胡 強(qiáng)， 賈松林， 陳勁飆， 葛新廣

(廣西科技大學(xué)土木建筑工程學(xué)院， 廣西柳州 545006)

橋梁設(shè)計(jì)軟件課程教學(xué)探討及在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

胡 強(qiáng)， 賈松林， 陳勁飆， 葛新廣

(廣西科技大學(xué)土木建筑工程學(xué)院， 廣西柳州 545006)

橋梁結(jié)構(gòu)及其施工方法和過(guò)程的復(fù)雜性決定了學(xué)生掌握相關(guān)課程具有較大難度。文章介紹了開(kāi)設(shè)計(jì)橋梁設(shè)計(jì)軟件課程，將橋梁設(shè)計(jì)軟件Midas引入專業(yè)教學(xué)，讓學(xué)生掌握復(fù)雜橋型的分析、計(jì)算成為可能。將Midas軟件應(yīng)用于畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生進(jìn)行一座具體橋梁的計(jì)算，提高了學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)，能夠培養(yǎng)出更加適合市場(chǎng)需求的土木工程專業(yè)畢業(yè)生。

橋梁設(shè)計(jì)軟件； 橋梁工程； 畢業(yè)設(shè)計(jì)

橋梁工程是土木工程專業(yè)交通土建方向的主干課程之一，重點(diǎn)難點(diǎn)多，課程的學(xué)習(xí)需較為扎實(shí)的力學(xué)基礎(chǔ)，且橋型多，施工方法各有不同，施工過(guò)程中常常伴隨體系轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)往往超靜定數(shù)目多、施工過(guò)程復(fù)雜、計(jì)算量大，如變截面連續(xù)梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋等，難以用手算完成橋梁的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程的模擬。采用有限元軟件代替手算內(nèi)容可大幅度降低工作量，增加效率，也使得初學(xué)者計(jì)算、分析復(fù)雜橋梁成為可能。而Midas/Civil軟件是針對(duì)土木結(jié)構(gòu)，尤其是預(yù)應(yīng)力箱型橋梁、懸索橋、斜拉橋等復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)形式，能夠迅速、準(zhǔn)確地完成線性與非線性、靜動(dòng)力彈塑性等問(wèn)題的分析和設(shè)計(jì)[1]。同時(shí)，Midas軟件引入了我國(guó)現(xiàn)行橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)成果的判定依賴于有限元模型的正確，避免了學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中人為修改設(shè)計(jì)結(jié)果的“懶惰”行為[2]。2015年住建部發(fā)布了全國(guó)高等學(xué)校土木工程專業(yè)評(píng)估(認(rèn)證)的文件，要求“以成果為導(dǎo)向，學(xué)生具有解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力”。因此，開(kāi)設(shè)橋梁設(shè)計(jì)軟件課程，Midas軟件的引入對(duì)橋梁工程相關(guān)的教學(xué)，尤其是畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，具有重要的促進(jìn)作用，能讓學(xué)生真正分析、解決復(fù)雜橋梁工程問(wèn)題。

1 課程設(shè)置及教學(xué)現(xiàn)狀

將Midas軟件引入交通土建方向?qū)W生的專業(yè)課程，使得學(xué)生對(duì)橋梁工程具有更深入的了解，一定程度上減小了多數(shù)學(xué)生由于力學(xué)基礎(chǔ)不夠扎實(shí)而帶來(lái)的畏難情緒，使得學(xué)生能夠?qū)^為復(fù)雜的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬和計(jì)算，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)該專業(yè)方向的興趣。該門課程的學(xué)習(xí)在計(jì)算機(jī)機(jī)房進(jìn)行，教學(xué)方法為教師演示、學(xué)生練習(xí)、課堂答疑、課后練習(xí)的方式，在教學(xué)上取得了較好的效果，但也存在一些問(wèn)題：

(1)學(xué)時(shí)不夠。本門課程總學(xué)時(shí)為24課時(shí)，除了教師演示的時(shí)間外，課堂上學(xué)生練習(xí)的時(shí)間仍然不夠，而課后練習(xí)又不利于輔導(dǎo)，導(dǎo)致部分學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容掌握不夠。

(2)對(duì)有限元軟件較為陌生。教學(xué)過(guò)程明顯感覺(jué)到部分學(xué)生對(duì)有限元軟件了解不夠，對(duì)于為何要建立節(jié)點(diǎn)、單元、邊界條件、設(shè)置材料屬性等內(nèi)容，只知其然不知其所以然，因而在學(xué)習(xí)中存在機(jī)械、呆板的被動(dòng)記憶的情況，導(dǎo)致對(duì)軟件中眾多參數(shù)設(shè)置不理解，不能正確建立有限元模型。

(3)力學(xué)基本功不夠扎實(shí)。有限元分析實(shí)質(zhì)上是力學(xué)問(wèn)題的求解，但力學(xué)課程的學(xué)習(xí)本身難度大，較多學(xué)生在學(xué)習(xí)力學(xué)課程時(shí)不夠扎實(shí)，對(duì)力學(xué)基本概念、基本方法的理解不夠，對(duì)力學(xué)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)更是似是而非。因而，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)Midas軟件過(guò)程中，對(duì)模型中各部分的關(guān)系處理不準(zhǔn)確，甚至不正確，例如部分學(xué)生對(duì)連續(xù)梁橋和剛構(gòu)橋所施加的約束不明確，對(duì)先簡(jiǎn)支后連續(xù)、掛籃施工等過(guò)程中出現(xiàn)的體系轉(zhuǎn)換較難理解。同時(shí)，由于力學(xué)基本功不夠扎實(shí)，較多學(xué)生看不懂軟件分析結(jié)果，無(wú)法正確判定分析結(jié)果是否正確，或者知道分析結(jié)果不正確也無(wú)法判別是哪里出了問(wèn)題。

(4)專業(yè)知識(shí)不夠系統(tǒng)化。該門課程的開(kāi)設(shè)時(shí)間為大四上學(xué)期，大多專業(yè)課程剛剛學(xué)完，學(xué)生對(duì)各門專業(yè)課程的理解大多還停留在該門課程上，尚不能將各專業(yè)課程聯(lián)系起來(lái)形成較為系統(tǒng)的知識(shí)體系，因而在應(yīng)用Midas軟件對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)往往存在考慮不全面合理，例如在施工階段劃分時(shí)，不能抓住主要矛盾，導(dǎo)致施工階段劃分過(guò)細(xì)過(guò)多、前后施工段銜接不合理等問(wèn)題。

當(dāng)然，這些問(wèn)題的出現(xiàn)，原因是多方面的。如有限元課程一般屬研究生課程，本科課程體系中不可能開(kāi)設(shè)專門的有限元教學(xué)；地方院校的學(xué)生學(xué)習(xí)不夠刻苦，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)力度不夠；學(xué)校教學(xué)模式?jīng)Q定了沒(méi)有足夠的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)能夠接觸到所有實(shí)際工程的設(shè)計(jì)、施工等等。

2 教學(xué)過(guò)程中的改進(jìn)方法

Midas軟件的引入，其目的在于應(yīng)用，能夠讓學(xué)生使用軟件對(duì)不同類型的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行正確合理的分析。要讓學(xué)生，尤其是橋梁方向畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)生使用該軟件對(duì)較為復(fù)雜的橋梁結(jié)構(gòu)，如拱橋、斜拉橋、懸索橋等進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，必須讓學(xué)生真正掌握Midas軟件。針對(duì)上述教學(xué)中存在的問(wèn)題，采取如下措施以改進(jìn)教學(xué)方法，提升教學(xué)效果：

(1)抓重點(diǎn)難點(diǎn)，適當(dāng)補(bǔ)充相關(guān)專業(yè)知識(shí)背景。由于學(xué)時(shí)有限，以及該門課程的特殊性導(dǎo)致課外答疑存在諸多不便，因而在課堂教學(xué)時(shí)，需抓住重點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行仔細(xì)講解，例如Midas軟件建模過(guò)程中邊界條件的處理、材料參數(shù)設(shè)置、預(yù)應(yīng)力筋的布設(shè)、拉索索力的調(diào)整等問(wèn)題。在建模、分析和結(jié)果處理過(guò)程中涉及到的專業(yè)知識(shí)應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充，如預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算，PSC設(shè)計(jì)中驗(yàn)算結(jié)果的判定等。

(2)以規(guī)范為主，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立查閱相關(guān)資料，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。Midas軟件與我國(guó)規(guī)范緊密結(jié)合，使用者能夠通過(guò)軟件進(jìn)行預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的設(shè)計(jì)驗(yàn)算，因此，要掌握Midas軟件需要熟悉我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)規(guī)定。在教學(xué)中，要將Midas軟件的學(xué)習(xí)與規(guī)范結(jié)合起來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成查閱規(guī)范的習(xí)慣。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)軟件的幫助手冊(cè)和查閱相關(guān)資料，讓學(xué)生在建模、分析和結(jié)果處理過(guò)程中遇到問(wèn)題能夠獨(dú)立查閱資料，解決問(wèn)題，逐漸減少對(duì)教師的依賴。

(3)采用案例教學(xué)。教學(xué)過(guò)程中采用案例教學(xué)，即將軟件的具體操作引入橋梁的直接建模，可以生動(dòng)、形象地將橋梁工程中大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能直觀的顯示出來(lái)[3]，不再單獨(dú)對(duì)軟件菜單進(jìn)行枯燥乏味的講解。既節(jié)約時(shí)間，又讓學(xué)生感受到Midas軟件的具體建模過(guò)程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如，講解拱橋建模時(shí)，將縱橫梁建模方法與箱梁的魚骨刺模型進(jìn)行對(duì)比講解，讓學(xué)生既能掌握具體的操作步驟，又能從整體上把握橋梁建模的過(guò)程。

3 Midas軟件在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

對(duì)于橋梁方向的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生采用Midas軟件對(duì)所設(shè)計(jì)橋梁進(jìn)行建模、分析，既可節(jié)約計(jì)算時(shí)間避開(kāi)繁瑣的手算過(guò)程，又能讓學(xué)生對(duì)某個(gè)橋型具有整體上的把握和構(gòu)造上的理解，能將所學(xué)專業(yè)知識(shí)系統(tǒng)化，特別是能讓學(xué)生嘗試更為復(fù)雜橋型的計(jì)算，提高了學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，建立學(xué)生對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的興趣，激發(fā)學(xué)生對(duì)橋梁工程的熱愛(ài)。在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)，不但加深了對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，也熟練了Midas軟件。

4 結(jié)論

幾年來(lái)，將Midas軟件引入土建方向的教學(xué)，并應(yīng)用于畢業(yè)設(shè)計(jì)取得了較好的效果。激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的積極性，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)本專業(yè)的深入了解，同時(shí)，也響應(yīng)了“以成果為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力”的要求。

[1] 董創(chuàng)文，陳得良. 橋梁工程專業(yè)“工程軟件與應(yīng)用”課程教學(xué)探討[J]. 教育教學(xué)論壇，2015(22)：150-151.

[2] 羊日華，王新忠，黃國(guó)平. 有限元分析軟件Midas在橋梁工程課程設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 教育教學(xué)論壇，2016(5)：193-194.

[3] 徐勛倩，馮旭陽(yáng)，項(xiàng)宏亮, 等. Midas仿真技術(shù)在橋梁工程虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016，33(10)：115-118.

[定稿日期]2017-08-22

胡強(qiáng)(1978～)，男，碩士，講師，從事交通土建方向科研和教學(xué)工作。

G642.41

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