Structural Mechanics
课程类型
专业必修课
学 分
3+2
总学时
64+32
适用对象
土木工程专业本科大三
考核方式
闭卷笔试+实践考核（平时作业:30%，考勤:10%，考试:60%）
先修课程
高等数学、线性代数、普通物理学、理论力学、材料力学
二、课程简介
《结构力学》结构力学是普通高等院校土木工程专业土建、路桥、水利类的一门专业基础课，是我院重点建设课程之一。一方面它以高等数学、理论力学、材料力学等课程为基础，另一方面，它又是钢结构、钢筋混凝土结构、土力学与地基基础、结构抗震等专业课的基础。结构力学课程在整个课程体系中处于承上启下的核心地位。主要内容为杆件结构的组成规律、静定和超静定结构的内力和位移的计算方法、结构动力计算方法。该课程的学习使学生掌握系统的结构力学知识，培养学生结构分析和计算等方面能力，为后修课程（混凝土结构基本原理及设计、钢结构和砌体结构等专业课程）的学习和今后进行结构设计、科学研究打下了力学基础。
三、课程目标
本课程是土木工程专业本科生培养方案中一门重要的专业课程，是理论与实践应用之间相联系的桥梁，是结构设计的理论依据，又是理论创新和科学研究的计算基础。
学生在学完本门课程之后，应培养下面四种能力:
1.分析能力:对常用的杆件结构具有选择计算简图的初步能力，并能根据具体问题选择恰当的计算方法。
2.计算能力:具有对各种静定、超静定结构进行计算的能力，初步具有使用结构计算程序的能力。
3.判断能力:具有对计算结果进行校核、对内力分布的合理性作出定性判断的能力。
4.自学能力:具有自学和独立获取结构力学及相关课程知识的能力。
通过本课程的学习之后，使学生应具有较系统的结构计算能力，为学生打好后续专业课程学习的力学基础，为结构计算有限元软件的学习使用建立扎实基础。
四、教学内容及要求
1. 绪论 （2学时）
理论力学和材料力学相关内容复习；介绍结构力学的研究内容和教学要求；杆件结构、支座和荷载的分类；结构的计算简图及简化要点。
2. 结构的几何构造分析 （4学时）
几何组成分析的目的，自由度的概念，平面体系自由度的计算公式。平面几何不变体系的基本组成规律及其运用。瞬变体系的特征。体系的几何组成与静定性的关系。
难点:平面几何体系的判断。
重点:平面几何体系的组成分析。
要求:几何不变体系的基本组成规则及应用。
3. 静定结构的受力分析 （18学时）
单杆的受力分析，求杆件指定截面内力，内力与载荷间的微分关系，叠加法作内力图。多跨静定梁的组成及内力计算。平面静定刚架的结构特征及内力计算。拱的特征。三铰拱的内力计算。压力线及合理拱轴。平面静定桁架组成与分类。用结点法和截面法计算桁架内力。结点法和截面法的联合应用。
难点:拱内力的求解。
重点:静定结构内力求解及梁和刚架内力图的绘制。
要求:灵活运用隔离体平衡方法，熟练掌握静定梁和刚架内力图作法及桁架内力解法，掌握静定组合结构和拱的内力计算方法，了解静定结构的力学特性。4. 影响线 （8学时）
影响线，移动荷载的概念。影响线的概念。静力法作单跨静定梁影响线。机动法作单跨静定梁影响线。影响线的应用。最不利荷载的位置。简支梁的绝对最大弯矩。简支梁的内力包络图。用机动法作超静定梁影响线。内力包络图。
难点:影响线的绘制。
重点:静力法、机动法作单跨静定梁影响线。
要求:理解影响线的概念，掌握静力法作静定梁、桁架的内力影响线，会利用影响线求移动荷载下结构的最大内力，了解机动法作影响线。常见的平面机构进行分析。
5. 虚功原理与结构位移计算（10学时）
结构的位移计算，结构位移，广义位移。位移产生的原因。位移计算的目的。实功与虚功的概念。虚功原理。虚功方程的应用。结构位移计算的一般公式。荷载作用下结构的位移计算。图乘法及其应用。温度变化和支座移动时静定结构的位移计算。线变形体系的互等定理。
难点:虚功原理的运用。
重点:荷载作用下位移的计算。
要求:理解变形体系虚功原理的内容及其应用，熟练掌握在荷载作用下静定结构的位移计算方法，掌握静定结构在温度变化、支座移动影响下的位移计算方法，了解互等定理。
6.力法 （12学时）
超静定结构概念。超静定次数的确定。力法的基本原理，基本体系基本未知量。力法的典型方程及物理意义。用力法计算超静定梁和刚架用力法计算超静定桁架、拱和给合结构。对称性的利用。温度改变、支座移动和有制造误差时超静定结构的计算。超静定结构的位移计算及最后内力图的校核，超静定结构与静定结构的比较。
难点:基本体系及力法方程的建立。
重点:力法求解超静定梁及刚架。
要求:掌握力法的基本原理和用力法计算超静定结构在荷载、支座移动、温度作用下的内力。会计算超静定结构的位移，了解超静定结构的力学特性。
7. 位移法 （10学时）
位移法的基本原理及基本未知数目的确定。等到截面直杆的转角位移方程。应用结点及截面平衡方程计算超静定结构。位移法的基本结构及典型方程。应用基本结构及典型方程计算超静定结构。对称性的利用。力法与位移法的比较。
难点:基本未知数的判断及位移法方程的建立。
重点:位移法求解超静定梁及刚架。
要求:掌握位移法的基本原理和刚架在荷载作用下的计算。
8. 渐进法及其它算法简述 （6学时）
力矩分配法的基本概念、计算连续梁和无侧移刚架。
难点:力矩分配法的计算原理。
重点:力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架。
要求:力矩分配法的基本概念、计算连续梁和无侧移刚架。
9. 矩阵位移法（6学时）
介绍单元刚度矩阵，结构刚度矩阵，等效节点荷载，位移边界条件的引入，刚架计算的先处理法，计算杆件内力，超静定桁架的计算，有关计算程序的解题实践。
掌握用矩阵位移法计算杆系结构的原理和方法，了解有关计算程序。
10. 结构动力计算基础（14学时）
动力计算的意义。动力荷载的分类。动力计算的任务。动力计算的原理和方法。弹性体性体系的振动自由度。单自由度体系的自由振动与强迫振动。阻尼对振动的影响。多自由度体系的自由振动。主振型及主振型的正交性。多自由度体系在简谐荷载作用下的强迫振动。近似法求结构的固有频率。集中质量法。
难点:运动方程的建立及求解
重点:单自由度及两自由度体系的频率及振型计算，动内力及动位移计算。
要求:掌握动力分析的基本方法掌握单自由度及两个自由度的自由振动与在简谐荷载作用下的受迫振动的计算方法，了解阻尼的作用，了解频率近似计算方法。11．结构极限荷载（4学时）
结构的极限荷载基本概念。静定梁的弹塑性分析。极限弯矩。塑性铰。破坏机构。单跨静定梁的极限荷载。比例加载的几个定理。用机动法和试算法计算连续梁的极限荷载。刚架的极限荷载。
重点:求极限荷载。
难点:破坏机构的判断。
要求:理解极限弯矩、极限荷载的概念和比例加载时判定极限荷载的一般定理，会计算超静定梁的极限荷载。
12. 结构力学求解器的应用（2学时）
掌握运用结构力学求解器对杆系结构进行处理，初步了解有限元一般方法，能在结构力学求解器中进行结构建模和运算。
五、课时分配表
序号
课题名称
课时分配
小计
理论
实践
其他
第1章 绪论
第2章 结构几何构造分析
第3、4、5章
静定结构的受力分析
16
18
第6章结构位移计算
10
第7章 力法
10
12
第8章 位移法
10
第9章 渐近法
第10章 矩阵位移法
第11章 影响线
10
第12章 结构动力学计算基础
12
14
11
第14章结构的极限荷载
12
结构力学求解器
总课时
78
16
96
六、教材及参考书
教材:
1．《结构力学》（上、下）（高等教育出版社，第六版，2017年7月出版，李廉锟主编）
参考书:
1. 结构力学教程，龙驭球、包世华等编著，高等教育出版社，2005年。
3. 结构力学，朱慈勉、张伟平等编著，高等教育出版社，2015年。
4. 结构力学，王焕定、章子茂等编著，高等教育出版社，2004年。
5. 结构力学， 杨茀康、李家宝等编著，高等教育出版社，2015年。
七、教学策略与方法的建议
要强调多媒体课件教学方法的应用拓展，利用图形和动态图像技术可以形象地演示与结构力学有关的力学现象，帮助学生理解抽象的力学基本概念和基本理论。
结构力学的教学理论教学应与和实验教学并重，应加快结构力学实验室的建设步伐，不断加强实验教学的功能。
建立课程教学平台网站，课程教学网站的建立和应用，延伸拓展了教学的时空。网站可以为学生提供丰富的教学资源，促进了学生的自主学习。