6.3 三铰拱与静定平面刚架（教案）《土木工程力学基础》同步精品课堂（机工版·第2版）

《土木工程力学基础》教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 任务6.3 三铰拱与静定平面刚架 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 学生在理解三铰拱与静定平面刚架的基本概念和受力特点方面表现良好，但在分析复杂荷载作用下的内力分布和结构响应时存在困难。他们需要更多的实践案例和图形辅助工具来加深对结构设计和分析的理解，特别是在考虑实际工程条件和荷载变化时。教学中应加强这些方面的训练，以提升学生的应用能力和创新思维。 背景分析 土木工程背景分析指出，该领域历史悠久，与人类社会发展紧密相关。随着城市化进程加快和基础设施需求增长，土木工程在技术、材料和设计理念上不断创新。同时，面临人口增长、资源限制和环境挑战，土木工程正向智能化、绿色化发展，以实现可持续发展。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 激发学生对土木工程和力学的兴趣和热情，鼓励他们探索这个领域的奥秘。在复杂的工程问题解决过程中，培养学生的耐心和对细节的关注。帮助学生适应不断变化的技术环境和工作要求。 掌握三铰拱的内容 学会识别静定平面刚架 学习任务 描述 掌握三铰拱的内容 学会识别静定平面刚架 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 掌握三铰拱的内容 教学难点 学会识别静定平面刚架 教学难点突破方法 一是配套使用微课资源；二是配套使用考试题库；三是配套开展在线考试。建议的教学方法为“五环四步”,即每个模块按照“能力发展动员、基础能力诊断、能力发展训练、能力水平鉴定和能力教学反思”五个环节设计；每个任务按照“任务布置、协作行动、成果展示、学习评价”四个步骤进行。 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《土木工程力学基础》，主编：卢光斌，2021年9月第2版；机械工业出版社出版。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识复习与回顾（2分钟） [引入主题]（2分钟） 武汉长江大桥 武汉长江大桥是中国第一座长江大桥，于1957年建成，位于湖北省武汉市，连接汉阳和武昌。该桥是一座铁路、公路两用桥，全长1670米，主桥长1156米，主跨为128米。 芜湖长江大桥 位于安徽省芜湖市，于1997年3月正式动工，2000年5月16日大桥合龙，9月30日建成开通。全长10616米，主跨312米。大桥采用低塔、斜拉索加劲的连续钢桁梁新桥型，主塔高84.2米。工程混凝土用量约53万立方米，结构用钢约11万吨，工程量相当于武汉长江大桥和南京长江大桥的总和，居国内桥梁第一位。 提出问题，认真回答问题。 接收并查看本节课堂任务书。查看并记住本节任务的学习目标。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.下发和展示任务，让学生明确课堂任务，学习课堂知识。 新 课 导 入 （3分钟） [新课引入]（3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。 2.学生分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（2分钟） 三铰拱 如图6-12a所示的海绵曲杆，在中间一段画纵向曲线，表示纵向纤维段。将曲杆置于桌 面，左手捏住曲杆的左端，右手指对杆竖直向下施力，曲杆会向下弯曲(下侧纤维拉长),杆 的右端会向外滑出(图6-12b)。略去摩擦，则视水平支座反力为零。此时，曲杆的变形仍以弯 曲为主，仍然是梁。因变形前杆的轴线为曲线，称之为曲梁。如果用物体顶住右端不让向外滑 动，水平约束对杆端则产生水平支座反力，杆的弯曲明显减小(图6-12c)。竖向荷载作用下产 生水平支座反力的曲杆称为拱。 上课前老师收集相关的新专业、职业、技能等知识。 学生对新专业了解后，再上网查一下新专业所涉及的知识点。 使用学生对新专业有个大概了解，自己再去收集相关资料补充自己的知识面。 学 习 新 知（14分钟） 将拱的外力分解为竖直方位、水平方位两组：竖向外力使杆向下弯曲(图6-12b); 水 平推力Fn 使杆向上弯曲(图6-12d, 上侧纤维拉长)。这组水平推力产生的反向弯曲，削弱 了竖向外力产生的弯曲；而且水平推力还增大了拱的轴力(图6-12c)。这 样 ，拱的变形便 转换成以轴向压缩为主。图6-12e所示砌拱实验，砌块之间不可能承受拉力。拱座固定在基座 上，斜面阻止砌块向下、向外移动，提供向上的支座反力和向里的水平推力。 拱主要承受压力，使 得截面上的正应力分布比较均匀，材料得到较为充分的利用。而 且可以用砖、石、混凝土等抗拉性能弱、抗压性能较强的材料制造，是一种合理的结构形式。 主要讲解拱的外力分解。 学生在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 通过直观教学法，使用电教媒体PPT的形式，不仅能进一步激发学生的兴趣，也有利于加深学生对知识的理解和对内容的掌握。 图6-13a为重庆市丰都县九溪沟石拱桥，跨度116m, 成为20世纪70年代同类桥梁的世 界之最。就地取材，技术简易，耐久美观，为石拱桥的优点。图6-13b 为大跨径钢筋混凝 土拱桥，轻巧美观，大量应用在现代公路的建设中。彩图9a 为汉江进入长江处的晴川桥 (钢管混凝土系杆拱桥，跨度280m) 。 图6-13c为神农架风景区的“燕天飞渡”人行天桥， 单跨58m, 为钢箱拱桥。图6-13d 所示重庆朝天门长江大桥，上层公路，下层双线轻轨， 为主跨552m 的钢桁拱桥。 教师根据案例讲解。 学生跟上老师的思路； 抽取学生回答老师的提问； 让学生能够快速的掌握工序等主要流程的内容 突破了课程内容难点。 静定平面刚架 由直杆组成的具有刚结点的结构称为刚架。通常称刚架的水平杆、斜杆为梁，称竖杆 为柱。 图6-15a 所示为施工中的厂房装配式门式刚架。取其中一榀为研究对象，用杆件的轴线 代表杆，用符号代表结点、支座，加上荷载，即得刚架的计算简图。图6-15b 为图1-10所 示钢筋混凝土三铰刚架在竖向均布荷载均布荷载下的计算简图，图6-15c 为彩图9b中钢筋 混凝土T 形刚构悬臂刚架在竖向荷载作用下的计算简图。当刚架各杆的轴线在同一平面内， 外力也可简化到这个平面内时，这样的刚架称为平面刚架。 三铰刚架和悬臂刚架几何不变且无多余联系，是静定结构。 悬臂刚架的受力图如图6-15c所示，用静力平衡方程能够确定全部未知力。三铰刚架 的受力图如图6-15b所示。如同计算三铰拱的支座反力那样(2.5.3小节的分析示范), 先以整个刚架为隔离体，分别对铰A、铰 B 取矩，计算竖向支座反力Fvp 、FvA,再以左半 刚架为隔离体计算水平支座反力FAA,最后以整个刚架为隔离体计算水平支座反力FHg。 画刚架的内力图的步骤仍然是画基线，分区段；逐段绘图线：判断图线类型，确定图线 位置。与梁的内力图不同的是，刚架的内力图画在结构的简图上，以各杆的轴线为基线；除 了以外力变化为标志划分区段外，刚结点也是分段的标志；竖杆当梁看，拟定上下；有轴 力图。 教师讲解静定平面刚架，通过展示图片和理论相结合的形式，更形象的记忆 学生跟上老师的思路； 图片展示更加直观 学生再练习（6分钟） 4、分配任务：（6分钟）（思政导入：团队合作，培养学生学会思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题：总结三铰拱。 2）、每组派出代表回答老师提问 4）、学生分组相互评价 5）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） 本课程全面覆盖了三铰拱和静定平面刚架的基本原理、结构分析与设计方法。通过理论讲解与实例演练，学生能够掌握这两种结构在不同荷载条件下的内力计算、稳定性分析及优化设计，为将来的工程实践打下坚实的基础。 布置下节课任务（40分钟） 布置下节课任务（40分钟） 预习下节课内容 布 置 作业（13分钟） [完成作业]（13分钟） 1.三铰拱和静定平面刚架在温度变化下的内力响应有何不同？ 2.在设计三铰拱时，为什么需要考虑拱的合理轴线形状？ 3.为什么三铰拱在实际工程中比较常见？ 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 在三铰拱与静定平面刚架的教学中，我认识到需要结合更多实际工程案例来增强学生的实践感知，同时应加强图形化教学工具的使用，以帮助学生更直观地理解复杂结构的受力特性和设计原则，从而提高他们的分析能力和创新设计思维。 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$