6.4 工程中常见超静定结构简介（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6.4 工程中常见超静定结构简介 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 学生在理解超静定结构的基本概念和特点方面表现良好，但对于其复杂的内力分析和实际工程应用仍需加强。他们需要更多的实际案例和实践操作来深化对超静定结构在不同荷载下行为的理解，特别是在结构设计、分析和维护方面的应用。教学中应注重结合实际工程案例，提高学生的分析和解决问题的能力。 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。 掌握超静定平面刚架 学会多层刚架的几何组成分析 学习任务 描述 掌握超静定平面刚架 学会多层刚架的几何组成分析 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 掌握超静定平面刚架 教学难点 学会多层刚架的几何组成分析 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） 电视塔和通讯塔 高耸结构如电视塔和通讯塔，通常具有多个斜撑和横撑，这些构件提供了额外的支撑点，使得整个结构成为超静定结构，以抵抗风力和其他侧向荷载。 工业厂房结构 工业厂房的屋顶结构常常采用桁架或刚架体系，这些结构通过与柱子和基础的刚接连接，形成超静定体系，以确保在雪荷载、风荷载等作用下的稳定性。 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） 超静定平面刚架 1.计算简图与实验模型 图6-16a 为武汉天兴洲长江大桥支承公路连续梁的刚架，计算简图如图6-16b所示，力 学小实验模型如图6-16c 所示。 直杆、有刚结点，是刚架的特征。当刚架受力变形时，在刚结点处，杆件之间不能相对 移动，也不能相对转动(图6-16c)。 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） 2. 多层刚架的几何组成分析 用刚结点连接杆件，为结构形成较大的空间，对建筑空间的使用有利。所以刚架在工业 与民用建筑中得到广泛应用，尤其是多跨多层、高层刚架。 3.内力与位移 “静定”与“超静定”的区分，源于计算方法的不同。比如，用“力法”解出超静定 结构的多余未知力之后，才能进行静力平衡计算。图6-19d所示三次超静定单跨梁的弯矩 图、图6-19f所示三次超静定刚架的弯矩图就是用类似的方法得出的。 用手将图6-19c所示模型的两个小木块固定于桌面，锯条承受横向荷载发生的弯曲受到 固定端的约束，其位移比两端容许自由转动的简支梁的位移小很多(图6-19a、c)。如果约 束杆端小木块的是两根竖向锯条(图6-19e), 由于竖向锯条受力变形，小木块则有转动。 它们对水平锯条的约束则比两端固定时小，因而水平锯条的位移比两端固定时大。可见，刚 架的柱参与了对梁弯曲的约束。与之相应，柱承受弯矩，通过刚结点对梁形成的反向弯曲， 削弱了梁的正弯矩。(图6-19f、b)。 主要讲解超静定平面刚架。 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。 连续梁 图6-20a所示简支梁的跨度为l, 在跨中增加支座，则变成连续梁(图6-20b)。图示连 续梁有一个多余联系，为一次超静定结构。按一定的方法算出多余未知力之后，可画出梁的弯矩图。在连续梁的弯矩图上，有正弯矩，还有负弯矩，弯矩分布较为均匀，且最大峰值仅 为简支梁峰值的1/4。用硬纸片、链条做实验(图6-20c、d),可以看到简支梁变为连续梁 之后，位移明显减小。 教师根据连续梁讲解。 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。 超静定结构的工程应用 与静定结构相比，超静定结构具有如下优点： 1)内力、位移的峰值小，分布均匀(图6-19、图6-20)。 2)具备抵御战争、地震等突然破坏的防护能力。 静定结构若有一个联系破坏，就成为几何可变体系，从而丧失承载能力。超静定结构有多余联系，当多余联系破坏时，仍为几何不变体系。因此，超静定结构具有较强的防护能力。 图6-22所示为武汉长江大桥的三跨一联的桁梁，有两个多余支座链杆，桁架内部有三 根多余杆件(图中画虚线的横撑因截面较小，略去不计),为5次超静定结构。在《武汉长 江大桥技术总结》中，有这样一段文字：“这里，可以指出连续梁，特别是内在超静定的桁 架，对于抵御破坏的优越性。在战争中，有些连续梁的大桥，虽经猛烈轰炸，许多主杆折断，仍能保持全部桁架不坠。经采用千斤顶调整墩上反力，辅以临时排架上的千斤顶外力，依次使受损杆件内力为零。在此时，换入正确长度的新杆件，可以使修好后的钢梁，在结构形式上回复原状。” 教师讲解超静定结构的工程应用，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：总结超静定结构的工程。 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） 本课程深入探讨了工程中常见的超静定结构，包括连续梁桥、框架结构、悬索桥等，涵盖了它们的基本概念、受力特点和设计方法。通过理论学习与案例分析，学生能够掌握超静定结构的内力分析技巧，理解其在实际工程中的应用，并学会如何利用多余约束提高结构的刚度和稳定性。 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） 1.什么是超静定结构，它与静定结构有什么区别？ 2.连续梁桥为什么通常设计成超静定结构？ 3.超静定框架结构在地震荷载下有什么优势？ 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 在教授工程中常见超静定结构的课程中，我意识到需要更多结合实际工程案例来提高学生的实践应用能力。同时，我计划增加互动式教学和图形辅助工具，以增强学生对复杂结构受力分析的理解，确保他们能够将理论知识有效地应用于解决实际工程问题。 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 $$