摘要：準確掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)概念是學(xué)生向合格工程師轉(zhuǎn)變的重要能力。首先，以結(jié)構(gòu)剛度為例，分析了結(jié)構(gòu)力學(xué)內(nèi)涵概念向外沿概念推理過程，并應(yīng)用外沿概念指導(dǎo)工程應(yīng)用。其次，以單自由度系統(tǒng)為例，應(yīng)用其動力響應(yīng)規(guī)律可解決工程中大量振動問題。最后，通過反應(yīng)譜分析，學(xué)生可進一步掌握我國建筑抗震現(xiàn)狀以及減、隔震基理。將結(jié)構(gòu)力學(xué)概念與工程應(yīng)用結(jié)合可培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，以適應(yīng)社會發(fā)展的需要。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)內(nèi)涵概念外沿概念工程應(yīng)用

引言

結(jié)構(gòu)力學(xué)主要研究工程結(jié)構(gòu)荷載傳遞的基本規(guī)律，重點培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)計算和分析能力，進而培養(yǎng)學(xué)生的工程推理和解決問題的能力，是土建類和機械類專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課[1]。目前，不少畢業(yè)生存在對結(jié)構(gòu)基本概念不清，工作中解決實際問題能力較差的現(xiàn)狀[2]。本文結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)中基本概念，闡述其外沿概念以及在工程應(yīng)用中的重要性。

1。結(jié)構(gòu)剛度

結(jié)構(gòu)剛度是結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。剛度定義為作用在彈性體上的力F與位移Δ的比值：KS=FΔ。隨著結(jié)構(gòu)越來越高，工程用何種方案來提高結(jié)構(gòu)剛度？解決上述實際問題比掌握剛度基本概念更加重要，對學(xué)生的能力培養(yǎng)也更為重要。

1.1 結(jié)構(gòu)剛度外沿概念

為某實際工程原方案屈曲約束支撐布置情況，混凝土柱截面為700×700mm，梁截面為400×700mm，屈曲約束支撐彈性剛度為4200kN/mm。原方案并不完全滿足提高剛度外沿概念。圖2為采用提高剛度外沿概念優(yōu)化布置結(jié)果，與原方案相比，所采用的支撐數(shù)量相同。在結(jié)構(gòu)頂部施加1000kN水平荷載，原布置方案頂點變形為2.32mm，優(yōu)化方案變形為0.91mm，與采用提高剛度外沿概念一致。

由剛度外沿概念可很好指導(dǎo)屈曲約束支撐構(gòu)件的設(shè)計。該思路也適用于支撐構(gòu)件在高層結(jié)構(gòu)、腳手架等結(jié)構(gòu)應(yīng)用，同理，該概念也可推廣至梁式結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)力學(xué)外沿概念理解與掌握對學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有實際意義。

2.單自由度系統(tǒng)

系統(tǒng)的位置由一個變量來唯一確定，則該系統(tǒng)稱為單自由度系統(tǒng)（SDOF）。掌握單自由度系統(tǒng)反應(yīng)特點是理解結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的核心。

2.1 單自由度系統(tǒng)在簡諧荷載作用下的響應(yīng)

我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）[4]加速度反應(yīng)譜采用地震影響系數(shù)曲線表示，以北京、東京、臺北、洛杉磯和波坦察為代表[5]，反應(yīng)譜進行對比見圖5。我國規(guī)范反應(yīng)譜存在以下特點： 2s以內(nèi)結(jié)構(gòu)的地震作用較小，多層結(jié)構(gòu)抗震能力水平處于較低水平；長周期段為直線下降段，3s以上結(jié)構(gòu)地震作用偏大，超高層結(jié)構(gòu)抗震水平有保障。

水平隔震技術(shù)原理是通過在下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震層來改變整體結(jié)構(gòu)的動力特性。隔震系統(tǒng)因水平剛度較小，可延長上部結(jié)構(gòu)的周期至3 s以上（圖6），使建筑物因地震而產(chǎn)生的加速度反應(yīng)可大量減小，而達到保護建筑結(jié)構(gòu)物的目的。結(jié)構(gòu)減震原理也可通過不同阻尼比對應(yīng)反應(yīng)譜曲線規(guī)律進行理解，隨著阻尼比增加，結(jié)構(gòu)響應(yīng)減小。通過單自由學(xué)習(xí)，可培養(yǎng)學(xué)生從總體出發(fā)解決工程技術(shù)問題，進而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3.結(jié)論

1）掌握剛度外沿概念可很好指導(dǎo)支撐類構(gòu)件的設(shè)計。

2）單自由度系統(tǒng)簡諧荷載作用下的響應(yīng)規(guī)律也可廣泛解決實際工程振動問題。

3）通過單自由度系統(tǒng)反應(yīng)譜分析，可掌握我國建筑抗震現(xiàn)狀以及減、隔震基理。

4）結(jié)構(gòu)力學(xué)外沿概念掌握對培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力具有實際意義。

參考文獻：

[1]李廉錕. 結(jié)構(gòu)力學(xué)（第5版）[M]. 北京：高等教育出版社，2010.

[2]蔣永生，邱洪興，陳以一. 土建類專業(yè)工程素質(zhì)和實踐能力培養(yǎng)的研究與實踐[J] . 高等建筑教育， 2003（ 2 ）：pp14- 16.

[3]季天健，Adrian Bell. 感知結(jié)構(gòu)概念 [M]. 北京：高等教育出版社，2009.

[4]GB50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范 [S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[5]Demin FENG， Wenguang LIU， Keiji MASUDA， A COMPARATIVE STUDY OF SEISMIC ISOLATION CODES WORLDWIDE， PART I. Design Spectra[C]，F(xiàn)irst European Conference on Earthquake Engineering and Seismology， Geneva， Switzerland， Paper no.63， 2006.