结构力学

《结构力学》教学大纲

课程名称：结构力学课程类型：范围选修课学时：80学时5学分适用对象：土木、农水、水电、农建专业的本科生先修课程：高等数学、物理、理论力学、材料力学

一、课程的性质、目的与任务以及对先开课程要求

结构力学是土木、农水、水电、农建专业的一门重要专业基础课，它与高等数学、物理、理论力学、材料力学、弹性力学、塑性力学、钢结构学、钢筋混凝土结构学、结构设计课有密切联系。结构力学课程的任务是使学生学习结构分析理论，即结构（主要是杆系结构）在外因作用下的强度h、刚度的计算理论，掌握杆系结构的静力分析方法，了解常用结构形式的受力性能，初步学会运用结构力学的基本分析方法分析结构设计和工程实践中的力学问题，为以后钢结构、钢筋混凝土结构学、弹性力学、塑性力学及结构设计等课程的学习打基础。培养结构分析和计算能力。学习结构力学需具有高等数学、物理、理论力学、材料力学的基本静力原理和计算方法（含计算机技能）知识。

二、教学重点及难点

教学重点和难点是结构的受力分析、内力图的绘制、用虚功原理和图乘法求解静定问题、通过力法、位移法和力矩分配法求解超静定问题。

三、与其他课程的关系

高等数学、物理、理论力学、材料力学是结构力学的前期准备，同时它又为以后钢结构、钢筋混凝土结构学、弹性力学、塑性力学及结构设计等课程的学习打基础。

四、教学内容、学时分配及其本要求

第一章绪论（2学时）

基本要求：了解结构力学的任务和学习方法，掌握结构计算简图及其简化要点，杆系结构的分类

重点：结构计算简图及其简化要点，杆系结构的分类

难点：各种形式支座所连接杆件的运动

第一节结构力学的学科内容和教学要求（0.5 学时）

第二节结构的计算简图及简化要点（0.7 学时）

?杆系结构的分类（0.3 学时）

?荷载的分类（0.5 学时）

第二章几何构造分析（4学时）

基本要求：能运用基本规律判定体系的几何不变性，用计算自由度概念对体系进行定性的分析

重点：无多余约束的几何不变体系的基本组成规律

难点：熟练运用基本规律对体系进行分析

第一节几何构造分析的几个概念（1 学时）

第二节平面几何不变体系的组成规律（2 学时）

第三节平面杆件体系的计算自由度（1 学时）

第三章静定结构受力分析（16学时）

基本要求：能运用截面法求任意界面的内力，并用叠加法及荷载与内力的关系作各种结构的内力图

重点：截面法、叠加法

难点：熟练的运用截面法、叠加法作各种结构的内力图

第一节静定多跨梁（4 学时）

第二节静定平面刚架（6 学时）

第三节静定平面桁架（4 学时）

第四节组合结构（1 学时）

第五节三铰拱（1 学时）

第四章静定结构总论（3学时）

基本要求：静定结构受力分析方法，静定结构的一般性质，各种结构形式的受力特点，刚体虚功原理。重点：静定结构受力分析方法、一般性质及各种结构形式的受力特点。

难点：静定结构受力分析方法。

第一节隔离体方法及其截取顺的优选（0.5 学时）

第二节几何构造分析与受力分析之间的对偶关系（0.2 学时）

第三节零载法（0.2 学时）

第四节刚体体系的虚功原理（1.3 学时）

第五节静定结构的一般性质（0.3 学时）

第六节各种结构型式的受力特点（0.5 学时）

第五章影响线（6学时）

基本要求：移动荷载概念，影响线概念，用静力法作简支梁影响线，机动法作影响线，影响线的应用，简支梁包络图和绝对最大弯矩。

重点：影响线概念、作影响线的方法及影响线的应用。

难点：作影响线的方法及影响线的应用。

第一节移动荷载和影响线的概念（0.2 学时）

第二节静力法作简支梁的影响线（1.3 学时）

第三节结点荷载作用下梁的影响线（0.5 学时）

第四节机动法作影响线（2 学时）

第五节影响线的应用（2 学时）

第六章位移计算（6学时）

基本要求：虚功原理，单位荷载法，结构位移计算的一般公式，荷载作用下的位移计算，图乘法，温度作用时的位移计算、广义位移计算、互等定理。

重点：荷载作用下的位移计算，图乘法。

难点：结构位移计算的一般公式，图乘法。

第一节应用虚功原理求刚体体系的位移（1 学时）

第二节结构位移计算的一般公式（1 学时）

第三节荷载作用下的位移计算及算例（1 学时）

第四节图乘法（2 学时）

第五节温度作用时的位移计算（0.5 学时）

第六节广义位移计算、互等定理（0.5 学时）

第七章力法（10学时）

基本要求：超静定结构的组成和超静定次数，力法的基本概念，超静定刚架和排架计算，超静定桁架和组合结构，支座移动和温度改变时的计算，超静定结构的位移计算，超静定结构计算的校核，对称结构的计算。

重点：力法的基本思路,解题方法及步骤。

难点：力法的基本概念的理解。

第一节超静定结构的组成和超静定次数（1 学时）

第二节力法的基本概念（1 学时）

第三节超静定刚架和排架计算（2 学时）

第四节超静定桁架和组合结构（2 学时）

第五节对称结构的计算（2 学时）

第六节超静定拱的计算（0.3 学时）

第七节支座移动和温度改变时的计算（0.7 学时）

第八节超静定结构的位移计算（0.5 学时）

第九节，超静定结构计算的校核（0.5 学时）

第八章位移法（12学时）

基本要求：位移法的基本概念，等截面杆件的刚度方程，无侧移刚架的计算，有侧移刚架的计算，对称结构的计算，位移法的基本体系。

重点：位移法的基本概念，解题方法及步骤。

难点：位移法的基本概念的理解，基本未知量的确定。

第一节位移法的基本概念（0.8 学时）

第二节等截面杆件的刚度方程（1.7 学时）

第三节无侧移刚架的计算（1.5 学时）

第四节有侧移刚架的计算（4 学时）

第五节位移法的基本体系（2 学时）

第六节对称结构的计算（2 学时）

第九章渐近法（6学时）

基本要求：力矩分配法的基本概念，多结点的力矩分配，对称结构的计算，力矩分配法与位移法的联合应用。

重点：力矩分配法的基本概念，解题方法及步骤。

难点：力矩分配法的基本概念的理解。

第一节力矩分配法的基本概念（2 学时）

第二节多结点的力矩分配（2 学时）

第三节对称结构的计算（1 学时）

第四节力矩分配法与位移法的联合应用（1 学时）

第十章矩阵位移法（11学时）

基本要求：矩阵位移法概述，单元刚度矩阵，连续梁的整体刚度矩阵、刚架的整体刚度矩阵，等效节点荷载、计算步骤及算例，连续梁和刚架的计算程序和操作。

重点：单元刚度矩阵、整体刚度矩阵、等效节点荷载集成及计算步骤。

难点：整体刚度矩阵、等效节点荷载集成。

第一节矩阵位移法概述（0.5 学时）

第二节单元刚度矩阵（1.5 学时）

第三节连续梁的整体刚度矩阵（2 学时）

第四节刚架的整体刚度矩阵（2 学时）

第五节等效节点荷载（1 学时）

第五节计算步骤及算例（2 学时）

第五节连续梁和刚架的计算程序和操作（2 学时）

第十一章.超静定结构总论（4学时）

基本要求：基本解法的分类超静定结构和比较，基本解法的推广和联合应用，超静定结构的特征，关于计算简图的补充讨论。

重点：基本解法的分类超静定结构和比较，超静定结构的特征。

难点：基本解法的分类超静定结构和比较。

第一节超静定结构基本解法的分类和合理选用（1 学时）

第二节基本解法的推广和联合应用（1 学时）

第三节超静定结构的特征（1 学时）

第四节关于计算简图的补充讨论（1 学时）

五、教材及主要参考书

这里列出一些结构力学教学用书和专题参考书，供读者参考和选读。学术论文均未列入。书目按早期、近期和专题三部分排列。早期教材在我国教育历史上起过重要作用，许多地方还有参考价值。

1.早期教材

[1]蔡方荫,《普通结构学》，国立编译馆，商务印书馆，1946。这是我国第一本关于静定结构力学的中文教材，是作者在清华大学、西南联大、南昌大学教学经验的结晶，计算方法汇集甚广，为本书的主要特色。

[2]王达时，《高等结构学》，正中书局，1942。这是我国第一本关于超静定结构力学的中文教材。

[3]金涛，《超定结构解法》，著者自印自发行，1947。

[4]钱令希，《超静定结构力学》，中国科学图书仪器公司，1951；科技卫生出版社，1958新一版。思路清晰、简洁而具有启发性，是一本有特色的教材。

[5]钱令希，《静定结构学》，中国科学图书仪器公司，1952。

[6]金宝桢，《超静定结构学》，龙门联合书局，1951。

[7]蔡方荫，《变截面刚构分析》，中国科学图书仪器公司，1954。

[8]蔡方荫《变截面刚构分析续编》，科学出版社，1956。

[9]俞忽，《静不定结构》，高等教育出版社，1954。

[10]金宝桢、杨式德、牛宝华编，金宝桢主编，《结构力学》，高等教育出版社，第一版，1958；第二版，1964。这是一本内容丰富，取材得当，说理透彻，文字简洁，在五、六十年代流传较广，影响较大的教材。

[11]杨耀乾，《结构力学》，人民教育出版社，1958。

[12]中南土木建筑学院结构理论教研组，《结构力学》，高等教育出版社，第一版，1958；湖南大学结构力学教研室，第二版，1965。

[13]武汉水利电力学院建筑力学教研组，《结构力学》，水利电力出版社，1960。

[14] 钟朋主编，《结构力学习题集》，高等教育出版社，1965 。

[15] 龙驭球，包世华，《结构力学》上册，高等教育出版社，1966 。

[16] 清华大学建筑工程系（杨式德，龙驭球，包世华），《结构力学》，中国建筑工业出版社，1974 。

[17] Раσинович ，И.M.,K ypc cTроuTenbно ǚ мeханuкu cTeржнeвыx сuc Teм , 清华大学结构力学及钢木结构教研室译，高等教育出版社，1954 。

[18] Раσинович ，И.M., СTроuTenbная мeханuкa cTeржнeвыx сuc Teм ，同济大学结构力学教研室译, 高等教育出版社,1958 。

[19] Π роко φ e в , И . Π ., Τ еο р u я соору ж e н u ǚ , 唐山铁道学院陈英俊等译, 商务印书馆,1953; 高等教育出版社,1954 。

[20]Жemoч кин ,В . Н .,Пащeвсκ ий , Д.П., С т а т u ка соору ж e н u ǚ , 大连工学院土木系结构教研室译, 龙门联合民局,1953 。

[21] Дарков ，А.B. ，Kyзнецов ，B. И ., С т а т u ка соорyжeнu? ( 第四版) ，愈忽译，人民铁道出版社，1955 。СtроuTenbная мeханuкa ( 第五版), 愈忽译, 高等教育出版社,1958 。

[22] Τ?mоshenko ? S.P. ?Yоung ? D.H. ?Theory of Structures ? McGraw-Hill ? 1965 。

[23] Wilbur ? J.B. ? Norris ? C.H. ?Elementary Structural Analysis ? McGraw-Hill ? 1960 。

2 ．近期教材

[24] 湖南大学、天津大学、合肥工业大学合编，杨天祥主编，《结构力学》，高等教育出版社，（第一版）1979 ；（第二版，杨天祥主编）1986 。此书为土建类专业编写。

[25] 清华大学结构力学教研组编，龙驭球，包世华主编，《结构力学》，高等教育出版社，1979 。此书为五年制教材。

[26] 湖南大学、西南交通大学、长沙铁道学院合编，李廉锟主编，《结构力学》，高等教育出版社，（第一版）1979 ，（第二版李廉锟主编）1983 。此书为道桥类专业编写。

[27] 大连工学院、天津大学编，《结构力学》，高等教育出版社，1980 。此书为水利类专业编写。

[28] 华东水利学院结构力学教研组编，《结构力学》，水利电力出版社，1981 。此书为力学及水利类专业编写。

[29] 武汉水利电力学院建筑力学教研室编，粟一凡主编，《建筑力学》，高等教育出版社，1979 。此书包括材料力学和结构力学，为水利类专业编写。

[30] 华南工学院编，《建筑力学》，高等教育出版社，1978 。此书包括理论力学、材料力学、结构力学内容。

[31] 湖南大学、哈尔滨建筑工程学院合编，《建筑力学》，高等教育出版社，1979 。此书包括理论力学、材料力学、结构力学内容，按三个分册出版，为建筑学等少学时专业编写。

[32] 张崇文，曾思庄，《结构力学》，高等教育出版社，1985 。此书为建筑学、给排水专业编写。

[33] 湖南大学结构力学教研室编，杨茀康、李家宝主编，高等教育出版社，1983 。此书为[12] 的第三版。

[34] 金宝桢（主编）、杨式德、朱宝华合编，朱宝华主订，《结构力学》，高等教育出版社，1986 。此书为[10] 的第三版。

[35] 杨耀乾、唐昌荣编，《结构力学》，高等教育出版社，1987 。此书为[11] 的第三版[36] Ghali ? A. ? Neville ? A.M. ? Cheung ? Y.K. ?Structural Analysis , i nternational Text-book Company,1972, 胡人礼译，1978 ，人民铁道出版社。

[37]Hall,A.,Kabaila,A.P., Basic Concepts of Structural Analysis , Pitman Publishing Limited,1977 。赵超燮等译，中国建筑工业出版社，1981 。

[38]Wang,C.K., Intermediate Structural Analysis , McGraw-Hill, 1983 。

3 ．专题参考书

（1 ）结构矩阵分析

[39] 龙驭球，《有限元法概论》，高等教育出版社，1978 。前四章为结构矩阵分析内容。

[40] 赵超燮，《结构矩阵分析》，高等教育出版社，1982 。

[41] 匡文起等，《结构分析实用程序》，人民交通出版社，1987 。

[42] Wang,C.K., Comptuter Methods in Advanced Strutural Analysis ,Intext Educational Publishers,1973. 赵超燮、寿楠椿译，科学出版社，1983 。

[43] McGuire, W.,Gallagher,R.H., Matrix Structural Analysis , John Wiley & Sons, 1979 。

[44] Przcmieniecki,J.S., Theory of Matrix Structural Analysis , McGraw-Hill,1968. 王德荣等译校，国防工业出版社，1974 。

（2 ）能量变分原理

[45] 胡海昌，《弹性力学的变分原理及其应用》，科学出版社，1981 。

[46] 钱伟长，《变分法与有限元》，科学出版社，1980 。

[47] Argyris, J.H., Energy Theorems and Structural Analysis , Butterworths,1960. 邵成勋译，科学出版社，1978 。

[48] Tauchert, T.R., Energy Principles in Structural Mechanics , McGraw-Hill, 1974 。

（3 ）结构动力计算

[49] 王光远，《建筑结构的振动》，科学出版社， 1978 。

[50]Biggs, J.M., Introduction to Structural Dynamics , McGraw-Hill,1964 。姚玲森、程翔云译，人民交通出版社， 1982 。

[51] Timcshenko, S.P., Vibration Problems in Engineering , D. Van Nostrand Company, 1955 。

[52]Clough, R.W., Penzien, J., Dynamics of Structures , McGraw-Hill,1975 。王光远等译，科学出版社， 1981 。

[53]Craig, R.R., Structural Dynamics , John Wiley & Sons,1981 。

（ 4 ）结构稳定计算

[54] 周承倜，《弹性稳定理论》，四川人民出版社， 1981 。

[55]Bleich, F. , Buckling Strength of Metal Structures , McGraw-Hill,1952 。

[56]Timoshenko,S.P., Gere, J., Theory of Elastic stabitity , McGraw-Hill,1961 。

[57] Boльмир ? Α.C. ? YcTоǔлuвосTb ynpyeux cucTeм ? M. ? Фиаматриа ? 1963 。

(5) 结构塑性分析和极限荷载

[58] 徐秉业、刘信声，《结构塑性极限分析》，中国建筑工业出版社， 1985 。

[59] Neal, B.G., The Plastic Methods of Structural Analysis ,Chapman and Hall, 1970 。

[60] Horne ,M.R., Plastic Theory of Structures , Thomas Nelson and Sons 1971 。

（ 6 ）弹性地基梁

[61] 徐芝纶，《弹性理论》，人民教育出版社， 1960 。

[62] 龙驭球，《弹性地基梁的计算》，高等教育出版社， 1981 。

（ 7 ）高层建筑结构

[63] 包世华，方鄂华主编，《高层建筑结构设计》，清华大学出版社， 1985 。

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