土木工程結(jié)構(gòu)力學設計知識點梳理姓名_________________________地址_______________________________學號______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請首先在試卷的標封處填寫您的姓名，身份證號和地址名稱。2.請仔細閱讀各種題目，在規(guī)定的位置填寫您的答案。一、選擇題1.以下哪一項是結(jié)構(gòu)力學中的基本假設？

A.塑性變形

B.剛體假設

C.柔性假設

D.彈性變形

2.結(jié)構(gòu)靜力分析的目的是什么？

A.確定結(jié)構(gòu)的幾何穩(wěn)定性

B.確定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和反力

C.確定結(jié)構(gòu)的承載能力

D.確定結(jié)構(gòu)的位移

3.結(jié)構(gòu)動力學中的單自由度系統(tǒng)通常包含什么？

A.質(zhì)點、彈簧、阻尼器

B.質(zhì)點、彈簧、質(zhì)量塊

C.質(zhì)點、質(zhì)量塊、阻尼器

D.質(zhì)點、質(zhì)量塊、彈簧

4.材料的彈性模量E與泊松比ν之間的關系是？

A.E=ν(G)

B.E=ν(E)

C.E=1/ν(G)

D.E=1/ν(E)

5.靜定結(jié)構(gòu)的約束反力可以通過哪些方法求解？

A.力法

B.位移法

C.矩陣位移法

D.以上所有方法

6.結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析常用的方法是？

A.能量法

B.穩(wěn)定性方程法

C.極限平衡法

D.有限元法

7.結(jié)構(gòu)動力反應分析中，影響最大振幅的主要因素是？

A.初始條件

B.荷載條件

C.結(jié)構(gòu)剛度

D.結(jié)構(gòu)阻尼

答案及解題思路：

1.答案：B

解題思路：結(jié)構(gòu)力學中的基本假設之一是剛體假設，即假設結(jié)構(gòu)在受力過程中不發(fā)生變形。

2.答案：B

解題思路：結(jié)構(gòu)靜力分析的主要目的是確定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和反力，以便評估結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

3.答案：A

解題思路：單自由度系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)動力學中的一個基本概念，通常包含質(zhì)點、彈簧和阻尼器，這些元件共同決定了系統(tǒng)的動態(tài)特性。

4.答案：D

解題思路：根據(jù)胡克定律，彈性模量E與泊松比ν之間的關系為E=1/ν(G)，其中G是剪切模量。

5.答案：D

解題思路：靜定結(jié)構(gòu)的約束反力可以通過力法、位移法、矩陣位移法等多種方法求解，具體選擇取決于結(jié)構(gòu)的形式和條件。

6.答案：A

解題思路：能量法是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析中常用的方法，通過計算結(jié)構(gòu)在受力過程中的勢能和動能的變化來判斷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

7.答案：B

解題思路：在結(jié)構(gòu)動力反應分析中，荷載條件是影響最大振幅的主要因素，因為不同的荷載會產(chǎn)生不同的動態(tài)響應。二、填空題1.在結(jié)構(gòu)力學中，根據(jù)力的傳遞途徑，可將力分為外力和內(nèi)力。

2.單向板的彎曲問題，若厚度相對較薄，可以將其簡化為薄膜問題。

3.結(jié)構(gòu)動力分析中，系統(tǒng)的響應與激勵之間的關系可以通過動態(tài)方程描述。

4.靜定結(jié)構(gòu)中，若有一個多余的支座，則稱為靜不定結(jié)構(gòu)。

5.材料的應力與應變成正比，即滿足胡克條件。

答案及解題思路：

答案：

1.外力、內(nèi)力

2.薄膜

3.動態(tài)方程

4.靜不定

5.胡克

解題思路：

1.力的分類：根據(jù)力的作用對象，力分為作用于結(jié)構(gòu)的外力和結(jié)構(gòu)內(nèi)部各部分之間的相互作用力，即內(nèi)力。

2.單向板的彎曲問題簡化：當單向板的厚度相對較薄時，其厚度對板的彎曲效應可以忽略，此時可以將單向板的問題簡化為只受面力作用的薄膜問題。

3.結(jié)構(gòu)動力分析描述：結(jié)構(gòu)動力分析涉及系統(tǒng)的運動和外界作用力（激勵）的關系，這一關系通常通過系統(tǒng)的運動方程或其變形描述，即動態(tài)方程。

4.靜不定結(jié)構(gòu)定義：在靜定結(jié)構(gòu)中，所有支座提供的反力之和等于作用于結(jié)構(gòu)的外力。若結(jié)構(gòu)中存在一個支座提供的反力不能僅由外力平衡，這樣的結(jié)構(gòu)被稱為靜不定結(jié)構(gòu)。

5.材料的應力應變關系：當材料的應力與應變成正比關系時，這種關系被稱為胡克定律，用公式表達即為胡克條件。這是材料力學中的一個基本假設。三、判斷題1.結(jié)構(gòu)力學中的平衡方程可以同時考慮力和力矩的影響。（√）

解題思路：在結(jié)構(gòu)力學中，平衡方程是用來描述結(jié)構(gòu)在各種載荷作用下的平衡狀態(tài)的方程。這些方程通常包括力的平衡方程和力矩的平衡方程。力的平衡方程考慮了作用在結(jié)構(gòu)上的所有力的矢量和為零，而力矩的平衡方程考慮了作用在結(jié)構(gòu)上的所有力矩的代數(shù)和為零。因此，平衡方程可以同時考慮力和力矩的影響。

2.靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力可以通過結(jié)構(gòu)幾何圖形直接確定。（×）

解題思路：靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力不能直接通過結(jié)構(gòu)幾何圖形確定。靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力需要通過靜力平衡方程來求解，這些方程基于結(jié)構(gòu)的幾何形狀和所施加的載荷。結(jié)構(gòu)幾何圖形只能提供結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的信息，而內(nèi)力的計算還需要考慮載荷分布和支座條件等因素。

3.結(jié)構(gòu)的固有頻率與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度有關。（√）

解題思路：結(jié)構(gòu)的固有頻率是指結(jié)構(gòu)在沒有外力作用下自然振動的頻率。根據(jù)振動理論，結(jié)構(gòu)的固有頻率與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布和剛度分布有關。質(zhì)量分布決定了結(jié)構(gòu)振動的能量，而剛度分布則決定了結(jié)構(gòu)振動的抵抗程度。

4.結(jié)構(gòu)的承載能力與其穩(wěn)定性無關。（×）

解題思路：結(jié)構(gòu)的承載能力與其穩(wěn)定性密切相關。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在受到外力作用時保持平衡的能力。如果結(jié)構(gòu)在達到其承載能力之前發(fā)生失穩(wěn)，那么其承載能力將受到限制。

5.在結(jié)構(gòu)動力分析中，阻尼對結(jié)構(gòu)振幅有減小作用。（√）

解題思路：阻尼是描述能量耗散的物理量，它存在于實際結(jié)構(gòu)中。在結(jié)構(gòu)動力分析中，阻尼會減小結(jié)構(gòu)振動的振幅。這是因為阻尼將一部分振動能量轉(zhuǎn)化為熱能，從而減少了振動系統(tǒng)的能量。

答案及解題思路：

答案：

1.√

2.×

3.√

4.×

5.√

解題思路：

1.平衡方程可以同時考慮力和力矩的影響，因為它們是描述結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)的方程。

2.靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力不能直接通過結(jié)構(gòu)幾何圖形確定，需要通過靜力平衡方程求解。

3.結(jié)構(gòu)的固有頻率與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度有關，這是振動理論的基本知識。

4.結(jié)構(gòu)的承載能力與其穩(wěn)定性有關，穩(wěn)定性限制了結(jié)構(gòu)在達到承載能力之前的最大載荷。

5.阻尼對結(jié)構(gòu)振幅有減小作用，因為它是能量耗散的物理量，減少了振動系統(tǒng)的能量。四、簡答題1.簡述結(jié)構(gòu)力學中平衡方程的應用。

在結(jié)構(gòu)力學中，平衡方程是分析結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎。它主要包括三個方程：力的平衡方程、力矩的平衡方程和彎矩的平衡方程。

應用實例：在分析一個簡支梁的受力情況時，通過力的平衡方程可以確定支座反力，進而計算出梁內(nèi)的彎矩和剪力。

解題思路：首先列出結(jié)構(gòu)上所有力的平衡方程，然后根據(jù)實際情況選擇合適的方程進行求解。

2.解釋靜定結(jié)構(gòu)的多余約束及其影響。

靜定結(jié)構(gòu)的多余約束是指在實際結(jié)構(gòu)中存在的、超過結(jié)構(gòu)必要約束數(shù)量的約束。

多余約束可能引起以下影響：

結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的變化，可能產(chǎn)生不必要的內(nèi)力。

結(jié)構(gòu)的變形功能受到影響，可能導致結(jié)構(gòu)剛度降低。

增加結(jié)構(gòu)的制造成本和維護難度。

解題思路：識別結(jié)構(gòu)中的多余約束，分析其對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響，并考慮是否需要調(diào)整或去除這些約束。

3.簡述結(jié)構(gòu)動力分析中阻尼的幾種類型及其作用。

結(jié)構(gòu)動力分析中的阻尼主要有以下幾種類型：

粘性阻尼：阻尼力與速度成正比，常見于粘彈性材料。

結(jié)構(gòu)阻尼：阻尼力與位移成正比，與材料的特性有關。

摩擦阻尼：由于結(jié)構(gòu)部件間的摩擦引起的阻尼。

阻尼的作用：

降低結(jié)構(gòu)的振動幅度，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。

減緩結(jié)構(gòu)的響應速度，提高系統(tǒng)的響應質(zhì)量。

影響結(jié)構(gòu)的頻率特性，影響結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應。

解題思路：根據(jù)結(jié)構(gòu)動力分析的需求，選擇合適的阻尼類型，并分析其對結(jié)構(gòu)動力響應的影響。

答案及解題思路：

1.答案：平衡方程在結(jié)構(gòu)力學中的應用包括確定支座反力、計算內(nèi)力、分析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等。解題思路：根據(jù)力的平衡方程、力矩的平衡方程和彎矩的平衡方程，列出所有相關方程，并逐一求解。

2.答案：靜定結(jié)構(gòu)的多余約束可能引起內(nèi)力分布變化、結(jié)構(gòu)剛度降低和制造成本增加等影響。解題思路：識別多余約束，分析其對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響，并考慮調(diào)整或去除約束。

3.答案：結(jié)構(gòu)動力分析中的阻尼類型包括粘性阻尼、結(jié)構(gòu)阻尼和摩擦阻尼，它們的作用是降低振動幅度、減緩響應速度和影響頻率特性。解題思路：根據(jù)具體分析需求，選擇合適的阻尼類型，并分析其對結(jié)構(gòu)動力響應的影響。五、論述題1.論述結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的重要性及其在實際工程中的應用。

a.引言

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的定義和背景

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的重要性概述

b.結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的重要性

保證結(jié)構(gòu)的安全性

提高結(jié)構(gòu)的可靠性

降低工程風險和成本

c.結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析在實際工程中的應用

建筑結(jié)構(gòu)設計

公路橋梁設計

鐵路隧道設計

大型體育場館設計

d.案例分析

某高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

某大跨度橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

2.針對結(jié)構(gòu)動力分析，闡述阻尼對結(jié)構(gòu)響應的影響，并說明如何優(yōu)化阻尼設計。

a.引言

結(jié)構(gòu)動力分析的定義和背景

阻尼在結(jié)構(gòu)動力分析中的作用

b.阻尼對結(jié)構(gòu)響應的影響

阻尼對振幅的影響

阻尼對頻率的影響

阻尼對相位角的影響

c.阻尼設計優(yōu)化方法

選擇合適的阻尼類型

優(yōu)化阻尼比

考慮材料特性對阻尼的影響

d.案例分析

某地震區(qū)建筑結(jié)構(gòu)阻尼設計優(yōu)化

某高層建筑結(jié)構(gòu)阻尼設計優(yōu)化

答案及解題思路：

1.論述結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的重要性及其在實際工程中的應用。

答案：

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析是保證結(jié)構(gòu)設計安全可靠的關鍵環(huán)節(jié)。它通過對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行評估，可以提前發(fā)覺潛在的設計缺陷，避免結(jié)構(gòu)在使用過程中出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，從而保障人民生命財產(chǎn)安全。在實際工程中，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的應用包括但不限于以下幾個方面：

在建筑設計階段，通過穩(wěn)定性分析可以保證建筑物在自重和外部荷載作用下不發(fā)生破壞。

在橋梁設計階段，穩(wěn)定性分析有助于評估橋梁在車輛荷載和自然災害（如地震）作用下的安全功能。

在隧道設計階段，穩(wěn)定性分析對于保證隧道在長期使用過程中不發(fā)生變形和破壞。

在大型體育場館設計階段，穩(wěn)定性分析可以保證場館在大型活動中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

解題思路：

闡述結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的定義和重要性；從建筑、橋梁、隧道、體育場館等不同工程領域舉例說明其應用；結(jié)合具體案例，分析穩(wěn)定性分析在實際工程中的具體作用。

2.針對結(jié)構(gòu)動力分析，闡述阻尼對結(jié)構(gòu)響應的影響，并說明如何優(yōu)化阻尼設計。

答案：

阻尼在結(jié)構(gòu)動力分析中起著的作用，它直接影響結(jié)構(gòu)的振幅、頻率和相位角。合理的阻尼設計可以顯著提高結(jié)構(gòu)的動力功能和抗災能力。優(yōu)化阻尼設計的方法包括：

根據(jù)工程特點和需求選擇合適的阻尼類型，如粘滯阻尼、粘彈性阻尼等。

優(yōu)化阻尼比，使其既能有效吸收振動能量，又不會過度增加結(jié)構(gòu)的阻尼力。

考慮材料特性對阻尼的影響，選擇具有良好阻尼功能的材料。

解題思路：

介紹阻尼在結(jié)構(gòu)動力分析中的作用和影響；分析不同阻尼類型對結(jié)構(gòu)響應的影響；提出優(yōu)化阻尼設計的方法；結(jié)合具體案例，說明如何在實際工程中應用這些方法。六、計算題1.計算一單跨梁在均布荷載作用下的彎矩圖。

問題描述：假設一單跨簡支梁，其長度為L，兩端簡支，在其上作用一均布荷載q。求該梁在均布荷載作用下的彎矩圖。

解題思路：

1.確定荷載類型及分布情況。

2.根據(jù)梁的長度和均布荷載的分布，列出彎矩方程。

3.對方程進行積分，得到彎矩表達式。

4.繪制彎矩圖。

2.求一靜定結(jié)構(gòu)的支座反力。

問題描述：一靜定平面結(jié)構(gòu)，受到集中力和均布荷載的作用。求結(jié)構(gòu)的支座反力。

解題思路：

1.根據(jù)受力分析，列出所有力的平衡方程。

2.包括垂直方向的平衡、水平方向的平衡和力矩平衡。

3.解方程組，求出每個支座的反力。

3.計算一結(jié)構(gòu)在特定激勵下的最大振幅。

問題描述：一單層剪切型框架，受到簡諧振動的激勵。求結(jié)構(gòu)在該激勵下的最大振幅。

解題思路：

1.確定結(jié)構(gòu)的自振頻率和阻尼比。

2.應用激勵頻率與自振頻率的關系，判斷共振情況。

3.根據(jù)結(jié)構(gòu)的固有頻率和激勵情況，計算最大振幅。

4.分析一結(jié)構(gòu)在地震作用下的穩(wěn)定功能。

問題描述：一框架結(jié)構(gòu)，考慮其在地震作用下的穩(wěn)定性。分析其可能發(fā)生的破壞模式和臨界荷載。

解題思路：

1.應用地震響應分析的方法，如時程分析法。

2.識別結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，如連接節(jié)點和梁柱交接處。

3.計算結(jié)構(gòu)的屈服荷載和極限荷載，評估穩(wěn)定性。

5.求一平面剛架在荷載作用下的內(nèi)力圖。

問題描述：一平面剛架結(jié)構(gòu)，受到點荷載和均布荷載的作用。求結(jié)構(gòu)在荷載作用下的內(nèi)力圖，包括彎矩和剪力。

解題思路：

1.進行結(jié)構(gòu)分析，確定支座反力和內(nèi)力分布。

2.應用剪力法和彎矩法進行內(nèi)力計算。

3.繪制內(nèi)力圖，顯示彎矩和剪力的分布情況。

答案及解題思路：

1.計算一單跨梁在均布荷載作用下的彎矩圖。

答案：

彎矩方程為\(M(x)=\frac{qx^2}{2}\)

彎矩圖在中間最大，兩端為零。

解題思路：利用積分方法計算彎矩，通過積分公式得到彎矩表達式，進而繪制彎矩圖。

2.求一靜定結(jié)構(gòu)的支座反力。

答案：

支座反