曾勇 譚紅梅

摘要：“橋梁結(jié)構(gòu)理論”不但理論性強(qiáng)，而且與工程實踐聯(lián)系緊密。當(dāng)前我國橋梁建設(shè)快速發(fā)展，為適應(yīng)土木工程專業(yè)培養(yǎng)方案的需要和橋梁工程自身特點，適應(yīng)針對研究生招生規(guī)模的擴(kuò)大、學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱及教材相對落伍的現(xiàn)狀，對“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)新形勢下對教學(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)橋梁與隧道工程國家重點實驗室培育基地，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：1203011）、重慶市高等教育教學(xué)改革研究項目（項目編號：103140）、重慶市高等教育教學(xué)改革研究項目（項目編號：132010）、國家留學(xué)基金（項目編號：201308505149）的研究成果。

中圖分類號：G643.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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業(yè)重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是橋梁與隧道工程專業(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，跨專業(yè)調(diào)劑過來的研究生數(shù)量較多，其專業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱，研一期間的基礎(chǔ)課和專業(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”課程的教材又相對較難，學(xué)生們往往對該課有厭學(xué)心理。因此，針對以上現(xiàn)狀，有必要針對重慶交通大學(xué)（以下簡稱“我?！保┭芯可默F(xiàn)狀，結(jié)合我校實際情況，對“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)隊以重慶交通大學(xué)的教研教學(xué)建設(shè)為契機(jī)，對“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，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”教材存在的問題

目前，對“橋梁工程”的教學(xué)研討做了很多工作，而對“橋梁結(jié)構(gòu)理論”的教改涉及不多。[1]當(dāng)前，該專業(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)項海帆院士主編的《高等橋梁結(jié)構(gòu)理論》一書，[2]該書是同濟(jì)大學(xué)在80年代初為橋梁工程碩士研究生開設(shè)的專業(yè)課，是在橋梁專業(yè)本科《橋梁工程》的基礎(chǔ)上對內(nèi)容進(jìn)行深化，使研究生能從原理和問題的本質(zhì)上去認(rèn)識橋梁結(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。該書至2001年問世以來，已經(jīng)先后再版5次，在全國范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。此書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)計算理論》于2002年出版，[3]該書在湖南地區(qū)得到使用。該書內(nèi)容相對較少，只有4章內(nèi)容，沒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。長安大學(xué)的賀拴海教授編著的《橋梁結(jié)構(gòu)理論與計算方法》于2003年出版，[4]在西北地區(qū)的高校中使用，該書內(nèi)容豐富，共計8篇29章，較全面地總結(jié)了當(dāng)時橋梁工程的計算理論與方法。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]該書講述了大跨度的橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造特點、基本理論、力學(xué)分析與設(shè)計計算方法，實現(xiàn)了大跨度橋梁結(jié)構(gòu)理論與典型橋梁案例的結(jié)合，有一定的參考價值。該書僅在2007年出版了一次，以后再沒出版。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)立橋梁工程專業(yè)的碩士點以來，尚無系統(tǒng)的關(guān)于此門課程的自編教義或教材，實屬遺憾。

二、“橋梁結(jié)構(gòu)理論”的教學(xué)內(nèi)容整合

改革開放以來，我國的橋梁工程建設(shè)事業(yè)突飛猛進(jìn)，截至2012年底，全國公路橋梁達(dá)到71.34萬座，計3662.78萬米。為適應(yīng)交通發(fā)展的新形勢，有必要對“橋梁結(jié)構(gòu)理論”的課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合?！皹蛄航Y(jié)構(gòu)理論”的課程教學(xué)應(yīng)集中在講授橋梁結(jié)構(gòu)的高等靜力計算理論、原理及方法。內(nèi)容包括：正交異性橋面板計算理論、薄壁箱梁剪力滯分析；彎、斜橋計算理論；混凝土結(jié)構(gòu)理論；拱橋計算理論；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算中外，在中小跨徑橋梁的精確計算和鋼橋面板計算中亦被采用，介紹有關(guān)此問題的較新文獻(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支橋梁結(jié)構(gòu)。由于學(xué)時限制，橋面板有效分布寬度與懸臂橋面板計算理論這部分內(nèi)容可根據(jù)實際教學(xué)情況進(jìn)行刪減。此部分教學(xué)內(nèi)容計劃2學(xué)時。

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)問題越來越突出。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，國內(nèi)外許多學(xué)者對剪力滯問題提出了不少新理論，并用試驗研究數(shù)據(jù)與成果進(jìn)行了驗證，可解決橋梁結(jié)構(gòu)中的一些實際問題。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)容計劃4學(xué)時。薄壁箱梁的扭轉(zhuǎn)與畸變理論也是薄壁箱梁設(shè)計過程中必須考慮的問題，由于這部分內(nèi)容在“橋梁工程”課程有講授，此部分內(nèi)容可以不在本門課程中講授。

3.彎、斜橋計算理論

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：彎橋橫向分布計算的偏心壓力法；彎橋橫向分布計算的梁系法。斜橋的講授內(nèi)容包括：斜梁橋的荷載橫向分布計算；斜梁橋內(nèi)力計算與超靜定簡支斜梁的內(nèi)力。兩端均設(shè)置抗扭約束的簡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)力求解屬于空間問題。此部分教學(xué)內(nèi)容計劃4學(xué)時。

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)計計算中的一個重要內(nèi)容。徐變、收縮對混凝土橋梁的影響，時間跨度長且與結(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，可以不涉及。此部分教學(xué)內(nèi)容計劃6學(xué)時。

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)歷墩梁臨時固結(jié)懸臂體系、邊跨合龍、中間墩臨時固結(jié)轉(zhuǎn)鉸結(jié)、中跨合龍變?nèi)邕B續(xù)梁等體系轉(zhuǎn)換過程。[7]此部分教學(xué)內(nèi)容計劃6學(xué)時。

6.橋梁結(jié)構(gòu)非線性計算理論

隨著大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的增多，結(jié)構(gòu)相對越來越輕柔，非線性問題日益突出。一般是小應(yīng)變大變形的問題，對于大跨度橋梁結(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題的求解方法。此部分教學(xué)內(nèi)容計劃4學(xué)時。

7.大跨度橋梁的穩(wěn)定理論

隨著橋梁跨徑的不斷增大，其索塔越來越高，加勁梁越來越纖細(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；兩類穩(wěn)定問題；第一類彈性及彈塑性穩(wěn)定分析；第二類穩(wěn)定和極限承載力全過程分析。此部分教學(xué)內(nèi)容計劃4學(xué)時。

8.大跨度拱橋計算理論

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)容計劃4學(xué)時。

9.纜索承重橋梁的計算理論

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

三、結(jié)語

“橋梁結(jié)構(gòu)理論”課程不但理論性強(qiáng)，而且與工程實踐聯(lián)系緊密。在較少的學(xué)時與學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱的情況下，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)新能力和實踐精神的橋梁工程專業(yè)的學(xué)生，以適應(yīng)當(dāng)前我國橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，從而達(dá)到與時俱進(jìn)，不斷創(chuàng)新。筆者將本文對“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)新形勢下對教學(xué)改革的要求。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李傳習(xí)，夏桂云.大跨度橋梁結(jié)構(gòu)計算理論[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4]賀拴海.橋梁結(jié)構(gòu)理論與計算方法[M].北京：人民交通出版社，

2002.

[5]雷俊卿.大跨度橋梁結(jié)構(gòu)理論與應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，2007.

[6]沈銳利.《橋梁結(jié)構(gòu)分析理論》工學(xué)碩士研究生教學(xué)講義[D].成都：西南交通大學(xué)，2011.

[7]周水興.橋梁工程[M].第二版.重慶：重慶大學(xué)出版社，2011.

（責(zé)任編輯：王意琴）