结构动力学与地震作用教学大纲.docx

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1、结构动力学与地震作用教学大纲课程中文名称：结构动力学与地震作用课程英文名称：Introduction to the Fundamentals of Vibration Theory课程编号：K1259学分：2.5学时：40 （其中：讲课学时：38实验学时：2实践学时：0）先修课程：高等数学I 一/二、线性代数I、概率论与数理统计I、理论力学、荷载与 结构设计原理、材料力学、结构力学适用专业：土木工程课程类别：专业核心课程/必修使用教材：结构力学n专题教程，龙驭球、包世华、袁驷主编，高等教育出版社，2018 年8月第四版；建筑结构抗震设计，李国强、李杰、陈素文、陈建兵编著，中国建筑出版 社，20

2、14年8月第四版；开课单位：土木与建筑学院一、课程性质结构动力学与地震作用是土木工程专业的一门专业核心必修课，课程内容包括矩阵 位移法、结构动力学和地震作用三个部分。通过该课程的学习，学生掌握结构的矩阵分析方 法、结构的动力计算和地震作用的基本理论，通过实验教学掌握结构动力特性的测试技术, 为后续学习专业课程、从事专业工作以及进一步研究打下坚实的基础。二、课程目标课程总体目标：具备应用矩阵位移法求解刚架结构及连续梁等结构静力位移的能力；具 备建立单自由度和双自由度力学模型和求解工程问题的能力；具备利用振型分解反应谱法求 解规则建筑结构的地震作用效应的能力，掌握平扭耦合及双向水平地震作用对结构的

3、影响。课程目标1:掌握矩阵位移法计算结构静力的基本思想；理解矩阵位移法的基本思想， 具备利用该方法求解刚架结构以及连续梁结构位移的能力。课程目标2：掌握动力方法计算结构动力特性的基本概念、建立单自由及双自由结构体 系的运动学方程的方法,具备求解单自由及双自由结构体系在自由振动和受迫振动时动力特 性的能力。课程目标3：掌握单自由度以及多自由度结构体系的地震作用计算方法，具备用振型分解反应谱法求解规则建筑结构的地震作用效应的能力，掌握结构平扭耦合时的地震反应特 点，及双向水平地震作用对结构的影响，理解时程分析法求解结构地震响应的基本原理。课程目标对毕业要求的支撑关系课程目标支撑毕业要求毕业要求指标

4、点支撑毕 业要求 指标点 权重课程目标1:掌握矩阵位移法计 算结构静力的基本思想；理解矩 阵位移法的基本思想，具备利用 该方法求解刚架结构、桁架结构 以及连续梁结构位移和单元内 力的能力。毕业要求1.工程知识： 掌握本领域专业知识体 系，对土木工程核心知识 有深刻的认识，能够解决 土木工程中的结构分析 设计、结构校核、结构加 固及其他相关复杂工程 问题。1.3能够解决土木工程 中的结构分析设计、结 构校核、结构加固及其 他相关复杂工程问题。0.1课程目标2：掌握动力方法计算 结构动力特性的基本概念、建立 单自由及双自由结构体系的运 动学方程的方法，具备求解单自 由及双自由结构体系在自由振 动和

5、受迫振动时动力特性的能 力。毕业要求2.问题分析： 毕业生能够应用数学、自 然科学和工程科学的基 本原理对土木工程中的 各类复杂问题进行深入 分析，并通过查阅文献进 行对比研究，从而获得与 研究目的有关的结论与 资料，进T做出正确的 分析方法与技术路线。2.2能够从土木工程问 题中提取力学模型，进 行研究和分析，获得有 效结论。0.15课程目标3：掌握单自由度以及 多自由度结构体系的地震作用 计算方法，具备用底部剪力法和 振型分解反应谱法求解规则建 筑结构的地震作用效应的能力。2.3能从土木工程复杂 问题中，利用专业基本 原理来分析问题和研 究问题，并获得有效结 论。0.1三、教学内容及要求(

6、应包含各章节1,教学内容2.重难点3.考核要点4.教学方法5.作业安排)第一章矩阵位移法1 教学内容概述结构体系的数值化单元分析(4)连续梁的整体刚度矩阵刚架的整体刚度矩阵(6)矩阵位移法的计算步骤2 重、难点结构体系的坐标系建立，按先处理法对结构数值化与位移编码(2)单元刚度矩阵在整体坐标系与局部坐标系中的变化方法 刚架的单元刚度矩阵、连续梁刚度矩阵的形成方法(4)根据定位向量形成整体结构的整体刚度矩阵及结点荷载向量考核要点矩阵位移法的基本原理；单元刚度矩阵和总刚度矩阵的性质和特点；等效结点荷载的计 算；利用矩阵位移法进行结构分析。3 教学方法讲授、板书与PPT4 作业安排结构力学H专题教程

7、，习题11-1、11-2、11-3 11-6、11-8第二章结构动力学教学内容(1)结构动力计算的特点与动力自由度(2)单自由度体系的自由振动(3)单自由度体系的强迫振动(4)阻尼对振动的影响(5)双自由度体系的自由振动(柔度法和刚度法)(6)双自由度体系在简谐荷载下的强迫振动(7)多自由度体系的自由振动(柔度法和刚度法)(8)多自由度体系主振型的正交性2 重、难点 结构的动力自由度;结构运动方程的建立;动力系数计算以及阻尼比对结构的影响; 单自由度体系的自振频率计算；(3)两个自由度体系的振动频率和主振型计算；(4)阻尼比对结构的影响；(5)单自由度体系和多自由度体系在简谐荷载下的强迫振动计

8、算；3 考核要点结构动力学的基本概念；柔度法和刚度法建立结构体系的运动方程；单自由度体系的自 振频率计算；两个自由度体系的振动频率和振型计算；单自由度体系在简谐荷载下的强迫振 动计算。4 教学方法讲授、板书与PPT5 作业安排结构力学H专题教程，习题12-4、12-8、12-10、12-14、12-18、12-20第三章地震作用教学内容概述单自由度体系的弹性地震反应分析单自由度体系的水平地震作用与反应谱(4)多自由度弹性体系的地震反应分析 多自由度弹性体系的最大地震反应与水平地震作用(6)竖向地震作用(7)结构平扭耦合地震反应与双向水平地震影响(8)结构非弹性地震反应时程分析2 重、难点 单质

9、点弹性体系水平地震作用一一反应谱法，多质点弹性体系水平地震作用的底部 剪力法 多质点弹性体系的地震反应，多质点弹性体系水平地震作用的振型分解反应谱法(3)结构的双向水平地震影响(4)结构的地震反应时程分析3 考核要点地震反应和地震作用的概念；地震反应谱和设计反应谱；振型分解反应谱法；结构基本 周期的近似计算；结构的双向水平地震效应计算；地震反应时程分析中的加速度假定与简化 计算方法。4 教学方法讲授、板书与PPT5 作业安排建筑结构抗震设计(第四版)、第3章，二、计算题的第2小题四、学时分配及对毕业要求指标点的支撑章节教学内容支撑的 课程目标学时分配讲课实验实践第1章矩阵位移法 结构力学n专题

10、 教程概述；结构体系的数值化；单元分析；连续 梁的整体刚度矩阵；刚架的整体刚度矩阵； 矩阵位移法的计算步骤。课程目标18第2章结构动力学 结构力学n专题 教程结构动力计算的特点与动力自由度；单自由 度体系的自由振动；单自由度体系的强迫振 动；阻尼对振动的影响；双自由度体系的自 由振动（柔度法和刚度法）；双自由度体系 在简谐荷载下的强迫振动；多自由度体系的 自由振动（柔度法和刚度法）；多自由度体 系主振型的正交性。课程目标2142第3章地震作用 建筑结构抗震设 计概述；单自由度体系的弹性地震反应分析； 单自由度体系的水平地震作用与反应谱；多 自由度弹性体系的地震反应分析；多自由度 弹性体系的最大

11、地震反应与水平地震作用； 结构的双向水平地震效应计算；地震反应 时程分析中的加速度假定与简化计算方 法。课程目标316合计382五、考核方式及成绩评定标准1.课程考核方式：考试。2 ,课程成绩评定标准 课程成绩=平时考核成绩x20%+实验成绩“0%+期末考试成绩x70%。成绩的具体构成如下:考核形式分值考核细则平时成绩 20%平时作业10每章内容给学生布置一定量的习题，主要考核学生对该章内容 知识点的梳理和掌握程度，计算全部作业的平均成绩再按10% 计入总成绩。课堂表现10通过对学生提问考核学生参与课堂的积极性，以及采用课堂测 验的方式来检验学生的听课效果,最后按10%计入课程总成绩。实验成绩

12、10%课程实验10参加实验课程，按实验报告成绩满分10分计入课程总成绩。期末考试 70%期末考试 卷面成绩70试卷题型包括填空题、简答题、计算题和综合分析应用题等， 以卷面成绩的70%计入课程总成绩。六、参考书目.结构力学教程（H），龙驭球、包世华编，高等教育出版社，2011年第1版（1） .结构动力学，刘章军、陈建兵编著，中国水利水电出版社，2012年第1版.结构力学（下册），朱慈勉、张伟平编著，高等教育出版社，2018年第3版（2） .建筑抗震设计，郭继武编，中国建筑工业出版社，2006年第2版七、教学参考资源(1) 矩阵位移法部分。课程网址：华中科技大学的M00C内容，参考学习结构力学的第3次开课(开课时间：2020年 09月01日2020年12月16日)。其中，第十四周和第十五周的MOOC内容对应本学期需 要学习的矩阵位移法部分。对于本课程教学内容需要的先学内容位移法在MOOC中也有 涉及，学生可以自学复习。