時(shí)間：2022-04-17 05:37:41
序論：在您撰寫(xiě)結(jié)構(gòu)力學(xué)論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開(kāi)闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
摘要：文章針對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中現(xiàn)存的一些問(wèn)題，探討了注重實(shí)際工程與課程的聯(lián)系、提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題能力、考試考核方法改革等方面的改進(jìn)對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)效果的影響。教學(xué)實(shí)踐表明，在這些方面的注重可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有效提高教學(xué)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；教學(xué)模式；教學(xué)改革
結(jié)構(gòu)力學(xué)課程是土木工程、水利水電工程等專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，一方面它以高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、程序設(shè)計(jì)等課程為基礎(chǔ)；另一方面，它又是鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、高層建筑結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)等專業(yè)課的基礎(chǔ)。該課程不但為后續(xù)課程和課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了必需的基礎(chǔ)知識(shí)和計(jì)算方法，同時(shí)也是土木工程師必備的專業(yè)基礎(chǔ)技能。結(jié)構(gòu)力學(xué)在整個(gè)課程體系中處于承上啟下的核心地位，然而由于課程本身既注重理論又面向?qū)嵺`，以及以往教學(xué)中存在的一些問(wèn)題，致使部分同學(xué)學(xué)習(xí)效果不夠理想，因此提高結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量顯得尤為重要。
一、現(xiàn)行教學(xué)中存在的問(wèn)題
結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門(mén)傳統(tǒng)的經(jīng)典課程，在以往的教學(xué)中，教師大部分時(shí)間采用“滿堂灌”的形式進(jìn)行授課，雖然傳統(tǒng)教學(xué)有其優(yōu)點(diǎn)存在，但依然存在一些問(wèn)題需要改進(jìn)。
1.重理論教學(xué)，輕實(shí)踐環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程本身具有理論性強(qiáng)、注重計(jì)算方法掌握的特點(diǎn)，所以不少教師只注重理論及計(jì)算方法的灌輸，忽略了其在工程實(shí)踐和實(shí)際生活中的應(yīng)用，這種教學(xué)方法雖然可以使學(xué)生學(xué)會(huì)解決課本上的習(xí)題，但對(duì)方法的掌握不夠牢固，在后續(xù)的課程或者今后的工程實(shí)踐中應(yīng)用的時(shí)候，往往需要再次學(xué)習(xí)。
2.學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差。在以往的教學(xué)中，教師占絕對(duì)主導(dǎo)地位，學(xué)生則完全處于一種被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)，需要教師去督促學(xué)習(xí)，課堂上經(jīng)常出現(xiàn)學(xué)生睡覺(jué)、玩手機(jī)，教師自說(shuō)自話或者學(xué)生之間交頭接耳；課下存在大批學(xué)生抄襲作業(yè)，拼湊完成教師布置的任務(wù)，甚至出現(xiàn)逃課等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象充分說(shuō)明學(xué)生主觀能動(dòng)性沒(méi)能得到發(fā)揮，學(xué)習(xí)沒(méi)有積極性，對(duì)課程沒(méi)能產(chǎn)生興趣。
3.兩極分化現(xiàn)象嚴(yán)重。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程最終的成績(jī)?cè)谠S多班級(jí)呈現(xiàn)出嚴(yán)重的兩極分化現(xiàn)象，一部分學(xué)生甚至在課程后期處于放棄狀態(tài)，考試計(jì)算題“交白卷”現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生；學(xué)生在明知道該門(mén)課程在本專業(yè)中的重要程度的情況下，依然會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，值得我們教師進(jìn)行深入分析，加以解決。導(dǎo)致班級(jí)學(xué)習(xí)成績(jī)兩極分化現(xiàn)象嚴(yán)重的原因，從教師方面來(lái)說(shuō)是因?yàn)槠渌捎玫慕虒W(xué)方式不得當(dāng)，沒(méi)有全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，對(duì)學(xué)生缺乏耐心；從學(xué)生方面來(lái)說(shuō)是因?yàn)槠淙狈φ_的學(xué)習(xí)方法，學(xué)習(xí)習(xí)慣比較差。
4.考核方式單一。在以往的教學(xué)中，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程成績(jī)組成以最終的期末考試為主，然而期末考試往往是書(shū)面閉卷形式，這就給學(xué)生造成了很大的壓力和僥幸心理，同時(shí)也不利于學(xué)生創(chuàng)造性和主動(dòng)性的發(fā)揮，阻礙了創(chuàng)新思維的培養(yǎng)與發(fā)展。雖然結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門(mén)注重理論和計(jì)算的課程，期末考試必不可少，但是這種形式太過(guò)注重結(jié)果而忽視了過(guò)程。針對(duì)于教師或者學(xué)生考核，單一的考核方式無(wú)法充分了解教師的教學(xué)能力和學(xué)生對(duì)于該課程的掌握情況，該課程作為一門(mén)大學(xué)時(shí)重要的專業(yè)課程，關(guān)注學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中的學(xué)習(xí)情況是很有必要的。
二、教學(xué)改革的主要內(nèi)容
1.注重各章節(jié)內(nèi)容之間的聯(lián)系。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程內(nèi)容較多，課時(shí)量大，各章節(jié)之間聯(lián)系比較密切。教師在授課時(shí)如果注重各章節(jié)之間的聯(lián)系，并將其歸納梳理清楚，既可以幫助學(xué)生對(duì)繁多的內(nèi)容形成清晰的知識(shí)脈絡(luò)，又能靈活應(yīng)用不同方法來(lái)解決問(wèn)題，加深理解。例如：幾何組成分析，可以幫助判斷結(jié)構(gòu)是靜定還是超靜定；靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析中彎矩圖的繪制在后續(xù)圖乘法、超靜定結(jié)構(gòu)的求解當(dāng)中進(jìn)行用；圖乘法在力法求解以及結(jié)構(gòu)自振頻率計(jì)算中又有重要的地位；等等。
2.理論講解聯(lián)系工程實(shí)際。結(jié)構(gòu)力學(xué)的理論和計(jì)算方法與實(shí)際結(jié)合是非常緊密的，所以在講授新內(nèi)容之前，教師可以通過(guò)介紹相關(guān)的工程實(shí)例，并通過(guò)分析或者提出疑問(wèn)的方式來(lái)激發(fā)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的興趣。例如：在講解建立力學(xué)模型時(shí)，多舉一些身邊的建筑作為實(shí)例進(jìn)行簡(jiǎn)化，如所在的教學(xué)樓等；在講授力矩分配法時(shí)，拿一些土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)來(lái)舉例說(shuō)明；在學(xué)習(xí)共振時(shí)，讓學(xué)生先觀看橋梁因風(fēng)荷載破壞的視頻資料。學(xué)生在接觸結(jié)構(gòu)力學(xué)等專業(yè)課之前，一直在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)等理論性課程，不乏學(xué)生產(chǎn)生所學(xué)東西用不到的想法，所以在教學(xué)時(shí)，積極應(yīng)用工程實(shí)例能夠改變這種觀念，并能極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
3.師生互動(dòng)營(yíng)造良好的課堂氛圍?；钴S融洽的課堂氛圍，既能使教師發(fā)揮出自己的教學(xué)水平，又能使學(xué)生提高學(xué)習(xí)熱情，不會(huì)感覺(jué)到課程的枯燥。營(yíng)造良好氛圍的主體在教師，教師一方面要通過(guò)制作精良的多媒體課件、語(yǔ)言表達(dá)、教態(tài)動(dòng)作等方式來(lái)吸引學(xué)生的注意；另一方面，要加強(qiáng)和學(xué)生的互動(dòng)交流。例如：創(chuàng)設(shè)一些能引發(fā)學(xué)生思考的問(wèn)題進(jìn)行討論；讓學(xué)生參與到教師的教學(xué)過(guò)程中來(lái)；講評(píng)學(xué)生的作業(yè)，并指出出現(xiàn)的問(wèn)題；等等。
4.經(jīng)常關(guān)注學(xué)困生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。分析兩極分化現(xiàn)象的原因，既有學(xué)生的原因，也有教師的原因。如果教師只按照自己的思維和進(jìn)度去講課，不關(guān)注學(xué)生的掌握情況，就可能導(dǎo)致課堂脫節(jié)，所以教師要實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的動(dòng)態(tài)，特別是學(xué)習(xí)能力較差學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，進(jìn)而調(diào)整講課進(jìn)度。另外，還可以通過(guò)作業(yè)、課堂練習(xí)、小測(cè)驗(yàn)等形式進(jìn)行了解。在和學(xué)困生的交流中，教師要有耐心，平心靜氣的與他們進(jìn)行學(xué)習(xí)問(wèn)題的溝通，切勿急躁，并且要注意照顧學(xué)生的自尊心，引導(dǎo)其慢慢恢復(fù)自信心，從而提起對(duì)課程的興趣，以達(dá)到提高學(xué)習(xí)成績(jī)的目的。
5.改革考試考核方法。作為一門(mén)注重計(jì)算方法的課程，期末考試在考核中的主導(dǎo)地位不可動(dòng)搖，因?yàn)橥ㄟ^(guò)最終的期末考試才能較為完整地掌握學(xué)生的掌握程度，但是只注重期末考試也會(huì)有很多弊端，所以需要教師去豐富考核手段。
在重要章節(jié)講授完畢時(shí)，可以進(jìn)行階段性測(cè)試，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的掌握，這樣可以將漫長(zhǎng)的課程變成階段化，防止部分學(xué)生在課程后期跟不上或者產(chǎn)生怠慢情緒。比如在講完靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算后，可以進(jìn)行“彎矩圖過(guò)關(guān)考試”，實(shí)踐證明，這樣可以有效提高學(xué)生在后續(xù)圖乘法和力法學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)效果，對(duì)提高及格率和防止兩極分化現(xiàn)象效果明顯。
分M布置能夠結(jié)合實(shí)際的大作業(yè)，例如：可以讓學(xué)生去計(jì)算學(xué)校操場(chǎng)的單杠或者籃球架在人的重量下發(fā)生的變形，讓學(xué)生自己搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，建立計(jì)算模型，算出結(jié)果。這種方式可以提高學(xué)生的解決問(wèn)題能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，同時(shí)能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生從被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變成主動(dòng)學(xué)習(xí)。鼓勵(lì)學(xué)生參加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽、本科生創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目等活動(dòng)，主動(dòng)去應(yīng)用學(xué)到的知識(shí)，提高實(shí)踐能力，也可以將成果反映到平時(shí)成績(jī)當(dāng)中去。
三、結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐證明，通過(guò)加強(qiáng)章節(jié)間的聯(lián)系，積極引入工程實(shí)例，注重營(yíng)造課堂氛圍，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，應(yīng)用階段性考試以及大作業(yè)等考核方式，能夠很大程度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力、主觀能動(dòng)性和合作意識(shí)。結(jié)構(gòu)力學(xué)在土木工程專業(yè)的地位至關(guān)重要，對(duì)該課程的教學(xué)研究和改革還需要不斷探索和發(fā)展。
摘要：基于微信公眾平臺(tái)建立了《結(jié)構(gòu)力學(xué)》微課堂，將含有多媒體課件、每章的學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)、疑難習(xí)題、典型例題等教學(xué)資源及時(shí)地共享給學(xué)生，實(shí)現(xiàn)了《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程與新型現(xiàn)代化教學(xué)模式的接軌。將微課堂與傳統(tǒng)授課進(jìn)行緊密結(jié)合，通過(guò)課堂實(shí)踐，師生反饋效果較好，該教學(xué)方法不僅提供了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，而且能更好地滿足學(xué)生對(duì)不同知識(shí)點(diǎn)的個(gè)性化學(xué)習(xí)，拓展了學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間。
關(guān)鍵詞：《結(jié)構(gòu)力學(xué)》；微課堂；微信平臺(tái)；教學(xué)實(shí)踐
一、引言
《結(jié)構(gòu)力學(xué)》是土木工程專業(yè)的主干課，對(duì)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)具有極為重要的作用[1]。如果把土木工程專業(yè)知識(shí)比作一幢大廈，那么《結(jié)構(gòu)力學(xué)》無(wú)疑便是這座大廈的基石。國(guó)內(nèi)許多教學(xué)工作者對(duì)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》的教學(xué)理念和教學(xué)方法進(jìn)行了多方面的研究和探索[2-4]，然而，在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，學(xué)生獲取知識(shí)的渠道和方式都呈現(xiàn)多元化的趨勢(shì)?；诖?，我們結(jié)合現(xiàn)階段學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和特點(diǎn)，借助智能手機(jī)微信公眾平臺(tái)創(chuàng)建了《結(jié)構(gòu)力學(xué)》微課堂，與傳統(tǒng)課堂內(nèi)的授課緊密結(jié)合，對(duì)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》的教學(xué)進(jìn)行了有效的探索和實(shí)踐。
二、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》傳統(tǒng)課堂的現(xiàn)狀
根據(jù)筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)目前大部分的《結(jié)構(gòu)力學(xué)》傳統(tǒng)課堂存在下列主要問(wèn)題：（1）上課教學(xué)方式仍然是以教師講為主，學(xué)生聽(tīng)為輔，這樣很容易導(dǎo)致學(xué)生在聽(tīng)課過(guò)程中產(chǎn)生倦怠情緒。（2）對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的理論與土木工程實(shí)際聯(lián)系不夠，這就使得學(xué)生把大部分的時(shí)間和精力耗費(fèi)在了做習(xí)題來(lái)應(yīng)付考試上，當(dāng)真正遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí)仍不會(huì)運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去分析、解決問(wèn)題。（3）基本概念、基本理論和基本方法等的引入都是以理想化后的計(jì)算簡(jiǎn)圖為載體，從而使得學(xué)生不能真切地感受到實(shí)際三維空間結(jié)構(gòu)，很難對(duì)工程問(wèn)題形成一定的感性認(rèn)識(shí)。（4）學(xué)生上課玩手機(jī)已經(jīng)成為一個(gè)習(xí)慣，他們的精力很難長(zhǎng)時(shí)間集中，課堂上不認(rèn)真聽(tīng)課的情況越來(lái)越普遍。
三、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》微課堂的建設(shè)
筆者基于微信公眾平臺(tái)建立了“BJTU結(jié)構(gòu)力學(xué)曹艷梅課堂”，將含有多媒體課件、每章的學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)、疑難習(xí)題、典型例題等教學(xué)資源上傳到微課堂。通過(guò)微信關(guān)注對(duì)外共享（二維碼如圖1所示），將電子資料及時(shí)地推送給學(xué)生，實(shí)現(xiàn)了《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程與新型現(xiàn)代化教學(xué)模式的接軌。
通過(guò)該微課堂，學(xué)生可以在課下隨時(shí)翻閱每堂課的教學(xué)內(nèi)容、復(fù)習(xí)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)、預(yù)習(xí)新的知識(shí)、進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的拓展思考，不僅加強(qiáng)了課堂教學(xué)，并且還可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。另外，學(xué)生還能在微課堂平臺(tái)上隨時(shí)留言，對(duì)學(xué)習(xí)中遇到的困難及疑難問(wèn)題可以隨時(shí)反饋，教師也能夠及時(shí)回復(fù)，使師生在課外W習(xí)與課堂教學(xué)間建立起實(shí)時(shí)溝通的橋梁。針對(duì)學(xué)生提出的每個(gè)問(wèn)題，任課教師都給予詳細(xì)的解答，并且在這些提問(wèn)的問(wèn)題中，選取大家問(wèn)得多的或者常犯的錯(cuò)誤點(diǎn)作為典型例題進(jìn)行詳細(xì)的講解，并放在微課堂的思考與討論目錄下，比如“瞬變體系一定有多余約束嗎”、“位移法中的剛度無(wú)窮大桿”等。
在微課堂內(nèi)容的布置上，我們注重了工程化的教學(xué)理念，引導(dǎo)學(xué)生不斷探索結(jié)構(gòu)力學(xué)之美。比如在第3章講到多跨靜定梁時(shí)，引入具有同樣結(jié)構(gòu)形式的南寧邕寧大橋，由淺入深地介紹這種結(jié)構(gòu)形式的求解方法，并引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行多方位的思考，如圖2所示。又比如在講到結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算時(shí)，引入巴黎塞納河上著名的亞歷山大三世橋，引領(lǐng)學(xué)生去進(jìn)行實(shí)際結(jié)構(gòu)的位移求解（如圖3所示）。
四、微課堂與傳統(tǒng)課堂的緊密結(jié)合
筆者在課堂實(shí)踐中將《結(jié)構(gòu)力學(xué)》微課堂與傳統(tǒng)課堂緊密地結(jié)合起來(lái)，比如，課堂上講完“幾何組成分析”這一章，我們借用單建老師提出的趣味結(jié)構(gòu)力學(xué)思想[5]，在微課堂上以頤和園內(nèi)的十七孔橋?yàn)槔寣W(xué)生分析多跨聯(lián)拱橋的幾何組成；在講到制造誤差引起的位移計(jì)算時(shí)，我們將鋼桁梁橋中的預(yù)拱度引入到教學(xué)中，同時(shí)在微課堂上留出圖4所示64m下承式鐵路桁架橋有關(guān)上拱度設(shè)置的相關(guān)思考，不僅實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)課堂和微課堂的緊密銜接，而且讓學(xué)生進(jìn)一步感受了《結(jié)構(gòu)力學(xué)》理論知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用。
五、結(jié)語(yǔ)
為了及時(shí)反饋教學(xué)效果，我們?cè)O(shè)計(jì)了相關(guān)調(diào)查問(wèn)卷，學(xué)生通過(guò)網(wǎng)上鏈接匿名填寫(xiě)，對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行了真實(shí)反饋。問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：喜歡這種工程化教學(xué)方式的學(xué)生比例達(dá)87.31%，對(duì)教師課堂教學(xué)滿意度（滿意和非常滿意）達(dá)90.3%。在將來(lái)的工作中，我們將會(huì)不斷完善《結(jié)構(gòu)力學(xué)》微課堂的內(nèi)容，使其更好地為學(xué)生服務(wù)，為教師的課堂授課服務(wù)。
摘要：基于目前西部地方高校結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的新問(wèn)題，通過(guò)對(duì)“慕課”理念的分析，本文構(gòu)建了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程慕課的組織方式。提出了通過(guò)優(yōu)選學(xué)生組成上課班級(jí)，對(duì)部分章節(jié)采用“慕課”的教學(xué)方式，通過(guò)優(yōu)化預(yù)習(xí)課件并配合以高質(zhì)量的預(yù)習(xí)視頻，提高課堂討論質(zhì)量、改革課程考核方式等教改措施。課程實(shí)踐結(jié)果表明，教學(xué)效果良好，為結(jié)構(gòu)力學(xué)課程慕課建設(shè)積累了經(jīng)驗(yàn)。
P鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；慕課；自主學(xué)習(xí)
0 引言
《結(jié)構(gòu)力學(xué)》[1-2]是土木工程、地下空間結(jié)構(gòu)等土建類專業(yè)必修的主干課程，是土建類專業(yè)最重要的課程之一。結(jié)構(gòu)力學(xué)在整個(gè)土建類專業(yè)課程體系中處于承上啟下的核心地位。一方面，它前承高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)等課程，另一方面，它又后繼鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、工程結(jié)構(gòu)抗震等專業(yè)課程，為專業(yè)課程提供必需的基礎(chǔ)知識(shí)和計(jì)算方法。
在大學(xué)課程學(xué)分、課堂學(xué)時(shí)壓縮的背景下，如何結(jié)合西部地方高校結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)的特點(diǎn)，借助現(xiàn)代教育技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)注入新的活力，值得廣大西部地方高校結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教師思考[3]。
1 結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)特點(diǎn)與問(wèn)題
結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容繁雜。目前，西部高校結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容主要包括：幾何組成分析、靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析及位移計(jì)算、力法、位移法、影響線、矩陣位移法、結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算與極限荷載等。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程有如下兩個(gè)方面的特點(diǎn)：①基本概念多；②計(jì)算方法多。雖然在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程學(xué)習(xí)之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)理論力學(xué)與材料力學(xué)，但是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程新概念依然偏多。如：幾何構(gòu)造特性（幾何不變、幾何可變、瞬變）、定向支承、瞬鉸、計(jì)算自由度、結(jié)構(gòu)（多跨連續(xù)梁、剛架、桁架、組合結(jié)構(gòu)、拱結(jié)構(gòu)）、移動(dòng)荷載、影響線、力法、位移法、矩陣位移法等，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)都是新名詞、新概念。結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算方法多，可以分為：靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算方法、影響線分析方法、結(jié)構(gòu)位移計(jì)算方法、超靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算方法等。其中：靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算方法需要分別針對(duì)靜定多跨梁、剛架、桁架、組合結(jié)構(gòu)和拱結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，每種結(jié)構(gòu)因具有不同的幾何特性和受力特性而具有不同的計(jì)算方法和求解技巧；影響線分析包括靜力法和機(jī)動(dòng)法；結(jié)構(gòu)位移計(jì)算方法包括直接積分法和圖乘法；超靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算方法包括力法、位移法和矩陣位移法等。課程要求學(xué)生理解包括結(jié)構(gòu)的幾何組成分析、靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移計(jì)算以及動(dòng)力計(jì)算等基礎(chǔ)問(wèn)題的概念與理論，掌握計(jì)算靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移等的計(jì)算方法。在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)方式上通常采用板書(shū)、PPT的方式課堂講授。課堂教學(xué)時(shí)，通常是讓學(xué)生先理解基本理論，然后利用先期學(xué)過(guò)的知識(shí)建立方程，求解某類結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移等，即基本技能的掌握。課堂教學(xué)模式相對(duì)固定，能讓學(xué)生很容易的明白理解這些理論知識(shí)，并掌握求解某種結(jié)構(gòu)內(nèi)力的技能，但反過(guò)來(lái)也容易造成課堂教學(xué)呆板與枯燥。
限于區(qū)域劣勢(shì)，西部地方高校大學(xué)生的總體高考錄取成績(jī)要低于東、中部學(xué)校的學(xué)生。結(jié)構(gòu)力學(xué)作為土建類專業(yè)的必修課，課程內(nèi)容難度較大，且需要前期數(shù)學(xué)、力學(xué)相關(guān)課程基礎(chǔ)，部分學(xué)生感覺(jué)學(xué)習(xí)起來(lái)困難。從本校近幾年結(jié)構(gòu)力學(xué)期末考試情況來(lái)看，每年學(xué)生的優(yōu)秀率約在10%，不及格率約在30%，這與學(xué)生的生源有一定的關(guān)聯(lián)度。作為西部地方高校，在吸引優(yōu)質(zhì)生源方面確實(shí)不如東、中部院校，但是西部地方高校也不乏優(yōu)秀學(xué)生，這些學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性非常好，處于“學(xué)有余力”層次。另外一部分學(xué)生，由于基礎(chǔ)較差，在學(xué)習(xí)過(guò)程中很努力，但是成效不好，處于“心有余力不足”層次。這兩部分學(xué)生的比例約占總學(xué)生人數(shù)的30%左右。如何更好的滿足這兩部分學(xué)生對(duì)教學(xué)的要求值得思考。另外，結(jié)構(gòu)力學(xué)理論教學(xué)與工程實(shí)際脫節(jié)以及教師無(wú)法及時(shí)獲取學(xué)生反饋信息等問(wèn)題也是亟待解決的難點(diǎn)。
因此，考慮利用“慕課”的優(yōu)勢(shì)[4-5]，為西部地方高校結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)提供有益的補(bǔ)充，這將為西部地方高校結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革開(kāi)辟一條新途徑。
2 慕課特點(diǎn)
“慕課”（MOOCS）是大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放課程。慕課是將傳統(tǒng)課程以在線的方式呈現(xiàn)在學(xué)習(xí)者的面前，賦予了傳統(tǒng)課程顯著的開(kāi)放特征，實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)課程向開(kāi)放課程的轉(zhuǎn)變。慕課有強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)感而且重視學(xué)習(xí)過(guò)程，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹R(shí)點(diǎn)拆分，以逼真的短視頻完成教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)理念上更要注重學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，將傳統(tǒng)“灌輸式”的線性教學(xué)方式轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩?duì)話與協(xié)商式”的非線性教學(xué)方式。此外，“慕課”教學(xué)設(shè)有交流平臺(tái)，以網(wǎng)絡(luò)為媒介進(jìn)行交流、討論學(xué)習(xí)，并以協(xié)作式的學(xué)習(xí)方式來(lái)完成學(xué)習(xí)過(guò)程。慕課實(shí)現(xiàn)了信息時(shí)代的在線學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)模式。慕課對(duì)教師就課程內(nèi)容的組織提供了更高的要求，同時(shí)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性也有更高的要求，這二者達(dá)不到要求，慕課的效果也未必很好。
3 結(jié)構(gòu)力學(xué)課程慕課的構(gòu)建
針對(duì)當(dāng)前結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，考慮“慕課”的特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，試圖從教學(xué)形式和教學(xué)組織上進(jìn)行突破，改善教學(xué)效果，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，為部分學(xué)生提供課堂以外的學(xué)習(xí)資源?；谶@種考慮，擬在現(xiàn)行教學(xué)形式的基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)模式進(jìn)行改革，主要體現(xiàn)在以下幾方面。
①考慮到“慕課”的組織形式需要學(xué)生有主動(dòng)學(xué)習(xí)與自主學(xué)習(xí)的能力。因此，在采取“慕課”教學(xué)形式的班級(jí)學(xué)生組成上需要有所要求。通過(guò)學(xué)生申請(qǐng)，上課教師對(duì)申請(qǐng)學(xué)生進(jìn)行面試后，組成“慕課”教學(xué)形式的班級(jí)。
②上課的教師，以團(tuán)隊(duì)的形式完成結(jié)構(gòu)力學(xué)“慕課”的所有內(nèi)容的制作。但是對(duì)于采用“慕課”教學(xué)形式的班級(jí)，僅限部分章節(jié)采用“慕課”教學(xué)形式進(jìn)行，重要章節(jié)依然采用傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行。
③為了配合“慕課”教學(xué)，課程教學(xué)日歷和教學(xué)大綱需要在網(wǎng)絡(luò)平_提前，使得學(xué)生有充足的時(shí)間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。
④針對(duì)每次課的內(nèi)容，形成簡(jiǎn)化版與完整版兩個(gè)教學(xué)版本的PPT。簡(jiǎn)化版采取錄制方式，通過(guò)老師講解與PPT播放兩種方式相結(jié)合的方式對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單講解，并將視頻上傳到網(wǎng)絡(luò)，供學(xué)生預(yù)習(xí)。在學(xué)生自主學(xué)習(xí)完成以后，配少量單項(xiàng)選擇題進(jìn)行測(cè)試，方便學(xué)生學(xué)習(xí)之后進(jìn)行自檢，同時(shí)測(cè)試結(jié)果自動(dòng)反饋給上課老師，即“課外在線學(xué)習(xí)”。完整版是對(duì)課程內(nèi)容完全深入細(xì)致的講解，主要用于老師上課之用，上課過(guò)程中，要根據(jù)學(xué)生自學(xué)過(guò)程中反饋的測(cè)試結(jié)果有針對(duì)性的進(jìn)行講解，并就預(yù)習(xí)過(guò)程中的問(wèn)題，與學(xué)生進(jìn)行交流，即：“課內(nèi)現(xiàn)身說(shuō)法、重視師生互動(dòng)”。上課結(jié)束之后，傳到網(wǎng)絡(luò)，供學(xué)生復(fù)習(xí)。
⑤調(diào)整課堂教學(xué)組織形式。主要流程如下：介紹章節(jié)學(xué)習(xí)目的基本概念的簡(jiǎn)單講解或回顧學(xué)生自學(xué)中存在問(wèn)題的講解，與同學(xué)交流、討論典型問(wèn)題的講解課堂內(nèi)容的總結(jié)與深化。
⑥布置課后作業(yè)，公布課后答疑與習(xí)題輔導(dǎo)課時(shí)間。習(xí)題輔導(dǎo)課之前，給學(xué)生做作業(yè)的過(guò)程中提供必要的答疑輔導(dǎo)，及時(shí)解決學(xué)生在做題過(guò)程中的問(wèn)題。在學(xué)生完成作業(yè)后，要給學(xué)生開(kāi)設(shè)習(xí)題輔導(dǎo)課，采用板書(shū)方式對(duì)習(xí)題進(jìn)行講解，為學(xué)生提供規(guī)范的解題步驟，使學(xué)生明白自己的不足與改進(jìn)的地方。
⑦結(jié)合慕課的特點(diǎn)，改革考核方式，將學(xué)生網(wǎng)上預(yù)習(xí)的情況以及課堂互動(dòng)也納入學(xué)生成績(jī)的組成部分，以調(diào)動(dòng)學(xué)生平時(shí)自主學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性。
4 結(jié)構(gòu)力學(xué)課程慕課的實(shí)踐
結(jié)合學(xué)校推行的“慕課”建設(shè)立項(xiàng)計(jì)劃，以及學(xué)校針對(duì) “慕課”建立的激勵(lì)機(jī)制，在學(xué)校影像專業(yè)技術(shù)人員協(xié)助下，教研室以團(tuán)隊(duì)形式完成了結(jié)構(gòu)力學(xué)“慕課”的部分章節(jié)的制作。目前《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程的課程教學(xué)日歷、教學(xué)大綱、部分章節(jié)的簡(jiǎn)化版教學(xué)視頻以及自測(cè)習(xí)題已經(jīng)上傳學(xué)校局域網(wǎng)。結(jié)合學(xué)校的“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，對(duì)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程采取“慕課”教學(xué)形式的班級(jí)學(xué)生進(jìn)行優(yōu)選。目前已經(jīng)在“桁架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算”、“靜定拱結(jié)構(gòu)”與“影響線”三個(gè)章節(jié)采用“慕課”的教學(xué)形式。學(xué)生對(duì)這種教學(xué)方式感覺(jué)新奇，教學(xué)效果較好。
5 結(jié)語(yǔ)
結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程、地下空間結(jié)構(gòu)工程專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，針對(duì)目前西部地方高校結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中部分學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需求，通過(guò)對(duì)“慕課”理念的分析研究，提出了西部地方高校結(jié)構(gòu)力學(xué)課程慕課組織模式。依托學(xué)校的 “慕課”建設(shè)政策，初步完成了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的“慕課”建設(shè)，并在部分章節(jié)進(jìn)行實(shí)踐，教學(xué)效果良好，為結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的“慕課”建設(shè)與實(shí)踐提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
摘 要 近年來(lái)很多教師和學(xué)者在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)方面一直在不斷探索新的教學(xué)模式，也取得了豐碩的成果。本文主要從研發(fā)結(jié)構(gòu)力學(xué)演示教學(xué)儀器、制作力學(xué)原理的演示動(dòng)畫(huà)、建立學(xué)習(xí)過(guò)程的考核監(jiān)控體系等幾個(gè)方面來(lái)探討結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)改革，對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)提供一些有益的建議。
關(guān)鍵詞 結(jié)構(gòu)力學(xué) 課程改革 教學(xué)儀器 質(zhì)量評(píng)估體系
結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門(mén)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它對(duì)學(xué)生畢業(yè)后從事與工程相關(guān)的各項(xiàng)工作都有很重要的影響，特別是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。具備扎實(shí)的結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)，是土木工程從業(yè)人員的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。只有真正掌握并能正確分析和計(jì)算結(jié)構(gòu)的受力，才有可能解決工程中遇到的各種實(shí)際問(wèn)題。結(jié)構(gòu)力學(xué)在執(zhí)業(yè)資格考試中意義也十分重大，例如全國(guó)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師、建造師等專業(yè)資格考試中，都需要運(yùn)用大量的結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)。結(jié)合教學(xué)中的一些體會(huì)，下文從幾個(gè)方面對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)改革提出一些建議。
1 開(kāi)發(fā)演示力學(xué)概念及原理的教學(xué)儀器
1.1 力學(xué)概念及原理
概念和原理一直都是我們探索科學(xué)的基礎(chǔ)，也是解釋科學(xué)現(xiàn)象的依據(jù)和根本。一些我們?nèi)粘Ｒ?jiàn)到的難以理解的問(wèn)題，其實(shí)追根溯源都是一些概念和原理的體現(xiàn)。結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)習(xí)的宗旨就是發(fā)現(xiàn)工程中常見(jiàn)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的力學(xué)原理并運(yùn)用于生產(chǎn)和生活實(shí)際。
結(jié)構(gòu)力學(xué)這門(mén)課程涉及很多概念和力學(xué)原理，只有充分理解這些概念和掌握力學(xué)原理，初學(xué)者才能夠融匯貫通，為后續(xù)課程例如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等打下基礎(chǔ)，正確的分析和解決一些力學(xué)問(wèn)題，然而理解這些概念和原理比較抽象，對(duì)大部分學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定困難。
1.2 開(kāi)發(fā)演示力學(xué)概念及原理的教學(xué)儀器
任何一門(mén)課程的教學(xué)都不應(yīng)該是枯燥無(wú)趣的，如何增加教學(xué)的趣味性、生動(dòng)性，是授好一門(mén)課的關(guān)鍵。這些年來(lái)，各大高校相應(yīng)的取得了一些成果，從教學(xué)內(nèi)容上和教學(xué)方式上都進(jìn)行了一些改革，如使用多媒體教學(xué)，優(yōu)化講課內(nèi)容，增加實(shí)踐教學(xué)等。多媒體教學(xué)便捷，節(jié)約時(shí)間又增加了課堂氛圍，但還是存在一定的不足，學(xué)生們?nèi)匀粚?duì)那些比較難懂的力學(xué)概念和原理的掌握不夠深入、深刻。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)制作一些演示概念及原理的教具，能夠使學(xué)生生動(dòng)形象的理解課本知識(shí)。例如在多跨靜定梁部分，開(kāi)發(fā)可以拆裝的各種梁及支座約束模型，讓學(xué)生在課堂上通過(guò)搭和拆一個(gè)多跨靜定梁，來(lái)體會(huì)求解過(guò)程就是拆的過(guò)程，而搭的過(guò)程就是建造結(jié)構(gòu)的過(guò)程。這些教具能使課堂更加生動(dòng)有趣，也能使學(xué)生們能更好的理解結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中涉及的概念和原理。
2 制作演示力學(xué)概念及原理的動(dòng)畫(huà)
在網(wǎng)絡(luò)上，我們經(jīng)常能看到各種各樣的動(dòng)畫(huà)宣傳片，這樣的動(dòng)畫(huà)效果，不僅讓我們記憶深刻，更吸引了我們的注意力。如果教師把抽象、難以理解的概念和理論制作出相應(yīng)的小動(dòng)畫(huà)演示出來(lái)，那么學(xué)生們學(xué)習(xí)起來(lái)既不會(huì)覺(jué)得枯燥，又能馬上理解那些概念和原理。例如學(xué)習(xí)影響線章節(jié)時(shí)，學(xué)生總是不能充分理解概念，對(duì)一些概念和方法交叉混淆運(yùn)用，以致不能正確畫(huà)出結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的影響線，做題分析時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤。如果用動(dòng)畫(huà)的方式來(lái)顯示移動(dòng)荷載作用下結(jié)構(gòu)受力變形的過(guò)程，學(xué)生將更容易理解影響線的概念和作法。動(dòng)畫(huà)給人一種即視生動(dòng)感，將動(dòng)畫(huà)模式運(yùn)用到結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，將會(huì)收到事半功倍的效果。
3 引入工程中常見(jiàn)力學(xué)問(wèn)題及計(jì)算軟件
實(shí)際工程結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的力學(xué)問(wèn)題，有的問(wèn)題并不能用相同的方法來(lái)解決，而有的工程問(wèn)題我們可以轉(zhuǎn)化為力學(xué)問(wèn)題，再通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)進(jìn)行分析，這些軟件中最常見(jiàn)并與結(jié)構(gòu)力學(xué)緊密相關(guān)的就是結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器、PKPM、ANSYS等計(jì)算機(jī)軟件。利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器，我們?cè)谇蠼馄髦休斎霔U件結(jié)構(gòu)體系，就能對(duì)桿件結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行幾何構(gòu)造分析。求解器還可以直接計(jì)算一般平面結(jié)構(gòu)的影響線、結(jié)構(gòu)內(nèi)力等。PKPM是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)常用的結(jié)構(gòu)分析軟件，它能分析和計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，并給出結(jié)構(gòu)施工圖。ANSYS是分析特殊件力學(xué)問(wèn)題的一個(gè)有效軟件，能對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計(jì)算，通過(guò)輸入各種參數(shù)和條件以及建模求解，我們就能提前預(yù)測(cè)所建結(jié)構(gòu)的安全性能。
教師在傳授教學(xué)過(guò)程中，有必要反復(fù)強(qiáng)化理論知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生加深印象并強(qiáng)化理解所學(xué)知識(shí)。在學(xué)生學(xué)習(xí)掌握了教師所講的解題方法后，教師要給學(xué)生們引入計(jì)算軟件，并指導(dǎo)他們把所學(xué)軟件知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際工程問(wèn)題中來(lái)求解一些力學(xué)問(wèn)題。最后最重要的就是讓學(xué)生把自己手算題目的結(jié)果與軟件計(jì)算求解的結(jié)果進(jìn)行比較分析，分析二者所出現(xiàn)的誤差來(lái)源和對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。利用軟件求解時(shí)，如何把實(shí)際工程問(wèn)題輸入到軟件中，就是結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)點(diǎn)的融匯貫通，如結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的簡(jiǎn)化和選擇，還有荷載的施加等，這些都需要建立在實(shí)際結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，充分理解結(jié)構(gòu)的屬性和傳力特點(diǎn)，略去次要部分，保留能反映原結(jié)構(gòu)基本性能的主干。實(shí)際結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，完全按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行力學(xué)分析是不可能的也是不必要的。在進(jìn)行計(jì)算之前，都是要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化的。這些都是要讓學(xué)生理解的工程概念，只有正確理解了這些概念，才能正確有效運(yùn)用軟件來(lái)求解結(jié)構(gòu)的力學(xué)問(wèn)題。
4 完善結(jié)構(gòu)力學(xué)試題庫(kù)建設(shè)
4.1 學(xué)生練習(xí)試題庫(kù)建設(shè)
力學(xué)知識(shí)的掌握和鞏固，要通過(guò)大量的題目練習(xí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)知識(shí)點(diǎn)講完，要有充足的試題練習(xí)來(lái)進(jìn)一步深化對(duì)知識(shí)的理解和掌握。在課堂作業(yè)中，經(jīng)常遇到的一個(gè)現(xiàn)象是抄作業(yè)。為了盡可能避免這種現(xiàn)象，對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)盡量多的建立練習(xí)試題庫(kù)，盡量做到每人一題。
相對(duì)來(lái)說(shuō)課本上每章節(jié)的習(xí)題數(shù)目有限，題目類型也很單一，并不能達(dá)到讓學(xué)生循序漸進(jìn)，由難到易，由基本理論到深入理解的效果。充足的試題庫(kù)建設(shè)，避免學(xué)生不能相互抄襲作業(yè)。另外，習(xí)題庫(kù)中全面和詳細(xì)的答案，也為學(xué)生針對(duì)批改后作業(yè)中錯(cuò)誤的學(xué)習(xí)和改正起到重要的輔助作用。試題庫(kù)可以根據(jù)難易程度分類建立。對(duì)于一般難度試題庫(kù)，目的主要是為了讓學(xué)生掌握課本基本知識(shí)和基本理論，能夠解決常見(jiàn)結(jié)構(gòu)的受力分析。面對(duì)要考研的學(xué)生，可以建立適當(dāng)增加難度的試題庫(kù)。試題庫(kù)以國(guó)內(nèi)著名高校的考研題目為主。通過(guò)試題庫(kù)練習(xí)，學(xué)生可以開(kāi)闊眼界，明白自己的差距，也在學(xué)習(xí)做題過(guò)程中接觸結(jié)構(gòu)力學(xué)的多種問(wèn)題，為以后無(wú)論是繼續(xù)深造還是執(zhí)業(yè)資格考試或者是工作打下基礎(chǔ)。
4.2 考試試題庫(kù)建設(shè)
教師對(duì)學(xué)生們學(xué)習(xí)效果的考核和監(jiān)控，除了課堂上學(xué)生跟隨教師思維積極配合和問(wèn)答之外，最好的方式是對(duì)學(xué)生們進(jìn)行考試。隨堂測(cè)驗(yàn)、期中考察、期末考試等都是教師檢驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、督促學(xué)生良性學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)?？荚囀亲钣行У臋z驗(yàn)學(xué)習(xí)和授課成果的方式。然而，如果考試試題都由各自的授課老師命題，第一，并不能客觀公正的反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，也不能客觀評(píng)價(jià)教師的教學(xué)情況。第二，不同的教師出題有不同的側(cè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，造成考試試卷因?yàn)槔蠋焸€(gè)人取向問(wèn)題造成考核知識(shí)點(diǎn)不夠全面，因此應(yīng)避免由任課教師直接命題考核學(xué)生所帶來(lái)的弊端。采用試題庫(kù)抽題組卷是實(shí)行教考分離的有效手段，既保證了考核的公平公正性，又確保了試卷的質(zhì)量。
5 建立教學(xué)過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控及評(píng)估體系
如何評(píng)估教學(xué)質(zhì)量，如何保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，這就需要一個(gè)良好的監(jiān)控和評(píng)估體系。在授課過(guò)程中建立教學(xué)監(jiān)控及評(píng)估體系，實(shí)時(shí)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果勢(shì)必會(huì)有所改觀。以往結(jié)構(gòu)力學(xué)課程只是通過(guò)期末的考卷來(lái)考察學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，并不能全面體現(xiàn)學(xué)生的能力和學(xué)習(xí)效果。立足于學(xué)生學(xué)好結(jié)構(gòu)力學(xué)并產(chǎn)生興趣這個(gè)目標(biāo)，學(xué)?？己说姆绞揭残枰淖儭８淖儌鹘y(tǒng)單一的考試方式，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)的需要。以吸引學(xué)生積極參與到結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中為第一要?jiǎng)?wù)，可從以下幾個(gè)方面改進(jìn)：
第一，作業(yè)是最基本的教學(xué)成果體現(xiàn)方式。學(xué)生平時(shí)的作業(yè)，成為最終學(xué)生平時(shí)成績(jī)的一部分。通過(guò)作業(yè)練習(xí)監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。
第二，以大作業(yè)的形式增加實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用水平?？梢圆扇“嗉?jí)競(jìng)賽方式，開(kāi)展設(shè)計(jì)比賽。例如設(shè)計(jì)桁架模型設(shè)計(jì)及承載力計(jì)算等，提交計(jì)算書(shū)和結(jié)構(gòu)受力分析報(bào)告，既鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力又提高分析計(jì)算的思維能力。比賽成績(jī)作為平時(shí)成績(jī)的一部分。
第三，適當(dāng)嘗試增加教學(xué)環(huán)節(jié)。每節(jié)課程，在課前隨機(jī)提問(wèn)學(xué)生在上講臺(tái)講解自己完成的作業(yè)。這既能增加學(xué)生的語(yǔ)言表述能力，又能檢驗(yàn)學(xué)生是否真正理解了課程的內(nèi)容。教師可以針對(duì)學(xué)生的講解表現(xiàn)打分，作為期末考試平時(shí)成績(jī)的加分項(xiàng)。
第四，當(dāng)一個(gè)章節(jié)知識(shí)學(xué)習(xí)結(jié)束，對(duì)章節(jié)內(nèi)容重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)和強(qiáng)調(diào)。在此基礎(chǔ)上，嘗試讓學(xué)生針對(duì)此章節(jié)內(nèi)容自己出3-5道題目并作出答案。要求所出的題目能夠重點(diǎn)突出，內(nèi)容全面，體現(xiàn)章節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。教師可以通過(guò)學(xué)生出試卷的情況了解學(xué)生是否掌握本章節(jié)重點(diǎn)。此項(xiàng)也作為平時(shí)成績(jī)的重要一部分。
6 結(jié)束語(yǔ)
結(jié)構(gòu)力學(xué)課程對(duì)土木工程R笛生的重要性是不言而喻的，如何改進(jìn)教學(xué)方法，幫助學(xué)生培養(yǎng)課程的興趣，奠定專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)是需要任課教師長(zhǎng)期不斷探索和努力的。學(xué)校教育學(xué)生的方式方法不是一成不變的。發(fā)展和變革是現(xiàn)代社會(huì)的潮流，接受先進(jìn)的教學(xué)理念和新的思維方式也是大勢(shì)所趨。學(xué)校作為錘煉人才的熔爐，任課老師需要不斷改進(jìn)教學(xué)方法、探索新的教學(xué)模式來(lái)適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展及課程的需要。
【摘 要】本文通過(guò)材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)兩門(mén)課程的對(duì)比，已完成教學(xué)上兩門(mén)課程的融會(huì)貫通。
【關(guān)鍵詞】材料力學(xué)；結(jié)構(gòu)力學(xué)；融會(huì)貫通
0 前言
材料力學(xué)是許多工科專業(yè)的一門(mén)重要基礎(chǔ)課，是一門(mén)為設(shè)計(jì)工程實(shí)際構(gòu)件提供必要理論基礎(chǔ)、理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的課程，主要研究桿件在拉、壓、扭、彎等基本變形以及組合變形形式下構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性的計(jì)算，而且還為結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)等課程奠定良好的基礎(chǔ)。
結(jié)構(gòu)力學(xué)則是力學(xué)以及土木工程等專業(yè)的更為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是一門(mén)為設(shè)計(jì)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)的課程。材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)這兩門(mén)課程在土木工程專業(yè)中占有非常重要的地位，同時(shí)又是該專業(yè)碩士研究生的考試課程之一，課程中許多地方有著幾乎相似的知識(shí)體系內(nèi)容，但又因研究的結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜程度不同而有差異，若能將兩門(mén)課程深入研究，在講解結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的同時(shí)將兩門(mén)課程知識(shí)內(nèi)容相互滲透與融合，完成課程間的銜接過(guò)渡、交叉與融合，完成在學(xué)習(xí)新的知識(shí)內(nèi)容的同時(shí)又能進(jìn)一步理解原有基礎(chǔ)知識(shí)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)兩門(mén)課程的融會(huì)貫通，從而可以取得良好地教學(xué)效果。
1 材料力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的不同與相似之處
材料力學(xué)主要研究簡(jiǎn)單構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性的計(jì)算原理和方法而結(jié)構(gòu)力學(xué)則是研究復(fù)雜構(gòu)件體系相同方面的計(jì)算，所以結(jié)構(gòu)力學(xué)要研究結(jié)構(gòu)的幾何組成分析。
材料力學(xué)是基礎(chǔ)課程，它為更多的不同工科專業(yè)奠定基礎(chǔ)，如機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、材料成型、機(jī)械電子工程、土木工程、化工機(jī)械、軌道交通等眾多專業(yè)都以此課程為基礎(chǔ)，因此該課程內(nèi)容涉及范圍廣泛，變形桿件的變形復(fù)雜，相應(yīng)的不同變形下的內(nèi)力以及位移計(jì)算復(fù)雜，甚至包括各種組合變形形式下的內(nèi)力和位移計(jì)算，雖然構(gòu)件體系簡(jiǎn)單，但變形復(fù)雜多樣。因此不同變形形式下的內(nèi)力、應(yīng)力以及位移計(jì)算各有不同。
結(jié)構(gòu)力學(xué)是工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，只有少數(shù)專業(yè)開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程，如：土木工程、橋梁隧道、水工工程等專業(yè)，由于它更注重于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系在彎曲、剪切、拉壓這三種變形形式下的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性的計(jì)算，相對(duì)于材料力學(xué)，涉及到的變形簡(jiǎn)單，基本不涉及組合變形的計(jì)算，相應(yīng)的計(jì)算彎曲、剪切、拉壓變形形勢(shì)下的內(nèi)力以及位移的方法則更加具體靈活，相應(yīng)的方法也更加簡(jiǎn)單多樣，所以應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法來(lái)解決材料力學(xué)的某些彎曲及拉壓?jiǎn)栴}則顯得非常簡(jiǎn)單，特別是材料力學(xué)中由于彎曲或拉壓引起的位移計(jì)算尤為簡(jiǎn)單。
2 材料力學(xué)課程與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的相互融通
材料力學(xué)課程是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的基礎(chǔ)，盡管材料力學(xué)所提供的各種計(jì)算方法與結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法相比顯得較為麻煩，但如果沒(méi)有這些最基礎(chǔ)的方法的奠定，后面的方法在學(xué)習(xí)的過(guò)程中理解起來(lái)會(huì)有一定的難度。如在材料力學(xué)中所提供的計(jì)算位移的方法雖然很多：（1）變形位移比較法；（2）實(shí)功方程法；（3）撓曲線微分方程法；（4）疊加法；（5）能量法的卡氏第二定理，雖然方法很多，但這些方法更具基礎(chǔ)性，分析和計(jì)算都較為繁瑣，有些還有一定的局限性。而在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中由變形體系虛功原理的虛功方程導(dǎo)出的計(jì)算位移的單位荷載法，則無(wú)論是任何因素引起的位移也無(wú)論變形體系的變形在什么變形范圍都可以解決。特別是應(yīng)用單位荷載法莫爾積分的圖乘法可以較為輕松的解決線彈性范圍內(nèi)荷載作用下的位移計(jì)算問(wèn)題。不僅如此，各種廣義荷載因素如：溫度變化、基礎(chǔ)沉陷、材料收縮、制造誤差等眾多因素引起的位移計(jì)算都變得非常簡(jiǎn)單。如果能夠掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)中桿系結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算，那么解決單個(gè)桿件的內(nèi)力那也將易如反掌。所以學(xué)習(xí)好結(jié)構(gòu)力W對(duì)更好的理解和掌握材料力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容起到很好的促進(jìn)作用。只要老師在講解結(jié)構(gòu)力學(xué)的同時(shí)，與材料力學(xué)的知識(shí)內(nèi)容相互結(jié)合并比較，就可以完成兩門(mén)課程知識(shí)內(nèi)容上的融會(huì)貫通，這樣不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以充分理解以往所學(xué)材料力學(xué)課程的知識(shí)內(nèi)容，使得兩門(mén)課程的知識(shí)內(nèi)容銜接自然流暢，完成材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)兩門(mén)課程的完美結(jié)合，知識(shí)內(nèi)容的融會(huì)貫通。
（湖北文理學(xué)院建筑工程學(xué)院，湖北 襄陽(yáng) 441053）
摘要：結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門(mén)系統(tǒng)性較強(qiáng)的土木工程類專業(yè)基礎(chǔ)課，本文從結(jié)構(gòu)力學(xué)課程特點(diǎn)入手，分析了當(dāng)前二本院校土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，從教學(xué)方法、教學(xué)手段及教學(xué)改革等方面論述了問(wèn)題的改進(jìn)措施。本文對(duì)二本院校結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)實(shí)踐有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：二本院校；結(jié)構(gòu)力學(xué)；教學(xué)實(shí)踐；改進(jìn)措施
結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程類專業(yè)一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其任務(wù)是根據(jù)力學(xué)原理研究結(jié)構(gòu)在外力及其他因素作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和動(dòng)力反應(yīng)，以及結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律和受力性能[1]。學(xué)生具備扎實(shí)、系統(tǒng)的工程結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算的能力，可為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，工作后從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工，及繼續(xù)深造進(jìn)行科學(xué)研究打好力學(xué)基礎(chǔ)。
一、結(jié)構(gòu)力學(xué)課程特點(diǎn)
結(jié)構(gòu)力學(xué)各章之間系統(tǒng)性較強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)之間緊密聯(lián)系[2]，結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)造分析與結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析計(jì)算密切相關(guān)，靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力求解、位移計(jì)算是超靜定結(jié)構(gòu)求解計(jì)算的基礎(chǔ)。
結(jié)構(gòu)力學(xué)及其先修課程高等數(shù)學(xué)、材料力學(xué)及理論力學(xué)的學(xué)習(xí)度都需要嚴(yán)密及較高的邏輯思維能力，二本院校土木工程專業(yè)學(xué)生的高考數(shù)學(xué)、物理入校成績(jī)整體相對(duì)不高，邏輯思維能力相對(duì)較弱，對(duì)高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、材料力學(xué)、理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等土木工程類基礎(chǔ)課程或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)能力相對(duì)較差，造成二本院校土木工程專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)時(shí)積極性不高。因此，針對(duì)二本院校土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐，有必要進(jìn)行認(rèn)真的思考和研究，本文根據(jù)作者幾年來(lái)在二本院校土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)經(jīng)歷，探討二本院校土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)
教學(xué)面臨的問(wèn)題，并提出一些相應(yīng)的改進(jìn)措施。
二、二本院校結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)面臨的問(wèn)題
1.學(xué)生先修課程掌握較差。正如前所述，由于學(xué)生在學(xué)習(xí)材料力學(xué)、理論力學(xué)等先修課程時(shí)，很多知識(shí)點(diǎn)掌握不牢固，有些學(xué)生材料力學(xué)、理論力學(xué)期末考試靠突擊學(xué)習(xí)，僅掌握考點(diǎn)知識(shí)，而沒(méi)有整體把握力學(xué)知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，造成在結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)中，新知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)涉及到先修課程，老師不做講解時(shí)，學(xué)生通常不能建立新舊知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系。而且隨著結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的深入，新知識(shí)內(nèi)容數(shù)量的增加，學(xué)生不理解、沒(méi)掌握的知識(shí)點(diǎn)越多，有些會(huì)逐漸喪失對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣[3]。
2.學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力較差。在結(jié)構(gòu)力學(xué)上課過(guò)程中，通過(guò)與學(xué)生的交流，學(xué)生在課下預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)的比較少，作業(yè)存在抄襲的現(xiàn)象，主要原因是學(xué)生學(xué)習(xí)的自主能力較差，在大學(xué)階段沒(méi)有養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，玩電腦游戲現(xiàn)象比較嚴(yán)重。而且學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)煩瑣的計(jì)算過(guò)程沒(méi)有耐心，上課過(guò)程中在講解跨度時(shí)間較長(zhǎng)的理論推導(dǎo)過(guò)程或者習(xí)題時(shí)，學(xué)生后半段容易走神和不耐煩。
3.政策性導(dǎo)向影響。在國(guó)家高校新課程改革的大背景下，實(shí)踐性教學(xué)越來(lái)越受到重視，很多院校都在縮減專業(yè)基礎(chǔ)課的課時(shí)，擴(kuò)大和增加實(shí)踐課程的門(mén)類和課時(shí)，這更減少了學(xué)生在學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)上的時(shí)間，而結(jié)構(gòu)力學(xué)課程特點(diǎn)是必須有大量的習(xí)題訓(xùn)練來(lái)保證學(xué)習(xí)質(zhì)量。
三、結(jié)構(gòu)力學(xué)課程改進(jìn)措施
通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程特點(diǎn)、面臨問(wèn)題的分析及現(xiàn)代課程的發(fā)展趨勢(shì)，在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)做好以下幾點(diǎn)。
1.因材施教，精講多練。對(duì)入學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)較弱的二本院校學(xué)生，結(jié)構(gòu)力學(xué)的講解應(yīng)追求解題思路簡(jiǎn)單化，不深究教材中結(jié)論性概念原理，加強(qiáng)結(jié)論性概念的應(yīng)用，合理分配各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系和時(shí)間。課上應(yīng)多留給學(xué)生一些做習(xí)題的時(shí)間，做完后老師再講解及與學(xué)生討論，加深學(xué)生對(duì)解題思路的理解和認(rèn)識(shí)。對(duì)于邏輯思維較強(qiáng)、善于思考的學(xué)生，概念性原理的探究可以與老師課下交流，或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交流，這樣既滿足了大多數(shù)學(xué)生的需求，也照顧了個(gè)別學(xué)生的需要。對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移的認(rèn)識(shí)和求解，靜定結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)是關(guān)鍵，尤其是對(duì)二本院校學(xué)生，靜定結(jié)構(gòu)部分應(yīng)細(xì)講，多練習(xí)，讓學(xué)生真正理解求解各種靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移的實(shí)質(zhì)，掌握畫(huà)內(nèi)力圖的方法，這樣才可以對(duì)后續(xù)超級(jí)靜定結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因?yàn)閷?shí)際的土木工程結(jié)構(gòu)以超靜定結(jié)構(gòu)居多，超靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算過(guò)程及方法，都包含著靜定結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。否則，如果學(xué)生沒(méi)有理解與掌握靜定結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)力求解思路及畫(huà)內(nèi)力圖的方法，對(duì)后續(xù)課程逐漸喪失了學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)動(dòng)力，這也是學(xué)生覺(jué)得結(jié)構(gòu)力學(xué)難學(xué)的重要原因。
2.溫故知新，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。大學(xué)課程的課時(shí)安排，一般結(jié)構(gòu)力學(xué)每周3次或2次課，兩次課之間跨越周期較長(zhǎng)，以現(xiàn)在大學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)性的課程特點(diǎn)，兩次課之間第二次上課的時(shí)候，上節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)有可能忘記或模糊，如果講新的知識(shí)點(diǎn)，有些學(xué)生往往會(huì)聽(tīng)不懂或不理解，所以，在講解新知識(shí)之前，應(yīng)加強(qiáng)與先學(xué)知識(shí)的銜接，和學(xué)生一塊回憶上節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容；在新課講解過(guò)程中，如果遇到大部分學(xué)生遺忘的先修課程的知識(shí)點(diǎn)，教師也應(yīng)該給學(xué)生簡(jiǎn)單提醒，指出屬于哪門(mén)課程、哪個(gè)地方W到過(guò)，這樣就會(huì)減少學(xué)生對(duì)舊知識(shí)遺忘的失落感，激發(fā)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣。
3.板書(shū)為主，多媒體為輔。結(jié)構(gòu)力學(xué)主要是對(duì)桿件結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力及位移的求解，對(duì)理科基礎(chǔ)較差、邏輯思維能力較弱的二本院校土木工程專業(yè)學(xué)生，求解過(guò)程的推導(dǎo)必須在黑板上逐步詳細(xì)的書(shū)寫(xiě)，板書(shū)更容易讓學(xué)生理解和加深印象，邊板書(shū)邊講解，推導(dǎo)講解速度不能太快，給學(xué)生一個(gè)思考和接受的過(guò)程，速度過(guò)快，學(xué)生對(duì)新知識(shí)點(diǎn)不理解，越容易喪失學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)的興趣。教材中文字描述主要是對(duì)求解過(guò)程的敘述，這些在講解過(guò)程中就可以表達(dá)清楚，不用再在多媒體課件中展示，結(jié)構(gòu)力學(xué)多媒體課件的應(yīng)用主要是例題與習(xí)題的數(shù)量較多，為節(jié)省時(shí)間，講解例題、習(xí)題時(shí)，可以把例題與習(xí)題的題意和題圖在多媒體課件中展示[4]，而例題與所要講習(xí)題的推導(dǎo)求解過(guò)程仍需要逐步詳細(xì)的板書(shū)。
4.課前預(yù)習(xí)，課上討論，課后復(fù)習(xí)。勤能補(bǔ)拙，對(duì)二本院校的土木工程專業(yè)學(xué)生，如果想學(xué)好結(jié)構(gòu)力學(xué)，必須苦下功夫。課前老師給學(xué)生布置相應(yīng)的預(yù)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生提前把上課要講的新課提前預(yù)習(xí)，為激發(fā)學(xué)生提前預(yù)習(xí)興趣，可以布置一些簡(jiǎn)單的內(nèi)容，上課時(shí)給學(xué)生留出一定時(shí)間，讓學(xué)生講解，或拿出一個(gè)例題，讓學(xué)生分組討論，小組選定一個(gè)學(xué)生進(jìn)行講解；課后布置一定的課下作業(yè)，為督促學(xué)生完成作業(yè)，每節(jié)課前應(yīng)簡(jiǎn)單分析評(píng)價(jià)學(xué)生的作業(yè)完成情況和完成作業(yè)過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題。
5.教學(xué)方式的改革。隨著時(shí)代的進(jìn)步，大學(xué)課程改革也隨著快速發(fā)展，由最初的單純靠教師在黑板板書(shū)，到多媒體課件的應(yīng)用，而隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，MOOC、微課、在線開(kāi)放課程逐漸成為課程改革發(fā)展的重點(diǎn)。結(jié)構(gòu)力學(xué)作為一門(mén)學(xué)生認(rèn)為最難的土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)二本院校土木工程專業(yè)學(xué)生更是如此，網(wǎng)絡(luò)視頻課程的出現(xiàn)與發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程優(yōu)勢(shì)更明顯，學(xué)生可以在網(wǎng)上對(duì)難度較大或不明白的地方反復(fù)聽(tīng)、反復(fù)看，也可以暫停下來(lái)，進(jìn)行思考與消化。并且在線開(kāi)放課程還有與教師互動(dòng)的環(huán)節(jié)，學(xué)生網(wǎng)上在線與教師的討論與互動(dòng)既避免學(xué)生了閉門(mén)造車(chē)，又督促學(xué)生按進(jìn)度進(jìn)行學(xué)習(xí)。MOOC與網(wǎng)絡(luò)視頻開(kāi)放課程的課后作業(yè)可以讓學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行自我檢測(cè)，以便總結(jié)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和方法，為后面的學(xué)習(xí)予以指導(dǎo)。
課堂講課內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)內(nèi)容如何平衡？“翻轉(zhuǎn)課堂”的出現(xiàn)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，MOOC與網(wǎng)絡(luò)視頻開(kāi)放課程的學(xué)習(xí)，可以讓老師了解學(xué)生的自主學(xué)習(xí)狀況，對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)出現(xiàn)的問(wèn)題，教師可以設(shè)定相關(guān)的習(xí)題和主題，通過(guò)教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間進(jìn)行討論互動(dòng)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)教師在課堂上給予針對(duì)性的輔導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的吸收內(nèi)化過(guò)程?！胺D(zhuǎn)課堂”，學(xué)生也可以提出自己在MOOC與網(wǎng)絡(luò)視頻開(kāi)放課程學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問(wèn)題，以便與其他同學(xué)和老師進(jìn)行交流和討論。
摘 要：拱結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)的重要內(nèi)容之一。文章從拱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與原理出發(fā)，系統(tǒng)地闡述了拱結(jié)構(gòu)概念分析的內(nèi)容體系。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；拱結(jié)構(gòu)；概念分析
結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程、交通土建、水工結(jié)構(gòu)等專業(yè)的一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在整個(gè)專業(yè)中起承上啟下的作用[1-2]。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力W教學(xué)方法和內(nèi)容大同小異，如對(duì)于拱結(jié)構(gòu)，學(xué)生要掌握靜定三鉸拱與超靜定兩鉸拱和無(wú)鉸拱在荷載、溫度及支座移動(dòng)作用下的內(nèi)力及位移的計(jì)算。封閉的教學(xué)模式不利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，學(xué)生的獨(dú)立思考空間小。隨著結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的普遍采用，學(xué)生從結(jié)構(gòu)力學(xué)的煩瑣計(jì)算中得以解脫，但對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件過(guò)度依賴，不少學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本理論與概念理解得較模糊[3-4]。
為了提高結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)該在教學(xué)過(guò)程中加強(qiáng)學(xué)生概念分析能力的培養(yǎng)，使得學(xué)生在經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)的基礎(chǔ)之上能深入理解、靈活運(yùn)用其核心概念、基本方法來(lái)解決工程問(wèn)題?；诖?，以三鉸拱、超靜定兩鉸拱和無(wú)鉸拱作為切入點(diǎn)，從概念分析的角度對(duì)三種拱的受力性能、適用范圍和工程應(yīng)用進(jìn)行全面闡述，以期對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)有所啟發(fā)與裨益。
一、拱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與原理
矩形截面梁是受彎構(gòu)件，因?yàn)榭拷行暂S的材料應(yīng)力水平低、彎矩沿梁長(zhǎng)一般是變化的，所以材料利用率低。從結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)角度講，梁截面存在應(yīng)變梯度。當(dāng)構(gòu)件軸心受力時(shí)，材料利用率就可能增大，于是便產(chǎn)生了拱結(jié)構(gòu)及合理軸線的概念。從梁到拱的演變過(guò)程，體現(xiàn)了人們對(duì)合理結(jié)構(gòu)形式的追求，體現(xiàn)了概念設(shè)計(jì)在提高材料效用、探索新型合理結(jié)構(gòu)形式中的指導(dǎo)意義[5]。
拱結(jié)構(gòu)是一種古老的結(jié)構(gòu)形式，過(guò)去拱結(jié)構(gòu)常采用磚、石和土坯等抗壓材料優(yōu)良的材料建造，現(xiàn)代拱結(jié)構(gòu)則多用鋼材、鋼筋混凝土或鋼管混凝土建造。鋼筋混凝土拱以抗壓強(qiáng)度優(yōu)良的混凝土材料為主，配以承受拉力的鋼骨架，可較大地提高其跨越能力。但大跨度鋼筋混凝土拱自重大，施工難度較大，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較低。拱形鋼結(jié)構(gòu)則具有自重輕、材料強(qiáng)度高、承載效率高、造型美觀和施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，但其防腐與穩(wěn)定性問(wèn)題突出，價(jià)格相對(duì)較高。
拱是一種典型的推力結(jié)構(gòu)，豎向荷載作用下兩端的支座會(huì)產(chǎn)生水平推力，在該推力作用下降低了拱截面彎矩，使拱以軸向壓力為主，尤其承受滿跨荷載作用時(shí)拱結(jié)構(gòu)具有很高的剛度與承載能力，故在橋梁和體育場(chǎng)館等大跨空間結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛。
拱的軸線形式可選用圓弧形、拋物線形、懸鏈線形和橢圓等變曲率線形[6-7]。拱的受力狀態(tài)和懸索結(jié)構(gòu)恰好相反，卻很相似，區(qū)別在于懸索只能承受拉力，不能受彎；拱則以受壓為主，拱截面可承受彎矩的作用。由結(jié)構(gòu)力學(xué)課堂教學(xué)可知，合理選擇拱軸線很重要。對(duì)于大跨落地式房屋拱結(jié)構(gòu)，拱主要承受沿其軸線均勻分布的屋面自重，拱軸線可選用懸鏈線形，自重作用下，拱主要承受軸力，彎矩很小。對(duì)于承受沿水平向均布荷載作用的拱結(jié)構(gòu)，應(yīng)將拱軸線選為拋物線形。對(duì)于承受均勻水壓力的涵洞和隧道，選用圓形軸線有利。應(yīng)注意，按照主要荷載選擇了合理拱軸線，荷載改變或有可變荷載作用時(shí)，拱內(nèi)也會(huì)不可避免地產(chǎn)生彎矩，故拱截面須具有一定的抗彎能力。
拱截面形式多樣，除了有實(shí)腹的矩形截面拱、T形截面拱、雙曲拱和波形拱外，還有鋼桁架拱和索拱等。其中鋼桁架拱兼有拱和桁架的雙重性質(zhì)，可分為平面和立體桁架拱。
二、拱結(jié)構(gòu)概念分析的內(nèi)容體系
（一）概念分析
對(duì)于裂縫開(kāi)展嚴(yán)重的鋼筋混凝土梁，受拉區(qū)混凝土基本退出工作，可看作帶拉桿的拱。拱拉力由縱向受力鋼筋承擔(dān)，拱壓力則由混凝土來(lái)承擔(dān)。梁某一截面的彎矩由縱筋拉力與該截面拱壓力的水平分量組成的力矩平衡；剪力由拱壓力的豎向分量來(lái)承擔(dān)。拉桿拱的拉力也可由支座水平推力來(lái)承承受，只要支座具有足夠的水平剛度，拉桿可去掉，拱的受力狀態(tài)不變。
（二）構(gòu)件尺度
工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中常須考慮比例的概念，例如梁高可取跨度的L/10―L/15，該比例為其設(shè)計(jì)帶來(lái)便捷。但該比例有其適用范圍，對(duì)于大跨度梁就不再適用。再如，若把實(shí)際工程按比例放大若干倍，是否依然可行？
現(xiàn)以自重作用下的無(wú)鉸圓弧拱為例，跨度S=20m，矢半徑R=11.18m，矢高H=5m，拱截面高度h=0.3m，拱截面寬度b=0.2m。若將此拱各尺寸放大10 倍，現(xiàn)比較原拱與放大拱的內(nèi)力和變形。
將兩拱的最大內(nèi)力值、變形列于表1。從表1中可看出，尺寸放大10倍后拱的截面彎矩變?yōu)樵暗?
10 000倍，抗彎承載力（截面抵抗矩）是原拱的1000倍，則彎曲應(yīng)力是原拱的10倍，也就是說(shuō)須將材料強(qiáng)度提高10倍，才能滿足強(qiáng)度要求。撓度問(wèn)題更突出，拱放大10倍后撓度是原拱的100倍，剛度明顯不足。由此可知，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中截面尺寸須考慮結(jié)構(gòu)尺度的影響。規(guī)范與教材給出的拱截面高度與跨度的比例范圍僅在常用的跨度內(nèi)才適用。同時(shí)，本例也說(shuō)明結(jié)構(gòu)自重對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)的影響很大。結(jié)構(gòu)尺度的變化會(huì)改變結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。
（三）溫度與支座變形影響
由結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)可知，溫度改變與支座變形不會(huì)使三鉸拱產(chǎn)生內(nèi)力，而對(duì)于二鉸拱和無(wú)鉸拱，溫度作用和支座位移對(duì)拱的內(nèi)力與變形會(huì)產(chǎn)生影響。但影響到底有多大，下面以無(wú)鉸拱為例，說(shuō)明該兩種因素對(duì)拱內(nèi)力的影響。
首先考慮溫度的影響。以矢跨比為1/3、1/4、1/5、1/6和1/7的無(wú)鉸拱為對(duì)象，除矢高變化外，其余尺寸與本文第（二）節(jié)同，拱整體升溫40攝氏度。不同矢跨比下拱的最大變形、內(nèi)力及支座水平推力結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看出，隨著拱高（矢跨比）的降低，最大變形、彎曲應(yīng)力、軸應(yīng)力和支座推力均逐漸增大。對(duì)于小矢跨比（如1/7）的拱，升溫后拱結(jié)構(gòu)的變形難以釋放，會(huì)產(chǎn)生較大附加應(yīng)力，其中彎曲應(yīng)力影響較大（36.2MPa），最大彎矩出現(xiàn)在拱腳處；隨著矢跨比的增大，拱結(jié)構(gòu)自身變形的能力增強(qiáng)，升溫產(chǎn)生的應(yīng)力得到釋放，如矢跨比為1/3時(shí)，最大彎曲應(yīng)力為12.5MPa。
拱自身剛度影響溫度內(nèi)力的大小。對(duì)于上述矢跨比1/4的無(wú)鉸拱，保持其他尺寸不變，僅分別將拱截面尺寸放大1.5倍、2.0倍、2.5倍和3.0倍，五個(gè)拱的最大變形、內(nèi)應(yīng)力及支座水平推力值見(jiàn)表3。從表3可以看出，拱截面剛度越大，則溫度引起的內(nèi)（應(yīng)）力、支座推力越大，且增幅很大，尤其是支座推力。
總之，以上僅分析了溫度作用、支座位移對(duì)超靜定拱的內(nèi)力與變形產(chǎn)生的顯著影響。因此，對(duì)于溫差很大或基礎(chǔ)、下部結(jié)構(gòu)剛度較弱的情況，可考慮采用三鉸拱，因?yàn)槿q拱是靜定結(jié)構(gòu)，對(duì)支座位移和溫度變形具有很好的m應(yīng)性，但三鉸拱頂鉸的施工與制作較為困難，應(yīng)綜合考慮實(shí)際工程情況來(lái)確定拱結(jié)構(gòu)的形式。
（四）約束剛度對(duì)拱內(nèi)力的影響
對(duì)于實(shí)際工程，拱腳并非理想的鉸支與固支。對(duì)于支承于下部結(jié)構(gòu)的拱，因下部結(jié)構(gòu)提供的水平支承剛度有限，拱結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)與固支的情況有差別。從定性角度分析，下部結(jié)構(gòu)水平剛度越弱，拱受力時(shí)“梁”的特征越突出，受彎越明顯；隨著下部結(jié)構(gòu)水平剛度的增大，拱效應(yīng)得到增強(qiáng)。
以承受滿跨水平均布荷載作用的兩鉸拱為對(duì)象，考慮拱腳處三種不同水平約束剛度對(duì)其內(nèi)力的影響。當(dāng)拱腳下部支承結(jié)構(gòu)提供的水平剛度很小時(shí)，彎矩的分布與簡(jiǎn)支梁類似，下部均受拉，且跨中彎矩最大；軸力分布不均勻，拱頂處接近于零而拱腳處達(dá)到最大值。隨著下部結(jié)構(gòu)提供的水平剛度的增大，拱中同時(shí)出現(xiàn)正、負(fù)彎矩，且彎矩幅值得到顯著降低；軸力略增大，但分布較均勻。因此，拱腳下部支承結(jié)構(gòu)所提供的水平剛度是實(shí)現(xiàn)推力結(jié)構(gòu)特征的重要保障。一般在拱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，會(huì)對(duì)下部支承結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)提供的水平剛度提出一定的要求，以免產(chǎn)生過(guò)大水平與豎向變形，降低拱效應(yīng)，大幅削弱拱結(jié)構(gòu)的剛度與承載能力。
（五）拱對(duì)不對(duì)稱荷載敏感
拱的內(nèi)力、變形分析須考慮永久荷載、可變荷載及其組合，還應(yīng)考慮施工安裝荷載、地震、支座沉降和溫度變化等的作用。對(duì)于風(fēng)、雪荷載，還須考慮其在拱軸線平面內(nèi)的最不利分布。拱在滿跨荷載作用時(shí)一般具有較高的剛度與承載能力，但半跨荷載作用時(shí)則相對(duì)較低，設(shè)計(jì)時(shí)須考慮荷載不對(duì)稱分布的情況。除了軸力以外，半跨荷載作用下拱的變形與內(nèi)力值均高于滿跨作用的情況。由此可知，拱結(jié)構(gòu)對(duì)不對(duì)稱荷載很敏感，在設(shè)計(jì)時(shí)，一定要全面考慮不對(duì)稱荷載的不利影響，如雪荷載、風(fēng)載等。在結(jié)構(gòu)力學(xué)課堂教學(xué)當(dāng)中，應(yīng)強(qiáng)化荷載工況對(duì)拱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析的重要性，使學(xué)生能夠全面而深入地理解拱結(jié)構(gòu)的受力性能。
（六）工程應(yīng)用
提高拱結(jié)構(gòu)的概念分析能力與深入理解其受力原理，可在提高材料效用、探索新型合理結(jié)構(gòu)形式中具有重要的指導(dǎo)作用。
平面鋼閘門(mén)是擋水面為平面面板的閘門(mén)。平面閘門(mén)的制造加工較易，運(yùn)行安全可靠，維修也方便，廣泛應(yīng)用于水工建筑物上作為工作閘門(mén)、事故閘門(mén)及檢修閘門(mén)。平面鋼閘門(mén)自重大，所需啟門(mén)力也大，門(mén)槽的水力學(xué)條件較差，故在高流速水道上作為工作閘門(mén)的使用范圍受到限制。針對(duì)平面鋼閘門(mén)用鋼量大、受力不合理等缺點(diǎn)，提出了一種新型鋼閘門(mén)形式，即雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門(mén)，該結(jié)構(gòu)主要的受力構(gòu)件為交叉設(shè)置的正拱與反拱，雙拱體系受力均勻，充分提高了材料的利用效率，減少了用鋼量，降低了鋼閘門(mén)的工程造價(jià)，采用圓管構(gòu)件使得水阻力減小了80%[8]。
再如，近年來(lái)在工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛的索拱結(jié)構(gòu)。索拱可根據(jù)設(shè)計(jì)需要由拉索、撐桿與其他任何形式的拱進(jìn)行組合，利用拉索的牽制作用與撐桿的支承作用，有效地提高了結(jié)構(gòu)的整體剛度及承載力、降低了鋼拱的缺陷敏感性、減小了支座推力，甚至可消除鋼拱的整體失穩(wěn)而轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓮?qiáng)度控制其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。故應(yīng)在結(jié)構(gòu)力學(xué)課堂教學(xué)中，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)拱結(jié)構(gòu)的概念分析能力，可拓展學(xué)生的知識(shí)層面，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。
（七）索與拱的內(nèi)在關(guān)聯(lián)
拱結(jié)構(gòu)是以受壓為主的結(jié)構(gòu)形式，而懸索結(jié)構(gòu)則以受拉為主，二者從受力角度講存在著共性。國(guó)外大學(xué)的結(jié)構(gòu)力學(xué)教材（如Structural Analysis，8th，Hibbeler）將索與拱結(jié)構(gòu)放于同一章進(jìn)行講授，先講授索結(jié)構(gòu)，而后再講授拱結(jié)構(gòu)。而國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)力學(xué)教材則缺少關(guān)于索結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的內(nèi)容，直接講授拱結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析。這樣使得兩種結(jié)構(gòu)體系脫節(jié)，使得學(xué)生認(rèn)不清二者受力上的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。目前人們對(duì)大跨度空間結(jié)構(gòu)的需求量越來(lái)越大，而索結(jié)構(gòu)在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，故在新版結(jié)構(gòu)力學(xué)教材中應(yīng)補(bǔ)充索結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析內(nèi)容。索結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)有助于對(duì)拱結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)的深入理解。
所謂懸索結(jié)構(gòu)是指在荷載的作用下可在一定程度上調(diào)整索的幾何形狀，只承擔(dān)軸向拉力的構(gòu)件。與懸索結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系是拱結(jié)構(gòu)，拱結(jié)構(gòu)在特定的荷載條件下也可設(shè)計(jì)成為特定的曲線形狀，形成合理拱軸線，從而拱肋各個(gè)截面只有壓力，而不存在彎矩與剪力。盡管在其他形式荷載的作用下拱肋截面會(huì)產(chǎn)生彎矩與剪力，但二者數(shù)值較小。懸索結(jié)構(gòu)與拱結(jié)構(gòu)是兩種截然不同的結(jié)構(gòu)體系，但它們的共性在于，二者截面均只承擔(dān)一種作用效果，即索受拉、拱受壓，可以把材料的性能發(fā)揮至極致。
在古代，因可承擔(dān)拉力的材料較少，故人們采用可有效承擔(dān)壓力的材料建造了大量拱結(jié)構(gòu)，以保證所需跨度，如佛羅倫薩大教堂穹頂、河北趙縣安濟(jì)橋。在現(xiàn)代建筑與橋梁結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中，采用新型材料的拱結(jié)構(gòu)也比比皆是。而到了近現(xiàn)代，隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，優(yōu)良的受拉材料的出現(xiàn)，懸索結(jié)構(gòu)才得以廣泛應(yīng)用。雖應(yīng)用歷史較短，但選索結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的受力特性，使其在大跨度結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用，如大跨度橋梁、屋蓋結(jié)構(gòu)體系等。
三、結(jié)論
拱結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中最為重要的內(nèi)容之一。受力合理的拱結(jié)構(gòu)在工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛。通過(guò)拱結(jié)構(gòu)的概念分析，可培養(yǎng)學(xué)生的概念分析能力，使學(xué)生會(huì)用多角度的眼光去認(rèn)識(shí)、審視與評(píng)價(jià)實(shí)際的拱結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件得到廣泛應(yīng)用的形勢(shì)下，概念分析不可缺少，概念設(shè)計(jì)貫穿于整個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，它是工程設(shè)計(jì)的思想精髓，是創(chuàng)新的靈魂。熟練掌握結(jié)構(gòu)的概念分析能力，利于探索新的結(jié)構(gòu)與構(gòu)件形式，利于充分考慮材料效用。
摘要：
以結(jié)構(gòu)力學(xué)課程無(wú)紙考試為出發(fā)點(diǎn)，分析了主觀考試題在線答題與計(jì)算機(jī)評(píng)定的難點(diǎn)問(wèn)題，提出了引導(dǎo)式主觀考試題型的交互答卷與自動(dòng)評(píng)判的程序方法。在VB軟件平臺(tái)下，以圖乘法計(jì)算結(jié)構(gòu)位移問(wèn)題為例，描述了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程主觀題型在線交互答卷與成績(jī)自動(dòng)評(píng)判的程序機(jī)理，給出包括靜定結(jié)構(gòu)彎矩圖繪制、圖乘法計(jì)算結(jié)構(gòu)位移、超靜定結(jié)構(gòu)力法與位移法求解和結(jié)構(gòu)固有特性問(wèn)題在線答題與自動(dòng)評(píng)判實(shí)例。此研究解決了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程主觀題型的無(wú)紙化考試與自動(dòng)評(píng)判問(wèn)題，其研究思路將為力學(xué)等工程類課程主觀題型的考試與評(píng)定提供有效的程序方法。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；主觀題型；無(wú)紙考試；成績(jī)自動(dòng)評(píng)判；程序設(shè)計(jì)
無(wú)紙考試方法就是擺脫傳統(tǒng)以紙張作為測(cè)試的信息載體，運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)和技能考核判定的一種手段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)用，
無(wú)紙化測(cè)試技術(shù)在不斷提升。20世紀(jì)80年代初，
計(jì)算機(jī)代替手寫(xiě)將試題打印到蠟紙上，初見(jiàn)計(jì)算機(jī)在教學(xué)領(lǐng)域的魅力；20 世紀(jì)80 年代中期，高考考卷普遍采用答題卡，無(wú)紙化測(cè)試邁入了讀卡時(shí)代，顯示出計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)；20 世紀(jì)90 年代至今，由于數(shù)據(jù)庫(kù)、各種軟件以及互聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展，無(wú)紙測(cè)試考試也日益完善，可以應(yīng)用題庫(kù)的方式生成試卷，機(jī)考、機(jī)改并生成成績(jī)與分析報(bào)告，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)等級(jí)考試、大學(xué)英語(yǔ)四六級(jí)考試、注冊(cè)師考試等[1-3]。
但是需要注意的是，目前所有的“無(wú)紙考試”通常是針對(duì)客觀題型的考試。通過(guò)答題卡和在線考試只能評(píng)定客觀題，如單項(xiàng)選擇題、多項(xiàng)選擇題、判斷題、填空題。
由于主觀題類型的考試比較繁瑣，確實(shí)很難采用計(jì)算機(jī)評(píng)判，因此很少有這類問(wèn)題的研究。隨著高等教學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展，希望通過(guò)交互式答題和自動(dòng)評(píng)判，完全實(shí)現(xiàn)主觀和客觀題的在線評(píng)判，以減少教師工作與實(shí)現(xiàn)成績(jī)?cè)u(píng)定的公平性，是一個(gè)重要的理論和實(shí)際課題。怎樣實(shí)現(xiàn)主觀題無(wú)紙測(cè)試評(píng)定一直是亟待解決的技術(shù)研究問(wèn)題。
目前人們主要針對(duì)以文字為主的主觀題的探討評(píng)定問(wèn)題，多采用借鑒漢語(yǔ)自動(dòng)分詞技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以關(guān)鍵詞匹配為主、語(yǔ)意貼近度計(jì)算為輔的主觀題自動(dòng)閱卷方案。這種評(píng)判方法的實(shí)質(zhì)上是針對(duì)以語(yǔ)言描述為主的客觀題評(píng)定問(wèn)題[4-6]。
實(shí)際上，針對(duì)考核最多的是理工類課程主觀題型問(wèn)題，力學(xué)類課程最為突出，力學(xué)類課程主觀題答卷過(guò)程是以繪圖和公式求解為主的，判定答題的正誤是要判定圖繪制情況、公式的具體內(nèi)容以及表達(dá)情況和計(jì)算結(jié)果等。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程主觀題型主要包括梁與剛架彎矩圖繪制、圖乘法計(jì)算位移、超靜定結(jié)構(gòu)力法求解和位移法求解等幾種典型類型。
本文基于多年力學(xué)課程教學(xué)和輔助軟件的研發(fā)實(shí)踐[7-10]，并依托2016年度遼寧省本科教學(xué)改革項(xiàng)目“工科力學(xué)系列課程在線考評(píng)方法與實(shí)現(xiàn)的研究”和遼寧省教育規(guī)劃課題“機(jī)械類結(jié)構(gòu)力學(xué)課程無(wú)紙考試系統(tǒng)研究與實(shí)踐”，針對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程主觀考試問(wèn)題，找到了可行的在線答題與成績(jī)自動(dòng)評(píng)判途徑，并在可視化VB平臺(tái)下，研發(fā)了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程在線交互式答卷與成績(jī)自動(dòng)評(píng)定系統(tǒng)，解決了彎矩圖繪制、圖乘法計(jì)算位移、超靜定結(jié)構(gòu)的力法求解和位移法求解等幾類主觀題在線答題與自動(dòng)評(píng)判方法。以下以圖乘法計(jì)算結(jié)構(gòu)位移為題型，闡述怎樣實(shí)現(xiàn)在線答題與在線評(píng)判。
一、引導(dǎo)式答題的程序思想
（一）圖乘法計(jì)算結(jié)構(gòu)位移主觀題題型的答卷求解
通常結(jié)構(gòu)力學(xué)課程主觀題型的求解過(guò)程是有步驟的。圖乘法求解結(jié)構(gòu)位移一般有三個(gè)步驟：一是繪制載荷下的彎矩圖M；二是施加單位載荷，繪制單位載荷下的彎矩圖M-；三是應(yīng)用圖乘法計(jì)算位移。
按圖乘法求解結(jié)構(gòu)位移步驟，正常在卷紙上答卷，首先針對(duì)剛架繪制載荷下彎矩圖，正確結(jié)果為如圖1（b），之后針對(duì)剛架在C點(diǎn)，施加單位載荷F-=1，繪制單位載荷下的彎矩圖，正確結(jié)果為如圖1（c），最后應(yīng)用圖乘法計(jì)算位移ΔyC，其正確結(jié)果的具體表達(dá)式為：
（二）求解過(guò)程分析
若在線交互答題，針對(duì)彎矩圖繪制，需要使得答題者繪制桿段AB 的A，B兩點(diǎn)彎矩Aa′=Bb′=32ql2，并用直線連接a′b′；繪制桿段BC的B，C兩點(diǎn)彎矩Bb″=12ql2，Cc″=0，并用拋物線連接，拋物線中心處彎矩下降值為18ql2，而中心處彎矩值為18ql2。此后，使用繪制彎矩的結(jié)果、連接方式，按段應(yīng)用圖乘法計(jì)算位移。由此在計(jì)算上若完成這些操作，并將回答結(jié)果記錄下來(lái)，通過(guò)與正確結(jié)果比對(duì)，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)評(píng)判。
（二）引導(dǎo)式在線交互答題的程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)思路
1. 試題參數(shù)數(shù)據(jù)文件與初始化
為了給答題者提供繪制彎矩圖和計(jì)算變形的環(huán)境，每個(gè)備答題目均含有一個(gè)圖形文件和一個(gè)文本數(shù)據(jù)文件。圖形文件提供該題目的JPG圖形。數(shù)據(jù)文件記載對(duì)應(yīng)題目的載荷單位、尺寸單位、桿段數(shù)量、桿段的關(guān)鍵點(diǎn)（彎矩突變點(diǎn)）和特殊點(diǎn)（分布載荷）的坐標(biāo)、正確的彎矩值、方位（上、下、左、右）、關(guān)鍵點(diǎn)之間連接方式、約束類型、單位載荷施加方向、各段位移正確結(jié)果等。
載荷單位、尺寸單位，以字符串記載，如l、a和m都可以為長(zhǎng)度單位，q、F和N都可以作為載荷單位，彎矩由載荷單位和長(zhǎng)度單位形成。那么，答題者答題過(guò)程主要涉及數(shù)值。
初始化數(shù)據(jù)文件的形式：長(zhǎng)度單位，載荷單位；最大彎矩；最大長(zhǎng)度，最大寬度；桿段數(shù)。關(guān)鍵點(diǎn)輸入：關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)，關(guān)鍵點(diǎn)字母，關(guān)鍵點(diǎn)橫坐標(biāo)x、縱坐標(biāo)y，彎矩方位，正確彎矩值。特殊點(diǎn)輸入：特殊點(diǎn)橫坐標(biāo)x、縱坐標(biāo)y，特殊點(diǎn)類型，特殊點(diǎn)正確彎矩值。約束輸入：約束類型，約束橫、縱坐標(biāo)。
題目選擇時(shí)，程序初始化，讀入相應(yīng)數(shù)據(jù)文件，記載變量，同時(shí)，將繪制載荷下彎矩圖和單位載荷下彎矩圖的圖片框Picture內(nèi)，程序?qū)⒁訪ine控件形成可點(diǎn)擊操作的桿段結(jié)構(gòu)、以label 控件顯示關(guān)鍵點(diǎn)字符，并按約束類型繪制約束。
2.宏觀引導(dǎo)步驟
主觀題答題過(guò)程需要引導(dǎo)，宏觀引導(dǎo)告訴答題者完成幾大做題步驟，與正常答卷大體一致，包括：通過(guò)列表框內(nèi)選題；單擊繪制載荷作用下彎矩圖框內(nèi)桿段和關(guān)鍵點(diǎn)繪制彎矩值，選取連接方式連接圖形；施加單位載荷，繪制單位載荷下的彎矩圖；彎矩圖繪制后，按圖乘法選取桿段填寫(xiě)系數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形計(jì)算； 完成后上交評(píng)判。
3.引導(dǎo)式在線答題
第一，載荷作用下彎矩圖在線交互繪制。
程序?qū)偧芤暈椴煌瑮U段，通過(guò)引導(dǎo)答題者在關(guān)鍵點(diǎn)繪制彎矩大小。如圖1由AB和BC兩個(gè)子段組成，A、B為AB子段的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，B、C為BC子段的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。
答題者針對(duì)這類主觀題在線答題，按照自己的思路繪制彎矩圖，答題者繪制彎矩圖都應(yīng)針對(duì)每個(gè)桿段在其關(guān)鍵點(diǎn)上繪制一定大小的彎矩標(biāo)高線，然后根據(jù)桿段受力類型選擇連接方式連接。
按宏觀引導(dǎo)，答題者點(diǎn)擊桿段和對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)，當(dāng)答題者鼠標(biāo)擊中某個(gè)桿段和相應(yīng)關(guān)鍵點(diǎn)，桿段和關(guān)鍵點(diǎn)通過(guò)變色，表明桿段和關(guān)鍵點(diǎn)被選中，此事件將觸發(fā)程序彈出關(guān)鍵點(diǎn)的彎矩繪制方向選擇對(duì)話框。如圖2所示，即為選擇BC桿段的關(guān)鍵點(diǎn)B。程序繼續(xù)引導(dǎo)答題者按自己意愿選擇箭頭方向，如圖2（a）所示為可以選擇上下方向，選擇向上或向下箭頭方向，程序?qū)⑻峁┪谋究驁D2（b），引導(dǎo)答題者輸入彎矩具體值，答題者自己填入數(shù)據(jù)，確認(rèn)后，程序?qū)创痤}者的要求繪出并顯示關(guān)鍵點(diǎn)彎矩值，圖2（c），若選擇0，則繪制彎矩值在當(dāng)前點(diǎn)，顯示0值。
當(dāng)某桿段已經(jīng)繪制關(guān)鍵點(diǎn)彎矩值超過(guò)2個(gè)。滿足可連接條件，答題者點(diǎn)擊桿段的一側(cè)，程序?qū)⑻峁┙o答題者連接方式，每個(gè)桿段的連接方式有2種拋物線和直線兩類三種形式。當(dāng)答題者點(diǎn)擊BC桿段上方，出現(xiàn)的圖3（a），若如圖選取，并在中點(diǎn)彎矩值文本框內(nèi)輸入彎矩值，將在BC段繪制圖3（b）拋物線，中點(diǎn)標(biāo)高落下0.125的數(shù)值。
第二，單位載荷下彎矩圖在線交互繪制。程序引導(dǎo)施加單位載荷，之后，彎矩圖繪制與載荷作用下彎矩圖繪制過(guò)程大致相同（見(jiàn)圖4）。
第三，圖乘法計(jì)算位移在線交互過(guò)程。
針對(duì)每段桿段位移計(jì)算，程序提供10處可能輸入?yún)?shù)的文本框，初始值賦的是1。考慮到復(fù)雜分?jǐn)?shù)情況，每項(xiàng)系數(shù)可輸入分子和分母數(shù)值，可以采用分?jǐn)?shù)或小數(shù)計(jì)算。包括計(jì)算項(xiàng)符號(hào)選擇、剛度系數(shù)、面積類型系數(shù)、面積系數(shù)、長(zhǎng)度系數(shù)，高度系數(shù)、標(biāo)高系數(shù)（如圖5所示）。
答題者針對(duì)不同桿段，按照自己思路添加計(jì)算項(xiàng)?？梢园凑兆约核悸防L制的彎矩圖，在給定的輸入計(jì)算位移量框架內(nèi)，輸入各段具體的圖乘法的各項(xiàng)系數(shù)數(shù)據(jù)。程序提供幫你計(jì)算按鈕獲得計(jì)算結(jié)果。圖6為本題的正確輸入。
二. 在線評(píng)判
（一）答題過(guò)程跟蹤程序記載
答題者無(wú)論是載荷下彎矩圖的繪制、單位載荷施加與單位載荷下彎矩圖的繪制、圖乘法每段輸入與計(jì)算，都將以變量的形式被記載。若答題過(guò)程修改，程序?qū)⒂涊d答題者最后一次確認(rèn)的桿段關(guān)鍵的彎矩值、彎矩點(diǎn)繪制方向，特殊點(diǎn)彎矩變化數(shù)值，單位載荷施加方向，每段位移計(jì)算系數(shù)的輸入和確認(rèn)后的分項(xiàng)結(jié)果。
（二）基于程序的成績(jī)自動(dòng)評(píng)判
評(píng)判結(jié)果時(shí)，程序分別檢查每個(gè)桿段的關(guān)鍵點(diǎn)彎矩輸入方位和輸入值、特殊點(diǎn)輸入方位和彎矩值是否與數(shù)據(jù)文件給定的正確值和正確方位是否一致，按步給分累計(jì)成績(jī)。
圖乘計(jì)算過(guò)程，程序檢查施加單位載荷的方向，每段桿件的圖乘結(jié)果與輸入文件的正確結(jié)果是否一致，按步給分累計(jì)成績(jī)。正確給出對(duì)號(hào)標(biāo)記顯示，錯(cuò)誤給出答叉號(hào)標(biāo)記顯示， 累計(jì)分值，顯示本題答題結(jié)果。
三、 圖乘法主觀題在線答題與自動(dòng)評(píng)判實(shí)例
實(shí)例1，圖7所示剛架，載荷和尺寸如圖，彎矩剛度均為EI，計(jì)算C垂直位移ΔCy。圖7和圖8為實(shí)例1兩種答卷與成績(jī)?cè)u(píng)定情況。
實(shí)例2 ， 圖9所示梁，載荷和尺寸如圖，彎矩剛度為EI，計(jì)算B垂直位移ΔCy。下面為命題與評(píng)定情況。
四、結(jié)構(gòu)力學(xué)課程典型主觀題的答卷與自動(dòng)評(píng)判
依據(jù)引導(dǎo)式主觀題答卷的基本思想，完全實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程無(wú)紙考試與自動(dòng)評(píng)判，并建立包括選擇判斷題、判斷正誤題和填空題等3種客觀題、靜定彎矩圖繪制、圖乘法計(jì)算位移、超靜定結(jié)構(gòu)力法求解、超靜定結(jié)構(gòu)位移法求解和結(jié)構(gòu)固有特性計(jì)算等5種主觀題的無(wú)紙考試與自動(dòng)評(píng)價(jià)程序。實(shí)例化后每題的具體分?jǐn)?shù)，最后程序運(yùn)用VBA技術(shù)所有選題與成績(jī)?cè)u(píng)定結(jié)果寫(xiě)到word文件中。圖10是一組具體試卷的答題與評(píng)判情況。
五、結(jié)語(yǔ)
本文探討結(jié)構(gòu)力學(xué)課程主觀題在線答卷與成績(jī)自動(dòng)評(píng)定問(wèn)題，提出了引導(dǎo)式答卷與自動(dòng)評(píng)判程序方法。以圖乘法計(jì)算結(jié)構(gòu)位移問(wèn)題為例，概述了引導(dǎo)式答卷過(guò)程和成績(jī)自動(dòng)評(píng)定的程序機(jī)制，給出了基于主觀題引導(dǎo)式方法的典型結(jié)構(gòu)力學(xué)課程綜合無(wú)紙考試的具體實(shí)例與評(píng)判。其研究思路將為力學(xué)課程等工程類主觀題的考試與評(píng)定提供有效的程序方法。
摘 要：經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)可以為土木、水工等專業(yè)學(xué)生的設(shè)計(jì)與研究奠定基礎(chǔ)。文章從經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)的不足出發(fā)，闡述了概念結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容與方法的整合策略。
關(guān)鍵詞：概念結(jié)構(gòu)力學(xué);教學(xué)改革;土木工程
結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程、水利水電工程、農(nóng)業(yè)水利工程等專業(yè)的一門(mén)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。其任務(wù)是掌握桿件結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的基本概念、原理與方法，了解梁、桁架、剛架、排架、組合結(jié)構(gòu)和拱的受力性能與應(yīng)用，主要培養(yǎng)結(jié)構(gòu)分析、計(jì)算等方面的能力，為今后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)奠定力學(xué)基礎(chǔ)。隨著社會(huì)的發(fā)展與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析軟件的廣泛使用，經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)已不能滿足市場(chǎng)的需求，于是在全國(guó)非力學(xué)專業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)年會(huì)上提出了“概念結(jié)構(gòu)力學(xué)”。
概念結(jié)構(gòu)力學(xué)亦稱“定性結(jié)構(gòu)力學(xué)”、“感知結(jié)構(gòu)力學(xué)”、“結(jié)構(gòu)的哲學(xué)”。概念結(jié)構(gòu)力學(xué)的出現(xiàn)一方面由于許多建筑師對(duì)結(jié)構(gòu)受力原理理解不太透徹，另一方面是由于結(jié)構(gòu)工程師“精于計(jì)算而疏于判斷”，不能迅速對(duì)建筑師的設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)、批判。結(jié)構(gòu)力學(xué)在土木、水工等專業(yè)占有特別重要的位置。經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)，為各專業(yè)奠定了良好的基礎(chǔ)[1-2]。
隨著結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的廣泛使用，結(jié)構(gòu)力學(xué)的一些手算方法（如力矩分配法、D值法等）已失去原有的重要性。與過(guò)去的教育理念不同，現(xiàn)在注重學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。不少單位要求本科畢業(yè)生具備熟練使用某種計(jì)算軟件（SAP2000、ANSYS、PKPM、Midas等）的能力，市場(chǎng)的需求直接推動(dòng)了計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)的快速發(fā)展。
結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件功能強(qiáng)大，滿足了學(xué)生計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)的要求，但也帶來(lái)了困惑：如何判斷計(jì)算結(jié)果好壞？如何優(yōu)選設(shè)計(jì)方案？如何理解力流傳遞路徑？這些問(wèn)題催生了概念結(jié)構(gòu)力學(xué)的產(chǎn)生。概念結(jié)構(gòu)力學(xué)主要是為“創(chuàng)造一個(gè)優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)”服務(wù)的，而經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)、計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)則偏向“很好地計(jì)算一個(gè)結(jié)構(gòu)”。計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)、概念結(jié)構(gòu)力學(xué)須建立在經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)的基礎(chǔ)之上，概念結(jié)構(gòu)力學(xué)則需計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)的結(jié)果來(lái)檢驗(yàn)人的判斷，三者不能獨(dú)立發(fā)展。目前，經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)已經(jīng)相當(dāng)成熟，計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)逐步完善，而概念結(jié)構(gòu)力學(xué)剛剛起步[3]。
瑞士著名結(jié)構(gòu)大師Prod. Gertrude Stein曾說(shuō)過(guò)：“即使在電子計(jì)算機(jī)時(shí)代，設(shè)計(jì)人員仍應(yīng)運(yùn)用自身的結(jié)構(gòu)概念、經(jīng)驗(yàn)、判斷力和最新觀念來(lái)主導(dǎo)設(shè)計(jì)。”功能強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件滿足了學(xué)生、設(shè)計(jì)人員計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)的要求，但往往由于上機(jī)算題的學(xué)生、設(shè)計(jì)人員對(duì)程序的理論假定、適用范圍和限制條件等尚未完全吃透，或有時(shí)由于人為的輸入數(shù)據(jù)有誤（包括幾何尺寸、物理參數(shù)和荷載等），特別是結(jié)構(gòu)邊界條件（剛接、鉸接和半剛接等）的擬定與實(shí)際不符，均會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不正確。因此，應(yīng)對(duì)程序計(jì)算結(jié)果進(jìn)行正確的判斷與把握。
概念結(jié)構(gòu)力學(xué)的兩大任務(wù)：對(duì)結(jié)構(gòu)受力規(guī)律與變形趨勢(shì)進(jìn)行判斷;為構(gòu)造協(xié)同工作能力強(qiáng)的結(jié)構(gòu)提供概念服務(wù)。課堂上，在經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)的基礎(chǔ)之上應(yīng)輔以概念結(jié)構(gòu)力學(xué)的內(nèi)容。概念結(jié)構(gòu)力學(xué)強(qiáng)調(diào)趨勢(shì)的判斷，提高、訓(xùn)練判斷力，將學(xué)生的精力主要集中在事物的因果關(guān)系上，而不是消耗在復(fù)雜的運(yùn)算之中。
一、概念結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)策略
（一）受彎構(gòu)件的理解
鋼筋混凝土梁是典型的受彎構(gòu)件，應(yīng)用很廣，主要承受彎矩、剪力，其下部縱筋主要用來(lái)承受彎矩產(chǎn)生的拉力，箍筋、彎起鋼筋主要承受剪力?？砂言O(shè)有彎起鋼筋的鋼筋混凝土梁設(shè)想為帶有下斜腹桿的平行弦桁架。受拉縱筋為下弦，上部受壓混凝土為上弦，箍筋為豎向腹桿，而彎起鋼筋則是斜腹桿。理解上述鋼筋混凝土梁的受力狀態(tài)，可加深對(duì)受彎構(gòu)件的理解。反過(guò)來(lái)，亦加深了學(xué)生對(duì)桁架結(jié)構(gòu)的理解，理清了各部分桿件所起的作用。在靜定桁架部分，課堂上不僅要講清節(jié)點(diǎn)法與截面法，還要結(jié)合受均布荷載作用的單跨靜定梁的彎矩圖和剪力圖，補(bǔ)充上下弦桿、腹桿的內(nèi)力沿跨度的變化趨勢(shì)，使學(xué)生徹底理清每根桿件在桁架結(jié)構(gòu)中所起的作用。
（二）實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的總體估算
在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段需對(duì)結(jié)構(gòu)模型、邊界條件及所作用的荷載進(jìn)行簡(jiǎn)化處理與計(jì)算，判斷設(shè)計(jì)方案在結(jié)構(gòu)承載力與變形等方面的可行性。這種估算可較粗略地進(jìn)行，以求快速簡(jiǎn)捷。采用概念設(shè)計(jì)方法可在方案的對(duì)比與優(yōu)選中選擇出更為優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，方案優(yōu)選不僅僅體現(xiàn)了方案的經(jīng)濟(jì)性與可靠性，同時(shí)亦有效避免了設(shè)計(jì)后期的煩瑣計(jì)算。
圖1 風(fēng)載作用下的彎矩圖
著名的巴黎埃菲爾鐵塔，總高324米。該結(jié)構(gòu)具有造型優(yōu)美、受力合理、建筑結(jié)構(gòu)完美統(tǒng)一的特點(diǎn)。從受力角度來(lái)看，鐵塔可看成是嵌固在地上的懸臂梁，風(fēng)載是其主要控制荷載，因鐵塔總體外形與風(fēng)載作用下的彎矩圖（見(jiàn)圖1）十分相似，因此充分發(fā)揮了塔身材料的強(qiáng)度與剛度，受力非常之合理。
再以原紐約世界貿(mào)易中心大樓（如圖2所示）為例，說(shuō)明如何對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化、估算[4]。該建筑是兩棟形狀相似的110層方形塔樓，高412m，平面尺寸為63.5m×63.5m，采用筒中筒結(jié)構(gòu)，外筒為密柱框筒?？傮w高寬比h/d=412m/63.5m=6.49。風(fēng)載較大，驗(yàn)算風(fēng)載作用下柱子的附加軸力、塔樓頂部側(cè)移。初步估算時(shí)，可將問(wèn)題作如下簡(jiǎn)化：（1）塔樓看作嵌固于地面的懸臂梁;（2）筒中筒結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下，內(nèi)筒主要抗剪，其抗彎作用比外框筒小得多，近似估算時(shí)先只考慮外框筒的抗彎作用;（3）外框筒結(jié)構(gòu)密柱間有剛性橫梁相連，近似看作是共同工作的整體箱形截面;（4）風(fēng)載取均值。
圖2 原世界貿(mào)易中心估算簡(jiǎn)圖
首先計(jì)算均布風(fēng)載作用下結(jié)構(gòu)底層最大彎矩及結(jié)構(gòu)總體截面慣性矩，而后計(jì)算出邊柱由風(fēng)載引起的最大附加應(yīng)力，即可計(jì)算出單柱由風(fēng)載引起的附加內(nèi)力。風(fēng)載作用下房屋頂端側(cè)移的估算：等截面懸臂梁端撓度=qh4/（8EI），框筒箱形截面柱是變截面柱，底部柱截面大，上截面越小，近似認(rèn)為柱頂截面為0的均勻變截面構(gòu)件，則變形要比等截面構(gòu)件大些，頂端側(cè)移=qh4/（2EI），根據(jù)該式即可判斷側(cè)移是否滿足相關(guān)要求。高寬比對(duì)側(cè)移、結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響顯著，可增大、減小寬厚比來(lái)對(duì)比不同方案的計(jì)算結(jié)果。在高層房屋的方案階段，設(shè)計(jì)人員須應(yīng)用概念設(shè)計(jì)的理念，合理控制結(jié)構(gòu)的高寬比。
（三）結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的合理搭配
結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的合理搭配可收獲得良好的受力效果。以三鉸屋架為例，如圖3所示，梁同時(shí)承受軸壓力和非節(jié)點(diǎn)橫向屋面荷載，斜梁將承受較大彎矩。若在節(jié)點(diǎn)構(gòu)造上稍作處理，做成偏心節(jié)點(diǎn)，則可大大降低跨中的彎矩，甚至可減小一半。由此可見(jiàn)，合理的措施，可有效改善此類結(jié)構(gòu)的受力[4]。
圖3 斜梁軸心、偏心受壓時(shí)的彎矩圖
（四）約束對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響
結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與約束形式（結(jié)點(diǎn)、支座）息息相關(guān)。約束類型、數(shù)量影響著結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布與變形。以單層單跨無(wú)鉸、兩鉸和三鉸剛架為示例（見(jiàn)圖4b、c、d），三者與圖4a排架相比[5]，剛架受力特性優(yōu)于排架，因剛架內(nèi)力分布更均勻，承載力、剛度均高于排架。三鉸剛架為典型的靜定結(jié)構(gòu)，地基的沉降對(duì)其內(nèi)力沒(méi)有影響，但剛度較弱，內(nèi)力較大。無(wú)鉸剛架剛度大，內(nèi)力小，但對(duì)地基條件要求較高。兩鉸剛架則介于二者之間。通過(guò)以上分析可得如下結(jié)論：約束越多，內(nèi)力越分散且越小;約束越多，剛度越大且變形越小。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可通過(guò)增加約束的方式，提高結(jié)構(gòu)的承載力與剛度。
圖4 不同約束形式下剛架內(nèi)力的對(duì)比
（五）剛度理論在概念設(shè)計(jì)中的運(yùn)用
工程結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，各部分構(gòu)件的布置及結(jié)構(gòu)分析階段，常較關(guān)注外荷載，即注重“力”，而輕視結(jié)構(gòu)及構(gòu)件抵御外荷載的能力、不重視影響構(gòu)件內(nèi)力和變形的剛度。靈活應(yīng)用剛度理論，可消除隱患，獲得受力性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)。工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置、截面的選擇，均為尋求合理的剛度。結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的剛度的選擇貫穿于設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程之中。
剛度在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中占有非常重要的地位，結(jié)構(gòu)中力的平衡、變形的協(xié)調(diào)、構(gòu)件的內(nèi)力均通過(guò)構(gòu)件線剛度及相對(duì)剛度的大小來(lái)體現(xiàn)[7]。例如圖5a所示門(mén)式剛架，柱的線剛度ic=EIc/h，梁的線剛度ib=EIb/l，可通過(guò)改變梁柱線剛度比值α，讓學(xué)生直觀地體會(huì)內(nèi)力與變形的變化。當(dāng)α由零（圖5b）逐漸增加至很大時(shí)（圖5d），梁端彎矩不斷增大，柱的反彎點(diǎn)逐漸降低，且反彎點(diǎn)在柱上半部分移動(dòng)。
圖5 門(mén)式剛架
（六）主次結(jié)構(gòu)的概念分析
繪制圖6a多跨超靜定梁的彎矩圖。鉸C處作用一集中荷載，該荷載由AC承擔(dān)，CD承擔(dān)，還是二者共同承擔(dān)？該結(jié)構(gòu)有主次之分，AC為基本部分，CD為附屬部分。當(dāng)集中荷載作用于主次部分相連鉸上時(shí)，該荷載由基本部分承擔(dān)[7]。在這里可打一比方，將桿AC比作父親，桿CD比作須依靠父親的扶持才能走路的嬰兒，鉸C可看為父子手牽著手，而集中荷載可看作二人共同拎的一個(gè)包，該包明顯由父親負(fù)擔(dān)，因?yàn)閶雰焊緹o(wú)法拎動(dòng)包。從受力角度上講，CD得依靠AC才能穩(wěn)固，若撤去AC，那么CD將成為機(jī)構(gòu);而撤去桿CD，AC仍為幾何不變體系。因此該集中荷載只對(duì)AC產(chǎn)生作用，而CD并無(wú)內(nèi)力。這樣，BC段可看成是懸臂梁，其彎矩圖可輕易繪出，B點(diǎn)彎矩值亦容易計(jì)算。AB段無(wú)荷載作用，剪力保持不變，且鉸A處彎矩為零，彎矩圖為一直線，直接連接B處彎矩值與A處彎矩值即可繪制出彎矩圖（見(jiàn)圖6a）。
圖6 多跨梁
但是，也有例外，如圖7a所示，ADB為基本部分，桿BC為附屬部分，二者用鉸B連接，其上作用集中荷載F/2，該荷載是由基本部分還是由附屬部分承擔(dān)呢？答案是由附屬部分BC承擔(dān)。與以上不同，作用于附屬部分上的三個(gè)荷載構(gòu)成平衡力系，整個(gè)結(jié)構(gòu)僅BG段有內(nèi)力。鉸B處的集中荷載由附屬部分承擔(dān)，并不是由基本部分承擔(dān)，其彎矩圖如圖7b所示。
以上兩個(gè)結(jié)構(gòu)是有主次之分的，有些結(jié)構(gòu)無(wú)主次之分，如圖8a所示。由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，因此集中荷載Fp將平分給兩個(gè)附屬部分，其彎矩圖如圖8b所示。
圖8 結(jié)構(gòu)無(wú)主次之分
二、教學(xué)反思
傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)在教學(xué)方法與內(nèi)容上大同小異，主要培養(yǎng)目標(biāo)是學(xué)生掌握好課本上的基本理論與計(jì)算方法，整個(gè)封閉的教學(xué)活動(dòng)過(guò)程仍屬于應(yīng)試教育，學(xué)生獨(dú)立思考的空間小，不利于人才的培養(yǎng)。在定量傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)的手算基礎(chǔ)之上，應(yīng)與建筑結(jié)構(gòu)選型相結(jié)合，對(duì)常見(jiàn)的梁、剛架、拱、桁架和組合結(jié)構(gòu)等的受力性能、適用范圍進(jìn)行總結(jié)與討論，定性判斷計(jì)算結(jié)果的正誤，通過(guò)探討式、問(wèn)題式教學(xué)方法深度融合概念結(jié)構(gòu)力學(xué)的內(nèi)容。對(duì)概念結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)方法進(jìn)行研究，充分運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)手段，用先進(jìn)的教學(xué)方法給學(xué)生傳授與時(shí)代同步發(fā)展的學(xué)科知識(shí)。概念結(jié)構(gòu)力學(xué)主要為創(chuàng)造一個(gè)好的結(jié)構(gòu)服務(wù)，是結(jié)構(gòu)的靈魂。在結(jié)構(gòu)力學(xué)也課堂上，在經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)的講授之上須輔之以概念結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)，通過(guò)案例式實(shí)例教授概念分析，授課過(guò)程中強(qiáng)調(diào)趨勢(shì)的判斷，使得教學(xué)、練習(xí)朝著訓(xùn)練學(xué)生判斷力的方向發(fā)展，擺脫復(fù)雜的運(yùn)算，將精力主要集中在事物的因果關(guān)系上，努力提升學(xué)生的概念分析能力，通過(guò)結(jié)構(gòu)的概念分析，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性與樂(lè)趣，培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的人才[8]。
摘要： 隨著橋梁技術(shù)的發(fā)展，矮塔斜拉橋作為介于斜拉橋和連續(xù)梁（剛構(gòu)）之間的一種組合體系橋型，近十年來(lái)應(yīng)用較多。本橋就屬于塔梁墩固結(jié)的雙塔雙索面矮塔斜拉橋。矮塔斜拉橋有許多力學(xué)特性都介于連續(xù)剛構(gòu)和斜拉橋之間，是以梁的受彎、受壓和索的受拉來(lái)承受豎向荷載。本次設(shè)計(jì)采用MIDAS/Civil分析程，及時(shí)為各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提供分析數(shù)據(jù)并對(duì)安全系數(shù)有富余量的拉索進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整索力進(jìn)一步改善主梁的受力狀況。
關(guān)鍵詞： 有限元分析；矮塔斜拉橋；索力優(yōu)化
0 引言
矮塔斜拉橋是介于斜拉橋和連續(xù)梁橋（剛構(gòu)）之間的過(guò)度性橋梁。矮塔斜拉橋正在世界范圍內(nèi)興起，矮塔斜拉橋最早由法國(guó)工程師J.Mathivat于1988年設(shè)計(jì)法國(guó)的Arret Darre高架橋方案時(shí)提出。20世紀(jì)80年代術(shù)90年代初，日本在獲得了Arret Darre高架橋方案信息之后對(duì)這種橋型作了深入的研究，認(rèn)為它在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方而都有很多優(yōu)點(diǎn)而積極發(fā)展這種橋型。具有代表意義的矮塔斜拉橋?yàn)槿毡镜男√镌蹣颍溆?990年開(kāi)始設(shè)計(jì)并于1994年建成，跨徑組合為74+122+74=270ra，橋?qū)?9.92-13m。其后在日本得到迅速發(fā)展，先后建成了具有代表性的沖原橋、蟹澤大橋、新唐柜大橋、木曾川大橋、揖斐川橋和栗東大橋等，至2004年，在近10年時(shí)間內(nèi)，日本已建成了這種橋梁20多座。橋梁跨度從初期的122m發(fā)展至275m，橋?qū)拸?3m發(fā)展到33m；結(jié)構(gòu)形式多樣，由最初的單索面發(fā)展到雙索面及三索面（如京川橋）：主梁材料從混凝土發(fā)展到鋼一混組合粱（如木曾川橋）和波形鋼腹板矮塔斜拉橋（如栗東橋）。
目前預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，在運(yùn)營(yíng)階段跨中下?lián)蠁?wèn)題突出。矮塔斜拉橋是介于斜拉橋和連續(xù)梁橋（剛構(gòu)）之間的過(guò)度性橋梁，矮塔斜拉橋具備連續(xù)剛構(gòu)橋的特點(diǎn)，亦存在主梁下?lián)系膯?wèn)題，由于斜拉索的作用，矮塔斜拉橋主梁混凝土的收縮徐變宏觀表現(xiàn)出的變形量絕對(duì)值較小，但對(duì)屬于高次超靜定的矮塔斜拉橋而言，會(huì)發(fā)生內(nèi)力重分布，導(dǎo)致主梁彎矩偏大、拉索軸力偏大，降低結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備，影響使用壽命。
本文以云南省內(nèi)某座矮塔斜拉橋?yàn)槔?，詳?xì)分析了其力學(xué)行為，從拉索、主梁、橋塔剛度出發(fā)進(jìn)行優(yōu)化分析，為類似的矮塔斜拉橋設(shè)計(jì)提供技術(shù)了一定的參考。
1 工程概況
某矮塔斜拉橋縱斷面地形呈V型河谷，全橋處在直線上，橋面縱坡1.5%，橋梁與河谷斜交約30度，路線設(shè)計(jì)線距谷底最大高度108m，橋梁全長(zhǎng)722m。根據(jù)橋位處地質(zhì)、地貌、水、文條件，主橋布置為136+240+136m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面矮塔斜拉橋；引橋布置為40mT形連續(xù)梁。橋跨布置圖見(jiàn)圖1。
主橋下部構(gòu)造為承臺(tái)基礎(chǔ)，兩岸均為重力式橋臺(tái)。主墩采用薄壁空心墩，墩高86.5（85.5）。每個(gè)承臺(tái)下面設(shè)有16根鉆孔灌注樁，樁徑2m。橋梁設(shè)置1.5%的單向縱坡。主梁標(biāo)準(zhǔn)截面采用單箱三室斷面，全寬27.1m，主孔箱梁根部梁高10.5m，跨中梁高4m，截面高度和底板厚均按1.8次拋物線變化，斜腹板厚為0.8m～0.6m，直腹板厚0.6～0.4，底板厚1.4m～0.32m，頂板厚0.2m，橋面板設(shè)2%雙向橫坡。主橋標(biāo)準(zhǔn)段索距7m。主橋標(biāo)準(zhǔn)段均采用掛藍(lán)現(xiàn)澆懸臂施工，主梁懸臂節(jié)段長(zhǎng)為3.5m（塔底無(wú)索區(qū)為62m，中跨無(wú)索區(qū)長(zhǎng)度48m）。邊跨采用支架現(xiàn)澆段節(jié)段長(zhǎng)度為14.68米，索塔處設(shè)12m長(zhǎng)的0號(hào)塊，在支架或托架上澆筑。中跨合龍段長(zhǎng)2m，邊跨合龍段長(zhǎng)2m。主梁內(nèi)的縱向預(yù)應(yīng)力（懸澆階段張拉）和二階段預(yù)應(yīng)力（全橋邊中跨合龍后張拉）兩類。
索塔采用單塔實(shí)心矩型截面，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。自承臺(tái)頂索塔塔高44.5m。索塔上的標(biāo)準(zhǔn)索距為2.2m、1.7m、1.5m。塔上錨固筒灌注環(huán)氧砂漿，預(yù)埋管與索體之間灌注防腐油脂，環(huán)氧砂漿采用環(huán)氧灌漿泵灌注。在所有斜拉索張拉結(jié)束后就位塔兩側(cè)的抗滑錨。
斜拉索采用環(huán)氧噴涂鋼絞線（中心絲與邊絲各鋼絲外表均單獨(dú)形成環(huán)氧樹(shù)脂涂膜）單層無(wú)粘接筋，單根鋼絞線規(guī)格直徑為15.2mm，耐疲勞最大應(yīng)力幅大于200MPa。鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pk=1860MPa，采用兩端張拉。根據(jù)計(jì)算，本橋全采用55根鋼絞線組成一束斜拉索。
2 設(shè)計(jì)與優(yōu)化概述
當(dāng)斜拉橋的合理成橋狀態(tài)確定后，可通過(guò)施工索力的優(yōu)化，以使成橋時(shí)達(dá)到合理的成橋狀態(tài)。優(yōu)化后的施工索力必須滿足兩方面的要求：一是施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的受力安全，即要保證旋工過(guò)程中應(yīng)力不超過(guò)規(guī)范規(guī)定；二是成橋后能滿足合理成橋狀態(tài)的要求。
對(duì)于常規(guī)設(shè)計(jì)工作，第一步也是最重要的一步就是對(duì)全橋進(jìn)行整體靜力分析。本文按設(shè)計(jì)方案建立該橋的幾何物理模型，施工階段總共分為125個(gè)施工階段，其中標(biāo)準(zhǔn)梁段的施工分為掛蘭前移、第一塊混凝土濕重、第一塊梁段的形成（張拉預(yù)應(yīng)力）、掛蘭前移、第二塊混凝土濕重、第二塊梁段形成（張拉預(yù)應(yīng)力）、張拉斜拉索。
建立模型后首先優(yōu)化索力，得到合理的拉索初張力。然后分別對(duì)主梁、墩塔、拉索進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，及時(shí)為各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提供分析數(shù)據(jù)。主要的工作包括：進(jìn)行主梁的持久狀況承載能力極限狀態(tài)抗彎和抗剪驗(yàn)算、持久狀況正常使用極限狀態(tài)抗裂驗(yàn)算、以及持久狀況和短暫狀況的應(yīng)力驗(yàn)算；塔墩的持久狀況承載能力極限狀態(tài)抗彎和抗剪驗(yàn)算、持久狀況正常使用極限狀態(tài)裂縫寬度驗(yàn)算、以及短暫狀況的應(yīng)力驗(yàn)算；斜拉索的持久狀況和短暫狀況的應(yīng)力（幅）驗(yàn)算；特殊工況下（比如落梁、換索等）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性進(jìn)行驗(yàn)算。
3 桿系模型簡(jiǎn)述
采用MIDAS/Civil分析程序，結(jié)構(gòu)計(jì)算按空間桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)由主梁、索塔、拉索組成。結(jié)構(gòu)平面分析的離散圖見(jiàn)圖2所示。全橋共322個(gè)單元，325個(gè)節(jié)點(diǎn)。
分析中的邊界條件為：索塔下端固結(jié)，過(guò)渡墩和輔助墩按活動(dòng)鉸支座模擬，現(xiàn)澆段支架單元下端為固定鉸支座。
4 主要計(jì)算荷載參數(shù)
4.1 主梁
主梁?jiǎn)卧诓牧咸匦砸演斎毽?26kN/m3，在截面特性中已輸入各自計(jì)算面積，因此恒載重量計(jì)算中自動(dòng)計(jì)入，不再單獨(dú)輸入。其中考慮混凝土濕重時(shí)，加到對(duì)應(yīng)的掛藍(lán)上（掛藍(lán)235噸），其前后支點(diǎn)的關(guān)系見(jiàn)圖3。橫隔梁在梁段形成階段以集中力的形式施加。
4.2 斜拉索張拉力
斜拉索張拉索力具體數(shù)值見(jiàn)表1。
5 平面整體分析計(jì)算主要結(jié)果
5.1 主梁計(jì)算結(jié)果
持久狀況正截面抗彎承載力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4。圖中橫坐標(biāo)表示主梁的X坐標(biāo)，坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在塔底主梁節(jié)點(diǎn)上，左邊為邊跨，右邊為中跨的一半。安全系數(shù)圖中，安全系數(shù)Max表示最大值組合驗(yàn)算下的結(jié)構(gòu)抗力與荷載組合的比值；安全系數(shù)Min表示最小值組合驗(yàn)算下的結(jié)構(gòu)抗力與荷載組合的比值。
持久狀況斜截面抗彎承載力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5，圖中符號(hào)意義同正截面抗彎承載能力驗(yàn)算。
5.2 主梁墩塔計(jì)算結(jié)果
由于墩塔為等截面，而墩底和塔底兩個(gè)截面的荷載效應(yīng)最大（小），所以僅僅選取這兩個(gè)斷面進(jìn)行抗壓承載能力的驗(yàn)算。這兩個(gè)截面均屬于偏心受壓構(gòu)件。由于考慮了橫橋向風(fēng)載，因此也屬于雙向偏心受壓構(gòu)件。首先分別按單向受壓構(gòu)件計(jì)算。截面計(jì)算鋼筋為d32@15cm，沿截面內(nèi)外邊滿布。
①順橋向承載能力計(jì)算。
墩的計(jì)算長(zhǎng)度通過(guò)屈曲分析，得到其臨界荷載Pcr=62940000kN，按歐拉壓桿理論公式，其計(jì)算長(zhǎng)度 60m；塔的計(jì)算長(zhǎng)度通過(guò)屈曲分析，得到其臨界荷載Pcr=6347000kN，按歐拉壓桿理論公式，其計(jì)算長(zhǎng)度 52m。截面抗壓承載力驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表2。
②橫橋向承載能力計(jì)算。
墩的計(jì)算長(zhǎng)度通過(guò)屈曲分析，得到其臨界荷載Pcr=29950000kN，按歐拉壓桿理論公式，其計(jì)算長(zhǎng)度？滋L=■=112m；塔的計(jì)算長(zhǎng)度通過(guò)屈曲分析，得到其臨界荷載Pcr=382200kN，按歐拉壓桿理論公式，其計(jì)算長(zhǎng)度？滋L=■=93m。
截面抗壓承載力驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表3。
③雙向偏心受壓構(gòu)件計(jì)算。
按規(guī)范公式，計(jì)算雙向偏心受壓構(gòu)件的結(jié)果見(jiàn)表4。
5.3 斜拉索計(jì)算結(jié)果
斜拉索計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5，其中“A”表示岸側(cè)索號(hào)，“J”表示江側(cè)索號(hào)，從短到長(zhǎng)依次編號(hào)。表中索力均為單根拉索索力。成橋階段包含后期收縮徐變部分（下同）。安全系數(shù)指極限強(qiáng)度的索力（1860MPa對(duì)應(yīng)的索力14220kN）除以實(shí)際索力。
6 結(jié)論
通過(guò)本文的分析研究表明，矮塔斜拉橋在一定的跨度范圍內(nèi)具有其優(yōu)越性，可以有效地減小連續(xù)剛構(gòu)橋的跨中下?lián)希瑫r(shí)又比同跨徑的斜拉橋在施工復(fù)雜度、經(jīng)濟(jì)性等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
①由于矮塔斜拉橋由主梁和斜拉索共同受力，因此索力調(diào)整優(yōu)化過(guò)程中與普通斜拉橋不同，要綜合考慮不同梁段的分擔(dān)比例合理確定。
②矮塔斜拉橋主梁受力介于斜拉橋與連續(xù)剛構(gòu)橋之間，既有彎矩控制設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，又有拉索提供的連續(xù)彈性支撐和軸向壓力的影響。
③矮塔斜拉橋彌補(bǔ)了剛構(gòu)橋和斜拉橋之間的經(jīng)濟(jì)跨徑空白，適合主跨在200-300m之間橋梁選用。
摘要：大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是我國(guó)教育改革的一個(gè)重要目標(biāo)，對(duì)于我校土木工程專業(yè)的大學(xué)生，創(chuàng)新能力較低，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力勢(shì)在必行。文章通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程改革，采用啟發(fā)式教學(xué)、系統(tǒng)化教學(xué)、多樣化教學(xué)和項(xiàng)目式教學(xué)等多種教學(xué)手段，來(lái)達(dá)到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。
關(guān)鍵詞：創(chuàng)新能力；結(jié)構(gòu)力學(xué)；課程改革
創(chuàng)新能力是社會(huì)進(jìn)步的能源、是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力。目前社會(huì)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的程度，與其說(shuō)是由于人才基本素質(zhì)的提高，不如說(shuō)是人才的創(chuàng)造力的提高所致。1919年，教育學(xué)家陶行知先生把“創(chuàng)造思想”引入近現(xiàn)代教育領(lǐng)域，指出培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是一個(gè)國(guó)家富強(qiáng)和民族興亡的關(guān)鍵。1998年，同志關(guān)于“創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是一個(gè)國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力”的講話，奠定了我國(guó)教育改革的基礎(chǔ)。同年，教育部將大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)作為教育改革的重要目標(biāo)，在教育界引發(fā)了一次對(duì)創(chuàng)新能力的內(nèi)涵、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的影響因素以及方式方法的大討論。2010年提出的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”也把強(qiáng)化培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力作為一項(xiàng)重要指標(biāo)。
對(duì)于土木工程專業(yè)的大學(xué)生，創(chuàng)新能力是較低的，該專業(yè)屬應(yīng)用性專業(yè)，大量的實(shí)際工作使土木專業(yè)的學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維受到抑制。許多學(xué)生在大學(xué)期間，沒(méi)有明確的定位及奮斗目標(biāo)，往往僅滿足于畢業(yè)后能考取研究生或是找個(gè)相對(duì)好一點(diǎn)的工作，這使得大學(xué)生缺乏創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新欲望。在長(zhǎng)期的固定思維模式培養(yǎng)下，大學(xué)生缺乏創(chuàng)新興趣，在接受教育階段，沒(méi)有很好地開(kāi)發(fā)創(chuàng)新思維能力。另外，部分學(xué)生雖然有一定的創(chuàng)新興趣，也希望在學(xué)習(xí)和實(shí)踐過(guò)程中產(chǎn)生新思想或提出新理論，但他們對(duì)創(chuàng)新想法實(shí)施能力不夠，主動(dòng)作用發(fā)揮不足，投身實(shí)踐的勇氣和能力欠缺。在學(xué)生創(chuàng)新過(guò)程中，暴露出了這樣一些問(wèn)題：專業(yè)基本功不扎實(shí)，面對(duì)一個(gè)哪怕很小的實(shí)際工程問(wèn)題都束手無(wú)策；解決問(wèn)題思維模式固定，缺乏發(fā)散性思維；設(shè)計(jì)計(jì)算手段單一，缺乏電算能力等。
針對(duì)這些問(wèn)題，在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過(guò)程中，我們采取了以下改革措施，以保護(hù)學(xué)生的創(chuàng)新能力并使之不斷提高。
一、 啟發(fā)式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生興趣
興趣是最好的老師，但是對(duì)土木工程專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門(mén)重要又相當(dāng)難學(xué)的課程。學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)是一部分學(xué)生的噩夢(mèng)，根本無(wú)樂(lè)趣可言。然而，結(jié)構(gòu)力學(xué)其實(shí)是一門(mén)相當(dāng)有趣的課程，其趣味性來(lái)自于研究對(duì)象的多樣性、研究?jī)?nèi)容的系統(tǒng)性、研究方法的邏輯性、解題思路的靈活性和貼近工程的實(shí)踐性。這種趣味性，僅靠學(xué)生自己是很難發(fā)現(xiàn)的。所以在教學(xué)過(guò)程中，我們改變了過(guò)去僅是教師單方面講授、填鴨式教學(xué)模式為主的教學(xué)方式，轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的主動(dòng)追求、自主學(xué)習(xí)上來(lái)，通過(guò)教師與學(xué)生課堂互動(dòng)，課后通過(guò)QQ、微信等軟件課后輔導(dǎo)，學(xué)生講題、看誰(shuí)解題方法多等方式把課程的趣味發(fā)掘出來(lái)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生積極參與教學(xué)過(guò)程，以使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新的意識(shí)，培養(yǎng)他們?cè)谧灾鞯幕A(chǔ)上增強(qiáng)創(chuàng)新能力。
結(jié)構(gòu)力學(xué)課程具有知識(shí)面廣、涵蓋范圍大、前后知識(shí)環(huán)環(huán)相扣、聯(lián)系緊密， 具有嚴(yán)密的科學(xué)性和邏輯性的特點(diǎn)。這要求教師在課前必須進(jìn)行精心準(zhǔn)備與設(shè)計(jì)，合理組織教學(xué)內(nèi)容，認(rèn)真梳理教學(xué)程序，設(shè)計(jì)好教學(xué)環(huán)節(jié)。在課堂講授中， 根據(jù)每堂課的知識(shí)重點(diǎn)和內(nèi)在關(guān)系，圍繞關(guān)鍵性問(wèn)題，不斷地通過(guò)提問(wèn)，由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生去思考、討論并解決，達(dá)到學(xué)習(xí)知識(shí)， 培養(yǎng)創(chuàng)新能力的目的。例如，在講解多跨靜定梁的影響線時(shí)，先引導(dǎo)學(xué)生回憶、復(fù)習(xí)多跨靜定梁在固定荷載作用下的內(nèi)力分析，然后再討論固定荷載和移動(dòng)荷載作用下受力的不同，使學(xué)生自然而然地從固定荷載作用下的內(nèi)力圖過(guò)渡到移動(dòng)荷載作用下的影響線，并對(duì)內(nèi)力圖和影響線進(jìn)行比較，得到它們之間的異同并加深印象。
二、系統(tǒng)化教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維能力
結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門(mén)邏輯性、系統(tǒng)性非常強(qiáng)的課程，在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過(guò)程中，要注意不同專業(yè)方向的性質(zhì)，進(jìn)行系統(tǒng)化教學(xué)，積極引導(dǎo)學(xué)生對(duì)已學(xué)過(guò)的知識(shí)體系進(jìn)行全面的、系統(tǒng)的整理、總結(jié)和概括，以形成對(duì)整個(gè)力學(xué)知識(shí)體系的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這種認(rèn)識(shí)，把學(xué)到的東西舉一反三、活學(xué)活用，應(yīng)用于解決實(shí)際工程問(wèn)題中來(lái)，提高學(xué)生的系統(tǒng)思維能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了理論力學(xué)和材料力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，因此較易形成系統(tǒng)化的思維模式。例如，在整個(gè)力學(xué)課程的計(jì)算方法，歸根結(jié)底就是三個(gè)條件（ 平衡條件、幾何條件、物理?xiàng)l件）的運(yùn)用問(wèn)題，只是滿足的次序和方式不同而已。根據(jù)這一點(diǎn)，在授課過(guò)程中，就可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)各種不同方法在其計(jì)算過(guò)程中如何實(shí)現(xiàn)三個(gè)條件的要求進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)和分析，以形成系統(tǒng)的全面的認(rèn)識(shí)。
三、多樣化教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維能力
結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的解題方法非常靈活，絕大多數(shù)問(wèn)題的解決方法都不止一種。在學(xué)習(xí)過(guò)程中， 學(xué)生普遍遇到的問(wèn)題是聽(tīng)課容易做題難。 因此，教師應(yīng)結(jié)合學(xué)生的這一共同問(wèn)題采用多樣化的教學(xué)方式進(jìn)行課堂教學(xué)。這就需要教師課堂講授要精練，留下足夠的習(xí)題課時(shí)間，通過(guò)習(xí)題課、分析討論課、課后作業(yè)講解等多種方式， 并進(jìn)行角色互換，請(qǐng)學(xué)生走上講臺(tái)，為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)活躍的、能主動(dòng)參與的課堂環(huán)境， 充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性， 引導(dǎo)學(xué)生對(duì)同一問(wèn)題采用不同的方法去解決，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維能力。另外，有發(fā)還要有收，在學(xué)生討論、發(fā)散的過(guò)程中，還要發(fā)揮教師的作用，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行對(duì)各種不同方法進(jìn)行比較、分析和總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力。
例如， 在講授平面體系的幾何組成分析時(shí)，三個(gè)基本組成規(guī)則非常簡(jiǎn)單，但是同一道題可以應(yīng)用不同的組成規(guī)則、不同的思路去分析。因此，怎么去正確、靈活地應(yīng)用組成規(guī)則進(jìn)行分析，對(duì)初學(xué)的學(xué)生來(lái)說(shuō)卻很難。所以，在這一章要安排習(xí)題課，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考、討論，并請(qǐng)學(xué)生到黑板上做題、講題。在此過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)每位學(xué)生的解題思路都不一樣，出現(xiàn)的錯(cuò)誤也各不相同，做完以后馬上進(jìn)行評(píng)講， 分析錯(cuò)誤的原因，及時(shí)澄清模糊概念，糾正錯(cuò)誤，從而使學(xué)生對(duì)三個(gè)基本組成規(guī)則的異同有更深的認(rèn)識(shí)，并能更好地掌握什么情況下采用什么規(guī)則更為簡(jiǎn)便。這樣， 學(xué)生會(huì)在質(zhì)疑、釋疑中增長(zhǎng)知識(shí)、啟發(fā)思維， 激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣， 并且培養(yǎng)了創(chuàng)新的能力，同時(shí)也使學(xué)生在知識(shí)掌握、問(wèn)題探索、語(yǔ)言表達(dá)和歸納總結(jié)等方面的能力得到了充分鍛煉。
四、項(xiàng)目式教學(xué)，提高學(xué)生綜合素質(zhì)
培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，無(wú)論是培養(yǎng)的目的、方式方法，還是最終結(jié)果，都需要實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程源于工程實(shí)踐又應(yīng)用于工程實(shí)踐，故在教學(xué)過(guò)程中要堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際，通過(guò)項(xiàng)目式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性、項(xiàng)目構(gòu)思設(shè)計(jì)及實(shí)施能力，使學(xué)生思維、意識(shí)更加貼近工程實(shí)踐，有了實(shí)際項(xiàng)目，就會(huì)促使學(xué)生查閱相關(guān)資料、咨詢相應(yīng)的專業(yè)課教師，提高了學(xué)生查閱文獻(xiàn)的能力及交流能力，全面提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。
項(xiàng)目主要包括兩種方式，即力學(xué)模型制作試驗(yàn)和實(shí)際工程力學(xué)分析。在講課過(guò)程中，結(jié)合課程內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手制作結(jié)構(gòu)模型，以便對(duì)所學(xué)內(nèi)容有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。例如在講授平面體系的幾何組成分析時(shí)，預(yù)制一系列長(zhǎng)、短不同的兩端有圓孔的桿件及螺栓，鼓勵(lì)學(xué)生制作與教材例題、習(xí)題相同的模型，觀察其幾何構(gòu)造性質(zhì)，以驗(yàn)證幾何不變體系的基本組成規(guī)則、掌握體系瞬變與常變的特殊條件。另外，積極開(kāi)展第二課堂活動(dòng)，鼓勵(lì)并指導(dǎo)學(xué)生參加各級(jí)各類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽，鼓勵(lì)學(xué)生參加老師的相關(guān)科研項(xiàng)目；聯(lián)合專業(yè)實(shí)驗(yàn)教師，組織學(xué)生參加結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)基本理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，從而提高分析和解決工程問(wèn)題的能力。除此之外，還開(kāi)設(shè)了結(jié)構(gòu)力學(xué)電算實(shí)習(xí)的課程，加強(qiáng)學(xué)生電算能力，并將其應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中，以更好地服務(wù)于工程實(shí)際。
結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)一門(mén)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生不僅要能掌握本課程的學(xué)習(xí)，還應(yīng)將本課程與后續(xù)的專業(yè)課如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、橋梁工程、高層建筑等課程結(jié)合起來(lái)，而且應(yīng)具備將結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問(wèn)題的能力。這就要求授課教師加強(qiáng)自身的知識(shí)積累和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在授課過(guò)程中采用啟發(fā)式教學(xué)、系統(tǒng)化教學(xué)、多樣化教學(xué)和項(xiàng)目式教學(xué)等多種教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問(wèn)題的綜合能力。
摘 要：高空作業(yè)車(chē)在市政、機(jī)場(chǎng)、消防等領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用，因此對(duì)于其用途以及技術(shù)的探討，應(yīng)該隨著建筑與城市的發(fā)展而不斷地與時(shí)俱進(jìn)。而對(duì)于在高空作業(yè)超過(guò)百米高度的作業(yè)車(chē)，應(yīng)該尤其地對(duì)其技術(shù)進(jìn)行研究。在作業(yè)車(chē)的傾覆性上，如何保持高空作業(yè)車(chē)的穩(wěn)定與在不同高度都要保證其穩(wěn)定性上都有著極大的要求，因此對(duì)于高空作業(yè)車(chē)的整機(jī)傾覆穩(wěn)定性應(yīng)該做出特殊的研究與實(shí)驗(yàn)，防止傾覆事故的發(fā)生。在穩(wěn)定其基本性能的同時(shí)保證行車(chē)作業(yè)安全才是高空作業(yè)的本質(zhì)內(nèi)涵。
關(guān)鍵詞：高空作業(yè) 結(jié)構(gòu)力學(xué) 傾覆穩(wěn)定性分析
在高空作業(yè)超百米的作業(yè)車(chē)中，傾覆穩(wěn)定性都需要運(yùn)用空間幾何的算式進(jìn)行模擬測(cè)算，同時(shí)對(duì)于臂架的變形與著力點(diǎn)都應(yīng)該進(jìn)行幾何非線性的零力動(dòng)態(tài)的判別方法進(jìn)行研究。高空作業(yè)車(chē)的穩(wěn)定性問(wèn)題應(yīng)該做出系統(tǒng)且全面的研究，只有這樣才能夠保證高空作業(yè)車(chē)的臂架在大變形環(huán)境下依舊保證基礎(chǔ)作業(yè)與施工安全，才可以最大限度地保證工程的順利建造。
1 高空作業(yè)車(chē)結(jié)構(gòu)力學(xué)及整車(chē)抗傾覆研究
1.1 整車(chē)抗傾覆研究背景與意義
在我國(guó)的高空作業(yè)車(chē)的研究中，處于超過(guò)百米高度的高空作業(yè)車(chē)將會(huì)進(jìn)行臂架的檢測(cè)，在折疊處連接梁存在較大的扭轉(zhuǎn)力矩，并且可以通過(guò)對(duì)伸縮式的箱形臂節(jié)進(jìn)行改變，因而在長(zhǎng)細(xì)上相較于常用的臂節(jié)將會(huì)較長(zhǎng)，但是其結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)細(xì)也會(huì)增加其的柔性。因此在同臂架的對(duì)比是，受到軸向壓力與載荷的不同，將會(huì)產(chǎn)生不同的扭矩受力。而在橫向載荷與端部彎矩的變化中，臂架的偏置距離也會(huì)收到相應(yīng)不同的扭矩。因此，當(dāng)作業(yè)高度超過(guò)百米作業(yè)時(shí)，應(yīng)該對(duì)臂架轉(zhuǎn)的動(dòng)與撓度進(jìn)行滿足，在位移與轉(zhuǎn)角的過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)現(xiàn)有的應(yīng)變問(wèn)題進(jìn)行不斷地創(chuàng)新與更改。在對(duì)臂架的需求分析中需要不斷地進(jìn)行大變形分析。
1.2 高空作業(yè)車(chē)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析
在空間梁?jiǎn)卧姆治鲋校ǔ?huì)采用幾何非線性的分析方法，而對(duì)于有限元法的綜合考評(píng)，則會(huì)對(duì)不同的因素進(jìn)行分析。在臂架的非線性大變形過(guò)程中，分析其穩(wěn)定性的判別是相對(duì)特殊的，這種特殊性不僅包含在高空作業(yè)車(chē)的結(jié)構(gòu)中，更與其的受力點(diǎn)不同而將直接影響臂架的作用力。在對(duì)其臂架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了具有一定的參考價(jià)值，還會(huì)應(yīng)用到大臂架高空的創(chuàng)新與研發(fā)中，通過(guò)理論與實(shí)踐的不斷結(jié)合，來(lái)對(duì)高空作業(yè)車(chē)傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)探索出適用于不同高空作業(yè)車(chē)的不同性能的安全臂架。通過(guò)科研來(lái)避免臂架所帶來(lái)的各種工傷事故。
2 高空作業(yè)車(chē)結(jié)構(gòu)力學(xué)及整車(chē)抗傾覆穩(wěn)定性分析
2.1 高空作業(yè)車(chē)結(jié)構(gòu)力學(xué)空間幾何研究
在對(duì)空間梁系結(jié)構(gòu)的幾何問(wèn)題研究中，非線性問(wèn)題是比較典型的現(xiàn)象。而在研究中不斷發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域通常會(huì)遇到與小變形假設(shè)不相符合的一些特殊情況與問(wèn)題，盡管變形很小，有些甚至未超過(guò)彈性限制，但是位移較大，材料線元素會(huì)有較大位移和轉(zhuǎn)動(dòng)。這種由于大位移和大轉(zhuǎn)動(dòng)引起的問(wèn)題稱為幾何非線性問(wèn)題。梁結(jié)構(gòu)在構(gòu)造上是長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其截面尺寸的一維構(gòu)件，由于細(xì)長(zhǎng)梁結(jié)構(gòu)常常存在幾何大變形和失穩(wěn)情況，從而成為幾何非線性研究重點(diǎn)。目前梁?jiǎn)卧獛缀畏蔷€性研究主要包括高精度梁?jiǎn)卧邢拊治瞿Ｐ徒Y(jié)合有限元法，形成的梁?jiǎn)卧耆窭嗜樟惺椒ê托拚窭嗜樟惺椒╗2]。
2.2 傾覆穩(wěn)定性研究中流動(dòng)式建設(shè)研究
在傾覆性的穩(wěn)定研究中，多年來(lái)一直通過(guò)各種不同類型的高空作業(yè)車(chē)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，與此同時(shí)，在同類型的起重機(jī)與叉裝車(chē)等等的流動(dòng)式機(jī)械也會(huì)收集相應(yīng)的工程數(shù)據(jù)。而在整合之后會(huì)發(fā)現(xiàn)，通常作業(yè)車(chē)在作業(yè)時(shí)會(huì)經(jīng)常受到外界不同作業(yè)環(huán)的影響，例如障礙物多、不同地區(qū)的地質(zhì)不同，不同型號(hào)的機(jī)械在操作時(shí)會(huì)因?yàn)閺?fù)雜程度不同而影響操作動(dòng)作。種種的因素都會(huì)導(dǎo)致傾翻事故的發(fā)生。在這種情況下研究工機(jī)械設(shè)備的傾覆穩(wěn)性便有極大的意義。傾覆性的問(wèn)題研究不但是我國(guó)進(jìn)行研究，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)也制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。但是隨著時(shí)代的變化，不同時(shí)期的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有著不同的變化。因此在一些特殊情況中，便不能按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷，需要操作者按照作業(yè)車(chē)行走與工作的方式與平衡點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)解。在移動(dòng)式工程項(xiàng)目中，對(duì)機(jī)械的穩(wěn)定性要求極高，大致需要可分為靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種不同類型的穩(wěn)定性。因此建立流動(dòng)式的研究便有其必要性，在文獻(xiàn)中可以發(fā)現(xiàn)，早期在研究靜態(tài)穩(wěn)定性時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)其機(jī)體大多為剛性，重要源于靜態(tài)穩(wěn)定性的判據(jù)主要由重心投影法與靜態(tài)邊界法組成，而對(duì)于能量穩(wěn)定的邊界法與力矩法測(cè)量則發(fā)展得較為緩慢，因此在技術(shù)研究上會(huì)有一定的滯后性。與此同時(shí)在對(duì)于工程機(jī)械的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性研究中，與前者相對(duì)比其判據(jù)被社會(huì)接受的程度較低，但是由于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的判據(jù)是在靜態(tài)的基礎(chǔ)上發(fā)展產(chǎn)生的。因此在對(duì)于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的判據(jù)中，可以同時(shí)獲得工程機(jī)械靜態(tài)穩(wěn)定性的判斷，因此是相對(duì)節(jié)省成本與時(shí)間的[3]。
2.3 傾覆穩(wěn)定性研究中傾覆性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
傾覆穩(wěn)定性的整車(chē)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則是工程安全生產(chǎn)的硬性標(biāo)準(zhǔn)，其不僅控制需要對(duì)高空作業(yè)車(chē)的穩(wěn)定性進(jìn)行控制，更在工作過(guò)程中需要隨著時(shí)間與工作地點(diǎn)的不同，而不斷地進(jìn)行技術(shù)的改進(jìn)。因此傾覆性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不是依靠單一的指標(biāo)的，而是應(yīng)該隨著時(shí)間的變化而不斷地進(jìn)行改變與靈活應(yīng)用的。對(duì)于高空作業(yè)車(chē)來(lái)說(shuō)，整機(jī)點(diǎn)能否成功地落在支腿油缸中，是確定穩(wěn)定區(qū)域的傾覆穩(wěn)定性評(píng)判的重要標(biāo)準(zhǔn)。在參照重力法的規(guī)定中，若是高空穩(wěn)定安全區(qū)域是由支腿的油缸點(diǎn)的支撐區(qū)域確立平衡的，則是計(jì)算上相對(duì)穩(wěn)定的安全區(qū)域。
而對(duì)于穩(wěn)定裕度來(lái)說(shuō)，評(píng)價(jià)高空作業(yè)穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)表不能一概而論，首先在定一點(diǎn)的確立時(shí)，就應(yīng)該與穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比排查，同時(shí)在支腿支撐邊界與支撐點(diǎn)的距離也是可以測(cè)量出其是否具有傾覆性的重要因素。若支腿支撐的邊界的比值為最短距離時(shí)，在穩(wěn)定區(qū)域中穩(wěn)定裕度值應(yīng)該大于等于國(guó)際規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。
在工作平臺(tái)中，其的載荷會(huì)因?yàn)榕c高空作業(yè)車(chē)的連接的鉸點(diǎn)簡(jiǎn)化而發(fā)生向下的作用力，若這種作用力是垂直向下的便會(huì)直接導(dǎo)致彎矩與側(cè)向力的作用。又由于載荷的作用下，高空作業(yè)車(chē)的車(chē)臂架會(huì)因?yàn)槭芰Σ煌a(chǎn)生或大或小的變形。而這種變形將會(huì)引起作業(yè)幅度的增加，在幅度增加的同時(shí)，臂架的重心便會(huì)發(fā)生改變，通常會(huì)向支腿的邊界進(jìn)行用力，會(huì)直接導(dǎo)致臂架整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大的剛體位移，這不僅增加了高空作業(yè)車(chē)的不安全因素甚至?xí)?dǎo)致傾覆的安全事故的發(fā)生[4]。
3 結(jié)語(yǔ)
在進(jìn)行高空作業(yè)時(shí)，若是高度超百米，則需要對(duì)作業(yè)車(chē)的安全進(jìn)行檢測(cè)。而在對(duì)于作業(yè)車(chē)的整車(chē)抗傾覆能力的研究與設(shè)計(jì)中，不僅需要考慮臂架的結(jié)構(gòu)，更需要對(duì)非線性的的最大變形因素進(jìn)行穩(wěn)定性的研究與整機(jī)傾覆性的探討。對(duì)于采用間梁?jiǎn)卧膸缀畏椒ㄟM(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，需要對(duì)臂架變形使用非線性的有限元法分析，與此同時(shí)更需要對(duì)穩(wěn)定性判別方法進(jìn)行深入研究，這之中可以運(yùn)用零力矩點(diǎn)手段進(jìn)行研究。而在對(duì)于大變形作業(yè)的問(wèn)題上，關(guān)于穩(wěn)定性的最終整機(jī)校核的計(jì)算方法，還需要進(jìn)行日后進(jìn)一步的探討與研究。
摘 要：結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)中具有承上啟下作用的一門(mén)核心課程。在“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”體系下，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力，是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程改革中的重中之重。為此，依據(jù)“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，總結(jié)了結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀及現(xiàn)存問(wèn)題，提出了課程改革的思路與實(shí)踐。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；課程改革；卓越工程師
在“十三五”期間，為推進(jìn)高等工程教育適應(yīng)我國(guó)新型工業(yè)化和創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)需要，培養(yǎng)合格工程師以適應(yīng)新階段國(guó)家工業(yè)化的發(fā)展，教育部在《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》重大改革項(xiàng)目的貫徹執(zhí)行中，提出了“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，是我國(guó)高等工程教育領(lǐng)域的一項(xiàng)重大改革。河北建筑工程學(xué)院作為建校60多年的老牌建筑類院校也積極參與“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，而土木工程作為省級(jí)品牌特色專業(yè)、國(guó)家級(jí)特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，其師資隊(duì)伍為省級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)、結(jié)構(gòu)工程學(xué)科為省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科、結(jié)構(gòu)工程實(shí)驗(yàn)中心被評(píng)為省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，土木工程本科專業(yè)通過(guò)了國(guó)家住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部專業(yè)教育評(píng)估，具有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)。
1 教學(xué)現(xiàn)狀
我校土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是面向建筑行業(yè)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線，培養(yǎng)具有建筑與土木工程領(lǐng)域堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和寬廣的專業(yè)知識(shí)，掌握解決實(shí)際問(wèn)題的先進(jìn)技術(shù)與方法，具有創(chuàng)新意識(shí)，能夠進(jìn)行技術(shù)研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、工程施工、工程管理，具備國(guó)家注冊(cè)執(zhí)業(yè)資格相關(guān)能力的高層次應(yīng)用型人才。我校土木工程學(xué)院主要有建筑工程、橋梁與渡河工程、安全工程及巖土工程等專業(yè)，每專業(yè)都開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)力學(xué)（上、下冊(cè)），上冊(cè)72學(xué)時(shí)，下冊(cè)40學(xué)時(shí)，共計(jì)112學(xué)時(shí)，是非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。其前導(dǎo)課程包括高等數(shù)學(xué)、C++語(yǔ)言、大學(xué)物理等基礎(chǔ)課，后續(xù)課程包括鋼筋混凝土基本原理、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、鋼結(jié)構(gòu)基本原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、砌體結(jié)構(gòu)、建構(gòu)抗震設(shè)計(jì)等大量的專業(yè)課。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)既要為后續(xù)的專業(yè)課奠定基礎(chǔ)，又要把力學(xué)的理論應(yīng)用于工程實(shí)踐，處于土木工程專業(yè)的核心地位?；诖耍鳛榻Y(jié)構(gòu)力學(xué)教研室的教師深感責(zé)任重大，全身心投入結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)改革。
現(xiàn)存問(wèn)題：
（1）缺乏創(chuàng)新性：結(jié)構(gòu)力學(xué)課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容多，以傳統(tǒng)的板書(shū)式理論教學(xué)方法為主，教師在課堂上重視理論的推導(dǎo)，學(xué)生“填鴨式”被動(dòng)的接受，對(duì)老師的講課產(chǎn)生依賴性。教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在講解基本概念、基本原理和基本方法，所采用的原理和方法與實(shí)際工程相差較遠(yuǎn)內(nèi)容較抽象，學(xué)生理解起來(lái)較困難；結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)使學(xué)生覺(jué)得枯燥，毫無(wú)樂(lè)趣而言。這樣難以提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的要求。
（2）缺乏動(dòng)手能力，理論不能應(yīng)用實(shí)際：結(jié)構(gòu)力學(xué)課程最終是要服務(wù)于實(shí)際工程的設(shè)計(jì)、施工和管理等各方面，但力學(xué)課程理論性強(qiáng)、概念抽象，目前課程設(shè)置方面缺少實(shí)踐鍛煉環(huán)節(jié)，那么學(xué)生很難運(yùn)用理論聯(lián)系實(shí)際，更不用說(shuō)通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目加深對(duì)原理的認(rèn)知。這樣難以使學(xué)生達(dá)到專門(mén)性應(yīng)用型人才的標(biāo)準(zhǔn)，更難以成為卓越工程師。
（3）缺乏創(chuàng)新的考核方式，試卷題型老套：常規(guī)的考試題目，仍然是針對(duì)課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，通過(guò)一定難度和題量的試題來(lái)考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握情況。而且在全國(guó)研究生入學(xué)考試中絕大多數(shù)高校都將結(jié)構(gòu)力學(xué)作為專業(yè)課進(jìn)行考試。這這就使得學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算能力，以及通過(guò)大量做題強(qiáng)化典型例題的求解。這也大大限制了學(xué)生的創(chuàng)新能力和發(fā)散思維。
2 課程改革思路與實(shí)踐
2.1 增加結(jié)構(gòu)力學(xué)的趣味性
在講授結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的經(jīng)典概念、重點(diǎn)和難點(diǎn)的過(guò)程中，增加一些趣味性的內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心和積極性。比如增加“剛片替換法”分析復(fù)雜體系的幾何組成分析；增加彎矩圖的快速繪制方法，來(lái)求做靜定剛架的內(nèi)力圖；增加單位力偶作用下的影響線的繪制。
2.2 引入工程案例
在相關(guān)理論、知識(shí)點(diǎn)和基本概念講解后，通過(guò)實(shí)際工程案例加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論應(yīng)用的理解，讓學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)的過(guò)程中具備工程頭腦。比如利用影響線的概念解決建筑結(jié)構(gòu)活荷載的最不利布置；利用位移法講解框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的縱向剪力墻的布置原則。
2.3 制作結(jié)構(gòu)模型，參加力學(xué)競(jìng)賽
為提高學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)概念的應(yīng)用和工程實(shí)踐能力，在課外教學(xué)中引入了結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與制作。我校從2013年開(kāi)始連續(xù)三年組織學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽，每次作品均順利通過(guò)動(dòng)靜荷載加載測(cè)試，并曾獲得過(guò)二、三等獎(jiǎng)各一項(xiàng)。在參加比賽和校內(nèi)組織選拔賽的過(guò)程中，參加學(xué)生人數(shù)多、積極性高，形成了良好的結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)氛圍，在競(jìng)賽中鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力。
2.4 合理運(yùn)用多媒體，使板書(shū)與多媒體有機(jī)結(jié)合
多媒體教學(xué)具有圖、文、聲、影像并茂的特點(diǎn)，尤其是利用動(dòng)畫(huà)可以生動(dòng)演示結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中的力學(xué)現(xiàn)象，且多媒體教學(xué)的信息量大，教學(xué)效率高。因此應(yīng)充分利用這一教學(xué)手段。對(duì)利用多媒體能形象直觀表達(dá)的知識(shí)點(diǎn)，要充分地利用好多媒體課件。比如在進(jìn)行幾何組成分析、影響線應(yīng)用部分移動(dòng)載荷作用下內(nèi)力變化的演示等。對(duì)一些必須使用板書(shū)才能講解的更深入透徹的知識(shí)點(diǎn)，就要將板書(shū)與多媒體有機(jī)結(jié)合在一起，使學(xué)生的思路跟上老師的講授，掌握理論的推導(dǎo)和公式的理解。比如在講解矩陣位移法中的單元?jiǎng)偠染仃嚭涂倓偧蓵r(shí)可采用課件與板書(shū)相結(jié)合的形式，由板書(shū)逐步講解其中的推導(dǎo)過(guò)程并隨時(shí)與學(xué)生進(jìn)行交流，讓學(xué)生慢慢地跟隨教師把握其來(lái)龍去脈，放映的課件中只需要清晰地列出重要的中間公式及最后的結(jié)果即可，這樣一步步采用互動(dòng)形式可以讓老師和學(xué)生同時(shí)專注于推導(dǎo)過(guò)程，能起到事半功倍的效果，對(duì)學(xué)生掌握理解矩陣位移法的實(shí)質(zhì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程有良好的效果。
2.5 采用新型課程評(píng)價(jià)體系
目前，結(jié)構(gòu)力學(xué)評(píng)價(jià)主要依據(jù)試卷考試成績(jī)，考題與實(shí)際工程的相關(guān)度低，通過(guò)一定難度和題量的試題來(lái)考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握情況。急需一套以提升學(xué)生素質(zhì)為出發(fā)點(diǎn)、適應(yīng)新時(shí)期社會(huì)需求的評(píng)價(jià)體系。比如可以將團(tuán)隊(duì)制作的力學(xué)模型的質(zhì)量作為評(píng)價(jià)體系的一部分內(nèi)容；將學(xué)生參加校內(nèi)結(jié)構(gòu)力學(xué)選拔賽以及參加全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽的成績(jī)記入評(píng)價(jià)體系；鼓勵(lì)學(xué)生參加校外結(jié)構(gòu)力學(xué)講座、創(chuàng)造條件使學(xué)生參加校外工程實(shí)踐，將講座內(nèi)容以及校外工程實(shí)踐內(nèi)容以報(bào)告的形式上交，報(bào)告的質(zhì)量也納入評(píng)價(jià)體系；降低期末試卷成績(jī)所占的比重。形成講座總結(jié)報(bào)告、項(xiàng)目實(shí)踐報(bào)告、力學(xué)競(jìng)賽成績(jī)、力學(xué)模型制作能力與期末考試相結(jié)合的立體式的評(píng)價(jià)體系，提高工程素質(zhì)教育部分所占的比重。
3 結(jié)束語(yǔ)
“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”作為我國(guó)高等教育重大改革項(xiàng)目，其課程改革目前仍然處于探索階段。為實(shí)現(xiàn)卓越工程師的人才培養(yǎng)目標(biāo)，還應(yīng)該從課程設(shè)置、課堂教學(xué)等更多方面開(kāi)展系統(tǒng)深入的教學(xué)改革，以適應(yīng)卓越人才的培養(yǎng)要求。
摘 要： 雙排樁結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐漸廣泛地應(yīng)用于深基坑工程支護(hù)中，但三排樁結(jié)構(gòu)應(yīng)用仍較少，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)尚無(wú)明確的規(guī)范可依、無(wú)成熟的經(jīng)驗(yàn)供參考，給工程設(shè)計(jì)和工程建設(shè)帶來(lái)了諸多困難。依托某市區(qū)航道整治工程中采用的新型三排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，結(jié)合基于反演計(jì)算參數(shù)得到的三排樁有限元計(jì)算結(jié)果，以及三排樁結(jié)構(gòu)受力變形機(jī)理的探討分析，研究提出了更符合工程實(shí)際的改進(jìn)理正三排樁計(jì)算模型，并對(duì)該改進(jìn)計(jì)算模型的土壓力分配、前中后排樁土彈簧m值、樁前岸坡的作用方法等進(jìn)行了探討，以為高深岸坡工程中三排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)提供參考。
關(guān)鍵詞：三排樁；雙排樁；設(shè)計(jì)；計(jì)算方法
在對(duì)沿河城市原有航道進(jìn)行整治和擴(kuò)建的施工過(guò)程中，會(huì)面臨鄰近高層建筑的河道深基坑與河岸高邊坡等開(kāi)挖施工帶來(lái)的眾多不可避免的安全與穩(wěn)定問(wèn)題。市區(qū)運(yùn)河工程周邊環(huán)境復(fù)雜，臨近密集的高層建筑群，受到嚴(yán)格的場(chǎng)地限制，于是適應(yīng)性強(qiáng)、剛度大且受力變形合理的多排樁支護(hù)阻滑結(jié)構(gòu)得到了較多的應(yīng)用。但是目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)理論和設(shè)計(jì)計(jì)算方法尚未有成熟統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，關(guān)于三排樁的受力變形機(jī)理與設(shè)計(jì)計(jì)算方法的研究成果則更是幾乎空白。因此探討岸坡工程中三排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力變形機(jī)理與合理設(shè)計(jì)計(jì)算模型，對(duì)指導(dǎo)實(shí)際的工程設(shè)計(jì)與建設(shè)有著重要的意義和價(jià)值。
由于三排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)規(guī)范可依，缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，方案設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)抗傾覆驗(yàn)算時(shí)，通常采用不能考慮中間一排樁有利作用的保守設(shè)計(jì)方法。設(shè)置三排樁實(shí)際上縮短了排樁的間距，增強(qiáng)了三排樁結(jié)構(gòu)整體剛度與空間組合效應(yīng)，同時(shí)影響了樁間土拱效應(yīng)。因此本文結(jié)合工程實(shí)際，針對(duì)三排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)高深岸坡工程中普通三排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算模型和樁前三角岸坡有利作用等效方法兩個(gè)方面進(jìn)行研究，提出更符合實(shí)際的修正三排樁計(jì)算模型，為高深岸坡工程中三排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)提供參考。
1 工程概況
某運(yùn)河工程位于長(zhǎng)江三角洲河網(wǎng)地區(qū)，連接長(zhǎng)江與太湖，橫跨安徽、江蘇、上海兩省一市，全長(zhǎng)296公里。該運(yùn)河城區(qū)段長(zhǎng)約4.3公里，河槽底寬20～25m。因河段斷面較窄，為滿足限制性III級(jí)航道寬度要求，對(duì)河道進(jìn)行擴(kuò)挖，南岸的防洪墻采取退建。該段上跨多條重要橋梁，防洪墻退建距最近一處高層建筑僅約15米，基坑安全等級(jí)及周邊環(huán)境等級(jí)均為一級(jí)，地基復(fù)雜程度為復(fù)雜，基坑監(jiān)測(cè)等級(jí)為一級(jí)。
2 常用的雙排樁計(jì)算模型
本文主要借鑒學(xué)者們關(guān)于雙排樁結(jié)構(gòu)的研究成果開(kāi)展研究工作，常用的雙排樁設(shè)計(jì)計(jì)算模型主要包括修正系數(shù)模型，等效抗彎剛度模型，土體積比例系數(shù)模型，理正雙排樁模型，平面桿系有限元模型以及基坑支護(hù)規(guī)范模型。以下主要總結(jié)目前最為常用的理正雙排樁模型。
2.1 理正雙排樁模型特點(diǎn)
理正雙排樁模型是基于經(jīng)典土壓力理論與文克爾假定的計(jì)算模型，考慮了冠梁的變形協(xié)調(diào)作用以及排距對(duì)前后排樁土壓力分布的影響，計(jì)算簡(jiǎn)便，概念清晰。樁排距越大，后排樁承受的主動(dòng)土壓力越小，最后便成為拉錨式的雙排樁。但是，理正模型未考慮前樁-土-后樁的相互作用以及冠梁的空間效應(yīng)，且當(dāng)樁嵌固深度較淺時(shí)，樁底會(huì)發(fā)生一定的水平位移而非固定不動(dòng)。
本文參考工程設(shè)計(jì)常用的雙排樁計(jì)算模型，采用平面桿系結(jié)構(gòu)彈性支點(diǎn)法分析三排樁結(jié)構(gòu)的變形與內(nèi)力，即采用豎向放置的彈性地基梁模擬三排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，支撐和錨桿簡(jiǎn)化為彈性支座，基坑開(kāi)挖面以下的土體采用彈簧模擬，基坑外側(cè)土壓力與水壓力作為荷載施加在結(jié)構(gòu)上。工程設(shè)計(jì)常用的雙排樁計(jì)算模型包括理正模型與新規(guī)范模型，目前均只能用于雙排樁結(jié)構(gòu)計(jì)算，并未能計(jì)算三排樁結(jié)構(gòu)。因此本節(jié)結(jié)合基于荷載結(jié)構(gòu)模型的平面桿系彈性支點(diǎn)法，對(duì)此兩種模型進(jìn)行簡(jiǎn)單推廣后，采用同濟(jì)曙光有限元正分析軟件的桿系結(jié)構(gòu)模型計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形。
2.2 計(jì)算結(jié)果分析
為分析模型計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性與合理性，由理正模型與有限元模型計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析可知：
推廣理正模型位移計(jì)算結(jié)果（7.38mm）與有限元模型（10.52mm）相比略小，內(nèi)力計(jì)算結(jié)果較大。理正模型計(jì)算主動(dòng)土壓力荷載時(shí)，未考慮樁間水泥攪拌樁加固土的有利作用，采用了未加固前的土層參數(shù)；其次理正模型是基于荷載結(jié)構(gòu)法計(jì)算樁基內(nèi)力的，將支護(hù)結(jié)構(gòu)與土層分開(kāi)來(lái)考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載土體，巖土層作為荷載與彈性支撐，未能考慮樁土間的相互作用，而有限單元法的計(jì)算理論是基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)原理的地層結(jié)構(gòu)法，將支護(hù)結(jié)構(gòu)與土層視為一體，共同承受岸坡開(kāi)挖導(dǎo)致的不平衡土壓力。因此理正模型內(nèi)力計(jì)算結(jié)果比有限元模型大；
位移較小的原因在于中后排樁內(nèi)側(cè)彈簧剛度采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算會(huì)導(dǎo)致約束較為嚴(yán)格，采用對(duì)地彈簧模擬會(huì)夸大樁間土反力作用，但是兩者相差不大，并且理正模型各排樁樁身變形曲線與有限元結(jié)果是相符，可以對(duì)理正模型進(jìn)行調(diào)整使其計(jì)算結(jié)果與有限元結(jié)果更加吻合，并更加適用于工程設(shè)計(jì)。
3 三排樁修正計(jì)算模型的探討
理正雙排樁模型簡(jiǎn)單推廣后計(jì)算得到樁身變形曲線與有限元結(jié)果較為相符，內(nèi)力值較大，一定程度上適用于工程設(shè)計(jì)，但是變形計(jì)算結(jié)果仍不太理想。對(duì)于環(huán)境條件復(fù)雜的基坑工程，其設(shè)計(jì)已由傳統(tǒng)的強(qiáng)度控制轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃慰刂芠7]，若在進(jìn)行岸坡工程三排樁設(shè)計(jì)時(shí)，采用簡(jiǎn)單推廣的理正模型必然會(huì)得到較為不安全結(jié)果。因此本文在三排樁理正模型基礎(chǔ)上進(jìn)行研究和改進(jìn)，根據(jù)依托工程的特點(diǎn)、有限元模型的受力模式以及計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，對(duì)土壓力分配、前中后排樁土彈簧m值與樁前岸坡的作用方法等進(jìn)行調(diào)整，以探討更為合理的、更符合實(shí)際的岸坡工程設(shè)計(jì)計(jì)算的三排樁修正計(jì)算模型。
3.1 土壓力計(jì)算調(diào)整
通過(guò)有限元模型中樁土間的接觸面單元的正應(yīng)力直觀反映出側(cè)向土壓力，以此研究有限元模型前、中、后排樁的受力規(guī)律。通過(guò)分析前排樁基坑外側(cè)側(cè)向土壓力值與理論土壓力值對(duì)比可知：①理正模型在計(jì)算主動(dòng)土壓力大小時(shí)，為使計(jì)算結(jié)果偏于安全，不考慮采用水泥攪拌樁加固淤泥質(zhì)粘土層后土壓力的變化，采用原土層參數(shù)計(jì)算主動(dòng)土壓力，會(huì)導(dǎo)致該土層區(qū)域三排樁結(jié)構(gòu)受到的土壓力比有限元模型大；②三排樁樁間水泥攪拌樁加固深度達(dá)到硬土層，理正模型在三排樁結(jié)構(gòu)土壓力分配時(shí)未能考慮樁間加固土的剛度；③有限元結(jié)果表明，中后排樁內(nèi)力曲線圖一致，中排樁內(nèi)力值比后排樁稍大，表明在前中排排距與中后排排距相等情況下，兩個(gè)受力機(jī)理與位移變形規(guī)律相似，且區(qū)別于前排樁；理正模型將主動(dòng)土壓力按滑裂土體體積比例分配到前中排樁上，會(huì)導(dǎo)致中后排樁的受力模式不一致。
綜上，本節(jié)對(duì)土壓力做以下調(diào)整：①前排樁承受所有主動(dòng)土壓力，開(kāi)挖面以上采用主動(dòng)土壓力荷載，開(kāi)挖面以下采用矩形土壓力荷載（分層土則采用分段的矩形荷載）；中后排樁僅作用地面超載引起的側(cè)向土壓力荷載，內(nèi)側(cè)采用土彈簧模擬土抗力；②對(duì)前排樁所受主動(dòng)土壓力進(jìn)行折減，以此考慮樁間攪拌樁的有利作用，折減系數(shù)為坑底有限元土壓力與理論土壓力比值，因此當(dāng)樁排距為4m時(shí)，折減系數(shù)為100/136=0.74。
經(jīng)過(guò)土壓力分配調(diào)整后，中后排樁受力曲線一致且與有限元計(jì)算結(jié)果相符，但前排樁彎矩尤其負(fù)彎矩（坑外彎矩）有明顯增加；前排樁樁身最大水平位移為6.89mm，但各排樁樁頂水平位移僅有2mm左右，與有限元計(jì)算的樁身變形曲線有所不同，原因在于：模擬中后排樁受到的土抗力采用了對(duì)地彈簧，當(dāng)前后排樁樁排距較小時(shí)，約束較為嚴(yán)格，造成土層剛度過(guò)大則位移偏小，因此仍需對(duì)土彈簧的計(jì)算進(jìn)行調(diào)整。
3.2 土彈簧計(jì)算調(diào)整
調(diào)整土彈簧主要從兩個(gè)方面考慮，包括前排樁樁前岸坡作用方式以及中后排樁內(nèi)側(cè)彈簧的剛度調(diào)整。
（1）樁前岸坡作用方式調(diào)整
樁前被動(dòng)區(qū)土體為三角形岸坡，原理正模型考慮方法是將岸坡開(kāi)挖深度折減1/3岸坡高度的簡(jiǎn)化方法，但是由于不同岸坡斜率對(duì)于三排樁結(jié)構(gòu)的土抗力明顯不同，當(dāng)斜率越小時(shí)，岸坡越接近水平，土抗力應(yīng)該越大；而當(dāng)斜率越大時(shí)，土抗力應(yīng)該越小，最終失去岸坡的支撐，因此本節(jié)考慮通過(guò)設(shè)置m值經(jīng)過(guò)折減的土彈簧模擬岸坡的抗力作用。經(jīng)過(guò)試算，前排樁岸坡處土彈簧地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m的折減系數(shù)取值為0.2。
（2）中后排樁內(nèi)側(cè)彈簧剛度調(diào)整
當(dāng)樁排距較小時(shí)，樁間土與各排樁的相互作用較大，此時(shí)采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算彈簧剛度會(huì)導(dǎo)致約束較為苛刻，并且樁上部岸坡高度范圍內(nèi)的約束應(yīng)當(dāng)更小，為體現(xiàn)隨樁間距減少樁間土體抗力減弱的特性，結(jié)合有限元計(jì)算結(jié)果，經(jīng)過(guò)多次試算，得到不同樁排距時(shí)中后排樁內(nèi)側(cè)彈簧剛度的折減系數(shù)如表1所示。
4 合理的三排樁修正計(jì)算模型
綜合對(duì)理正雙排樁模型的簡(jiǎn)單推廣與計(jì)算調(diào)整結(jié)果，采用以上土壓力與土彈簧調(diào)整后得到適用于岸坡土方卸載工程的合理的三排樁修正計(jì)算模型，稱為“三排樁修正模型”，以此對(duì)工程設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算模型如圖1所示。
三排樁修正模型與有限元模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表2所示，可知：
（1） 采用三排樁修正模型計(jì)算岸坡工程三排樁結(jié)構(gòu)得到樁身變形結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果略大，從位移為零處至位移最大點(diǎn)，兩種方法得到前排樁變形曲線是一致的，但采用三排樁修正模型得到樁頂處位移值較小，由于連梁與中后排樁的牽引作用導(dǎo)致變形曲線有拐點(diǎn)，計(jì)算結(jié)果表明三排樁修正模型適用于變形控制的設(shè)計(jì)方法；
（2） 當(dāng)三排樁最大側(cè)移值相符時(shí)，分析前排樁最大彎矩與最大剪力兩個(gè)重要的設(shè)計(jì)值發(fā)現(xiàn)，采用三排樁修正計(jì)算模型得到的彎矩值比采用有限元計(jì)算結(jié)果相差不大，表明三排樁修正計(jì)算模型適用于強(qiáng)度控制的設(shè)計(jì)方法。
5 結(jié)論
本文采用常用的雙排樁計(jì)算模型進(jìn)行初步的分析計(jì)算，規(guī)范三排樁模型計(jì)算得到的變形與內(nèi)力較有限元模型大得多，與實(shí)際不符。理正三排樁模型計(jì)算得到的變形值較有限元模型偏小，內(nèi)力計(jì)算結(jié)果偏大，但變化趨勢(shì)一致，更符合實(shí)際受力模式?；诶碚p排樁模型，調(diào)整樁前岸坡作用方式、土壓力計(jì)算與分配以及中后排樁內(nèi)側(cè)彈簧剛度后，得到了三排樁修正計(jì)算模型，計(jì)算得到的樁身側(cè)移與樁身最大內(nèi)力結(jié)果與有限元模型一致，計(jì)算模型簡(jiǎn)單，適用于高深岸坡工程的三排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為高深岸坡工程中三排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)計(jì)算分析提供參考。
