國內(nèi)部分高?！皹蛄汗こ陶n程設(shè)計(jì)”對比分析

許福友　任珵嬌

摘 要：“橋梁工程課程設(shè)計(jì)”是橋梁工程實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，有助于學(xué)生加深橋梁專業(yè)知識的理解和應(yīng)用能力的培養(yǎng)提高。不同高校采用的橋梁工程課程設(shè)計(jì)題目相差較大，該文收集了國內(nèi)有代表性的11所高校“橋梁工程課程設(shè)計(jì)”相關(guān)資料，在課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，要求及目標(biāo)三方面進(jìn)行了綜合對比分析，可為高?！皹蛄汗こ陶n程設(shè)計(jì)”題目的選取、訓(xùn)練內(nèi)容和目標(biāo)的修訂提供參考。

關(guān)鍵詞：橋梁工程 課程設(shè)計(jì) 對比分析

中圖分類號：TU998 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（a）-0162-03

1 國內(nèi)部分高校橋梁工程課程設(shè)計(jì)題目

該文收集了國內(nèi)11所高校（這些高校學(xué)科排名靠前或者招生數(shù)量大，并考慮到地域分布，覆蓋了東北、西北、華北、華東、華中、華南和西南地區(qū)高校）的橋梁工程課程設(shè)計(jì)題目（見表1），后文對其設(shè)計(jì)內(nèi)容、要求、目標(biāo)等進(jìn)行綜合對比分析。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容對比分析

國內(nèi)各高校“橋梁工程課程設(shè)計(jì)”均是在給定橋梁結(jié)構(gòu)體系、跨徑（范圍）、截面形式、施工方法的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生進(jìn)行主梁截面尺寸的擬定、截面特性計(jì)算、主梁內(nèi)力計(jì)算、配筋計(jì)算、結(jié)構(gòu)性能驗(yàn)算及施工圖的繪制。課程設(shè)計(jì)時間一般為1～2周。各高校的橋梁工程課程設(shè)計(jì)主要針對梁橋和拱橋兩種橋型，不涉及斜拉橋和懸索橋等復(fù)雜橋型。由于橋梁工程教學(xué)內(nèi)容以梁橋的內(nèi)力計(jì)算、橋面板計(jì)算、橫隔梁計(jì)算、支座設(shè)計(jì)為主，因而多數(shù)學(xué)校采用鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土的簡支或連續(xù)梁橋進(jìn)行設(shè)計(jì)。以下分別對各高校采用梁橋或拱橋兩種不同橋型設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行對比分析。

2.1 鋼筋混凝土梁橋設(shè)計(jì)內(nèi)容對比

采用梁橋各高校的橋梁工程課程設(shè)計(jì)相關(guān)基本資料匯總見表2。

鋼筋混凝土梁橋設(shè)計(jì)中，多數(shù)高校采用簡支梁，同濟(jì)大學(xué)采用兩跨等高連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)，湖南大學(xué)為五跨預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋設(shè)計(jì)。預(yù)應(yīng)力筋均采用后張法施工，主梁為整孔吊裝法，即主梁安裝就位后，現(xiàn)澆濕接縫形成橋面系；對于連續(xù)梁橋則現(xiàn)澆主梁間的縱向接縫，以簡支變連續(xù)的方式形成連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。各高校采用梁橋的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容對比見表3。

2.2 上承式拱橋設(shè)計(jì)內(nèi)容對比

在選取的11所國內(nèi)高校橋梁工程課程設(shè)計(jì)中，有3所高校采用上承式無鉸拱橋作為設(shè)計(jì)內(nèi)容。主拱圈分為鋼筋混凝土等截面箱型拱和圬工拱兩種。拱上建筑可采用實(shí)腹式、梁式、拱式三種。學(xué)生根據(jù)布置的拱橋設(shè)計(jì)資料，即拱橋跨徑、矢跨比、橋面寬度、荷載等級等擬定主拱圈截面高度、寬度并進(jìn)行拱上建筑尺寸設(shè)計(jì)和布置；確定拱軸系數(shù)；計(jì)算主拱圈彈性中心及壓縮系數(shù)；進(jìn)行恒載、活載、溫度、混凝土收縮徐變和拱腳變位等情況下主拱圈截面的內(nèi)力計(jì)算及裸拱圈內(nèi)力計(jì)算；并檢驗(yàn)其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。橋面鋪裝、人行道、欄桿部分可套用標(biāo)準(zhǔn)圖設(shè)計(jì)。各高校拱橋的設(shè)計(jì)資料與設(shè)計(jì)內(nèi)容如表4所示。

對比拱橋的設(shè)計(jì)，3所高校的拱橋均以懸鏈線無鉸拱橋作為設(shè)計(jì)橋型，無鉸拱在自重及外荷載作用下，拱內(nèi)的彎矩分布均勻，結(jié)構(gòu)整體剛度大，構(gòu)造簡單，因此在實(shí)際中廣泛使用。無鉸拱的設(shè)計(jì)內(nèi)容基本相同，均在已知設(shè)計(jì)資料下進(jìn)行橋面尺寸設(shè)計(jì)、拱軸線方程建立、結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算、裸拱圈內(nèi)力計(jì)算、主拱圈驗(yàn)算等項(xiàng)目。由于懸鏈線無鉸拱為外部三次超靜定結(jié)構(gòu)，溫度變化、收縮徐變、特別是墩臺位移會在拱內(nèi)產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力，因此在設(shè)計(jì)時須對結(jié)構(gòu)在溫度變化、混凝土收縮徐變、拱腳變位時的內(nèi)力計(jì)算[3]，東南大學(xué)對以上三種附加內(nèi)力均進(jìn)行計(jì)算，其余2所學(xué)校僅進(jìn)行了溫度變化下的內(nèi)力計(jì)算。在最不利荷載組合時，常常出現(xiàn)拱腳負(fù)彎矩或拱頂正彎矩過大的情況，故東南大學(xué)課程設(shè)計(jì)中，要求學(xué)生在初步設(shè)計(jì)后進(jìn)行拱圈內(nèi)力調(diào)整，以減少正負(fù)彎矩過大的現(xiàn)象。

2.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容綜合分析

綜合比較11所高校的橋梁工程課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，梁橋的設(shè)計(jì)多為T形截面的簡支梁橋和連續(xù)梁橋兩種橋型，拱橋的設(shè)計(jì)為計(jì)算較為簡單的上承式懸鏈線無鉸拱橋。在拱橋設(shè)計(jì)中，也僅對主拱圈進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，拱上建筑形式、填料類型等均提前給定，而并未考慮實(shí)際設(shè)計(jì)、施工中會出現(xiàn)拱腳負(fù)彎矩或拱頂正彎矩過大的情況而進(jìn)行主拱圈內(nèi)力調(diào)整。

3 設(shè)計(jì)要求對比分析

“橋梁工程課程設(shè)計(jì)”要求學(xué)生利用《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》和《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范，獨(dú)立完成一個混凝土梁橋或拱橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并在規(guī)定時間內(nèi)提交設(shè)計(jì)計(jì)算書、設(shè)計(jì)圖紙并進(jìn)行答辯。

與鋼筋混凝土課程設(shè)計(jì)及鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)有所不同，橋梁工程課程設(shè)計(jì)由于內(nèi)力組合及截面形式復(fù)雜，施工階段及正常使用階段截面內(nèi)力計(jì)算較為困難，故多數(shù)學(xué)校建議學(xué)生在設(shè)計(jì)中可借助于ANSYS、MIDAS、SAP2000、橋梁博士等軟件對截面內(nèi)力進(jìn)行輔助計(jì)算。這種方式不僅降低了手算錯誤對設(shè)計(jì)的影響，還大大縮短了設(shè)計(jì)周期，合理的分配時間。各高校均要求在橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)行主梁的構(gòu)造設(shè)計(jì)、主梁內(nèi)力分析（包括恒載、混凝土收縮徐變、活載效應(yīng)分析）、主梁預(yù)應(yīng)力筋體系設(shè)計(jì)、主梁結(jié)構(gòu)性能驗(yàn)算（包括強(qiáng)度、應(yīng)力、剛度等）等方面的內(nèi)容。并在設(shè)計(jì)結(jié)束后提交結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書，計(jì)算書中應(yīng)包括橋梁設(shè)計(jì)資料及構(gòu)造布置以及上述設(shè)計(jì)內(nèi)容。

工程圖紙是工程師設(shè)計(jì)意圖的真實(shí)表現(xiàn)，也是橋梁施工的重要依據(jù)。圖面干凈整潔，內(nèi)容豐富，圖面布置豐滿美觀，符號和標(biāo)注符合制圖的一般規(guī)定。工程圖紙可以手繪或CAD繪制，繪圖比例自定。

北京交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等學(xué)校要求學(xué)生除了上交設(shè)計(jì)計(jì)算書與結(jié)構(gòu)施工圖外，還需進(jìn)行課程設(shè)計(jì)答辯環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)與畢業(yè)設(shè)計(jì)類似，學(xué)生自行制作PPT匯報(bào)設(shè)計(jì)內(nèi)容，匯報(bào)時間約為5分鐘，并回答4-5個問題。這一環(huán)節(jié)能夠幫助教師從更為直觀的角度檢驗(yàn)學(xué)生知識的掌握程度及對設(shè)計(jì)內(nèi)容的理解程度。

4 課程設(shè)置目標(biāo)

課程設(shè)計(jì)是指在一定的教育理論指導(dǎo)下，對課程的組織形式與結(jié)構(gòu)，即構(gòu)成課程的各個要素所進(jìn)行的全面計(jì)劃于安排[4]。綜合歸納各高校課程設(shè)計(jì)，雖設(shè)計(jì)橋型，內(nèi)容有所不同，但課程設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)相近，主要有以下幾個方面。

（1）鞏固已學(xué)內(nèi)容。

“橋梁工程”是一門專業(yè)性很強(qiáng)的課程，課程設(shè)計(jì)作為其輔助教學(xué)內(nèi)容具有重要的作用。在設(shè)計(jì)中，學(xué)生不僅應(yīng)用了“橋梁工程”所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行主梁的內(nèi)力計(jì)算、橋面板計(jì)算、橫隔梁計(jì)算、拱軸系數(shù)計(jì)算等內(nèi)容；還可以對“材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、畫法幾何與工程制圖”等專業(yè)基礎(chǔ)課程進(jìn)行一個系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，并靈活應(yīng)用。

（2）理論結(jié)合實(shí)際。

“橋梁工程”課程設(shè)計(jì)給學(xué)生了一個將理論知識付諸于實(shí)踐的機(jī)會。在課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識，全面分析并解決設(shè)計(jì)中存在的問題。如施工中出現(xiàn)拱軸內(nèi)力過大等現(xiàn)象要進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整；在連續(xù)梁橋應(yīng)力驗(yàn)算中還應(yīng)考慮施工過程中結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力的變化等。將在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)力學(xué)中所學(xué)內(nèi)容與施工過程相結(jié)合，分階段地考慮結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)與內(nèi)力變化。課程設(shè)計(jì)是對學(xué)生實(shí)際工作能力的訓(xùn)練與考察，既鞏固了理論知識，又能聯(lián)系實(shí)際問題，使學(xué)生能熟悉橋梁設(shè)計(jì)與施工的全過程，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。

（3）培養(yǎng)綜合素質(zhì)。

通過“橋梁工程”課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，學(xué)生增強(qiáng)資料查詢、圖紙繪制、設(shè)計(jì)說明書及計(jì)算書編寫等基本技能的訓(xùn)練；通過分析研究工作，培養(yǎng)學(xué)生的研究能力，并初步具備對橋梁結(jié)構(gòu)的分析及設(shè)計(jì)能力。培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識和合作精神，提高綜合競爭力；為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)以及今后的實(shí)際工作做理論和實(shí)踐上的準(zhǔn)備。

5 結(jié)語

對國內(nèi)11所有代表性高校的“橋梁工程課程設(shè)計(jì)”課程的設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)目標(biāo)等內(nèi)容的對比分析，據(jù)此可加深對國內(nèi)高校橋梁工程課程設(shè)計(jì)的了解，并為高校橋梁工程課程設(shè)計(jì)題目的選取、設(shè)計(jì)內(nèi)容和目標(biāo)的修訂提供參考。

參考文獻(xiàn)

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