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第六章 结构位移的计算 | 10 |
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第七章 力法 | 14 |
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第八章 位移法 | 10 |
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第九章 渐近法 | 4 |
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第十章 影响线及其应用 | 12 |
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