橋梁工程課程中混凝土橋梁教學(xué)內(nèi)容及問題探討

摘要：對橋梁工程課程中有關(guān)混凝土橋梁的教學(xué)及教材內(nèi)容進(jìn)行了研究。認(rèn)為可以借鑒國內(nèi)外優(yōu)秀教材的內(nèi)容和框架，在教學(xué)中引入基于B區(qū)與D區(qū)的混凝土橋梁設(shè)計觀念，增加基于力流的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，加強(qiáng)概念設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)，改進(jìn)教材的編排方式；同時，教材作為學(xué)生最初接觸的權(quán)威專業(yè)讀物，應(yīng)當(dāng)注重文字精煉、圖表規(guī)范、表達(dá)準(zhǔn)確等細(xì)節(jié)。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計；教材；概念設(shè)計

中圖分類號：G6420 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2013）02-0058-03

“橋梁工程”是中國高校土木工程專業(yè)的一門重要課程。在目前各高校使用最多的幾種《橋梁工程》教材中^[1-3]，混凝土梁橋和拱橋的篇幅較大，斜拉橋和懸索橋的內(nèi)容則相對比較概略。限于總學(xué)時，在課堂教學(xué)中一般也如此。

將混凝土橋梁作為本科“橋梁工程”教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容之一是合理的，這是因為混凝土橋梁在世界各國應(yīng)用最廣，在中國公路橋梁中占90%以上，是橋梁工程技術(shù)人員必須熟悉的橋型。講授混凝土橋梁課程，一方面要求教師掌握其設(shè)計原理和分析方法，具備相關(guān)材料、設(shè)計理論與方法、施工工藝等方面的知識；另一方面也應(yīng)當(dāng)有高質(zhì)量的《橋梁工程》教材。

一、 國內(nèi)教材《混凝土橋梁》內(nèi)容的框架及若干問題

目前，國內(nèi)多種《橋梁工程》教材中^[1-3]，有關(guān)混凝土橋梁的內(nèi)容大體相同，幾乎都是“構(gòu)造、分析、施工和工程實例”四部分，表1從教學(xué)角度分析了其中可能存在的若干問題。

二、 與西方相關(guān)教材及規(guī)范內(nèi)容的比較

西方高等院校普遍不設(shè)橋梁專業(yè)（歸屬于結(jié)構(gòu)工程類），一般也沒有專門的《橋梁工程》教材，課堂教學(xué)以授課講義為主，同時列出多本參考書。據(jù)筆者了解，在北美混凝土橋梁教學(xué)中推薦的參考書目主要有Prestressed Concrete Bridges（C. Menn）^[4]，Prestressed Concrete Structures（M. P. Collins）^[5]，Reinforced Concrete： Mechanics and Design（J. G. MacGregor）^[6]等，這些教材反映了西方混凝土橋梁課程的主要教學(xué)內(nèi)容。此外，涉及混凝土橋梁設(shè)計的主要規(guī)范，諸如美國AASHTO LRFD橋梁設(shè)計規(guī)范、歐洲Euro Code Part 2-2、歐洲Model Code 2010等設(shè)計規(guī)范，也是教學(xué)中的重要參考書目。

（一）區(qū)分B區(qū)與D區(qū)的混凝土橋梁設(shè)計

在混凝土橋梁的設(shè)計分析中，應(yīng)當(dāng)將混凝土結(jié)構(gòu)劃分為B區(qū)和D區(qū)分別對待。B區(qū)是指截面應(yīng)變分布基本符合平截面假定的結(jié)構(gòu)區(qū)域，D區(qū)是指截面應(yīng)變分布呈現(xiàn)明顯非線性的結(jié)構(gòu)區(qū)域。混凝土橋梁中的預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)、承臺、蓋梁、橫隔梁等都是典型的D區(qū)（圖1）。

在西方相關(guān)教材及規(guī)范中，對于D區(qū)的分析與設(shè)計，都采用基于拉壓桿模型（strut and tie model）的設(shè)計方法。反觀國內(nèi)混凝土橋梁的教學(xué)內(nèi)容，僅將混凝土橋梁按照受彎構(gòu)件來設(shè)計（認(rèn)為全部是B區(qū)），對于混凝土梁橋的D 區(qū)設(shè)計問題，幾乎沒有涉及。

（二）混凝土橋梁基于力流的設(shè)計方法

在中國鋼筋混凝土橋梁承載力分析時，截面分析法被當(dāng)作唯一方法進(jìn)行講授。實際上，承載力計算的桁架模型與壓力場理論（圖2），一直備受西方學(xué)者推崇，并且是西方規(guī)范中的主流方法。

（三）概念設(shè)計理念

Model Code2010是歐洲FIB（前CEB-FIP）組織面向未來制定的混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范，包含全壽命周期設(shè)計、可持續(xù)發(fā)展、基于性能的設(shè)計等理念，應(yīng)逐步貫穿到橋梁工程教學(xué)中。

三、教材的改進(jìn)

近30年來，國內(nèi)《橋梁工程》教材除了跟隨規(guī)范的修訂作必要修改外，在內(nèi)容及編排體系上未有大的改變。筆者認(rèn)為，高等院校的橋梁工程教育應(yīng)當(dāng)著眼于知識的基礎(chǔ)性、先進(jìn)性和應(yīng)用性，正如林同炎先生所提倡的“工程師應(yīng)當(dāng)不盲從規(guī)范，而尋求利用自然規(guī)律”^[7] 。

（一）反映新的工程實踐

隨著橋梁工程技術(shù)在材料、設(shè)計和施工技術(shù)等方面的不斷更新，橋梁工程教學(xué)也應(yīng)當(dāng)適時反映這些工程實踐，應(yīng)當(dāng)增加節(jié)段預(yù)制拼裝和體外預(yù)應(yīng)力等新技術(shù)。對于一些趨于淘汰的技術(shù)、構(gòu)造及工藝，如錐銷錨、鐓頭錨以及混凝土支座等內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)刪除或弱化。

（二）反映新的設(shè)計方法

自20世紀(jì)80年代以來，壓力場理論、拉壓桿模型等基于力流的D區(qū)設(shè)計方法，廣泛見于西方混凝土橋梁相關(guān)教材。修訂中的《中國公路混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》，即將引入D區(qū)設(shè)計方法。因而，建議在《橋梁工程》教材及課堂教學(xué)中，對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行介紹，使學(xué)生認(rèn)識到預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)、橫隔梁、橋墩蓋梁、基礎(chǔ)承臺等應(yīng)力擾動區(qū)，應(yīng)當(dāng)采用另類設(shè)計模型。

（三） 加強(qiáng)概念設(shè)計環(huán)節(jié)

橋梁概念設(shè)計是近年來工程界討論較多的話題，指工程師運(yùn)用工程知識、經(jīng)驗與結(jié)構(gòu)理論所形成的概念，進(jìn)行總體方案設(shè)計、確定結(jié)構(gòu)布置、擬定構(gòu)造細(xì)節(jié)和判斷計算結(jié)果。有必要在橋梁工程教學(xué)中結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)選型、構(gòu)造、計算分析及管養(yǎng)全過程，加強(qiáng)概念設(shè)計示例的講解。

四、結(jié)語

客觀地講，國內(nèi)的《橋梁工程》教材，普遍存在文字表述不夠嚴(yán)謹(jǐn)、圖形或公式表達(dá)錯誤等問題，某些數(shù)次再版的教材中，這些問題仍存在。相較于西方教材對基本理論的把握，對基本概念的系統(tǒng)性闡釋，對基本問題的解讀，對語句、圖形及公式的細(xì)致斟酌，國內(nèi)教材還存在較大差距。

國內(nèi)的一些建筑工程教材，對完善《橋梁工程》教材也有借鑒作用，如東南大學(xué)邱洪興教授主編的“十一五”國家級規(guī)劃教材《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》^[8-10]。該教材內(nèi)容以建筑結(jié)構(gòu)形式為紐帶，考慮實際工程的一般設(shè)計過程，以“結(jié)構(gòu)選型與布置→計算模型選取與結(jié)構(gòu)分析→構(gòu)件設(shè)計與細(xì)部構(gòu)造”為主線，將不同結(jié)構(gòu)類型貫穿起來。全套教材分為三冊，第一冊基本教程，用于基本理論的教學(xué)；第二冊設(shè)計示例，用于實踐教學(xué)，包括課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計；第三分冊學(xué)習(xí)指導(dǎo)，用于課外研學(xué)。鑒于此，《橋梁工程》的定位應(yīng)該在基本理論的灌輸，依靠橋梁設(shè)計叢書來完成實踐教學(xué)，對問題的深入探討則有賴于后續(xù)學(xué)習(xí)。

總之，《橋梁工程》教材應(yīng)努力做到基本、系統(tǒng)、翔實和嚴(yán)謹(jǐn)，通過提高自身質(zhì)量獲得權(quán)威性，被廣泛認(rèn)可和使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]范立礎(chǔ).橋梁工程：上冊[M].北京： 人民交通出版社，2001.

[2]姚玲森.橋梁工程[M].2版.北京： 人民交通出版社，2008.

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[4]MENN C.Prestressed concrete bridges[M].Birkhuser，1986.

[5]Collins M P，Mitchell D.Prestressed concrete structures[M].Prentice Hall，1991.

[6]MacGregor J G.Reinforced concrete： mechanics and design [M].3rd.Prentice Hall，1997.

[7]林同炎.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)沒計[M].3版.北京： 中國鐵道出版社，1984.

[8]邱洪興.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計：基本教程[M].北京： 高等教育出版社，2007.

[9]邱洪興.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計：設(shè)計示例[M].北京： 高等教育出版社，2008.

[10]邱洪興.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計：學(xué)習(xí)指導(dǎo)[M].北京： 高等教育出版社，2009.

Concrete bridges teaching in bridge engineering course

LIU Zhao， HONG Hao

（School of Civil Engineering， Southeast University， Nanjing 210096， P. R. China）

Abstract：

In this paper， some issues on teaching and textbook contents of concrete bridge in bridge engineering curriculum are discussed. The frame and contents of some textbooks at home and abroad can be adopted as exemplary material. The proposed amendments include the introduction of the division of D-regions and B-regions， the implementation of the force flow method， and conceptual design for concrete bridges. The textbooks of bridge engineering， as first authoritative learning materials for students， should be well-written， informative and illustrative.

Keywords：bridge engineering； concrete structure design； textbook； conceptual design