建筑工程力学课程学习指导书.doc

郑州大学当代远程教诲建筑力学课程学习指引书宁永胜 编 课程内容与基本规定建筑力学重要涉及静力学基本，平面任意力系简化与平衡，平面体系几何构成分析，各类基本构件强度、刚度及稳定性问题，静定构造内力计算和位移计算，超静定构造内力计算等内容。通过本课程学习，规定学生熟悉各类惯用杆类构件受力特性，可以运用建筑力学基本原理和办法，解决实际建筑工程中某些杆件构造构件强度、刚度和稳定性设计问题等，并为后续构造类专业课程打下坚实力学知识基本。 课程学习进度与指引章节课程内容建议学时学习指引模块一导学、静力学基本及平面任意力系平衡6学时以课件学习为主，重点掌握静力学基本公理及平面任意力系平衡计算模块二平面体系几何构成分析2学时以课件学习为主，重点掌握无多余约束几何不变体系构成规则并可以运用这些规则进行体系几何构成分析。模块三各类基本构件强度、刚度和稳定性问题6学时以课件学习为主，重点掌握拉压杆应力、变形及强度计算和平面弯曲杆件应力及强度计算。模块四静定构造内力、位移计算*9学时以课件学习为主，重点掌握静定梁、静定刚架内力图绘制、静定桁架内力计算和静定构造位移计算。模块五超静定构造内力计算*8学时以课件学习为主，重点掌握超静定梁和刚架内力计算力法、位移法和力矩分派法。 模块一 静力学基本及平面任意力系平衡一、学习目的：理解建筑力学研究对象与任务；掌握刚体、力、平衡、力矩、力偶、约束等基本概念；纯熟掌握静力学四个基本公理及其两个推论；理解工程中常用约束类型，并掌握各类约束约束特点及其约束力；纯熟掌握平面任意力系简化及平衡计算。 二、学习内容：建筑力学研究对象与任务；刚体、弹性体及其基本假定；力、力矩、力偶及其性质；约束与约束反力；受力分析与受力图；平面任意力系简化；平面任意力系平衡条件及平衡计算。 三、本章重点、难点：静力学四个基本公理及其推论；平面任意力系简化与平衡计算。四、建议学习方略：听视频课件、做在线测试、讨论交流等。模块二 平面体系几何构成分析一、学习目的：领略几何不变体系、几何可变体系、瞬变体系和刚片、约束、自由度等基本概念；纯熟掌握无多余约束几何不变体系构成规则及体系几何构成分析办法；理解构造几何特性与静力特性关系。二、学习内容：几何构成分析基本概念；无多余约束几何不变体系构成规则；体系几何构成分析办法及示例；构造几何特性与静力特性关系。 三、本章重点、难点：运用无多余约束几何不变体系构成规则进行体系几何构成分析办法。四、建议学习方略：听视频课件、做在线测试、讨论交流等。模块三 各类基本构件强度、刚度及稳定性设计一、学习目的：理解杆件变形基本形式；掌握拉压杆和平面弯曲杆件横截面上内力、应力计算；掌握拉压杆件应变和变形；纯熟掌握拉压杆与平面弯曲杆件强度设计；理解轴压杆稳定性设计。 二、学习内容：杆件变形基本形式，杆件内力与应力概念；拉压杆内力、应力及其强度计算；拉压杆应变与变形，轴压杆稳定性；截面几何性质；平面弯曲杆件内力、应力及其强度条件。 三、本章重点、难点：拉压杆应力和变形计算及其强度计算；平面弯曲杆件应力及其强度计算。四、建议学习方略：听视频课件、做在线测试、讨论交流等。模块四 静定构造内力、位移计算一、学习目的：掌握静定梁、静定平面刚架、静定平面桁架等内力计算，纯熟掌握静定梁和静定刚架内力图绘制各种办法和技巧；掌握静定构造特性；领略变形体系虚功原理；掌握构造位移计算普通公式及荷载作用引起位移计算；纯熟掌握图乘法计算位移。二、学习内容：单跨静定梁、多跨静定梁、静定平面刚架、静定平面桁架内力计算及内力图绘制，静定构造特性；变形体系虚功原理，构造位移计算普通公式，荷载作用引起位移计算，图乘法计算位移。 三、本章重点、难点：静定梁与静定刚架内力计算及内力图绘制；静定平面桁架内力计算，图乘法计算静定构造由荷载引起位移。四、建议学习方略：听视频课件、做在线测试、讨论交流等。模块五 超静定构造内力计算一、学习目的：掌握超静定构造概念及超静定次数拟定；掌握等截面直杆形常数和载常数；掌握力法、位移法、力矩分派法基本概念；纯熟掌握超静定梁和刚架力法计算、无侧移构造位移法及力矩分派法计算，纯熟掌握运用对称性简化计算。二、学习内容：超静定构造概念及超静定次数拟定；力法基本概念，力法典型方程建立，力法计算超静定梁和刚架；运用对称性简化计算；等截面直杆形常数和载常数；位移法基本概念、位移法典型方程建立，位移法计算持续梁和无侧移刚架；力矩分派法基本概念和基本运算，力矩分派法计算持续梁。 三、本章重点、难点：力法计算超静定梁和刚架；位移法计算持续梁和无侧移刚架；力矩分派法计算持续梁；运用构造对称性简化计算。四、建议学习方略：听视频课件、做在线测试、讨论交流等。 课程习题一、单项选取题1、对于作用在刚体上力，哪一种不是其三要素？ （ ）A大小 B方向 C作用点 D作用线2、将一种合力分解为两个分力，其成果有几种？ （ ）A一种 B两个 C三个 D无数个3、约束力沿接触面公法线方向且指向被约束物体约束是 （ ）A柔索约束 B光滑面约束 C圆柱铰链约束 D辊轴支座约束4、在图示三铰刚架中，若不计各杆自重，则AC杆和BC杆 （ ）A都不是二力杆 B都是二力杆C只有AC杆是二力杆 D只有BC杆是二力杆5、某平面任意力系向O点简化，得到如图所示一种力和一种力偶矩为MO力偶，则该力系简化最后成果为 （ ）A合力偶 B作用在O点一种合力C作用在O点上边某点一种合力 D作用在O点下边某点一种合力OMO题一、6图F题一、5图ABC6、平面任意力系三个平衡方程形式不也许是 （ ）A三个投影方程 B两个投影方程和一种力矩方程C一种投影方程和两个力矩方程 D三个力矩方程7、平面内一种点有几种自由度？ （ ）A1个 B2个 C3个 D4个8、能作为建筑构造使用是什么体系？ （ ）A瞬变体系 B常变体系 C几何可变体系 D几何不变体系9、连接三个刚片复铰为几种约束？ （ ）A2个 B3个 C4个 D6个10、两刚片用三根延长线交于一点链杆相连构成 （ ）A无多余约束几何不变体系 B有一种多余约束几何不变体系C常变体系 D瞬变体系11、在几何不变体系上拆除二元体，得到新体系为 （ ）A几何不变体系 B无多余约束几何不变体系C瞬变体系 D常变体系 12、杆件在图示荷载作用下将发生哪种变形形式？ （ ）A轴向拉伸 B剪切 C扭转 D弯曲题一、12图FF13、若拉压杆横截面上正应力为，则其上发生最大切应力斜截面与横截面夹角及最大切应力值分别为 （ ）A30，/2 B45，/2 C0， D45，14、两根长度和横截面面积均相等不同材料杆件，若其材料弹性模量分别为E1和E2，且E1E2，它们在相似轴向拉力作用下，产生应力和轴向变形分别为1、l1和2、l2。下列关系对的是 （ ）A1= 2，l1 = l2 B12，l1l2C1 = 2，l1l2 D1=2，l1l215、截面对形心轴哪个几何量一定等于零？ （ ）A静矩 B惯性矩 C极惯性矩 D惯性积16、x1轴和x2轴互相平行，其中x1轴为图示矩形截面形心轴，则截面对这两轴惯性矩关系是 （ ）AIx1 = Ix2 BIx1Ix2 CIx1Ix2 D不拟定x1题一、16图x2MMFSFS题一、17图17、依照图示剪力和弯矩引起微段变形，可知其正负号是 （ ）A剪力和弯矩均为正 B剪力和弯矩均为负C剪力为正，弯矩为负 D剪力为负，弯矩为正 18、关于矩形截面梁横截面中性轴上应力，对的阐述是 （ ）A弯曲正应力最大，弯曲切应力等于零B弯曲正应力等于零，弯曲切应力最大C弯曲正应力和弯曲切应力都最大D弯曲正应力和弯曲切应力都等于零19、在集中力偶作用处，梁剪力图和弯矩图如何变化？ （ ）A剪力图发生突变，弯矩图发生转折 B剪力图发生突变，弯矩图不变C剪力图不变，弯矩图发生转折 D剪力图不变，弯矩图发生突变20、图示梁中C截面弯矩MC为 （ ）Aaaaa2aFP题一、21图A3 kNm (上拉) B2 kNm (下拉) C8 kNm (下拉) D14 kNm (下拉)题一、20图C4kN3kN/m6kNm4m4m2m21、图示多跨静定梁中A截面弯矩MA为 （ ）AFPa (上拉) BFPa (下拉) C2FPa (上拉) D2FPa (下拉)22、构造中AB杆弯矩图如图所示，其剪力图为 （ ）5kNA5kNB5kNC5kN5kND5kN题一、22图AB10kNm20kNm2m23、构造中AB杆段弯矩图形状如图所示，则其上荷载也许是 （ ）A中点有从来下集中力 B中点有从来上集中力C杆段上满布向下均布荷载 D杆段上满布向上均布荷载FPABC题一、24图题一、23图AB 24、图示多跨静定梁，荷载作用在基本某些AB上，附属某些BC上会产生 （ ）A反力 B内力 C位移 D变形25、截面法计算桁架内力时所取隔离体包括几种节点？ （ ）A单个 B至少两个 C最多两个 D任意个26、下列哪个节点上1杆不是零杆？ （ ）A12B1212C313D42bb 27、什么因素可以在静定构造中产生内力？ （ ）A荷载 B温度变化 C支座移动 DABC都对的 28、构造位移计算理论基本是 （ ）A平衡条件 B虚位移原理 C虚力原理 D胡克定律AFP=1CFP=1Dm=1FP=1BABC题一、29图29、如果规定图示刚架中C截面转角，虚拟力状态为 （ ）30、什么构造一定不能用图乘法计算位移 （ ）A简支曲梁 B多跨静定梁 C静定刚架 D超静定刚架31、力法基本未知量是 （ ）A支座反力 B多余未知力 C节点位移 D杆端弯矩32、力法方程实质是 （ ）A平衡条件 B位移条件 C物理条件 D虚功原理33、图示构造超静定次数为 （ ）EIEIEIC题一、34图qA2次 B3次 C4次 D6次题一、33图34、图示对称构造C截面上等于零量值是 （ ）A水平位移 B竖向位移 C弯矩 D轴力35、单跨超静定梁（等截面直杆）在什么因素作用下杆端力称为形常数？ （ ）A杆端位移 B单位杆端位移 C杆端内力 D杆上荷载 36、位移法基本构造是 （ ）A去掉多余约束后得到静定构造B去掉多余约束后得到单跨超静定梁组合体 C加入附加约束后得到静定构造D加入附加约束后得到单跨超静定梁组合体37、图示构造位移法方程中系数r11= （ ）A3i B6i C8i D10iiiiBACD题一、37图题一、38图BACD38、用力矩分派法计算图示构造时，已知力矩分派系数mAB=0.35，mAC=0.45，则mAD=（ ）A0.1 B 0.2 C0.55 D0.8 39、弯矩传递系数和下列什么因素关于？ （ ）A近端支承状况 B远端支承状况 C材料性质 D杆件线刚度40、图示杆件A端转动刚度SAB= （ ）ABi题一、40图 A4i B3iCi D0ABCDEFGH（b）二、分析题：对图示体系进行几何构成分析。ABCDEF（a）ABCDEF（d）ABCDEFGHJK（c）4kN/m4m4m4kNABC（b）三、作图题：试绘制图示刚架弯矩图。4m10kN/m10kNABC（a）4m6m4kN/m6kNABCD3m3m（d）ABCmDEaaa（c）四、计算题1、图示托架中，杆AB为圆截面杆，直径d=45mm，杆AC为No.10工字钢（截面面积A=14.3cm2）。两杆材料均为Q235钢，许用应力。试校核当FP=120kN时托架强度与否安全。6030FPCAB题四、2图2、图示构造AB、BC杆均为直径d=20mm圆截面直杆，材料许用应力，求此构造允许荷载。CBA30FP2m题四、1图3、矩形截面外伸梁如图所示。已知截面边长比b:h=1:2，材料许用正应力为，试依照弯曲正应力强度条件拟定梁截面尺寸bh（以mm为单位保存至整数）。 4、截面为No.20a工字钢外伸梁承受均布荷载如图所示。已知截面，材料许用应力，试依照弯曲正应力强度条件拟定允许均布荷载。ABD2m4mqzy题四、4图20kN8kNABD2m2m1mCbhzy题四、3图5、用力法解图示刚架，并画弯矩图，各杆EI=常数。6m6m20kN/m40kNACBD题四、5图l基本构造qABCl题四、6图6、用力法解图示刚架，并画弯矩图，各杆EI=常数。（建议采用图示基本构造）7、试用力法解图示对称刚架，并画弯矩图，各杆EI=常数。 8、试用力法计算图示对称刚架，并作出弯矩图，各杆EI=常数。（提示：先将荷载分解为对称荷载与反对称荷载，再分别计算）6m6mq=2kN/mq=2kN/mABCD题四、7图4m20kN4m4mABCD题四、8图9、试用位移法计算图示刚架，并画M图（各杆线刚度均为i）。6m4m6m3m22kN/miiiBACD题四、9图24kN/m16kN4m4m2m2mEI2EIEI2EIABCDE题四、10图10、试用位移法计算图示刚架，并作出M图。 11、试用位移法计算图示对称刚架，并画M图（各杆EI=常数）。6mq=14kN/m6m6mCBADEF题四、11图12、试用位移法计算图示刚架（运用对称性），并绘制弯矩图。(15分)4m2m3m3m2m20kN/mEI=常数10kN10kNABCDEF题四、12图13、试用力矩分派法计算图示持续梁，并绘制弯矩图。6m4m2m2mEI100kN40kN/m2EIEIABCD（a）8m8m24kN/m4m4m50kN2EIEI2EIABCD（b）20kN/m6m6m3m3m80kNEI1.5EI2EIABCD（c）12kN/m4m4m2m2m20kNABCD（d）EI=常数 考试模仿题第一某些 客观题一、单项选取题（每题2分，共20分）1、作用在同一刚体上两个力FA、FB，满足FA = -FB条件，则二力也许是 （ ）A一对平衡力或一种力偶 B一对平衡力或一种力与一种力偶C作用力与反作用力或一对平衡力 D作用力与反作用力或一种力偶2、图示等边三角形，沿其边沿作用大小均为F力，方向如图所示，三力向一点简化最后成果为 （ ）A平衡 B合力 C力偶 D力螺旋一、3题图F一、2题图FF3、图示体系是 （ ）A常变体系 B瞬变体系C无多余约束几何不变体系 D有两个多余约束几何不变体系4、拉压杆强度条件规定其横截面上最大工作应力不超过材料 （ ）A屈服极限 B强度极限 C极限应力 D许用应力5、纯弯曲梁横截面上弯曲正应力沿截面高度分布规律为 （ ）A按线性规律分布，最大值发生在中性轴处B按抛物线规律分布，最大值发生在中性轴处 C按线性规律分布，最大值发生在上下边沿 D按抛物线规律分布，最大值发生在上下边沿6 、外伸梁在图示荷载作用下，弯矩图形状对的是 （ ）ABDC题一、6图ABC7、静定构造内力与各杆刚度关系为 （ ）A无关 B关于但仅与各杆刚度相对值关于C与各杆刚度绝对值关于 D视作用因素而定8、图示虚拟力状态可求出哪个位移？ （ ）AA、B两点相对位移 BA、B两点间距变化CA、B两截面相对转角 DA、B两点相对水平位移FPFPEIEIEIC题一、9图题一、8图ABFP=1FP=19、对称刚架受荷载如图所示，取半构造时，对称轴上C截面所受约束用什么支座约束代替？ （ ）A水平定向支座 B固定铰支座 C水平支杆 D竖向支杆10、位移法方程中系数rij表达是位移法基本构造 （ ）A由节点位移Zi单独作用引起附加约束j中约束力B由单位节点位移Zi=1单独作用引起附加约束j中约束力C由节点位移Zj单独作用引起附加约束i中约束力D由单位节点位移Zj=1单独作用引起附加约束i中约束力第二某些 主观题一、分析与作图题（每题6分，共12分）1、对图示体系进行几何构成分析（要写出分析过程）。2、试绘制图示刚架弯矩图（不必写出过程）。2m4m2m2m4kN/m2kNABCD一、2题图ABCDEFG一、1题图二、计算题（每题分数见题后，共68分）1、T形截面铸铁截面梁受力如图所示。已知y1=49mm，截面对中性轴z惯性矩，材料许用拉应力，许用压应力。试校核梁弯曲正应力强度。（15分）4m1m1m10kN10kNABCDzy1202020130y1y2二、1题图 2、试用力法解图示持续梁，并画弯矩图。EI=常数。（建议取图示基本构造计算）（20分）基本构造6m6m3m3m20kNCDBA二、2题图3、试用位移法计算图示对称刚架，并画M图（EI=常数）。（18分）4、试用力矩分派法计算图示持续梁，并绘制弯矩图。（15分）15kN/mCABDEF4m4m4m15kN/m2m2mF30kN30kN二、3题图6m4m2m2m2EI48kN20kN/m2EIEIABCD二、4题图附1：课程习题答案要点：一、单项选取题：1、C 2、D 3、B 4、C 5、D 6、A 7、B 8、D 9、C 10、D 11、A 12、A 13、B 14、C 15、A 16、B 17、D 18、B 19、D 20、C21、C 22、A 23、C 24、C 25、B 26、D 27、A 28、C 29、D 30、A31、B 32、B 33、C 34、A 35、B 36、D 37、C 38、B 39、B 40、A二、分析题：（a）撤除支座约束，剩余某些为刚片和用既不完全平行又不完全相交三根链杆1、2、3相连，故原体系为无多余约束几何不变体系。DEGHJK（c）答案（b）撤除支座约束，去除二元体C-A-D、C-B-E，剩余某些为刚片(DCDE)和(DFGH)用既不完全平行又不完全相交三根链杆1、2、3相连，故原体系为无多余约束几何不变体系。CDEFGH（b）答案123ABCDEF（a）答案123ABF（d）答案（c）撤除支座约束，去除二元体D-C-E、G-F-H，剩余某些为两刚片（如图示）用两个单铰J、K相连，故原体系为有一种多余约束几何不变体系。（d）撤除支座约束，去除二元体D-C-E，剩余某些为两刚片（杆AF和BF）用两平行链杆相连，故原体系为有一种自由度几何可变体系。161616（b）答案M图：kNm三、作图题：（a）答案40402040M图：kNm（d）答案2718181818m/2m/2mM图（c）答案四、计算题：1、解：（1）内力分析。取节点A，受力分析如图示。 （拉） （压） AFPFACFAB30 （2）校核构造强度与否安全。AB杆：BC杆： 故构造强度是安全。 2、解：（1）内力分析。取节点C，受力分析如图示。6030FPCFACFBC联立求解，得：（拉），（拉） （2）拟定也许危险杆件：BC杆。 （3）由BC杆拟定允许荷载： 即20kN8kNABDC20168M图：kNm 3、解：（1）作出梁弯矩图如图所示，最大弯矩发生在C截面：（下拉） （2）拟定截面尺寸最大正应力发生在C截面上下边沿：取b=54mm，h=2b=108mm。 4、解：（1）作出梁弯矩图如图所示，最大弯矩发生在B截面：（上拉）（2）拟定ABD2qq允许均布荷载最大正应力发生在B截面上下边沿：，即 5、解：；，；20kN/m40kNX1基本体系X1=16624024090MP图M图：kNm901561568484ql2/8MP图X1=111X1基本体系qX2X2=1lM图ql2/14ql2/285ql2/56ql2/86、解：；，。，7、解：；，。，3m6mq=2kN/m半边构造q=2kN/m基本体系X1X2X1=16X2=11136MP图29889M图：kNm8、解：（1）荷载分解为对称荷载和反对称荷载对称荷载反对称荷载10kN10kN10kN10kN原构造（2）对称荷载作用下M=0 （3）反对称荷载作用下内力分析X110kN基本体系X1=14410kN40MP图4m4m10kN半边构造1515152525M图：kNm；，； 9、解：；，；22kN/m基本体系Z1Z1=13i2i4i4i2i6666MP图78429939241218M图：kNm10、解：；，；24kN/m16kNEI2EIEI2EIZ1基本体系Z1=16i6i4i2i4812MP图1212630184833M图：kNm 11、解：；，；q=14kN/m6m6m半边构造基本体系q=14kN/mZ1Z1=13i4i2i1854186363M图：kNm4242MP图3m2m20kN/mEI=常数10kN4m半边构造20kN/mZ110kN基本体系Z1=14i2i4i/3i=EI/412、解：；，；206030MP图20505020301515309040M图：kNm13、解：力矩分派系数：B结点 ；C结点 ；42.6514.3467.838010058.6858.92M图：kNm 固端弯矩：，。 14、解：力矩分派系数：B结点 ；C结点 ； 固端弯矩：，。86.62124.13192100M图：kNm14、解：力矩分派系数：B结点 ；C结点 ； 固端弯矩：，。12022.7011.3583.5266.8948.2490M图：kNm14、解：力矩分派系数：B结点 ；C结点 ；A16.568.2814.89242011.611.89M图：kNm 固端弯矩：，。附2：考试模仿题答案要点：第一某些 客观题一、单项选取题：1、A 2、C 3、B 4、D 5、C 6、B 7、A 8、D 9、D 10、D第二某些 主观题一、分析与作图题1、撤除支座约束，剩余某些为三个刚片、用不共线三个单铰两两相联，构成无多余约束几何不变体系。故原体系为无多余约束几何不变体系。O2 (,) (,)O3题一、1答案O1(,)M图：kNm846448题一、2答案2、弯矩图如图示。二、计算题10kN10kNABCD10M图：kNm 1、解：（1）作出梁弯矩图如图所示，最大弯矩发生在CD段截面：（下拉） （2）校核梁弯曲正应力强度最大拉应力发生在CD段截面下边沿：最大拉应力发生在CD段截面上边沿： 故梁弯曲正应力强度安全。X2X2基本体系20kN 2、解：；，X2=1130MP图12330