《鋼結構》課程教學內容改革探索

蘇莉　王克雄

摘要：文章從海洋工程鋼結構的特點出發，分析了目前鋼結構課程教學內容存在的問題，針對兩種極限平衡狀態、結構穩定、荷載效應分析等教學主線對鋼結構課程教學內容進行了初步的改革探索。

關鍵詞：海洋工程鋼結構；教學內容；改革探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）20-0122-02

一、海洋工程鋼結構發展現狀及對人才的需求

海洋工程鋼結構與陸地鋼結構有明顯不同，體現在鋼結構基本構件所受的載荷、載荷效應分析及設計方法等方面，其差異的根本原因在于鋼結構所處的環境不同。由于海洋工程鋼結構處于復雜、多變的海洋中，海洋環境施加于鋼結構構件的載荷也由靜力載荷變為動載荷，所以只有應用結構動力學的知識才有可能進行海洋工程鋼結構的設計。傳統的《鋼結構》課程與培養土木工程結構設計人才相適應，而與培養海洋工程設計師的目標有些偏離。因此，教學內容要重組，將鋼結構基本原理與海洋工程鋼結構設計兩部分內容有機結合。

二、鋼結構課程教學內容改革的主要方面

關于鋼結構教學內容的改革探索，主要表現在以下幾方面。

1.加強這門課程與《工程力學》課程的聯系。學習《鋼結構》課程要以學好《工程力學》課程為基礎，尤其是《工程力學》課程中的材料力學內容。在本課程的基本構件設計與計算內容中，軸心受力構件、受彎構件、偏心受力構件的基本概念都是材料力學的基本理論知識。學生需要在正確識別構件類型的基礎上，應用材料力學的相關公式對構件進行正確的受力分析與計算，尤其是角焊縫連接中構件受彎與受扭兩種不同受力狀態的準確區分。由此可見，加強與《工程力學》課程的緊密聯系對于鋼結構課程教學是非常必要的。它可以使學生更透徹地理解鋼結構基本構件的受力機理，并對構件整個的受力過程有更為全面的了解。這樣學生就不會覺得這門課程內容和公式太多、太凌亂、太枯燥。只要學生在學習過程中可以結合《工程力學》的知識來繪制構件的計算簡圖，并依據平衡方程建立計算公式，就可以很容易掌握這門課程的主要知識，而且可以達到事半功倍的學習效果。

2.加強這門課程與《鋼筋混凝土結構設計》課程的聯系。鋼結構與混凝土結構設計有相同與不同之處。在《鋼結構》課程的授課過程中，筆者會有意引導學生比較這兩種結構的優缺點。例如：相同荷載作用下，相同類型構件，在鋼結構與混凝土結構這兩種不同的結構形式下，構件計算的相同過程、構件截面的不同選取，由此可以更加深刻地體會鋼結構“輕質高強”的突出優點，而且可以幫助學生很好地復習之前《混凝土結構設計》的相關知識，從而激發學生的學習興趣。

3.抓住構件驗算時兩種極限平衡狀態這條主線。鋼結構基本構件的驗算應抓住兩種極限平衡狀態這條主線，即承載能力極限狀態和正常使用極限狀態。學生在做習題和考試過程中，對基本構件的驗算往往出現遺漏的現象，尤其是構件剛度和局部穩定的驗算。授課過程中，筆者在強化兩種極限狀態概念的基礎上，引導學生對不同構件的極限狀態驗算內容進行具體的內容劃分，尤其是構件的穩定問題，進而依據每項內容逐一進行驗算，這樣學生就可以準確掌握基本構件的設計思路。

4.抓住構件連接計算的主線。講解角焊縫連接與普通螺栓連接的計算時，筆者注重抓住“連接破壞形式—計算公式建立”這條主線，這樣便于學生對連接計算公式和適用條件的理解。例如，對普通螺栓的抗剪計算，先告知學生普通剪力螺栓的五種可能破壞形式，其中兩種屬于采取構造措施可以避免，而另外三種破壞形式（連接板的截面破壞、連接板的擠壓破壞、螺栓桿的剪切破壞）需要進行計算來防止。這樣講授概念清晰，便于學生理解后續的計算公式。

5.抓住鋼結構穩定這條主線。鋼結構構件“輕質高強”的特點，使得穩定問題成為鋼結構設計應主要考慮的問題。授課過程中，要注意構件失穩的物理現象、影響鋼結構穩定的主要因素等基本概念，繼而講解相關計算公式的適用范圍及應用。由于鋼結構穩定計算公式比較抽象，因此不應把精力放在公式推導上面。要教會學生基本構件可能發生的失穩形式以及提高構件穩定性的構造措施，從宏觀上掌握構件穩定計算的主要思路。

6.總結構件設計的相關專題。在講授每種基本構件計算的基礎知識之后，找出具體過程實例，引導學生進行構件的截面設計。例如，對于實腹式軸心受壓構件，要根據穩定性、寬肢薄壁、連接方便、制造省工等設計原則，通過假定構件長細比λ進行截面初選，接著對初選后的截面進行強度、剛度、整體穩定、局部穩定等驗算，直至所選截面滿足要求。經過這樣的實踐練習，學生就可以對相關知識融會貫通，增加學習的自信心，同時也可以很好地為接下來的鋼結構課程設計打下良好的基礎。

7.添加與海洋工程鋼結構設計相關的理論知識。隨著海洋油氣工程的迅速發展，海洋工程專業的學生應充分了解海洋工程鋼結構設計的原理、方法與步驟，所以本課程有必要將鋼結構的基本理論與海洋工程結構設計結合起來，系統闡述海洋工程結構設計的原理與方法。例如，以構件材料性能、幾何尺寸、邊界條件為依據，用結構強度與穩定理論分析海洋工程結構物各類簡單與復雜的鋼構件的承載能力，從而為學生今后進行海洋工程鋼結構設計、分析打下堅實的理論基礎。表1為本門課程的教學內容與學時安排。

三、鋼結構教學內容改革的進一步思考

目前為海洋工程專業開設鋼結構課程經過兩年的教學實踐，表明這門課程的開設十分必要，學生對于鋼結構的學習積極性較高，基本達到了課程開設的教學目標。但是隨著學科的不斷發展，鋼結構的教學中需要重點突出海洋環境與鋼結構之間相互關系的問題，而目前這一點做得不是很充分，主要原因在于作用于海洋工程鋼結構上的載荷間的效應組合目前還沒有統一的標準。

四、結語

海洋工程專業是一門新專業，為了適應教育部“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”的人才培養要求，以及各專業人才知識結構的不同需要，要對《鋼結構》這門傳統課程在課程內容上進行一定的教學改革，從而激發學生強烈的學習動力和濃厚的學習興趣。

海洋工程鋼結構設計這部分內容在全國鋼結構教學內容中是一個比較新的內容，目前只有哈爾濱工程大學有這方面的教材可以參考，因此在教學內容改革中要隨時關注相關的最新教學改革成果，及時地應用于對學生的教學實踐之中。

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