1 课程的基本描述
课程名称 | 结构力学A（上） | Structure Mechanics A (1) | ||
课程编号 | ||||
课程性质 | 基础专业核心课 | 适用专业 | 土木工程 | |
参考教材 | 理论 | 结构力学（第三版），王焕定等编著，高等教育出版社，2010年 | ||
实验 | 无 | |||
总 学 时 | 64 | 理论学时 | 47 | |
实验或上机学时 | 0 | 习题课或讨论课学时 | 17 | |
学 分 | 4.0学分 | 开课学期： | 第5学期 | |
前导课程 | 数学分析，理论力学、材料力学 | |||
后续课程 | 结构力学A下 | |||
中文描述
结构力学是土木工程专业的一门重要基础专业核心课。本课程研究杆件结构的组成规律、计算原理和计算方法。为学生学习结构力学A下和有关专业课程，以及进行结构设计和科学研究打好静力学基础，培养结构静力分析的能力。通过本课程的学习，使得学生具备对常见杆系结构进行性能评述、特征分类、力学建模、模型分析的能力，并能对复杂土木工程杆系结构进行简化和化归。
Courses Description
Structural mechanics is an important basic course for civil engineering. This course studies the composition law, calculation principle and calculation method of bar structure. This course lays a good foundation for students to learn structural mechanics B and related courses, as well as structural design and scientific research. This course enables students to have the ability to comment on the performance, classify the characteristics, build mechanical models and analyze the models of common bar structures, and to simplify the complex bar structures in civil engineering.
2 教学定位
2.1 课程教学目标
本课程着重培养学生运用结构力学基本概念、基本原则、基本思路和基本方法描述、分析土木工程常见结构力学模型的能力，并培养学生归纳和评价常见结构力学特征、性能的能力。在学习本课程后，使学生初步具备对复杂工程结构问题进行力学建模能力，并能对该工程结构问题甄别力学影响因素。
课程教学目标包括：
课程目标1：判断、评述土木工程常见杆系结构的基本受力特征和力学性能。(2.1)
常见杆系结构包括：简支梁结构、多跨梁、连续梁结构、桁架结构、刚架结构、组合结构、拱结构、高层框架结构。
课程目标2：能对常见杆系结构能依据结构力学特征进行分类。(2.2)
结构力学分类和描述包括：结构或机构的分类；静定或超静定的分类；对称性分类；分析方法分类；变形特征的分类等。
课程目标3：针对杆系结构承受常见外界作用，能进行结构力学建模，并对抽象模型进行反力、内力、位移的求解。(1.2)
常见受力问题包括：外力、支座位移、温度变化。
课程目标4：针对较陌生的结构力学问题，能进行调查分析和文献研究，了解国内外研究现状及不足，并总结该问题的分析原理、解决步骤、方法适用条件、优缺点等。(4.1)
课程目标5：能将复杂土木工程杆系结构简化为常见杆系结构、或分解为常见杆系结构的联合，并能甄别该复杂结构的力学影响因素。(4.2)
2.2 课程目标与毕业要求的对应关系
课程目标与毕业要求对应关系表
毕业要求 | 毕业要求指标点 | 课程目标 | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
1. 工程知识 | 1.2掌握土木工程基础知识和专业知识，能建立合适的数学模型或力学模型并求解，用于推演、分析专业工程问题。 | √ | ||||
2. 问题分析 | 2.1能应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别和判断土木复杂工程问题的性质、种类、特征及工程重难点。 | √ | ||||
2.2能够基于土木工程相关科学原理、数学模型或力学模型，用专业语言合理表达土木复杂工程问题。 | √ | |||||
4. 研究 | 4.1能够针对土木复杂工程问题，进行调查分析和文献研究，了解国内外研究现状及不足，依据土木工程科学原理，确定研究目标、研究内容和研究方法。 | √ | ||||
4.2能够运用数学、自然科学以及土木工程科学原理，确定复杂土木工程的分析模型、影响因素并设计测试方案。 | √ | |||||
3 “立德树人”主要育人内涵
本课程作为力学基础课，课程内容蕴含了如下马克思主义哲学观点和人文内涵：
（1）让学生体验马克思主义哲学中关于系统与要素的关系、结构与功能的关系、本质与现象的关系等联系和发展的基本环节观点。结构力学研究内容主要从单根杆件（要素）上升为杆件组成的结构（系统），既研究简单结构（要素）又组合结构（系统）；研究结构的组成对功能的影响；研究结构响应更从结构内在特征出发揭示响应的必然和特点。故能相对具象的解释马克思主义哲学的一些观点。
（2）让学生体验马克思主义的真理观。结构力学模型是现实土木工程结构的抽象，其分析是相对的精确。如何去认识结果的精准性，这对培养学生形成正确的真理观有一定的作用。
（3）榜样的力量。向学生介绍诸多方法的发明人的人生轨迹，以榜样的力量激励学生。
（4）力学之美。力学是抽象科学，是人类生产实践活动的数学抽象表达，是自洽的科学。正确的科学的力学表达必定是简约优美确能准确的表达生产实践内涵的，这对培养学生欣赏科技的美有一定作用。
4 知识点与学时分配
课程知识点与学时分配表
掌握程度 | 知识点 | 支撑毕业要求指标点 | 重要程度 | 学时 | ||
课堂 | 习题课或课堂讨论 | |||||
绪论 | 了解 | 结构力学的研究对象和研究内容。 | 可选 | 2 | 0 | |
理解 | 结构力学计算简图的简化原则；杆件的简化方法；位移约束的简化方法；荷载的简化方法。 | 1.2 | 核心 | |||
运用 | 能将简支桥梁、多跨桥梁、连续桥梁、桁架桥、高层框架建筑简化为计算简图。 | 1.2 | 核心 | |||
杆件结构的组成分析 | 了解 | 常变体系和瞬变体系的判别；含有无穷远虚铰的体系判别；零载法；速度图法；体系组成的计算机分析方法。 | 2.2；4.1 | 可选 | 2 | 2 |
理解 | 约束、多余约束、必要约束、刚片、自由度、计算自由度、几何不变体系、几何可变体系、常变体系、瞬变体系等概念。 | 2.2 | 核心 | |||
运用 | 能计算常见体系的计算自由度；能根据无多余约束几何不变体系的组成规律对常见体系进行结合组成分析、判定可变性；能分析常见不可变体系的超静定次数和甄别多余约束。 | 2.2；4.2 | 核心 | |||
静定结构受力分析 | 了解 | 土压力作用拱的合理拱轴线；复杂桁架内力计算方法；梁和刚架的荷载识别。 | 2.1；4.1 | 可选 | 13 | 2 |
理解 | 结构力学内力图的基本规定；结构受力分析的基本原则、基本思路和基本方法等“三基”；平面静定桁架、三铰拱、多跨静定梁、静定刚架、静定组合结构的部件构成、受力特点、各自分类；静定结构的性质。 | 2.1 | 核心 | |||
运用 | 能够快速判定桁架零杆；能求解桁架指定杆内力；能用代梁求解静定拱反力和内力；能分析简单荷载对应拱合理轴线；能快速画出静定梁、刚架的弯矩图；能画出静定梁、刚架、组合结构的轴力图和剪力图。能依据指定的建设条件和受力要求选择合理的静定结构类型。 | 1.2 | 核心 | |||
静定结构的位移计算 | 了解 | 虚位移、虚力、虚功的概念；变形体虚功原理；单位荷载法和单位位移法；制作误差引起的结构位移计算；拱的位移计算。 | 1.2 | 推荐 | 6 | 3 |
理解 | 广义力、广义位移的概念；线弹性体系的互等定理。 | 2.1 | 核心 | |||
运用 | 能用图乘法计算外力引起的结构位移；能套用公式计算温度变化和支座移动引起的结构位移。能依据指定的建设条件和变形要求选择合理的静定结构类型。 | 1.2 | 核心 | |||
力法 | 了解 | 力法解超静定结构时计算结果的校核； | 1.2 | 推荐 | 8 | 2 |
理解 | 力法基本原理；力法基本体系、基本未知量、典型方程的概念；超静定结构的受力特点。 | 2.1；2.2 | 核心 | |||
运用 | 能运用力法求解简单超静定结构的内力；能计算简单超静定结构的位移；能对简单问题进行无弯状态的判定；能把对称结构问题简化为半结构问题。能将复杂的组合结构拆分为常见的简单结构。 | 1.2；4.2 | 核心 | |||
位移法 | 了解 | 位移法解超静定结构时计算结果的校核；位移法求解有牵连位移结构；解温度变化作用超静定结构。 | 1.2 | 推荐 | 10 | 6 |
理解 | 位移法的基本原理；位移法基本体系、基本未知量、典型方程的概念；位移法和力法的区别与联系。 | 2.1；2.2 | 核心 | |||
运用 | 能运用位移法求解外力和支座移动作用下的超静定结构内力；能运用剪力分配法求解剪切框架承受水平荷载时的弯矩；能运用力矩分配法求解无线位移结构的弯矩；能针对超静定结构的特征选择合理的分析方法；能将复杂结构合理的简化为简单结构，并评价该简化手段带来的有利和不利后果。 | 1.2；4.1；4.2 | 核心 | |||
移动荷载作用下的结构分析 | 了解 | 结构内力包络图的绘制； | 1.2 | 可选 | 6 | 2 |
理解 | 移动荷载和影响线的概念；结点传荷概念； | 2.1 | 核心 | |||
运用 | 能运用静力法绘制静定梁、刚架、平面桁架的影响线；能运用机构法绘制多跨静定梁的影响线；能运用机构法勾勒连续梁的影响线形状；能利用影响线求简单荷载的最不利位置。 | 1.2 | 推荐 | |||
备注：了解：能记住学习过的内容。
理解：能领会课程内容的含义，掌握知识的内涵。
运用：能在新的具体情况下应用所学知识解决问题。
5 案例设计
5.1 案例1
参照卢浦大桥、武汉长江大桥工程实例设计一个耗时1学时的讨论案例。卢浦大桥为钢拱桥、武汉长江大桥为钢桁架桥。教学案例设计：
1、教师事先简单展示两座大桥的工程信息，要求学生课下搜集两座大桥的以下资料：工程地质桥涵水文、桥梁结构方案、基础方案、支座方案。
2、课上学生讨论：为什么卢浦大桥选择了拱桥结构而武汉长江大桥选择了桁架桥梁？需要至少各自给出3条理由。（目标1、2）
3、课上学生讨论：如果分别把卢浦大桥和武汉长江大桥改为简支梁桥，有什么好处和弊端？（目标1、2）
4、完成大作业5。
5.2 案例2
参照金门大桥工程实例设计一个耗时4学时的分析案例。金门大桥为一悬索桥，是典型的复杂土木工程，主要由刚架主塔、桁架主梁（加劲梁）、主缆和吊杆、锚箱组成。教学案例设计：
1、教师展示工程所在海峡的自然特征，由学生讨论这些自然特征对桥梁的不利之处和桥梁所受的主要荷载、如何简化荷载；（目标2）
2、教师讲述金门大桥的主要构成部件和相应的工程信息；
3、讨论金门大桥可以分解为那些常见简单结构的组成；分别简化为怎样的计算简图。（目标4）
4、教师布置课堂练习，分析桁架主梁指定杆的内力（学生可以只练习分析思路，不必算出具体数值）；讨论对比单跨梁、连续梁和悬索桥主梁的受力特征，讨论采用悬索体系的优点；（目标1、2）
5、教师讲述主缆的分析方法。因为主缆属于柔性结构，属于超纲内容，可以简单讲述分析原理，重点讲述主缆等柔性结构的受力特征；（目标1、2）
6、教师布置课堂练习，分析刚架主塔的内力。
练习一：学生重点练习原计算简图（高次超静定）的分析思路，原计算简图的进一步简化（低次超静定）并计算结果。由教师给出原计算简图的分析结果，由学生与进一步简化图的结果进行对比。讨论进一步简化后的不同之处和原因，并评述进一步简化带来的有利和不利之处；（目标4、2）
练习二：由学生提出原刚架主塔的替代结构方案，并评述替代方案的优缺点。（目标4、1、2）
7、完成大作业6。
6 讲授提示及方法
6.1 绪论
重点：杆件结构的分类、荷载的分类、约束的分类。
难点：结构的计算简图、约束的理解。
讲授提示与方法：讲述结构力学的研究对象和研究内容、结构力学计算简图的简化原则；杆件的简化方法；位移约束的简化方法；荷载的简化方法；举例详述连续梁桥计算简图的形成过程，由学生练习多跨梁桥、桁架桥、高层框架建筑的计算简图形成。
6.2杆件结构的组成分析
重点：约束、多余约束、必要约束、刚片、自由度、计算自由度、几何不变体系、几何可变体系、常变体系、瞬变体系等概念；无多余约束几何不变体系的组成规律。
难点：根据无多余约束几何不变体系的组成规律对常见体系进行结合组成分析、判定可变性。
讲授提示与方法：讲述约束、多余约束、必要约束、刚片、自由度、计算自由度、几何不变体系、几何可变体系、常变体系、瞬变体系等概念。举例讲解计算自由度的算法；举例讲解常见体系的几何组成分析；安排2学时习题课专门讨论练习几何组成分析和多余约束甄别。
6.3 静定结构受力分析
重点：结构受力分析基本原则、基本思路和基本方法；各类静定结构的受力特点和受力分析方法；静定结构的性质。
难点：快速画静定梁和刚架的弯矩图；
讲授提示与方法： 举例讲述“三基”；讲述结构力学内力图的基本规定，各类结构的受力特点；举例讲解各类结构的内力分析方法。安排2学时习题课练习静定结构内力图。
6.4 静定结构的位移计算
重点：图乘法计算外力引起的结构位移；计算温度变化和支座移动引起的结构位移。
难点：虚功原理；虚功原理推导位移计算一般式的过程；
讲授提示与方法：讲述虚位移、虚力、虚功的概念；变形体虚功原理；单位荷载法和单位位移法广义力、广义位移的概念；线弹性体系的互等定理；举例讲述图乘法计算外力引起的结构位移，公式法计算温度变化和支座移动引起的结构位移。安排2学时习题课练习图乘法求位移。结合案例1，大作业5，安排1学时讨论课讨论卢浦大桥、武汉长江大桥的结构形式以及在评述为什么选择现在的结构方案。
6.5 力法
重点：力法基本原理。
难点：超静定结构力法简化。
讲授提示与方法：讲述力法基本原理，力法基本体系、基本未知量、典型方程的概念；超静定结构的受力特点。举例详述力法解超静定结构内力和位移的过程，无弯矩状态的判定，取半结构的过程。安排2学时习题课练习力法。
6.6 位移法
重点：位移法基本原理。
难点：位移法求解有牵连位移结构
讲授提示与方法：讲述位移法的基本原理，位移法基本体系、基本未知量、典型方程的概念，位移法和力法的区别与联系。举例讲述位移法求解超静定结构。安排2学时习题课练习位移法。要求学生自学剪力分配法和力矩分配法（和学生明确期末考试必考这两项）。结合案例2、大作业6，安排4学时讨论课讨论金门大桥工程分析。
6.7 移动荷载作用下的结构分析
重点：静力法和机构法。
难点：简单荷载的最不利位置。
讲授提示与方法：讲述移动荷载和影响线的概念、结点传荷概念；举例详述静力法和机构法绘制影响线。举例讲述利用影响线求简单荷载的最不利位置。安排2学时习题课练习影响线的绘制。
7 作业设计
本课程作业分为大作业和小作业。
小作业均为教材习题，由于题量比较多，不便也不必在此处罗列。小作业都对应课程目标3（能力指标1.2）。小作业不计入课程成绩。
大作业安排如下表。
结构力学A大作业内容
序号 | 作业目的与要求 | 题型 | 题量 | 教学章节 | 对应的能力指标 |
1 | 零载法、速度图法、体系组成的计算机分析方法三种方法选择其一。自查文献资料自学方法，并撰写报告详述方法的原理、步骤、适用条件、优缺点和算例。 | 报告 | 1 | 2 | 4.1(100%) |
2 | 土压力作用拱的合理拱轴线，复杂桁架内力计算方法，梁和刚架的荷载识别三项内容选择其一。自查文献资料自学内容，并撰写报告详述分析原理、步骤、适用条件和算例。 | 报告 | 1 | 3 | 4.1(100%) |
3 | 自查文献资料自学剪力分配法，并撰写报告详述分析原理、步骤、适用条件、优缺点和算例。 | 报告 | 1 | 6 | 1.2(30%0) 4.1(70%) |
4 | 自查文献资料自学力矩分配法，并撰写报告详述分析原理、步骤、适用条件、优缺点和算例。 | 报告 | 1 | 6 | 1.2(40%) 4.1(60%) |
5 | 结合案例1撰写论文详述：1、卢浦大桥和武汉长江大桥选择现在结构方案的理由；2、将这两座桥梁结构形式改为简支梁桥的好处和弊端。 | 论文 | 1 | 3,4 | 2.1(25%) 2.2(25%) 4.2(50%) |
6 | 结合案例2撰写论文详述：1、结合金门大桥主梁实例，进行简单的计算，论述对比单跨梁、连续梁、悬索桥桁架梁的受力特征，并列举理由说明采用悬索体系的优点；2、结合金门大桥主塔实例，进行计算对比，讨论高次超静定简图与低次超静定简图计算结果的差别和原因，评述进一步简化模型带来的有利和不利之处；3、提出金门大桥主塔的替代结构方案，评述替代方案的优缺点。 | 论文 | 1 | 5,6 | 2.1(25%) 2.2(25%) 4.2(50%) |
结构力学A大作业对应的能力指标比例统计
课程 目标 | 能力 指标 | 1（10分） | 2（10分） | 3（10分） | 4（10分） | 5（30分） | 6（30分） | 能力指标总比例 |
3 | 1.2 | 0 | 0 | 30% | 30% | 0 | 0 | 6% |
2 | 2.1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 25% | 25% | 15% |
1 | 2.2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 25% | 25% | 15% |
4 | 4.1 | 100% | 100% | 70% | 70% | 0 | 0 | 34% |
5 | 4.2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 50% | 50% | 30% |
8 考核与成绩评定
8.1 考核方式及成绩评定
期末考试成绩所占总成绩比例为60%。平时成绩占40%，其中大作业1-4各占总成绩4%，大作业5-6各占总成绩12%。
不同教师讲授的同一门课须采用统一考核方式。
8.2 考核评价的标准
课程考核包括平时成绩和期末考试成绩，成绩比例及考核细则见下表。
成绩构成及比例 | 考核环节 | 目标分值 | 考核细则 | 课程 目标 |
平时成绩占总评成绩的比例为40% | 大作业 | 100 | 大作业1-4各10分，大作业5-6各30分。各项按等级分单独计分，累计为平时成绩分；课程目标1、2、3、4、5的内容分别占15%，15%，6%，34%，30% | 1,2,3,4,5 |
期末考试占总评成绩的比例为60% | 闭卷考试 | 100 | 考试内容必须覆盖支撑毕业要求指标点的授课内容，课程目标1、2、3、4、5的内容分别占10%，20%，48%, 12%, 10% | 1,2,3,4,5 |
大作业1-4评价标准
占比(%) | 优秀10 | 良好8 | 中等7 | 及格6 | 不及格4 | |
原理表述科学完整 | 20 | 原理表述科学精炼，结合课程前后内容进行讨论 | 原理表述正确但用词稍欠严谨 | 原理表述有1~2处谬误 | 原理表述有3~4处谬误 | 原理表述有4处以上谬误。或缺少本项内容 |
步骤归纳科学完整 | 20 | 关键步骤归纳科学精炼，有结合课程前后内容进行讨论对比 | 步骤归纳正确完整但用词稍欠严谨 | 步骤归纳啰嗦但关键步骤完整或遗漏1处关键步骤 | 关键步骤归纳遗漏2处 | 关键步骤归纳遗漏3处。或缺少本项内容 |
适用条件归纳科学完整 | 20 | 条件归纳科学精炼，有结合课程前后内容进行讨论对比 | 条件归纳正确完整但用词稍欠严谨 | 条件归纳啰嗦但完整 | 条件归纳有1缺项 | 条件归纳有多项欠缺；或缺少本项内容 |
优缺点 | 20 | 优缺点归纳科学精炼，有结合课程前后内容进行讨论对比 | 优缺点归纳正确完整但用词稍欠严谨 | 优缺点归纳啰嗦但完整 | 优缺点归纳有1缺项 | 优缺点归纳有多项欠缺。或缺少本项内容 |
算例 | 20 | 算例分析正确、文字简练，结合原理、适用条件和优缺点三项进行讨论 | 算例分析正确，文字稍欠简练，仅结合原理、适用条件和优缺点之二项进行讨论 | 算例分析正确，文字啰嗦未进行讨论 | 算例分析有个别谬误，文字啰嗦未进行讨论 | 算例分析有较大错误，文字啰嗦，未进行讨论。或缺少算例内容 |
大作业5-6评价标准
占比(%) | 优秀30 | 良好25 | 中等20 | 及格15 | 不及格10 | |
论题完成情况 | 50 | 论题完整无缺项，且各项论题内的讨论内容完整无缺项 | 论题完整无缺项，但各项论题内的讨论内容有1项缺失 | 论题完整无缺项，但各项论题内的讨论内容有2项及以缺失 | 论题有1项缺失。或各项论题内的讨论内容有3项及以上缺失 | 论题有1项以上缺失。或各项论题内的讨论内容有4项及以上缺失 |
论点 | 20 | 论点正确精准且表述科学 | 论点正确精准，表述稍欠严谨 | 论点正确，但不精准 | 论点有个别谬误之处 | 无论点 |
论据 | 30 | 论据详实，直接支撑论点，表述科学 | 论据详实，直接支撑论点，但表述稍欠严谨 | 论据丰富，但间接支撑论点 | 论据较少，但仍直接或间接支撑论点 | 无论据或论据不支撑论点 |
8.3 课程目标达成评价
课程目标 | 支撑环节 | 目标分值 | 学生平均得分 | 课程评价值 |
课程目标1 | 作业或课堂讨论等 | 15 | A1 | 40%.A1+60%.B1 40%.15+60%.10 |
考试 | 10 | B1 | ||
课程目标2 | 作业或课堂讨论等 | 15 | A2 | 40%.A2+60%.B2 40%.15+60%.20 |
考试 | 20 | B2 | ||
课程目标3 | 作业或课堂讨论等 | 6 | A3 | 40%.A3+60%.B3 40%.6+60%.48 |
考试 | 48 | B3 | ||
课程目标4 | 作业或课堂讨论等 | 34 | A4 | 40%.A4+60%.B4 40%.34+60%.12 |
考试 | 12 | B4 | ||
课程目标5 | 作业或课堂讨论等 | 30 | A5 | 40%.A5+60%.B5 40%.30+60%.10 |
考试 | 10 | B5 |
标签： 结构力学
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