結構力學
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結構力學范文第1篇
摘要：結構力學是土木工程專業的重要基礎課程，它具有邏輯性強、方法技巧性要求高等特點。如何激發學生學習結構力學課程的興趣，讓學生從被動學習變為主動學習，是結構力學教學過程亟待解決的問題。文章根據結構力學課程的特點，從教學理念、教學手段、教學方法3個方面展開論述，探討了提高結構力學課程教學效果和教學質量的方法與措施。
教師應對結構力學教學理念有最基本的定位，通過多樣化的教學手段提高學生學習的興趣，合理使用教學方法，因材施教，提高教學質量。
關鍵詞：結構力學；教學理念；教學手段；教學方法
中圖分類號：TU311；G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：
1005-2909(2012)01-0081-03
結構力學是土木工程及相關專業的一門重要專業基礎課程。結構力學知識掌握的好壞，不僅關系到后續專業課程的學習，而且對今后的工作也具有深遠影響。結構力學是在先行修完理論力學、材料力學課程的基礎上繼而深化力學知識的一門課程。由于該課程內容多、綜合性與邏輯性強、方法技巧要求高，學生真正掌握結構力學知識比較困難。如何提高學生學習興趣，培養他們的學習能力、綜合運用知識能力和創新能力是結構力學授課過程中亟待解決的問題。筆者從教學理念、教學手段和教學方法3個方面探討了提高結構力學課程教學效果和教學質量的方法與措施。
一、教學理念的確立
（一）注重基本知識的講授
結構力學課程概念多、內容多、求解技巧多，要想將結構力學知識融會貫通，必須掌握基本概念、基本理論與基本計算方法。基礎知識和基本求解方法的掌握是培養結構力學素質，提高力學分析能力的基礎，因此，教師在結構力學教學過程中，對基本概念和基本理論要講清楚，講透徹，讓學生理解這些計算方法、計算理論，掌握分析過程中每一步求解過程的物理含義。只有掌握了力學知識和規律，學會舉一反三，才能到達活學活用的境地。
（二） 重視能力的培養
學生能力的培養是現代高等教育的一個重要特征。在教學過程中，應當將知識傳授與能力培養融于一體。不僅要幫助學生打好扎實的理論基礎，更要注重對學生能力的培養，包括自主學習能力、分析與運用知識的能力和創新能力的培養。自主學習能力包括對經典靜定結構與超靜定結構的分析與求解能力，對
計算結果進行定量校核或定性判斷的能力[1]，以及利用學習資源進行自主學習的能力；分析與運用知識的能力主要是指在學習過程中發現問題、分析問題、對知識靈活運用和解決綜合性問題的能力，包括對各種計算方法的掌握，對不同結構選用恰當的方法進行計算的能力；創新能力指對復雜問題的分析與求解能力，以及將理論知識與實際應用結合起來，對實際工程問題進行抽象、分析、對比的能力。
（三）重視結構力學與工程實踐的結合
與其他基礎力學類課程相比，結構力學與工程實際的結合更加緊密，結構力學知識不僅可以解答書本中的力學題目，而且與建筑結構設計與分析、建筑結構施工、結構的加固與改造等土木工程實踐密切聯系。
在教學過程中，應盡可能地將理論知識與實際工程項目結合起來，及時地向學生介紹結構力學知識在實際工程中的應用，充分調動他們的學習積極性，培養他們的工程意識、解決工程問題的能力與實際動手能力。例如：在拱類結構的計算時，可以和實際工程中的拱橋結構進行對照；在桁架結構分析時，可以與單層工業廠房的桁架屋頂等桁架體系進行對比分析；計算超靜定多層多跨框架結構時，將多高層結構作為工程背景。通過工程實例教學，培養學生學以致用意識、主動認知能力和實踐創新能力。
二、教學手段多樣化
（一）傳統教學方法與多媒體有機結合
傳統的結構力學教學以板書、教科書為載體，并采取口授方式進行教學[2]，這種教學方法便于師生之間感情交流與課堂節奏的把握。教師從學生在課堂的反應中能及時了解學生的學習情緒、對教學內容的理解程度以及解決遇到的問題，能根據實際情況及時采取對策，控制授課節奏，使學生與教師的思維同步，達到提高教學效果的目的。雖然傳統板書教學方法存在諸多優點，但也存在著不可克服的缺陷：在承載信息的種類和能力上存在著較大的局限性，難以適應現代教學的要求；教學模式枯燥單調，推導公式過程繁瑣，重復性、機械性工作較多，效率低下。
隨著現代教育技術的發展，多媒體教學方法得到了廣泛的應用。多媒體教學具有傳統教學方法所不具備的優點：多媒體課件圖、文、聲、像并茂，能給學生的感官提供不同角度的刺激[3]；多媒體教學使抽象枯燥的教學內容生動化、具體化、形象化，有助于學生掌握基本概念、理解規律；課件包含的信息量大，是解決教學內容多、教學課時少的一種有效途徑。但是，如果多媒體教學方法運用不當，會產生相反的作用：信息量過多會導致學生產生迷航現象，學習失去重點，無所適從，只能順應教師的思維，被動接受，知識想象和思維空間受到限制；教師成為多媒體的放映員和解說員，缺乏激情，影響教學效果。
在教學過程中，多媒體與傳統教學的優勢互補是激發學生學習興趣，提高教學質量的一種有效途徑。教學過程中實現兩種教學方法的有機結合，不僅可以發揮多媒體教學的優勢，培養學生的思維能力，教師的主導作用也得以很好地體現。筆者認為，需要展示力學與工程實際相結合的內容，以及基本概念的介紹可采用多媒體教學方法；需要學生重點理解和重點掌握的知識點、典型例題的求解過程、綜合結構的分析過程等應盡量采用板書的形式，讓學生對所講的知識充分理解，增強學生學習的主動性。
（二）積極開展并組織課外力學實踐活動
學生能力的培養，以及知識的內化僅靠課堂講授是不夠的，需要搭建一個理論知識與實際應用相結合的平臺來促進學生對知識的掌握，這個平臺就是課外實踐活動。通過這個平臺，充分調動學生的學習積極性和主動性，加深學生對結構力學課程內容的理解，強化學生的力學分析能力與力學邏輯思維能力，鞏固學生力學知識體系的整體把握和綜合應用能力。為此，北京建筑工程學院結構力學教研組積極組織學生參加學校和學院組織的各種競賽，包括學院每年舉行結構力學大賽、結構承載力大賽以及國家結構力學大賽。比賽過程中，學生的積極性非常高，自己設計制作結構模型、建立分析模型，形成最后分析結果，并通過實驗驗證模型與力學分析過程的正確性。通過這些課外活動增強了學生的學習主動性與自主學習的能力，對開闊學生思維，提升學生的創新能力具有良好的效果。
三、教學方法的合理使用
（一）合理安排教學內容，分層次授課
教師除了向學生傳授課程
的基本概念、基本思路之外，更重要的是培養他們科學的思維方法，加強他們計算能力、分析能力與創新能力的培養。在實際教學中，應根據學生的實際情況，分層次教學。筆者在教學過程中將課程內容劃分為3個層次：第一個層次是基本知識層次，這個部分的內容是所有學生都應當掌握的內容，即結構力學的基本原理、基本方法、基本求解過程；課堂中學生應夠理解結構的求解過程的物理含義，并能正確求解力學問題。第二個層次為提高分析能力層次，主要是培養學生分析問題的能力。授課過程中可以選擇難易程度不同的例題，從分析思路著手，結合基本原理，把對問題的分析方法和本質的把握等要領融合到課堂中去；授人以“魚”，也同時授人以“漁”，在課堂中訓練學生把握、分析、處理問題的能力，使學生學會自主學習，從而培養學生分析問題的能力。這部分教學內容要求大部分學生掌握即可。第三個層次為綜合應用層次，這部分內容主要是通過課后布置綜合應用題和習題課來培養學生解決問題的能力，激發他們的鉆研精神，培養他們的創造性思維，提出解決問題的新思路和新方法。這部分內容適用于學習能力強，學有余力的學生。
（二）教學內容前后連貫，形成結構力學知識體系
結構力學概念多、內容多、知識點零散，學生學了后面的知識忘了以前所學的知識，學習不能形成有效的系統的整體。學生在面對綜合性問題時，總是一籌莫展，不知如何分析，如何求解。針對這個現象，教師在講授課程時，應注意前后知識的連貫性，要善于引導學生利用先導內容中建立起來的知識結構來構筑新的知識體系，教會學生把零散的知識點融會貫通，使學生構成清晰、穩定、整合的新的認知結構。例如：利用圖乘法求解靜定結構指定截面的位移時，需熟練繪制靜定結構的彎矩圖；在采用力法求解超靜定結構時，用到了圖乘法的相關知識；在采用位移法求解超靜定結構時，利用力法等獲得截面直桿的轉角位移方程；在力法與位移法講授完畢之后，超靜定結構可根據結構的特點采取力法、位移法與混合法等方法進行求解；矩陣位移法用到了兩端固定等截面直桿的轉角位移方程；結構動力學中剛度系數與柔度系數可通過力法或位移法求得；求解超靜定結構指定截面位移時，可采用位移法或圖乘法。這樣彎矩圖的繪制、力法、位移法、矩陣位移法和結構動力學知識的整合，使整個結構力學體系形成一個有機整體。
（三）形成反饋機制，提高教學水平
根據香農傳播理論[4]，在信源和信宿之間存在著反饋通道，受者通過反饋通道將情況反饋給傳者，傳者根據反饋的情況重新設計或修改傳播內容，使之更適合受者的需要，從而提高傳播效果。在教學過程中，反饋通道包括課外答疑、課后作業、習題討論和學習效果考核。課外答疑是課堂教學的有益補充和延伸[5]，通過課外答疑情況可以了解課堂教學過程中遺漏的、講述不清的內容，及時解決由于講授方法不當導致學生理解不足的問題；課后作業是學生學習動態和對知識掌握情況的真實反映；習題討論是培養和提高學生分析能力、計算能力的有效手段。通過總結課外答疑、課后作業和習題討論中出現的情況，及時發現學生中普遍存在的問題，幫助教師有的放矢地改進教學方法，提高教學水平。考核是教學過程中的一個重要環節，是檢查教學效果、評價教學質量的重要途徑之一。通過考核，能將教學過程中的各方面情況曝光，獲得教學反饋信息。正確利用教學過程中的反饋信息，不斷調整教師的教學手段與教學方法，能有效激發學生學習興趣、培養學習能力。
參考文獻：
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Teaching methods of structural mechanics
LI Guo-hua, LUO Jian, DONG Jun, QI Cheng-zhi
(School of Civil and Transportation Engineering, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beinjing 100044, P. R. China)
Abstract：
結構力學范文第2篇
【關鍵詞】結構力學；教學方式；教學優化
【Abstract】The treatise expound some problems which exits in structural mechanics course.By comparing the status of structural mechanics teaching reform at home and abroad，and combine with the learning characteristics of students，analyzing the teaching content and teaching method in connection with these problems.In order to improve the interest in structural mechanics of students and deepen the rational understanding of this course，this paper make a suggestion from different aspects to optimize teaching，by way of optimizing teaching content，taking advantage of education resources and strengthening practical teaching.
【Key words】Structure mechanics；Teaching methods；Optimizing teaching
1 結構力學課程教學改革的目標
目前，許多的二、三類本科院校正在過渡為應用型本科，將培養重點放在教育出具有實踐操作能力的應用型人才。因此要達到該目標的重要舉措之一就是進行專業實踐教學的改革。
現代科學技術的發展對土建類人才的要求越來越高。隨著我國城鎮化進程的飛速發展，無論房屋還是橋梁的結構形式都日趨復雜，計算機輔助設計與有限元分析已成為工程實踐中必不可少的應用手段。在以往的結構力學教學過程中，過度強調學生計算能力的培養方式已不能滿足用人單位的需求。特別對于獨立院校的學生，畢業后進入生產一線的比重很大，部分學生認為結構力學的學習無益于今后的工作，導致對著門課程興趣不大、輕視了對結構力學的學習，致使學生缺乏在解決實際工程中相關結構問題的能力。因此，在許多以培養應用技術型人才的獨立院校中，如何將以理論授課為核心的《結構力學》課程與實踐結合起來，探索一條符合時代需求的教學實踐化改革道路，已成為我們必須要思考的問題。
2 結構力學教學中存在的問題
目前在許多院校中，學生對結構力學的學習不夠重視，同時教學也存在著一些不足和欠缺，造成了結構力學成為土木工程專業最難學的基礎課之一，主要體現在以下方面：
2.1 教學模式單一與創新意識脫節
結構力學基本教學模式都是以板書和教科書結合為主要授課方式，并采取口授形式進行教學。教學課堂枯燥單調，表述形式太過于抽象，公式推導繁瑣、機械工作化較多，教學效率低下[1]。可以適當增加多媒體或軟件教學可大大提高學生自主學習能力和開拓創新思維能力。
2.2 內容抽象、復雜
結構力學研究計算的是結構在各種效應作用下的響應，包括內力的計算及位移的計算。由于內力看不見，摸不著，學生在學習的過程中缺乏感性的認識，學生很容易將內力等概念混淆，造成對知識點的模糊。
2.3 缺乏教學實踐環節
由于結構力學的理論性非常強，為加強學生對基礎知識的理解，教學過程以理論講解作為重點，實踐環節缺失。學生在完成結構力學課程的學習后，縱使掌握了對靜定結構和超靜定結構的內力計算方法，也不知如何在工程實踐中應用。
3 結構力學教學改革探討
3.1 優化教學內容，提升學習興趣
結構力學是一門專業基礎課，主要研究桿系結構的內力和變形，具有內容較多，理論性強，概念較為抽象，解決問題的思路多樣化等特點。這就造成學生在接觸到這門課程時容易產生畏難情緒，再者由于學生在學習過程中沒有明確的目的性，“怎樣去學習”、“知識點該如何運用”、“如何分析力學模型”等問題普遍存在。根據這一情況，在結構力學課程教授過程中，可以將實際工程案例引入到教學中來，授課教師可以對課堂上講授的每一個章節、每一個知識點都能夠找出相對應的工程應用案例，針對實際工程案例，授課教師應著重講述本章學習內容與實際案例之間的緊密聯系，例如在講授受彎構件時，如何將建筑中的梁、荷載、支座簡化為力學模型來進行受力分析，利于學生在思考問題時可以結合實際，將抽象的概念具象化。通過這種方式，潛移默化地讓學生意識到結構力學的學習對解決工程實際內容起著至關重要的作用。
3.2 培養學生的力學思維，提升優化結構的能力
隨著建筑材料的復雜化，結構形式的復雜化，實際工程中，能通過人們手算的例子變得少之又少，取而代之的是高性能計算機的廣泛應用，然而結構設計中，并不是一味的強調運算的準確性與高效性，更多強調如何將復雜的問題簡單化，如何在眾多結構中選出最合理的結構，這才是工程人員的價值所在。在實際工程中，利用監測數據與力學概念分析，確保在施工過程中不出現安全事故，保證施工順利有效進行[2]。因此，除了在課堂上培養學生解題的相關思路，還要增強他們在生活中的力學思維，即構建“力學模型”的思維。“力學模型”是連接理論知識與實際問題的紐帶，將課堂的知識帶到課外實際運用中，才是教學的目的。因此，教師在教學中除了傳授基本概念和解題方法，還應該把教學重點放在如何構建力學模型上，將復雜的工程問題精簡為力學模型進行分析，從構件尺寸的特點、材料的特點，約束的特點，荷載形式的特點等方面，逐步引導學生把實際問題轉化為習題中常見的模型，最后向學生們提出問題，如對于要在不改變材料的前提下提高構件的強度可以從哪些方面著手？怎么樣將結構形式進行優化？這些都需要通過學生在日常學習中獲得的專業知識經過計算解決，久而久之便使他們養成了抽象概括的能力，加強了對結構力學知識的應用。
3.3 加強實踐教學，提升實驗效果
結構力學的課程學習中，學生接觸到的都是平面問題，面對死板的內容，較多的提高的是學生的解題能力。可是在工程中設計人員所要設計的是三維的實體模型，這就要求學生能從課堂中的二維結構過渡到實際工程中的三維建筑，從紙面上的計算應用到設計中去，所以針對結構力學這類內容抽象，理論性較強的學科，在培養基本知識的靈活應用的基礎上，還需要有對應的實驗安排，深化學生對結構組成的認識[3]。同時，結構力學課程的實踐教學環節可以與結構設計大賽及計算機仿真模擬大賽有機的結合在一起。任課老師在教授完課程內容以后，可以根據學生的掌握情況，按照結構設計大賽的比賽模式出題。考慮到學生們的完成能力，讓學生分組合作自行設計，確定結構形式，運用有限元軟件計算結構的承載能力，實現將實際問題放到電腦里處理；同時任課教師根據同學們設計的模型樣式以及運行結果與同學們討論，優化結構方案，選定最優的幾種方案，再以紙、木、竹為材料進行實體模型制作，并通過加載儀器進行加載。校核學生自己動手做出的結構是否滿足要求，實現將電腦或手工計算的結果落實到應用中去。
4 結語
通過對結構力學課程進行上述內容的改革與實踐，開闊了教師的視野，拓展了教師的思維，使教師在教授課程中不僅僅局限于書本，而是引用工程實例，真正做到從實際中來，進書本中學，再到實際中去的螺旋式上升的教育理念。在進行結構力學理論授課的同時，增加實踐教學環節，實現結構力學與結構設計大賽與虛擬軟件模擬仿真的有機融合，充分激發學生的學習興趣與學習熱情，調動學生學習的積極性和主動性。以上是筆者根據在結構力學課程實際教學中發現的一些問題，提出了對課程教學改革的一些膚淺的看法，希望能結構力學這門課程教學質量的提高有所幫助。
【參考文獻】
[1]耿翠珍.《結構力學》課程教學改革初探[J].浙江樹人大學學報（自然科學版），2012，3：44-48.
結構力學范文第3篇
【關鍵詞】ANSYS；結構力學；三鉸拱；內力圖
0 引言
結構力學是固體力學的一個分支，它主要研究工程結構受力和傳力的規律，以及如何進行結構優化的學科。主要研究結構在各種效應(外力，溫度效應，施工誤差及支座變形等)作用下的響應，包括內力（軸力，剪力，彎矩，扭矩）的計算等，它為學習建筑結構、橋梁、隧道等專業課程提供了必要的基本理論和計算方法。結構力學的教學關鍵是內力圖的繪制，而正確繪制靜定結構的內力圖是分析超靜定結構以及位移計算的基礎。ANSYS作為大型通用有限元軟件，在世界范圍內擁有著大量用戶，其精度之高足以滿足工程要求，并且ANSYS的可視化窗口及交互式操作，使其成為眾多有限元分析軟件中最容易學習的一種。鑒于此，本文基于ANSYS平臺來繪制結構力學教學過程中的三鉸拱的內力圖。
1 三鉸拱內力的理論解
拱是桿軸線為曲線并且在豎向荷載作用下會產生水力的結構。拱與梁的區別不僅在于桿軸線的曲直，更重要的是由于拱推力的存在，拱結構更能夠充分發揮材料的特性。
三鉸拱是由兩根曲桿與地基之間按三剛片規則組成的靜定結構。其內力（圖1.1）的計算可等價為相應簡支梁（圖1.2）的內力計算。
圖1.1三鉸拱在豎向荷載作用下任意截面 處的內力分析
圖1.2等效為相應簡支梁的受力分析
用先整體后隔離的方法，很容易能夠得出三鉸拱在豎向荷載作用下的內力計算公式，如下：
式中： , 分別為等效簡支梁任意截面 處的彎矩和剪力；
為水力，。 為拱高， 相應簡支梁上與拱的中間鉸處對應的截面 處的彎矩。
2 基于ANSYS平臺繪制三鉸拱內力圖的原理
在ANSYS中對梁單元施加荷載只能夠施加在有限元上，而對于曲梁（三鉸拱）的處理是劃分適當的網格劃曲為直，用加載斜梁荷載的方法對三鉸拱施加荷載。圖2.1是加載斜梁的原理。
圖2.1斜梁加載等效荷載
用力的分解原理很容易可導出等效荷載大小的計算公式，如下：
式中： 為斜梁所受豎向均布荷載； 為其等效荷載； , 分別為所分解的沿斜梁方向和垂直于斜梁方向的力。
3 實例分析
試繪制圖2.2所示三鉸拱的內力圖。若采用手算，則須將拱等分為8份，然后對每個截面依次用 進行計算，這樣計算量無疑是很大的，不適合復雜結構。若基于ANSYS平臺進行計算，則選取BEAM3二維梁單元建立有限元模型（圖2.3），將模型劃分足夠細后即劃曲為直可用 公式加載。然后進入后處理器，運行“PLLS,MI,MJ,-1”和“PLLS,QI,QJ,-1”命令即可方便快捷地得出彎矩及剪力圖（圖2.4）。
圖2.2三鉸拱分析實例
圖2.3有限元模型
圖2.4彎矩圖（單位kN•m）及剪力圖（單位kN）
4 幾點說明
1、該結構模型出自文獻[1]，且以ANSYS為平臺的分析結果和文獻[1]給出的結構完全一致，這說明了該方法的準確性，也說明了ANSYS作為大型通用有限元軟件在分析問題上的準確性。
2、在ANSYS中關于鉸接的處理需用到CP命令，詳情請參見ANSYS幫助文件。
3、在ANSYS中關于曲梁的加載需將荷載等效到沿曲梁軸線分布，然后將其再分解為徑向和切向兩部分分別施加，也可化曲為直即把網格劃分足夠密。
4、若ANSYS所繪制內力圖方向與文獻[1]的方向相反，則需把比例因子選項修改為-1。
5 結束語
本文基于ANSYS平臺方便快捷地繪制出了結構力學中三鉸拱結構的內力圖，省去了用手算時的大量計算，且得出了精確解。通過ANSYS在結構力學課程中的運用，能夠引起學生對學習的興趣以及運用ANSYS軟件分析結構的好奇，無論是引導學生自主學習還是對學生后續的有限元課程學習都大有裨益。同時，本文的結構模型都是從實際工程中簡化而來，這種思想對于分析其他結構也有一定的借鑒意義。
參考文獻
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結構力學范文第4篇
關鍵詞：懸索結構；預應力；穩定性；
1引言
懸索結構設計主要包括選擇合理的結構形式及與之相匹配的預應力分布，結構的幾何形式因工程的需要基本確定，而我們知道一個受力合理的懸索結構它的結構形式與預應力分布是相匹配的。這樣，在結構幾何形式一定的情況下，合理的設置預應力大小成為懸索結構設計分析的關鍵所在。
目前，國內外對懸索結構的力學性能分析及理論研究較多，如沈世釗[1]對懸索結構的形式、解析計算方法及有限元分析等進行了精湛的研究， Schek ,H.J.、 Barnes,M.R. 、Haber,R.B. and Abel,J.F.[2]等人對懸索結構的初始形態分析也進行了深入研究，還有很多專家對懸索結構也做了相關的分析研究。可以說，懸索結構的理論研究達到了一定的高度。但對于實際工程，設計者、施工人員往往盡可能的增大索體的預應力，以滿足結構的力學性能指標。然而，經計算與試驗分析表明，較大的預應力不僅增加了構件的內力，而且結構的穩定性卻隨著預應力的施加變得復雜多樣化。因此，能夠合理的設計出預應力大小對懸索結構的設計分析起著至關重要的作用。
力學性能試驗分析
試驗過程及分析
為了明確預應力大小對結構力學性能的影響，我們從兩方面內容進行研究，一是結構的節點位移，另一個是結構的受力狀態。
懸索避難帳篷張拉試驗采用三組腳手架組成結構的支撐體系，通過橫向與斜方向索體的張拉將其穩固與地面，橫向與縱向的跨度尺寸可根據需要自行確定。在本次試驗中，縱向跨度為5m，橫向腳手架底部之間跨度2m，腳手架底部與索基礎之間跨度3.4m，此懸索結構以獲得實用新型專利授權[4]，具體結構形式如圖1所示。
（a）（b）
圖1 張拉試驗
試驗中，我們可以通過控制索的伸長量來改變索體中的預應力大小。索的伸長量由緊線器控制，通過緊線器的螺母調節可以任意的改變索的伸長量，進而有效的控制索體中的預應力大小。索體中預應力大小與索的伸長量之間的關系為：。
表1-1 索材料參數
材料 質量密度 彈性模量 泊松比 線膨脹系數
索 78.5 0.3
試驗結果
試驗中，對索分別施加1kN~50kN大小不等的預應力，分別記錄不同預應力作用下節點的位移及構件的內力。結果顯示，支柱的內力隨著預應力的增大而增大，其分析結果如圖2所示。而頂部節點的位移并未隨著預應力的增大成線性變化，在節點位移與預應力大小的變化曲線中出現了拐點，結構在先期表現出隨著預應力的增大節點的位移逐漸減小，后期隨著預應力的增大節點的位移也逐漸增大。以頂部節點J1為例，其位移變化曲線如圖3所示。
圖2預應力大小對支柱軸力的影響圖3預應力大小對節點位移的影響
有限元模擬分析
在sap2000中我們可以通過施加溫度荷載的方法來模擬索中的預應力[3]。我們知道桿件的彈性模量E和應變比有如下關系：（1）
其中 ；（2）
； （3）
聯立上述公式：（4）
式中，為索的預應力；為應變比；為索的彈性模量；、分別為索的伸長量及原長；為溫度變化。
為便于與試驗結果對比分析，我們同樣對索施加1kN~50kN大小不等的預應力，以5kN為例，結構的變形圖及柱的受壓內力圖如圖4、5所示。
圖4結構變形圖 圖5 結構內力圖
試驗分析與模擬結果對比分析
將上述的實驗分析與模擬分析結果進行對比，在相等的設計參數下，對比結構中頂部節點的位移，分析結果如圖6所示。分析表明，無論試驗分析還是模擬計算分析，結構節點位移并未隨著預應力的增大而減小，而是隨著預應力的增大，節點的位移曲線表現出先減小后增大的趨勢。這是由于先期預應力較小時，結構表現出很強的非線性，結構的穩定性較差，導致節點的位移較大。隨著預應力的增大，結構的穩定性并沒有提高反而更差，這是由于增大的預應力與結構的整體剛度不相匹配造成的。圖6顯示試驗分析與模擬計算分析的位移曲線走勢基本吻合。
（a）（b）
（c）（d）
圖6預應力分布對節點位移的影響
5結論
本文通過對工程實例―大跨度懸索避難帳篷進行了靜力性能計算分析與試驗分析，并總結出下列相關結論：
（1）懸索結構設計中，并不是索的預應力越大，結構的穩定性越好，即合理的設計與結構形式相匹配的預應力大小成為懸索結構設計分析的關鍵所在。因此，懸索結構設計中，要準確的計算出合理的預應力分布。
（2）結構構件的內力隨著預應力的增大而增大。因此，在結構的設計中，要同時考慮構件的受力狀態與結構的穩定性要求，達到最合理的結構形式。
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[3]Haug E,Powell GH, Analytical shape finding for cable nets. Tokyo and Kyoto: IASS Pacific Symp. PartⅡ on Tension Structures and Space Frames, 1972: 83-92.
結構力學范文第5篇
關鍵詞：結構力學；土木工程學科；多媒體教學
作者簡介：付果（1979-），男，湖南株洲人，長沙理工大學土木與建筑學院，講師；彭旭龍（1983-），女，湖南湘鄉人，長沙理工大學土木與建筑學院，講師。（湖南 長沙 410114）
基金項目：本文系長沙理工大學教研教改項目（項目編號：CN1204）的研究成果。
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）10-0088-02
“結構力學”是土木工程學科主要的專業基礎課之一，其教學目的是使學生掌握桿件體系內力與位移計算的基本原理，了解各類結構體系的受力特點，培養他們結構分析和計算的能力，并為其以后學習有關專業課程、進行各種結構設計及科學研究打下基礎，因此“結構力學”在整個專業培養計劃中占有重要地位。現代科學技術的發展對土木類人才的要求越來越高。傳統“結構力學”課程面臨著學時減少，學生學習興趣不高、對學習該課程不夠重視，致使學生在工程實踐中提出力學問題及應用結構力學知識分析、解決問題的能力和素質明顯不足。針對這些實際情況，從以下幾個方面對“結構力學”教學進行改革。
一、教學內容優化
1.刪除與其他課程重復交叉的內容
“結構力學”在專業課與基礎課之間起著承上啟下的作用。隨著新型學科的發展，本科生實踐環節和開設的課程越來越多，“結構力學”的學時在不斷減少。建議在“理論力學”中已經學過的內容，如桁架桿的內力計算，“結構力學”沒有必要再重復講授。在“材料力學”中學過了靜定梁靜定剛架的內力圖做法，“結構力學”只需簡單帶過，側重下不同點。矩陣位移法這一章一般沒有足夠的課時展開來講，而這一章的內容在后續課程有限單元法中有詳細的介紹，在“結構力學”教學內容中刪除不影響與其他知識的銜接，因此可以刪除不講。[1]同時，為了適應新形勢下土木工程專業人才培養的要求，需要增加一些新的內容，比如結構動力計算這一章，在“結構力學”72學時的課程設置中是不作為必講內容的，但是動力計算是現代結構計算中不可或缺的重要部分，也是多數院校考研必考的一章，因此應作為重點講授內容。
2.增加實踐環節
在“結構力學”這門課里學到了多種結構體系的內力和位移計算方法，在理論學習的同時可以增加相關的實踐環節，通過采用課程設計或是開放實驗的方式，在實驗室提供的材料與制作工具的情形下，讓學生自由分組做一個同跨度同高度的房屋結構模型或是橋梁模型等，實驗并計算模型的承載力和位移。通過實測載重比與位移的方式考核各種模型結構的得分，并折算到學生的“結構力學”課程綜合成績中。這樣的實踐練習可以使學生更為深刻地理解實際結構的受力特點以及理論計算與實際的差別，培養并提高學生的創新能力、分析與解決問題能力、動手能力和團隊協作能力，其結構力學綜合測評成績也能全面反映該學生的綜合素質，并能進一步突出結構力學應用于工程實踐的重要性。
總之，教學內容的調整在于適用土木工程專業復合型人才培養的需要，長沙理工大學土木工程卓越班的“結構力學”教學內容就已和理論力學、材料力學及彈性力學有機結合，調整了四門課教學計劃與大綱，將四門課合為一門大工程力學課分兩個學期來講授，這樣減少了重復教學環節，壓縮了四門課的總課時，但四門課的教學內容沒有減少，壓縮的課時用于學生的實踐環節。結果證明這樣教學方式的效果良好。
二、改進教學手段
1.發揮多媒體教學與網絡教學平臺優勢
“結構力學”課程中所講授的每一種結構類型都可以在實際的工程中找到，因此，在講解每一種結構類型之前，可以充分發揮多媒體教學方便、直觀、生動的優點。搜集國內外屬于此種結構類型的著名結構圖片或常見結構照片，并對該結構的設計背景或設計者加以簡單介紹，使學生對該種結構形式有直觀的感性認識，激發學生的學習興趣。例如，講到靜定桁架這一章時，筆者介紹了1957年建成的武漢長江大橋和2012年湖南省剛建成通車的矮寨大橋，對這一遠一近的橋梁作一個簡單扼要的介紹，同學對這一種結構類型有了親近感和親切感。
網絡教學平臺也是現代教學手段的有效補充，教師可以將結構力學教案、教學大綱、教學日歷、PPT課件、教學視頻等教學資源掛靠在課程的網絡教學平臺上，供學生預習、復習或自學參考，也可以在網絡教學平臺中布置修改作業、問卷調查、交流課程學習心得體會等，并在網絡教學平臺上針對學生提出的各種問題及時進行答疑。網絡教學平臺增加了師生互動機會，并減少課堂作業講解所占用的時間，提高課堂利用效率，更好地滿足了學生的求知欲，豐富了結構力學的學習途徑。
2.重視多媒體教學與傳統板書教學的有效結合
多媒體教學與傳統板書教學各有優缺點。多媒體教學可以為學生提供集圖片、動畫、文字和聲音于一體的教學信息，但單一采用多媒體教學的缺點是教師容易成為課件的播放員，缺少生動形象的身體語言；學生則容易成為課件刻錄員，上課不聽講或跟不上課件放映節奏，只有課后拷貝課件，形成消極的學習態度與方法。而傳統的板書教學缺點在于表現形式過于單一，教學內容與效率偏低。因此，在“結構力學”課程教學中，要努力利用每種教學手段的優點，做到取長補短、互為補充。對于“結構力學”章節中引入一些實際工程結構圖片、[2]移動荷載作用下結構內力的變化和結構動力學部分各種振型的演示等利用多媒體可以做到清晰快捷，并能給學生留下深刻映像，同時增加了學生學習興趣。但是，章節中有計算和公式推導時，如位移計算中的圖乘公式、位移法的轉角位移公式推導等建議采用黑板板書形式。教師只有通過口頭講解配合黑板板書，逐步講解推導過程并隨時與學生進行互動交流，才能使學生在思維上和速度上跟上節奏，也能使學生和老師間產生教學良性互動，學生會感覺到老師備課充分、講課自信。如果全部采用多媒體，師生互動少，學生容易產生厭學心理。總之，只有合理利用多媒體和黑板板書，課堂才能真正地生動形象起來，學生才能真正成為教學的主體，積極參與到教學中來。因此，在教學手段上有必要將多媒體教學和傳統板書相結合，各取所長，以便提高“結構力學”教學效果。
三、改進教學方法
1.啟發式教學，培養學生創新意識
“結構力學”教學采用傳統的單向灌輸方式，這不利于學生智慧火花的閃現和創造性思維的形成，因此有必要改進教學方法，更多地采用啟發式教學，這是培養學生創新意識、實現大學生素質教育的根本。啟發式教學是要引導學生獨立運用各種思維意識，提出問題、分析問題、作出假設、驗證假設、得出理性認識上的結論，從而培養學生獨立地發現真理、獲取知識的能力。[3]啟發式教學需要教師根據每堂課的知識重點和內在關系，圍繞“結構力學”中的關鍵性問題，由淺入深地引導學生自己去研究、實踐，主動獲得知識，這就要求課堂上必須留給學生一定的思考時間。教師可以提出一些生活中的實例讓學生思考，如讓他們思考為什么古代的橋梁都是拱橋，為什么梁要正著放等等。學生先通過自己的思維得出一些感性認識層面上的結論，再經過對比各種結論的合理性，這樣進一步得到的理性認識會更深刻。總之，在課堂上教師要多引導學生積極思考，培養學生創新意識。[3]
2.理論聯系實際，培養學生學習興趣
結構力學理論來源于工程實踐又用于指導實際工程，只有與工程實踐相結合的結構力學才是充滿生命力和趣味性的。當學生發現結構力學的知識與生活如此接近或者能夠利用結構力學的知識解決實際工程問題時，他們能獲得極大的自信與滿足感，而這種滿足感又進一步激發學生的學習興趣和探索新領域的勇氣。這方面需要教師講課時不僅僅局限于課本知識，而要站在一個更高更廣闊的領域去講授“結構力學”，盡可能多聯系工程實際，這就需要教師具有一定的工程經驗。[4]比如可以從歐洲古建筑、中國古趙州橋等實際工程讓學生去了解拱結構；從輸電塔，桁架橋梁去體會桁架結構的特點；從汽車火車過橋的力學問題引入移動荷載及影響線概念；從力法、位移法、力矩分配法的發展歷史來講解這些方法出現的歷史因素及發展過程，對比各種方法計算超靜定結構內力與位移的優缺點，從而讓他們深刻地了解這些理論方法的特點及應用范圍。這不但提高了學生的學習興趣，也可以讓學生建立起前后聯系的結構力學知識框架，教學效果較好。此外，在學習“結構力學”理論知識的同時，增加一些科研實踐環節，讓學生自己理論聯系實際。如組織學生分組參加結構模型設計大賽，鼓勵學生運用結構力學知識去申請創新性實驗項目，[5]在學科競賽和科研實踐中加深對結構力學知識的理解和應用，從而提高學生學習“結構力學”的興趣。
四、改革考試考核方式
考試是檢查學生學習效果的重要途徑之一。“結構力學”當前普遍采用的考核方式是閉卷考試，試卷一般來自標準化的考試題庫，其基本題型包括填空、選擇、判斷、作圖、計算等。閉卷考試對學生的理論水平和應試能力均有較高的要求。“結構力學”作為一門工程應用型課程，其知識內容直接或間接地涉及大量的工程實踐，一次期末考試往往不能客觀地反映學生的學習水平與實踐應用能力，為此，學校正改革“結構力學”課程的考核方式。“結構力學”課程考核已經采用機試、筆試和平時成績相結合的方式。機試在機房電腦上完成，主要測試題型為判斷題和選擇題，用于考查學生“結構力學”基本概念的掌握程度，每位學生從機試題庫中隨機抽取20道題，答題完成后計算機自動算這部分成績，并占綜合成績的20%。筆試題型為計算題和作圖題，主要考查學生運用結構力學方法解決問題的能力，成績占總成績的60%。平時成績占20%，主要考查學生平時作業、課堂表現與網絡教學學習情況等。總之，考試考核方式改革的趨勢是將期末一次性閉卷考試與機試、網絡教學、隨堂練習、課程作業、開卷考試等多種方式結合起來，用以彌補單一閉卷考試的不足。
五、結語
新形勢下優化“結構力學”教學內容，增加實踐環節，改進教學手段，發揮多媒體和網絡教學平臺優勢，改進教學方法，理論聯系實際并采用啟發式教學，同時改進考試考核方法。這些措施提高了“結構力學”教學效果，培養了學生的動手能力和創新思維等綜合素質，學生綜合素質得到提高。結構力學教改后，學校學生在2012年湖南省第一屆結構設計大賽中包攬了前三名。
參考文獻：
[1]溫中華，唐克東.《結構力學》教學改革的思路[J].華北水利水電學院學報（社會科學版），2011，27（6）：168-169.
[2]李廉錕.結構力學[M].北京：高等教育出版社，2010：65-181.
[3]付果，馬曉娟.以科研實踐提高土木工程專業學生的創新能力[J].當代教育論壇（綜合版），2010，（10）：117-119.
