《结构力学》课程教学大纲 Structural Mechanics

课程名称（中文/英文）：结构力学/StructuralMechanics学时/学分：112/7先修课程：高等数学、线性代数、工程数学、大学物理、理论力学、材料力学等适用专业：土木工程专业开课学院、系或教研室：土建学院、土木工程系、结构力学教研室一、本课程的性质与任务本课程为土木工程专业本科生的一门主要技术基础课。通过本课程的教学，使学生了解杆件体系的组成规律，了解各类结构的受力性能，撑握杆件结构的计算原理和方法，培养分析与解决工程实际中杆系结构力学问题的能力，为学习后续有关专业课程以及将来进行结构设计和科学研究打下力学基础。二、本课程的教学内容、基本要求及学时分配1.绪论（4学时）（1）教学内容1.1结构力学的学科内容和教学要求。1.2结构力学计算简图及简化要点。1.3杆件结构的分类。1.4荷载的分类。(2）教学要求了解结构力学的任务以及与其它课程的关系，正确理解结构计算简图的概念、简化要点和条件，了解荷载的分类。2.几何构造分析（6学时）（1）教学内容2.1几何构造分析中的几个基本概念。2.2平面几何不变体系的组成规律。2.3平面杆件体系的计算自由度(2）教学要求理解几何不变体系、几何可变体系、几何瞬变体系、自由度（静力自由度）约束及其类型等基本概念。正确理解和应用几何不变体系的组成规则（两刚片法则、三刚片法则、二元体法则），会计算平面杆件体系的计算自由度。3.静定结构的内力计算（14学时）（1）教学内容3.1梁的内力计算的回顾。3.2静定多跨梁的组成、计算和内力图的绘制。3.3静定平面刚架的内力计算和内力图的绘制。3.4三铰拱的特点和内力计算。三铰拱的合理拱轴曲线3.5静定平面桁架的特点、组成及分类。用结点及截面法计算架的内力，结点法和截面法的联合应用。3.6静定组合结构的特点、计算和内力图的绘制。3.7静定结构的一般性质。（2）教学要求巩固在材料力学中已经建立的截面法的概念与方法，并把它推广应用在结构计算上。熟练掌握杆件上的荷载与内力的微分关系、增量关系，并用以定性分析内力图的形状。熟练掌握分段叠加法作弯矩图的方法

课程名称（中文/英文）：结构力学/Structural Mechanics 学时/学分：112/7 先修课程：高等数学、线性代数、工程数学、大学物理、理论力学、材料力学等 适用专业：土木工程专业 开课学院、系或教研室：土建学院、土木工程系、结构力学教研室 一、本课程的性质与任务 本课程为土木工程专业本科生的一门主要技术基础课。 通过本课程的教学，使学生了解杆件体系的组成规律，了解各类结构的受力性能，撑握杆件结构 的计算原理和方法，培养分析与解决工程实际中杆系结构力学问题的能力，为学习后续有关专业课 程以及将来进行结构设计和科学研究打下力学基础。 二、本课程的教学内容、基本要求及学时分配 1．绪论（4学时） （1）教学内容 1.1结构力学的学科内容和教学要求。 1.2结构力学计算简图及简化要点。 1.3杆件结构的分类。 1.4荷载的分类。 （2）教学要求 了解结构力学的任务以及与其它课程的关系，正确理解结构计算简图的概念、简化要点和条件， 了解荷载的分类。 2. 几何构造分析（6学时） （1）教学内容 2.1几何构造分析中的几个基本概念。 2.2平面几何不变体系的组成规律。 2.3平面杆件体系的计算自由度。 （2）教学要求 理解几何不变体系、几何可变体系、几何瞬变体系、自由度（静力自由度）约束及其类型等基 本概念。正确理解和应用几何不变体系的组成规则（两刚片法则、三刚片法则、二元体法则），会 计算平面杆件体系的计算自由度。 3. 静定结构的内力计算（14学时） （1）教学内容 3.1梁的内力计算的回顾。 3.2静定多跨梁的组成、计算和内力图的绘制。 3.3静定平面刚架的内力计算和内力图的绘制。 3.4三铰拱的特点和内力计算。三铰拱的合理拱轴曲线。 3.5静定平面桁架的特点、组成及分类。用结点及截面法计算桁架的内力，结点法和截面法的联合 应用。 3.6静定组合结构的特点、计算和内力图的绘制。 3.7静定结构的一般性质。 （2）教学要求 巩固在材料力学中已经建立的截面法的概念与方法，并把它推广应用在结构计算上。熟练掌握 杆件上的荷载与内力的微分关系、增量关系，并用以定性分析内力图的形状。熟练掌握分段叠加法 作弯矩图的方法

正确、灵活选取和画出隔离体图，熟练掌握应用隔离体图和平衡条件计算结构支反力、内力的方法；熟练掌握静定梁、静定刚架内力计算和内力图的绘制以及静定平面架内力的求解方法；掌握静定组合结构、三铰拱的内力计算和内力图的绘制方法；了解静定结构的力学特征4.影响线（8学时）（1）教学内容4.1移动荷载与影响线的概念。4.2用静力法作静定梁的影响线。4.3用机动法作静定梁的影响线。4.4结点荷载作用下的影响线。4.5静力法作桁架的影响线。4.6影响线的应用。(2）教学要求正确理解影响线的概念以及与内力图的区别；熟练掌握静力法作静定梁、刚架和架的内力影响线；了解用机动法作影响线；会用影响线求移动荷载作用下结构的最大内力。5.虚功原理和结构的位移计算（12学时）（1）教学内容5.1刚体体系的虚功原理及其应用。虚位移原理与单位位移法；虚力原理与单位荷载法。5.2结构位移计算的一般公式。5.3荷载下结构的位移计算（积分法和图乘法）。5.4广义位移的概念和计算。5.5温度改度和支座移动下结构的位移计算。5.6互等定理。(2）教学要求理解变形体虚功原理的内容及其应用；熟练掌握荷载作用下静定结构的位移计算方法（主要是图乘法）；掌握静定结构由于温度改变和支座移动所引起的位移计算方法；了解互等定理。6.力法（14学时）（1）教学内容6.1超静定结构的概念和超静定次数的确定。6.2力法的基本原理、基本体系、基本未知量和基本方程及其物理意义。6.3用力法计算超静定梁和刚架、超静定架和排架、超静定组合结构以及两铰拱的计算。利用对称性简化计算。温度改变和支座移动下超静定结构的计算6.4超静定结构的位移计算。6.5超静定结构内力图的校核和特性。（2）教学要求充分理解和掌握力法的基本原理，能够熟练用力法计算超静定结构（梁、刚架、行架、排架组合结构和两铰拱）在荷载作用、温度改变和支座移动影响下的内力；会计算超静定结构的位移；了解超静定结构内力图的校核方法和力学特征7.位移法（10学时)（1）教学内容7.1位移法的基本原理、基本未知量和基本方程。7.2等截面杆件的转角位移方程。7.3用位移法计算无侧移刚架和有侧移刚架7.4支座移动下的计算

正确、灵活选取和画出隔离体图，熟练掌握应用隔离体图和平衡条件计算结构支反力、内力的 方法；熟练掌握静定梁、静定刚架内力计算和内力图的绘制以及静定平面桁架内力的求解方法；掌 握静定组合结构、三铰拱的内力计算和内力图的绘制方法；了解静定结构的力学特征。 4. 影响线（8学时） （1）教学内容 4.1移动荷载与影响线的概念。 4.2用静力法作静定梁的影响线。 4.3用机动法作静定梁的影响线。 4.4结点荷载作用下的影响线。 4.5静力法作桁架的影响线。 4.6影响线的应用。 （2）教学要求 正确理解影响线的概念以及与内力图的区别；熟练掌握静力法作静定梁、刚架和桁架的内力影响 线；了解用机动法作影响线；会用影响线求移动荷载作用下结构的最大内力。 5. 虚功原理和结构的位移计算（12学时） （1）教学内容 5.1刚体体系的虚功原理及其应用。虚位移原理与单位位移法；虚力原理与单位荷载法。 5.2结构位移计算的一般公式。 5.3荷载下结构的位移计算（积分法和图乘法）。 5.4广义位移的概念和计算。 5.5温度改度和支座移动下结构的位移计算。 5.6互等定理。 （2）教学要求 理解变形体虚功原理的内容及其应用；熟练掌握荷载作用下静定结构的位移计算方法（主要是 图乘法）；掌握静定结构由于温度改变和支座移动所引起的位移计算方法；了解互等定理。 6. 力法（14学时） （1）教学内容 6.1超静定结构的概念和超静定次数的确定。 6.2力法的基本原理、基本体系、基本未知量和基本方程及其物理意义。 6.3用力法计算超静定梁和刚架、超静定桁架和排架、超静定组合结构以及两铰拱的计算。利用对 称性简化计算。温度改变和支座移动下超静定结构的计算。 6.4超静定结构的位移计算。 6.5超静定结构内力图的校核和特性。 （2）教学要求 充分理解和掌握力法的基本原理，能够熟练用力法计算超静定结构（梁、刚架、桁架、排架、 组合结构和两铰拱）在荷载作用、温度改变和支座移动影响下的内力；会计算超静定结构的位移； 了解超静定结构内力图的校核方法和力学特征。 7. 位移法（10学时） （1）教学内容 7.1位移法的基本原理、基本未知量和基本方程。 7.2等截面杆件的转角位移方程。 7.3用位移法计算无侧移刚架和有侧移刚架。 7.4 支座移动下的计算

7.5利用对称性简化计算。(2）教学要求充分理解和掌握位移法的基本原理，充分理解转角位移方程中每一项的力学意义，正确判断结构的未知位移的数量，能够用位移法熟练计算无侧移刚架和有侧移刚架在荷载作用下及支座移动下的内力计算，会用对称性简化结构计算。8.渐近法（10学时）（1）教学内容8.1力矩分配法的转动刚度，分配系数和传递系数8.2用力矩分配法计算单结点无侧移刚架。8.3用力矩分配法计算多结连续梁和无侧移刚架。8.4支座移动下的计算。8.5对称性的利用。(2）教学要求正确理解力矩分配法和位移法的关系及力矩分配法的适用条件，能够正确计算转动刚度和分配系数，用力矩分配法熟练计算多结点连续梁和无侧移刚架在荷载作用下及支座移动下的内力，会用对称性简化结构计算。9.矩阵位移法（10学时）（1）教学内容9.1矩阵位移法的基本概念9.2单元局部坐标系和整体坐标系中的单元刚度矩阵。坐标转换。9.3单元集成法，整体刚度矩阵的集成。9.4等效结点荷载。9.5平面刚架计算实例。（2）教学要求理解矩阵位移法的基本概念；掌握梁单元、桁架单元、平面架单元在局部坐标系和整体坐标系中的刚度矩阵及其转换公式；理解结点位移分量编号的意义；熟练掌握利用单元定位向量集成整体刚度矩阵和形成等效结点荷载向量的方法。10.结构动力计算基础（20学时）10.1绪论（1）教学内容10.1.1结构动力学的任务。10.1.2动力计算中结构的自由度。10.1.3动力荷载的分类。（2）教学要求理解动荷载和静荷载、动力计算和静力计算的区别与联系，掌握达朗伯原理、动荷载的分类及其特点和动力计算自由度的判断与确定。10.2无阻尼的单自由度体系自由振动（1）教学内容10.2.1自由振动微分方程的建立（刚度法和柔度法）。10.2.2自由振动微分方程的解。10.2.3结构的自振频率和周期。（2）教学要求

7.5 利用对称性简化计算。 （2）教学要求 充分理解和掌握位移法的基本原理，充分理解转角位移方程中每一项的力学意义，正确判断结 构的未知位移的数量，能够用位移法熟练计算无侧移刚架和有侧移刚架在荷载作用下及支座移动下 的内力计算，会用对称性简化结构计算。 8. 渐近法（10学时） （1）教学内容 8.1力矩分配法的转动刚度、分配系数和传递系数。 8.2用力矩分配法计算单结点无侧移刚架。 8.3用力矩分配法计算多结连续梁和无侧移刚架。 8.4支座移动下的计算。 8.5对称性的利用。 （2）教学要求 正确理解力矩分配法和位移法的关系及力矩分配法的适用条件，能够正确计算转动刚度和分配 系数，用力矩分配法熟练计算多结点连续梁和无侧移刚架在荷载作用下及支座移动下的内力，会用 对称性简化结构计算。 9. 矩阵位移法（10学时） （1）教学内容 9.1矩阵位移法的基本概念 9.2单元局部坐标系和整体坐标系中的单元刚度矩阵。坐标转换。 9.3单元集成法，整体刚度矩阵的集成。 9.4等效结点荷载。 9.5平面刚架计算实例。 （2）教学要求 理解矩阵位移法的基本概念；掌握梁单元、桁架单元、平面架单元在局部坐标系和整体坐标系中 的刚度矩阵及其转换公式；理解结点位移分量编号的意义；熟练掌握利用单元定位向量集成整体刚 度矩阵和形成等效结点荷载向量的方法。 10. 结构动力计算基础（20学时） 10.1 绪论 （1）教学内容 10.1.1 结构动力学的任务。 10.1.2 动力计算中结构的自由度。 10.1.3 动力荷载的分类。 （2）教学要求 理解动荷载和静荷载、动力计算和静力计算的区别与联系，掌握达朗伯原理、动荷载的分类及 其特点和动力计算自由度的判断与确定。 10.2 无阻尼的单自由度体系自由振动 （1）教学内容 10.2.1 自由振动微分方程的建立（刚度法和柔度法）。 10.2.2 自由振动微分方程的解。 10.2.3 结构的自振频率和周期。 （2）教学要求

掌握刚度法和柔度法建立振动微分方程的基本原理原理及方法。正确理解单自由度体系自由振动的动力特性（自振频率、自振周期、位移、振幅等）的基本概念和特点，熟练掌握这些动力特性的计算。10.3无阻尼的单自由度体系强迫振动（1）教学内容10.3.1简谐荷载作用下的强迫振动（微分方程的建立及方程求解、动力系数及其特性）。10.3.2一般荷载作用下的强迫振动（Duhamel积分、突加荷载、短时荷载）。(2）教学要求理解自由振动和强迫振动的概念及其本质区别。正确理解单自由度体系在简谐荷载作用下强迫振动的特点和一些动力特性（动力反应、过渡阶段、平稳阶段、动力系数、共振、相位角、振幅等）概念，熟练掌握这些动力特性（动位移、动力系数和动内力等）的计算。会应用Duhamel积分公式计算一般荷载作用下结构动力特性（动位移、动力系数和动内力等）。10.4阻尼对振动的影响（1）教学内容10.4.1阻尼的来源和类型10.4.2有阻尼的单自由度体系自由振动（微分方程的建立及方程求解、阻尼对振动的影响、阻尼比的计算）。10.4.3简谐荷载作用下的强迫振动（微分方程的建立及方程求解、动力位移、动力系数及其特性)。10.4.4一般荷载作用下的强迫振动（Duhamel积分）10.4.5突加荷载作用下的强迫振动（动力位移）（2）教学要求了解阻尼的来源、种类和特点，了解有阻尼振动和无阻尼振动的区别与联系。掌握阻尼对动力特性（自振频率、振幅等）的影响，掌握动力特性（动位移、振幅）和阻尼比的计算。正确理解有阻尼的单自由度体系在简谐荷载作用下强迫振动的特点和动力反应时的一些基本概念，掌握结构动力反应的计算方法。了解Duhamel积分公式和突加荷载作用下结构动力特性。10.5两个自由度体系的自由振动（1）教学内容10.5.1刚度法（微分方程的建立及方程求解、频率方程和主振型）10.5.2柔度法（微分方程的建立及方程求解、频率方程和主振型）(2）教学要求掌握用刚度法和柔度法建立多个自由度体系的自由振动微分方程的方法，深刻理解频率方程和主振型等概念及其不同表达形式，熟练掌握多自由度体系自由振动时的动力特性（自振频率、主振型）的计算。10.6两个自由度体系在简谐荷载作用下的强迫振动（1）教学内容10.6.1两个由度体系的强迫振动。10.6.2n个由度体系的强迫振动。(2）教学要求理解多自由度体系在发生强迫振动时微分方程的建立方法以及和自由振动时的区别与联系，熟练掌握多自由度体系在简谐荷载作用下的强迫振动的特点和动力反应（动位移、动内力等）的计算。11.定性力学概念及课程总复习

掌握刚度法和柔度法建立振动微分方程的基本原理原理及方法。正确理解单自由度体系自由振 动的动力特性（自振频率、自振周期、位移、振幅等）的基本概念和特点，熟练掌握这些动力特性 的计算。 10.3无阻尼的单自由度体系强迫振动 （1）教学内容 10.3.1 简谐荷载作用下的强迫振动（微分方程的建立及方程求解、动力系数及其特性）。 10.3.2 一般荷载作用下的强迫振动（Duhamel积分、突加荷载、短时荷载）。 （2）教学要求 理解自由振动和强迫振动的概念及其本质区别。正确理解单自由度体系在简谐荷载作用下强迫 振动的特点和一些动力特性（动力反应、过渡阶段、平稳阶段、动力系数、共振、相位角、振幅 等）概念，熟练掌握这些动力特性（动位移、动力系数和动内力等）的计算。会应用Duhamel积分 公式计算一般荷载作用下结构动力特性（动位移、动力系数和动内力等）。 10.4 阻尼对振动的影响 （1）教学内容 10.4.1 阻尼的来源和类型。 10.4.2 有阻尼的单自由度体系自由振动（微分方程的建立及方程求解、阻尼对振动的影响、阻尼 比的计算）。 10.4.3 简谐荷载作用下的强迫振动（微分方程的建立及方程求解、动力位移、动力系数及其特 性）。 10.4.4 一般荷载作用下的强迫振动（Duhamel积分） 10.4.5 突加荷载作用下的强迫振动（动力位移） （2）教学要求 了解阻尼的来源、种类和特点，了解有阻尼振动和无阻尼振动的区别与联系。掌握阻尼对动力 特性（自振频率、振幅等）的影响，掌握动力特性（动位移、振幅）和阻尼比的计算。 正确理解有阻尼的单自由度体系在简谐荷载作用下强迫振动的特点和动力反应时的一些基本概 念，掌握结构动力反应的计算方法。了解Duhamel积分公式和突加荷载作用下结构动力特性。 10.5 两个自由度体系的自由振动 （1）教学内容 10.5.1 刚度法（微分方程的建立及方程求解、频率方程和主振型） 10.5.2 柔度法（微分方程的建立及方程求解、频率方程和主振型） （2）教学要求 掌握用刚度法和柔度法建立多个自由度体系的自由振动微分方程的方法，深刻理解频率方程和 主振型等概念及其不同表达形式，熟练掌握多自由度体系自由振动时的动力特性（自振频率、主振 型）的计算。 10.6 两个自由度体系在简谐荷载作用下的强迫振动 （1）教学内容 10.6.1 两个由度体系的强迫振动。 10.6.2 n个由度体系的强迫振动。 （2）教学要求 理解多自由度体系在发生强迫振动时微分方程的建立方法以及和自由振动时的区别与联系，熟 练掌握多自由度体系在简谐荷载作用下的强迫振动的特点和动力反应（动位移、动内力等）的计 算。 11. 定性力学概念及课程总复习

上册：4学时；下册：2学时。三、课程特色1.在教学方法上：恰当使用传统的教学方法与现代化的多媒体教学方法相结合。2：在知识内容上：传统的课堂教学与现代化的课外网络讨论相结合。3．本课程注重结合理论力学、材料力学知识，形成土木工程专业本科学生所必须的力学知识体系，为后续专业教学打下重要基础。4本课程既是理论力学、材料力学知识的总结和提升，又是后续专业课程学习的基础，起承上启下的作用。四、教材及参考书1.必读教材：结构力学I基本教程，龙驭球、包世华、匡文起、袁主编，高等教育出版社，2012年8月第三版，普通高等教育"十一五国家级规划教材。2.参考教材：（1）结构力学（上、下），李廉银主编，高等教育出版社，2010年7月第五版，普通高等教育十一五”国家级规划教材。（2）结构力学学习指导，雷钟和主编，高等教育出版社，2005年07月，龙驭球等主编的结构力学基本教程的配套学习指导。(3)《Dynamics of structure》,Clough.R.W,McGrawAcll,ThirdEdition2003执笔：范小春审阅：谢伟平

上册：4学时；下册：2学时。 三、课程特色 1．在教学方法上：恰当使用传统的教学方法与现代化的多媒体教学方法相结合。 2．在知识内容上：传统的课堂教学与现代化的课外网络讨论相结合。 3．本课程注重结合理论力学、材料力学知识，形成土木工程专业本科学生所必须的力学知识体 系，为后续专业教学打下重要基础。 4．本课程既是理论力学、材料力学知识的总结和提升，又是后续专业课程学习的基础，起承上 启下的作用。 四、教材及参考书 1. 必读教材： 结构力学Ⅰ基本教程，龙驭球、包世华、匡文起、袁驷主编，高等教育出版社，2012年8月第三 版，普通高等教育"十一五"国家级规划教材。 2. 参考教材： （1）结构力学（上、下），李廉锟主编，高等教育出版社，2010年7月第五版，普通高等教 育‘十一五’国家级规划教材。 （2）结构力学学习指导，雷钟和主编，高等教育出版社，2005年07月，龙驭球等主编的结构力 学Ⅰ基本教程的配套学习指导。 （3）《Dynamics of structure》,Clough.R.W, McGraw Acll,Third Edition 2003 执 笔：范小春 审 阅：谢伟平