“橋梁結(jié)構(gòu)理論”課程教學(xué)內(nèi)容整合研究

曾勇 譚紅梅

摘要：“橋梁結(jié)構(gòu)理論”不但理論性強(qiáng)，而且與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密。當(dāng)前我國(guó)橋梁建設(shè)快速發(fā)展，為適應(yīng)土木工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案的需要和橋梁工程自身特點(diǎn)，適應(yīng)針對(duì)研究生招生規(guī)模的擴(kuò)大、學(xué)生專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱及教材相對(duì)落伍的現(xiàn)狀，對(duì)“橋梁結(jié)構(gòu)理論”的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革，整合了“橋梁結(jié)構(gòu)理論”課程的教學(xué)內(nèi)容，探索了有效的教學(xué)方法與學(xué)時(shí)分配，以期激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，挖掘該課程教學(xué)特色，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)的研究生。希望能夠起到拋磚引玉的作用，引起大家的共同思考與探討，以便進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法，以適應(yīng)新形勢(shì)下對(duì)教學(xué)改革的要求。

關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu)理論；課程教學(xué)；整合

作者簡(jiǎn)介：曾勇（1980-），男，重慶人，重慶交通大學(xué)山區(qū)橋梁與隧道工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，副教授；譚紅梅（1981-），女，湖南安仁人，重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，副教授。（重慶 400074）

基金項(xiàng)目：本文系重慶交通大學(xué)教育教學(xué)改革研究課題（課題編號(hào)：1203011）、重慶市高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：103140）、重慶市高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：132010）、國(guó)家留學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：201308505149）的研究成果。

中圖分類(lèi)號(hào)：G643.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）06-0069-02

“橋梁結(jié)構(gòu)理論”是橋梁與隧道工程研究生專(zhuān)業(yè)重要的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是橋梁與隧道工程專(zhuān)業(yè)的研究生課程的重要組成部分。隨著研究生招生規(guī)模的擴(kuò)大，跨專(zhuān)業(yè)調(diào)劑過(guò)來(lái)的研究生數(shù)量較多，其專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，研一期間的基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)任務(wù)又較重，直接接觸“橋梁結(jié)構(gòu)理論”課程的教材又相對(duì)較難，學(xué)生們往往對(duì)該課有厭學(xué)心理。因此，針對(duì)以上現(xiàn)狀，有必要針對(duì)重慶交通大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我校”）研究生的現(xiàn)狀，結(jié)合我校實(shí)際情況，對(duì)“橋梁結(jié)構(gòu)理論”課程的教學(xué)資源進(jìn)行整合，挖掘出我校關(guān)于的該課程教學(xué)特色。筆者所在團(tuán)隊(duì)以重慶交通大學(xué)的教研教學(xué)建設(shè)為契機(jī)，對(duì)“橋梁結(jié)構(gòu)理論”課程的教學(xué)進(jìn)行整體規(guī)劃、科學(xué)設(shè)計(jì)，改革教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法，以提高該課程的教學(xué)水平與教學(xué)效果。

一、“橋梁結(jié)構(gòu)理論”教材存在的問(wèn)題

目前，對(duì)“橋梁工程”的教學(xué)研討做了很多工作，而對(duì)“橋梁結(jié)構(gòu)理論”的教改涉及不多。[1]當(dāng)前，該專(zhuān)業(yè)課程選用的教材是人民交通出版社出版的、同濟(jì)大學(xué)項(xiàng)海帆院士主編的《高等橋梁結(jié)構(gòu)理論》一書(shū)，[2]該書(shū)是同濟(jì)大學(xué)在80年代初為橋梁工程碩士研究生開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)課，是在橋梁專(zhuān)業(yè)本科《橋梁工程》的基礎(chǔ)上對(duì)內(nèi)容進(jìn)行深化，使研究生能從原理和問(wèn)題的本質(zhì)上去認(rèn)識(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的受力性能，為今后從事研究工作打下理論基礎(chǔ)，并掌握基本的研究方法。該書(shū)至2001年問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)先后再版5次，在全國(guó)范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。此書(shū)不僅是碩士研究生的教材，也是博士研究生的教材，教材內(nèi)容豐富，難度深。

長(zhǎng)沙理工大學(xué)的李傳習(xí)，夏桂云教授編著的《大跨度橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算理論》于2002年出版，[3]該書(shū)在湖南地區(qū)得到使用。該書(shū)內(nèi)容相對(duì)較少，只有4章內(nèi)容，沒(méi)有涉及材料非線性分析、懸索橋和穩(wěn)定分析等核心內(nèi)容。長(zhǎng)安大學(xué)的賀拴海教授編著的《橋梁結(jié)構(gòu)理論與計(jì)算方法》于2003年出版，[4]在西北地區(qū)的高校中使用，該書(shū)內(nèi)容豐富，共計(jì)8篇29章，較全面地總結(jié)了當(dāng)時(shí)橋梁工程的計(jì)算理論與方法。北京交通大學(xué)的雷俊卿教授編著的《大跨度橋梁結(jié)構(gòu)理論與應(yīng)用》于2007年出版，[5]該書(shū)講述了大跨度的橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造特點(diǎn)、基本理論、力學(xué)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了大跨度橋梁結(jié)構(gòu)理論與典型橋梁案例的結(jié)合，有一定的參考價(jià)值。該書(shū)僅在2007年出版了一次，以后再?zèng)]出版。此外，西南交通大學(xué)、湖南大學(xué)等高校均有關(guān)于“橋梁結(jié)構(gòu)理論”課程的自編教義，[6]而我校與1984年起設(shè)立橋梁工程專(zhuān)業(yè)的碩士點(diǎn)以來(lái)，尚無(wú)系統(tǒng)的關(guān)于此門(mén)課程的自編教義或教材，實(shí)屬遺憾。

二、“橋梁結(jié)構(gòu)理論”的教學(xué)內(nèi)容整合

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的橋梁工程建設(shè)事業(yè)突飛猛進(jìn)，截至2012年底，全國(guó)公路橋梁達(dá)到71.34萬(wàn)座，計(jì)3662.78萬(wàn)米。為適應(yīng)交通發(fā)展的新形勢(shì)，有必要對(duì)“橋梁結(jié)構(gòu)理論”的課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合。“橋梁結(jié)構(gòu)理論”的課程教學(xué)應(yīng)集中在講授橋梁結(jié)構(gòu)的高等靜力計(jì)算理論、原理及方法。內(nèi)容包括：正交異性橋面板計(jì)算理論、薄壁箱梁剪力滯分析；彎、斜橋計(jì)算理論；混凝土結(jié)構(gòu)理論；拱橋計(jì)算理論；橋梁結(jié)構(gòu)的非線性分析理論；纜索承重橋梁的計(jì)算理論等。有些教學(xué)內(nèi)容著重于理論、原理，有些則是偏重于方法的敘述、推導(dǎo)。具體講授的內(nèi)容包括：

1.正交異性橋面板的理論分析

按構(gòu)造正交異性板來(lái)分析板橋、箱梁橋及鋼橋面板，除廣泛應(yīng)用到荷載橫向分布計(jì)算中外，在中小跨徑橋梁的精確計(jì)算和鋼橋面板計(jì)算中亦被采用，介紹有關(guān)此問(wèn)題的較新文獻(xiàn)。具體的內(nèi)容有：正交材料異性板理論，構(gòu)造正交異性板理論及按構(gòu)造正交異性板理論分析簡(jiǎn)支橋梁結(jié)構(gòu)。由于學(xué)時(shí)限制，橋面板有效分布寬度與懸臂橋面板計(jì)算理論這部分內(nèi)容可根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況進(jìn)行刪減。此部分教學(xué)內(nèi)容計(jì)劃2學(xué)時(shí)。

2.薄壁箱梁剪力滯分析

隨著跨徑與寬度的不斷增大，其剪力滯效應(yīng)問(wèn)題越來(lái)越突出。因此在教學(xué)中講授剪力滯分析理論是十分必要。近二十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)剪力滯問(wèn)題提出了不少新理論，并用試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)與成果進(jìn)行了驗(yàn)證，可解決橋梁結(jié)構(gòu)中的一些實(shí)際問(wèn)題。具體的講授內(nèi)容有：薄壁箱梁的剪力滯效應(yīng)理論；剪力滯效應(yīng)的變分解法與超靜定結(jié)構(gòu)的剪力滯效應(yīng)。此部分教學(xué)內(nèi)容計(jì)劃4學(xué)時(shí)。薄壁箱梁的扭轉(zhuǎn)與畸變理論也是薄壁箱梁設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮的問(wèn)題，由于這部分內(nèi)容在“橋梁工程”課程有講授，此部分內(nèi)容可以不在本門(mén)課程中講授。

3.彎、斜橋計(jì)算理論

隨著城市交通的進(jìn)一步發(fā)展，為了增添城市景觀，使橋梁服從路線的平面布置和提高交通樞紐的使用功能，立交橋梁將日益增多，曲線橋構(gòu)造的應(yīng)用日趨廣泛。彎橋的講授內(nèi)容包括：彎橋橫向分布計(jì)算的偏心壓力法；彎橋橫向分布計(jì)算的梁系法。斜橋的講授內(nèi)容包括：斜梁橋的荷載橫向分布計(jì)算；斜梁橋內(nèi)力計(jì)算與超靜定簡(jiǎn)支斜梁的內(nèi)力。兩端均設(shè)置抗扭約束的簡(jiǎn)支斜梁屬一次超靜定結(jié)構(gòu)，由于梁軸與支承線斜交，支承端扭矩將導(dǎo)致梁內(nèi)產(chǎn)生彎矩，其內(nèi)力求解屬于空間問(wèn)題。此部分教學(xué)內(nèi)容計(jì)劃4學(xué)時(shí)。

4.混凝土橋梁的收縮、徐變分析理論

混凝土徐變與收縮是混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中的一個(gè)重要內(nèi)容。徐變、收縮對(duì)混凝土橋梁的影響，時(shí)間跨度長(zhǎng)且與結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件截面組成方式，以及施工方法等有關(guān)。講授內(nèi)容包括：徐變、收縮及其影響因素；徐變、收縮的數(shù)學(xué)模型；徐變、收縮微分方程與代數(shù)方程；徐變收縮有限元、擬彈性逐步分析法；混凝土的強(qiáng)度理論；混凝土結(jié)構(gòu)基本計(jì)算理論；混凝土的裂縫與剛度理論等內(nèi)容。由于與“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論”和“高等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”等課程有交叉，在講授“橋梁結(jié)構(gòu)理論”時(shí)，可以不涉及。此部分教學(xué)內(nèi)容計(jì)劃6學(xué)時(shí)。

5.超靜定結(jié)構(gòu)的施工內(nèi)力及成橋狀態(tài)分析

大跨度橋梁的恒載狀態(tài)計(jì)算的講授內(nèi)容分為：整體施工形成的結(jié)構(gòu)內(nèi)力；懸臂施工形成的成橋狀態(tài)內(nèi)力；逐跨施工形成的成橋狀態(tài)內(nèi)力；逐段施工形成的結(jié)構(gòu)內(nèi)力；分段施工的體系轉(zhuǎn)換與結(jié)構(gòu)內(nèi)力演變。分段施工法中結(jié)構(gòu)體系會(huì)發(fā)生多次變化，以三跨連續(xù)梁為例，采用懸臂施工將經(jīng)歷墩梁臨時(shí)固結(jié)懸臂體系、邊跨合龍、中間墩臨時(shí)固結(jié)轉(zhuǎn)鉸結(jié)、中跨合龍變?nèi)邕B續(xù)梁等體系轉(zhuǎn)換過(guò)程。[7]此部分教學(xué)內(nèi)容計(jì)劃6學(xué)時(shí)。

6.橋梁結(jié)構(gòu)非線性計(jì)算理論

隨著大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的增多，結(jié)構(gòu)相對(duì)越來(lái)越輕柔，非線性問(wèn)題日益突出。一般是小應(yīng)變大變形的問(wèn)題，對(duì)于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的極限承載力的研究，則一般涉及到材料非線性和幾何非線性，也可能涉及到接觸非線性。講授內(nèi)容包括：影響橋梁結(jié)構(gòu)幾何非線性的因素；幾何非線性分析的有限元法非線性問(wèn)題的求解方法。此部分教學(xué)內(nèi)容計(jì)劃4學(xué)時(shí)。

7.大跨度橋梁的穩(wěn)定理論

隨著橋梁跨徑的不斷增大，其索塔越來(lái)越高，加勁梁越來(lái)越纖細(xì)，跨度增加引起梁、塔承受的軸向壓力劇增，索的垂度效應(yīng)、梁塔p-Δ效應(yīng)、結(jié)構(gòu)大位移等幾何非線性效應(yīng)明顯增大。講授內(nèi)容包括：穩(wěn)定理論的發(fā)展；兩類(lèi)穩(wěn)定問(wèn)題；第一類(lèi)彈性及彈塑性穩(wěn)定分析；第二類(lèi)穩(wěn)定和極限承載力全過(guò)程分析。此部分教學(xué)內(nèi)容計(jì)劃4學(xué)時(shí)。

8.大跨度拱橋計(jì)算理論

與吊橋撓度理論的分析結(jié)果相反，考慮撓度影響后的拱橋內(nèi)力大于不考慮此影響的內(nèi)力，這意味著應(yīng)用彈性理論所設(shè)計(jì)的拱橋存在不安全隱患。這部分應(yīng)著重介紹撓度理論的精確解析法。講授內(nèi)容包括：拱橋彈性理論；拱橋撓度理論。由于這部分有些內(nèi)容在“橋梁工程”課程有部分講授，此部分教學(xué)內(nèi)容計(jì)劃4學(xué)時(shí)。

9.纜索承重橋梁的計(jì)算理論

纜索承重橋梁包括斜拉橋與懸索橋。講授內(nèi)容有：索計(jì)算理論；斜拉橋的恒載內(nèi)力計(jì)算；懸索橋的結(jié)構(gòu)計(jì)算的撓度理論與有限位移理論。此部分教學(xué)內(nèi)容計(jì)劃8學(xué)時(shí)。

三、結(jié)語(yǔ)

“橋梁結(jié)構(gòu)理論”課程不但理論性強(qiáng)，而且與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密。在較少的學(xué)時(shí)與學(xué)生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱的情況下，唯有精心選擇教學(xué)內(nèi)容，探索有效的教學(xué)方法，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，可以培養(yǎng)高素質(zhì)、有創(chuàng)新能力和實(shí)踐精神的橋梁工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，以適應(yīng)當(dāng)前我國(guó)橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，從而達(dá)到與時(shí)俱進(jìn)，不斷創(chuàng)新。筆者將本文對(duì)“橋梁結(jié)構(gòu)理論”課程的教學(xué)資源進(jìn)行整合，挖掘出我校關(guān)于的該課程教學(xué)特色，改革了“橋梁結(jié)構(gòu)理論”課程的教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法，以提高該課程的教學(xué)水平與教學(xué)效果。希望能夠起到拋磚引玉的作用，引起大家的共同思考與探討，以便進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法，以適應(yīng)新形勢(shì)下對(duì)教學(xué)改革的要求。

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（責(zé)任編輯：王意琴）