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土木工程(结构方向)课程

已有 6488 次阅读 2010-12-17 23:57 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记|关键词:土木,课程| 课程, 土木

土木工程(结构工程相关)的课程

现代数学基础 数值分析 结构动力学 弹塑性理论 有限单元法(I应用泛函分析  矩阵分析 微分几何 数理方程 复变函数 积分变换 断裂力学 有限单元法(Ⅱ)

 

课程名称:有限单元法(I
先修课程:数值分析,弹塑性理论,泛函分析
课程目的和基本要求:


本课程为学科基础课。在所列先修课程的基础上,经过本课程的学习,使学生掌握有限元法的基本原理(虚位移原理、势能原理)、基本思想、基本方法。掌握杆系结构、弹性力学平面问题、空间与轴对称问题、板壳问题有限元法的分析方法,从而提高和加强应用有限单元法解决工程问题的能力。

课程主要内容:


预备知识:有限单元法定义;矩阵符号约定;弹性理论有关方程的矩阵表示;虚位移原理与势能原理;里兹法。

杆系结构有限元分析:平面等直杆的单元分析;近似分析中虚位移原理的实质;平面杆系结构的整体分析。
弹性力学平面问题有限元分析:常应变三角形单元;矩形双线性单元;有限元分析中的误差及收敛性;单元的形函数及高阶单元;等参数单元的单元分析;有限元分析中一些应注意的问题。
空间与轴对称问题有限元分析:空间问题;轴对称问题;轴对称问题的参元分析;非轴对称荷载问题。
板壳问题有限元分析:矩形薄板弯曲单元;三角形薄板弯曲单元;弹性地基板单元;SAP薄板弯曲单元;建立薄板弯曲协调元方法简介;考虑横向剪切影响的薄板弯曲单元;平面壳体单元;考虑横向剪切影响的壳体单元;轴对称变形的旋转壳单元;广义协调元简介。
课程主要教材:
《有限单元法教程》,王焕定,王伟,哈工大出版社,2003

主要参考文献:
《有限单元法原理与应用》,朱伯芳,水利电力出版社,1998

The finite element method in engineering
Zienkiewicz O C,New York,1997

《有限单元法基本原理与数值方法》,王勋成,邵敏,清华大学出版社,
1988

《有限单元法概论》,龙驭球,高等教育出版社,1991

 

课程名称:弹塑性理论
先修课程:材料力学

本课程的目的是介绍弹塑性力学的基本方程,并在此基础上特别注重介绍各类问题的求解方法及在工程实践中的应用。要求较熟练掌握应力、应变、屈服条件、弹塑性应力应变关系的基本理论知识,能够掌握简单的弹塑性问题的解题方法,能够了解理想刚塑性体的平面应变问题、理想刚塑性体的极值原理及其应用、和简单弹塑性动力学问题。
课程主要内容:(1000~1500字)
本课程首先介绍了应力分析,包括应力状态、三维应力状态分析、等倾面上的正应力和剪应力、应力罗德参数、应力张量的分解和平衡微分方程;接着介绍了应变分析,包括一点的应变状态、应变与位移的关系、主应变、应变张量、应变偏量和应变协调方程;然后介绍了弹性与塑性应力与应变关系,包括广义胡克定律、特雷斯卡和米泽斯屈服条件、塑性应力应变关系、德鲁克公设和伊柳辛公设;还介绍了弹性与塑性力学的解题方法,包括按位移和按应力求解弹性力学问题,平面问题和应力函数、逆解法和半逆解法、边界上应力换函数及其导数的力学意义、平面问题的极坐标解法、关于塑性力学的解题方法和板条的弯曲问题。课程介绍了各类问题的求解方法及其在工程实践中的应用:厚壁圆筒的分析,包括厚壁圆筒的弹塑性分析,组合厚壁圆筒的分析,厚壁圆筒的残余应力,强化材料的厚壁圆筒,厚壁圆筒自紧分析简介和厚壁圆球的分析;轴的扭转分析,包括圆轴的弹性扭转、非圆截面杆件的弹性扭转、弹性扭转与薄膜比拟、圆轴的弹塑性扭转和全塑性扭转与沙堆比拟;薄板的分析,包括弹性薄板的基本方程、矩形薄板的弹性分析、简支圆板的分析和多边形的塑性极限荷载。课程还介绍了塑性平面应变和滑移线场理论,包括,基本关系式、滑移线场理论、滑移线场的主要性质、边界条件和应用简例。本课程另外还介绍了理想刚塑性体的极限原理及其应用,包括虚功率原理、下限定理、上限定理、关于在给定边界条件下应力分布的唯一性和几个问题的极限分析。最后,简单介绍了刚塑性系统的动力学问题。
课程主要教材:
徐秉业,刘信声 . 应用弹塑性力学 . 北京 . 清华大学出版社,1995

主要参考文献:

1)武际可,王敏中,王炜 . 弹性力学引论 . 北京 . 北京大学出版社,2001

2)王仁,熊祝华,黄文彬 . 塑性力学基础 . 北京 . 科学出版社,
1982

3)杨桂通 . 塑性动力学 . 北京 . 高等教育出版社,
2000

4T.Z.Blazynski . Applied Elasto-plasticity . The Macmillan press LTD, 1983

 

课程名称:结构动力学
先修课程:结构力学
课程目的和基本要求:


结构动力学是土木工程、工程力学等专业的一门主要的专业技术基础课。本课程在结构力学基础上进一步研究杆件结构在动荷载作用下的受力分析,为进一步学习有关专业课、进行科学研究等奠定基础。通过本门课程学习,要求对结构动力学的研究对象、研究内容有深刻地认识,全面系统地掌握结构动力学的基本概念、基本理论和基本方法,明确其在工程学科中的地位和作用,能综合运用结构动力学的理论和方法分析解决工程中的问题。

课程主要内容:
结构动力学的任务、研究对象及研究内容;动荷载及分类;振动系统及分类;动力自由度确定及简化;运动方程的建立,包括动静法、虚功法和变分法;单自由度不计阻尼自由振动分析,频率周期计算,粘滞阻尼理论,阻尼比及其确定,简谐荷载受迫振动分析,动力系数,阻尼影响,周期荷载的付里叶分解,周期荷载的反应分析,频响函数的概念,付里叶级数的指数形式,一般动荷载的频域分析,付氏变换的有限化和离散化,一般动荷载的时域分析,杜哈美积分,冲击荷载作用时的荷载特点、反应和计算特点,矩形脉冲的反应分析,正弦波脉冲的反应分析,瞬时冲量的最大反应分析,冲击荷载的近似计算,非线性系统的振动特点及求解方法介绍,非线性反应数值分析:等加速度法和线加速度法,复阻尼理论的计算假定,复阻尼理论分析自由振动,库仑阻尼,等效粘滞阻尼,支座扰动的影响,隔振设计,广义单自由度体系的振动分析;有限自由度体系的自由振动,自振频率和振型的性质及计算,频率谱,振型的正交性及其物理意义,能量独立性原理,振型线性无关定理,广义质量、广义刚度,振型矩阵及振型的标准化和规格化,计阻尼自由振动,阻尼矩阵,振型分解法分析自由振动,正交阻尼矩阵的构造,振型阻尼比,级数式阻尼矩阵,非正交阻尼体系自由振动,状态方程,复频率、复振型、复振型的正交性,振型分解法分析正交阻尼体系的受迫振动;简谐荷载稳态分析的直接解法;迭代法求基频和基本振型,逆迭代法,迭代法求其他低阶特征对,瑞利法求频率,瑞利商的极值特性,瑞利—里兹法,里兹向量的正交性,子空间迭代法;广义特征问题化为标准特征问题,特征问题其他求解方法简介,模态加速度法,里兹向量分解法,中心差分法,算法的稳定性与精度,威尔逊-θ法、纽马克法、高阶单步法简介;无限自由度体系运动方程的建立方法,自由振动分析,自振频率和振型的计算,振型正交性,振型分解法,正交阻尼受迫振动,简谐荷载作用下的直接解法,求频率的近似方法;动力有限元法,单元刚度矩阵,单元几何刚度矩阵,单元质量矩阵,单元等效结点荷载,结构质量矩阵;分析动力学初步,哈密顿原理,拉格朗日方程,里兹法计算无限自由度体系,里兹法缩减有限自由度体系的自由度等。
课程主要参考书:
1R.W.克拉夫著 王光远译 .结构动力学. 科学出版社,1985

2
Anil K.Chopra .Dynamics of structures. 1995

3)邹经湘主编 .结构动力学. 哈尔滨工业大学出版社
.1996

4)郭长城编著 .建筑结构振动计算续编.建筑工业出版社.1992

 

 

课程名称:钢结构稳定理论 (Stability Theory of Steel Structures)
先修课程:弹塑性理论
课程目的和基本要求:
本课程是钢结构专业研究生的必修课,其他专业研究生的选修课。通过本课程的教学,使学生学习钢结构构件稳定的基本概念,掌握稳定问题的本质和基本规律,学习稳定承载力的正确分析方法,为今后在研究和设计工作中能正确地考虑钢结构的突出问题—稳定问题打下必要的基础。

课程主要内容:
本课程共分六章讲授
第一章 绪论(3学时)
介绍国内外发生的工程事故及原因,说明稳定问题的重要性;稳定问题的分类,稳定问题的基本概念及其与强度问题的区别;弹性稳定问题的基本判别准则,它包括静力准则、能量准则和运动准则;介绍稳定分析的静力法、能量法和运动法。
第二章 轴心受压构件的弯曲屈曲(7学时)
讲述理想轴心压杆的弹性屈曲,推出理想轴心压杆的欧拉临界力,讨论边界条件对轴压构件稳定承载力的影响,给出计算长度的概念;讨论理想轴心压杆弹性屈曲理论的适用范围,讲述用切线模量理论、双模量理论及shanley理论求解理想轴心压杆弹塑性屈曲承载力的方法;讨论初始缺陷(初弯曲、初偏心及残余应力)对轴压构件稳定承载力的影响;讲述计算轴心压杆稳定承载力的数值积分法;介绍剪切变形对轴压柱临界力的影响,导出双肢缀条柱(包括单斜杆体系、三角形斜杆体系及十字交叉斜杆体系)和双肢缀板柱的换算长细比;给出轴心受压构件实用设计方法;对轴心压杆弹性大挠度理论、具有连续弹性支座的压杆和非保向力作用的轴压问题进行讨论。
第三章 压弯构件的弯曲屈曲(4学时)
建立弹性压弯构件的基本微分方程,分析端弯矩作用下弹性杆件的变形和内力;给出等效弯矩系数的概念,导出其表达式,介绍我国薄钢规、普钢规和美国规范采用的设计公式;推导压弯构件的转角位移方程,讨论轴力P对稳定函数的影响;讲述压弯构件在弯曲平面内的弹塑性稳定,及其极限荷载的近似求法-Jezek法;最后介绍压弯构件平面内弯曲屈曲的实用设计方法。
第四章 刚架的整体稳定(4学时)
讲述刚架稳定分析的位移法,采用位移法分析简单刚架的弹性稳定;采用位移法对多层多跨刚架整体稳定作简化分析,建立其发生对称失稳及侧移失稳的屈曲方程;讲述求解刚架极限承载力的近似方法,对刚架整体稳定问题做若干讨论,包括梁上分布荷载影响、柱子轴力分布不符合假设问题、有摇摆柱框架计算等。
第五章 开口薄壁构件的弯扭屈曲(9学时)
介绍开口薄壁构件的三种失稳形式—弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲;讲述薄壁构件的基本概念,构件截面上任意一点的位移表达式,扇性坐标的概念及主扇性坐标的计算方法,截面剪力中心的概念及确定方法;讲述薄壁构件的自由扭转和产生的剪应力,约束扭转产生的翘曲正应力和剪应力,翘曲扭矩和双力矩的概念;建立非均匀扭转的扭矩微分方程;采用虚拟分布荷载的概念建立压弯构件弹性弯扭屈曲微分方程;研究轴心受压构件的弹性屈曲承载力;研究压弯构件和梁的弹性弯扭屈曲;讲述不同边界条件下纯弯构件的弯扭屈曲,不等端弯矩作用的受弯构件,及横向荷载作用的受弯构件;讲述压弯构件和梁的弹塑性弯扭屈曲;最后介绍我国规范对梁和压弯构件弯扭屈曲验算的实用算法。
第六章 板件和轴压圆柱壳的屈曲(9学时)
首先介绍由板件失稳引起的工程事故例子,讲述板件及圆柱壳失稳的特性,给出薄板、薄壳的概念;采用小挠度理论建立板的屈曲平衡微分方程,分析板的屈曲问题;采用有限变形理论分析板的屈曲后性能,讲述有效宽度的概念,并介绍板的屈曲后性能在工程中的应用;讲述板的弹塑性屈曲和板的宽厚比限制;最后讲述轴心受压圆柱壳的屈曲问题。


 

主要参考文献:
陈骥,《钢结构稳定理论与设计》,科学出版社,2003

钟善桐:钢结构稳定设计,建工出版社,1991
吕烈武等:钢结构构件稳定理论,建工出版社,1983
查杰斯.A:结构稳定性理论原理,甘肃人民出版社,1982
李国豪等:桥梁结构稳定与振动,铁道出版社,1992
F. 柏拉希:金属结构的屈曲强度,科学出版社,1965
S. P. Timoshenko et al:Theory of Elastic Stability, McGraw-Hill Book Company,1961
W. F. Chen et al: Structural Stability, Prentice-Hall, Inc. 1987
陈绍蕃:钢结构稳定设计指南,建工出版社,1996
夏志斌、潘有昌:结构稳定理论,高等教育出版社,19

课程名称:高等钢筋混凝土结构
先修课程:结构力学,混凝土及砌体结构,高层建筑结构
课程目的和基本要求:
通过讲授本门课程使土木工程研究生对钢筋混凝土材料性能与选择、荷载种类与取值、混凝土结构设计准则、混凝土结构构件的性能与设计、混凝土深梁短梁开洞梁转换梁的性能与设计、混凝土的剪扭与冲切性能与设计、混凝土结构的安全性与耐久性等的历史现状及发展有一个较为全面的了解,学习并掌握国内外钢筋混凝土结构相关问题的分析方法及解决方法。
课程主要内容:
第一讲 概述
介绍钢筋混凝土结构的发展历史,对人类文明和社会发展所做出的突出贡献;介绍人类对混凝土及钢筋混凝土结构工作原理与工程实践的认识过程及当今混凝土工程学所面临的挑战。
第二讲 混凝土结构用钢筋
介绍混凝土结构用钢筋的种类,各种钢筋的物理力学性能,着重介绍新Ⅲ级钢的性能及应用。介绍各种钢筋的选配原则与适用范围,介绍钢筋表面特征及其对混凝土结构性能的影响。介绍钢筋连接的方法与要求。
第三讲 结构混凝土强度指标
介绍按强度分级评判混凝土的思想和方法,介绍混凝土的抗压强度、抗拉强度的概念,以及强度平均值、标准值、设计值之间的关系,介绍混凝土工程质量评定与验收方法。
第四讲 混凝土复杂受力问题
介绍双向受压、双向受拉、一拉一压、一剪一压、二压一剪、三向受压等复杂受力的混凝土的强度理论问题,论述各种复杂受力问题与工程实践的关系。
第五讲 混凝土的模量、收缩与徐变
在回顾混凝土各种模量的物理意义与计算方法之后,着重介绍混凝土收缩的原因、收缩造成混凝土工程的病害及病害预防与治理措施,介绍徐变的概念、徐变的发展规律、徐变的后果及工程建议中对徐变的合理考虑方法。
第六讲 混凝土受压应力-应变关系
介绍混凝土材料的结构组成、单轴受压的破坏过程、单轴短期单调加载时的应力-应变关系曲线特征及相关因素的影响,介绍有代表性的混凝土受压应力-应变曲线方程及其工程应用和有待改进之处。
第七讲 建筑结构的荷载与组合
介绍永久荷载、可变荷载平均值、标准值及设计值的概念及关系,偶然荷载的概念及考虑方法,荷载效应组合的思想与方法。
第八讲 混凝土结构设计原则
介绍钢筋混凝土结构设计的容许应力法、破损阶段法、半概率半经验极限状态设计法、近似概率设计法的优缺点、演变过程及工程应用时的应注意的有关问题,建立从可靠度的角度去对待混凝土工程设计和分析混凝土工程事故的思想方法。
第九讲 混凝土结构正截面承载力分析(一)
介绍混凝土正截面承载力分析的基本假定、一般理论公式的建立过程、简化计算公式的由来及应用于工程设计时应注意的问题。
第十讲 混凝土结构正截面承载力分析(二)
介绍TJ10-74、GBJ10-89、ACI、CEB等国内外混凝土结构设计标准对混凝土结构正截面承载力计算的考虑方法,通过对关系曲线的介绍配筋混凝土受弯构件的力学行为。
第十一讲 钢筋混凝土短梁受力性能与设计
介绍钢筋混凝土短梁的基本概念、受力机理、应用范围、设计计算方法、配筋构造要求及相关工程应用。
第十二讲 钢筋混凝土深梁受力性能与设计
介绍钢筋混凝土深梁的基本概念、受力机理(特别是与浅梁的比较)、应用范围、设计计算方法、配筋构造要求及相关工程应用。
第十三讲 钢筋混凝土开洞梁受力性能与设计
介绍钢筋混凝土开洞梁的基本概念及应用范围、受力机理、设计计算方法、开洞尺寸与位置要求、配筋构造要求及相关工程实践。
第十四讲 钢筋混凝土转换梁设计
介绍钢筋混凝土转换梁的基本概念、种类、受力机理、设计计算方法、有关构造要求及相关工程实践。
第十五讲 钢筋混凝土剪扭及冲切设计(一)
介绍钢筋混凝土剪扭及冲切受力机理,重点介绍钢筋混凝土剪扭及冲切受力模型和剪扭及冲切破坏类型与特征。介绍TJ10-74、GBJ10-89、ACI、CEB等国内外混凝土结构设计标准对钢筋混凝土剪扭及冲切设计的相关条款及背景。
第十六讲 钢筋混凝土结构耐高温设计
介绍钢筋及混凝土材料在火灾下及火灾后的物理力学性能退化规律,混凝土截面温度场计算,钢筋混凝土构件及体系抗火设计发展概况,有关抗火设计建议与构造。
第十七讲 混凝土结构的安全性与耐久性
介绍国内外主要规范活荷载取值、荷载分项系数和材料分项系数的取值情况,了解不同国家混凝土结构的可靠度水平。通过对工程受地震作用、冲击荷载、煤气爆炸作用等的破坏实例,说明结构整体牢固性对结构安全性的影响。通过工程实例说明关键因素对混凝土工程耐久性的影响规律,介绍提高混凝土工程耐久性的相关措施。
第十八讲 复习考试
利用20分钟简要回顾一下本课程讲授的内容之后,进行本课程的结课考试。
课程主要教材:
1、《高等钢筋混凝土结构学》赵国藩主编,中国电力出版社,1999;
2、《现代钢筋混凝土基本理论》周氏,上海交通大学出版社,1989。
主要参考文献:
1、《混凝土结构学》江见鲸主编,中国建筑工业出版社,1998;
2、《钢筋混凝土结构理论》王传志、腾智明,中国建筑工业出版社,1985;
3、《混凝土的强度和变形》过镇海,清华大学出版社,1997;
4、《钢筋混凝土原理》过镇海,清华大学出版社,1999;
5、《钢筋混凝土基本构件》(第二版) 腾智明,清华大学出版社,1987;
6、《高等钢筋混凝土结构》周志祥主编,人民交通出版社,2001。

 

课程名称:地震工程

先修课程:结构动力学

 

课程名称:结构随机振动
先修课程:概率论,结构动力学

 

课程名称:风工程与结构抗风设计
先修课程:结构动力学、结构随机振动

 

课程名称:高等土力学
先修课程:有限单元法、现代数学基础、弹塑性理论

 

课程名称:结构可靠度
先修课程:概率论、结构动力学、结构随机振动

 

课程名称:结构实验技术
先修课程:钢筋混凝土结构与砌体结构,结构动力学

 

课程名称:结构损伤识别与健康监测
先修课程:结构动力学, 结构试验技术,有限元

 

课程名称:结构振动的智能控制
先修课程:结构动力学,结构随机振动

 

《有限元法及程序设计》钟光珞、赵冬编,陕西科学出版社  

《有限单元法》钟光珞、赵冬编,陕西科技出版社  

《弹性力学》(上册)徐芝伦编,人民教育出版社  

《塑性理论简明教程》徐秉业等,清华大学出社,1981  

《结构动力学》R.W.克拉夫、J.彭津  

《钢筋混凝土结构理论》王传志主编,中国工业出版社

《Reinforced  concretest- structures》,R.Park and T.Paulay

《钢筋混凝土原理分析》过镇海,清华大学出版社,2003

《工程经济学》刘晓君主编,中国建筑工业出版社

 

 



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1 张海权

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