土木工程专业本科课程《桥梁抗震与抗风》教学方法探讨
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桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法摘要:近年来,随着我国经济的飞速发展,国内的公路网也随之逐渐成型,桥梁工程的建设规模逐年增加。
桥梁结构作为公路交通流通行的重要构造物,其受力特性十分复杂。
随着全球地震活动和极端气候频发,桥梁工程在运营期间可能受到地震波和风荷载的双重作用,如果桥梁抗风抗震能力设计不足,可能造成一定程度的人员伤亡和经济损失。
目前国内外很多学者和工程人员针对桥梁抗震与抗风设计开展了许多研究,研究桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法十分重要。
关键词:桥梁;抗震;抗风;设计理念;设计方法引言我国对于桥梁的抗震和抗风设计方法及理论分析较少,并且计算方法的局限性较大。
对桥梁抗震和抗风设计共同研究更是少之又少。
为了保证桥梁设计思路清晰,避免出现桥梁某一方面性能的设计过于保守,另一方面设计不满足要求的情况出现,论文通过对设计理念和设计方法进行分析,为桥梁的抗震和抗风提出了理论方法。
1地震和风的特性分析地震是因为地球自转或构造而出现,其强度可用震级和烈度来表示,前者表示地震本身的强度大小,后者表示地震对构造物的破坏程度。
风是冷暖空气相对于地面流动的结果,其强度可用风级、风速、风压等指标来衡量。
地震和风特性的区别主要体现在以下几个方面。
1)重现期不同。
一般情况下,地震(尤其是大震)发生次数少,重现期较长,持续时间短,破坏力大。
风发生次数多,重现期较短,持续时间短,破坏力相对于地震小。
2)影响因素不同。
地震受地球构造、地质情况影响大,风受气候环境、地形地貌影响大,但是局部区域也可能强震与强风同时存在。
3)作用方式不同。
地震属于偶然作用,是以地震波的方式来传播的。
由于传播介质的复杂性,地震波在传播期间容易出现反射、折射等现象,使得构造物受地震的影响也复杂。
风是一种流体,不存在传播介质,在流动过程中产生的风荷载和构造物相互作用,出现自激振动现象。
4)设防目标不同。
地震和风的预测都是基于历史资料,但是JTG/T2231-01—2020《公路桥梁抗震设计规范》提出了明确的桥梁抗震设防目标,但是风力无论大小都要考虑其对桥梁结构的影响,没有明确的设防目标。
桥梁抗震与抗风设计理念及设计策略探析摘要:伴随着国家的社会、经济等方面发展,对各类材料的要求越来越高,因此,在进行桥梁的设计与施工时,应当更加重视对材料的使用。
本文着重阐述了桥梁的地震、风荷载作用下的结构设计思想及结构的设计方法,希望对我国桥梁事业的发展能够提供帮助。
关键词:桥梁;抗震;防风引言:风灾与地震近几年时有发生,对当地居民的生命构成严重的威胁。
由于地震、风荷载等因素会影响桥梁结构的整体性能,因此,对结构的抗震、防风荷载等方面进行了研究,如何才能设计出更具稳定性的桥梁,是当今桥梁设计者们需要思考的问题。
一、桥梁抗震和抗风的重要性伴随着国家的经济发展,为提高人民的生活品质,最近几年,国家在进行城市的发展进程中,也在持续地增加对城市的交通公路的修建,其中最为关键的就是桥梁,因此,在进行桥梁的设计时,必须要强化对桥梁的地震和抗风性的研究,假如桥梁的地震和抗风性不足,将会对桥梁建造的品质和服役的时间造成很大的不利。
因此,在进行桥梁的结构设计时,必须注重对其抗震性能及抗风荷载性能的分析与研究,这样才能使桥梁建筑更安全。
因此,对桥梁设计人员而言,要想对桥梁的设计品质有一个切实的提升,就一定要对桥梁的地震和抗风能力进行分析和研究,这样就要对地震出现时引起的爆炸,对房屋、人群造成危害等有关问题进行深入的研究,提高人们对公共设施建筑的信任度,提高人们生活的幸福感[1]。
为了确保桥梁的施工安全,就需要加大对桥梁的地震、抗风承载力等方面的研究。
在地震作用下,如何增强桥梁的抗震性能,应从如下方面入手:首先要从桥梁本身入手,增强桥梁本身的抗震性能;第二个要点:在建造桥梁的时候,我们可以借鉴有关的防震、防风的概念与方法,来进行桥梁的结构的优化;第三个要点:在施工中应加大对施工选材等各环节的重视;第四个要点:运用新技术和新工艺,改善工程建设的品质。
在进行桥梁设计的时候,还要关注建筑物在地震中的颤抖和摇摆问题的力度,二、目前我国桥梁建设中存在的问题尽管近年来,我们的公路交通事业取得了长足的进步,但我们也应该认识到,因为我们的人口基数大,国土面积大,而且有不少地区还十分偏远,而且地势较为复杂,因此,我们在桥梁设施的施工中,还面临着一些困难,具体表现为:随着社会的不断发展,许多地方的桥梁、公路等交通设施的不断完善,部分地区的基础设施都比较薄弱。
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法研究摘要:经过多年的快速发展,我国公路网逐步形成,桥梁工程建设规模逐年增加。
桥梁结构作为公路交通流的重要结构,其力学特性十分复杂。
随着全球地震活动和极端天气的频繁发生,桥梁工程在运营期间可能会受到地震波和风荷载的双重影响。
如果桥梁抗风抗震能力设计不足,可能会发生失稳、颤振等病害,影响行车安全性和舒适性。
严重时,可能发生桥梁结构倒塌事故,造成一定程度的人员伤亡和经济损失。
目前,国内外许多学者和工程师对桥梁抗震抗风设计进行了大量研究,但尚未形成系统的理论和规范来指导设计。
研究结果通常限于特定的计算方法,很少有人对桥梁结构的抗震和抗风设计进行比较和分析。
因此,研究桥梁的抗震抗风设计理念和方法非常重要。
关键词:桥梁抗震;抗风设计;设计方法;研究1地震和风的特性分析地震和风都是影响桥梁结构特别是大跨度桥梁安全运行的重要因素。
但由于自身特点的差异,地震和风对桥梁结构的影响并不完全相同,这使得桥梁结构的抗震抗风设计理念和设计方法也存在一定的差异。
地震的发生是由于地球的自转或结构,其强度可以用震级和强度来表示。
前者代表地震本身的强度,后者代表地震对结构造成的破坏程度。
风是冷暖空气相对地面流动的结果,其强度可以通过风力等级、风速、风压等指标来衡量。
地震和风特性之间的差异主要体现在以下方面。
1.1 重现期不同。
一般来说,地震(特别是大地震)发生次数少,重现期长,持续时间短,破坏力大。
与地震相比,风的次数多,重现期短,持续时间短,破坏力小。
1.2 影响因素各不相同。
地震受地球结构和地质条件的影响很大,风受气候环境、地形和地貌的影响很大。
然而,当地也可能存在强烈的地震和强风。
1.3不同的行动模式。
地震是偶然的,以地震波的形式传播。
由于传播介质的复杂性,地震波在传播过程中容易发生反射、折射等现象,使受地震影响的结构变得复杂。
风是一种流体,没有传播媒介。
流动过程中产生的风荷载与结构相互作用,导致自激振动。
土木工程专业本科课程《桥梁抗震与抗风》教学方法探讨随着科技的发展和城市化进程的加速,在城市建设中桥梁工程已经成为不可或缺的一部分。
地震和风灾常常是桥梁结构面临的重要挑战,因此对于桥梁抗震与抗风的研究和教学显得尤为重要。
本文将探讨土木工程专业本科课程《桥梁抗震与抗风》的教学方法,并提出一些有效的教学方式和手段,以期能够提高学生的学习效果和实际应用能力。
一、课程特点《桥梁抗震与抗风》是土木工程专业的一门专业必修课程,旨在培养学生对桥梁结构在地震和风灾等自然灾害中的抗震和抗风性能进行分析、评价和设计的能力。
本门课程通常包括桥梁结构以及地震和风荷载的作用原理、桥梁结构的地震和风荷载分析、桥梁结构的抗震和抗风设计原则和方法等内容。
该课程具有一定的理论性和实践性,需要学生具备扎实的结构力学和土木工程基础知识,同时也需要掌握一定的地震和风灾灾害知识。
二、教学方法1. 理论教学与案例分析相结合在教学中,可以通过理论教学和案例分析相结合的方式来进行。
通过理论教学,可以向学生介绍桥梁结构在地震和风灾中的受力原理和设计要求,引导学生建立起相关的概念和知识体系。
而通过案例分析,可以向学生展示一些实际工程中的桥梁抗震和抗风设计实例,让学生了解不同设计方案的可行性和效果,培养学生的设计思维和实践能力。
2. 理论与实践结合本门课程的教学内容涉及到桥梁结构在地震和风灾中的受力分析和设计原则,因此需要将理论与实践相结合。
可以通过设计案例、模拟实验等方式,带领学生深入了解地震和风荷载对桥梁结构的影响,通过实践操作来加深对理论知识的理解和掌握。
可以设置一些桥梁结构的地震模拟实验,让学生亲自操纵实验仪器,观察和分析桥梁结构在地震作用下的变形和破坏情况,从而深刻理解理论知识的实际应用。
3. 联合实验室教学在教学中可以充分利用实验室资源,进行联合实验室教学。
实验室教学可以让学生亲自进行一些地震和风荷载的测量、数据处理和分析,通过实验得到实践性的经验和知识,从而增强对理论知识的理解和掌握。
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法探讨桥梁在地震和强风等极端天气条件下的抗震和抗风设计是非常重要的,因为这些天气条件可能给桥梁结构带来巨大的破坏风险。
在进行桥梁抗震和抗风设计时,需要考虑桥梁材料的强度、结构的刚度以及桥梁的几何形状等多个因素。
本文将探讨桥梁抗震和抗风设计的理念和方法。
首先,桥梁抗震设计是为了使桥梁能够在地震中保持其完整性和稳定性。
在进行抗震设计时,应考虑到地震引起的地震力和动力效应。
地震力是指地震引起的作用力,而动力效应是指地震波所产生的动力荷载对桥梁结构的作用。
为了抵抗这些力量和效应,可以采取多种措施,如增加桥墩的承受能力、加固桥梁结构内部的连接部分、采用一些减震设备等。
此外,还应根据地震水平和桥梁的重要性确定设计参数,以确保桥梁在地震中能够承受相应的力量。
其次,桥梁抗风设计是为了使桥梁能够在强风条件下保持其稳定性和安全性。
强风可能产生强大的风载荷,在桥梁表面、顶部和侧面产生巨大的压力。
为了抵抗这些风载荷,可以采用一些措施,如增加桥墩的宽度和高度、采用空气动力学构件以减少风阻力、使用减压通风口等。
此外,还应考虑到桥梁在不同风向下的稳定性以及风应力对桥梁材料和连接部件的影响,以确保桥梁在强风中能够承受相应的力量。
在进行桥梁的抗震和抗风设计时,可以应用一些设计方法来评估桥梁结构的性能。
其中一个常用的方法是地震和风载荷的时间历程分析。
通过对地震波和风速的变化进行模拟计算,可以得到桥梁结构在地震和强风条件下的动态响应。
另一个常用的方法是使用有限元分析软件来建模和分析桥梁结构的行为。
通过将桥梁结构划分为多个小元素,并对每个小元素进行力学分析,可以得到桥梁结构在地震和强风作用下的应力、应变和位移等参数。
此外,还可以使用试验来评估桥梁结构的性能,例如通过对小样品进行抗震和抗风试验来研究桥梁的破坏机制和受力特点,以制定相应的设计规范。
综上所述,桥梁的抗震和抗风设计是非常重要的。
在进行抗震和抗风设计时,需要考虑地震和风载荷的作用,并采取一些措施来增加桥梁结构的稳定性。
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法研究摘要:地震波和风荷载会影响桥梁结构的受力特性,从而影响桥梁的工作状态和运营寿命。
鉴于此,论文从桥梁结构抗震设计的思想进行论述,分析静力法、反应谱法、位移设计法等在桥梁抗震设计中的应用,探讨了桥梁抗风设计的理念,并研究了桥梁抗风静力计算、可靠性设计等。
关键词:桥梁工程;抗震;抗风;设计方法;设计理念引言在地震力作用下,导致桥梁结构安全性不足,交通网络瘫痪,造成巨大的经济损失现象比比皆是。
因此,研究桥梁抗震性能非常重要。
目前,我国通过对中小跨径桥梁进行相关试验,模拟桥梁结构在地震力作用下内力的变化规律,最终得到桥梁抗震分为延性抗震和减隔震。
桥梁通过减隔震可以耗散能量,降低地震的反应。
风荷载对桥梁的影响同样较大,对桥梁造成的病害也是多方面的,但在早期桥梁设计过程中,人们常常忽略风荷载对结构的影响,导致桥梁出现较大震荡,使桥梁出现疲劳破坏。
因此,本文研究内容具有一定的意义。
1桥梁结构抗震设计的思想就现阶段而言,我国桥梁建筑工程结构抗震设计的基本思想是小震不坏、中震可修和大震不倒,也就是按照可能遭受地震自然灾害、设计地震灾害和罕见的地震灾害,对桥梁建建筑工程结构进行多维度的标准设置和优化设计。
具体而言,体现在桥梁工程建筑结构在其设计使用期限范围内,发生多次的较小地震强度的地震自然灾害时,桥梁建筑工程结构处于弹性工作阶段,保证桥梁工程建筑结构不受到损坏或呈现出轻微损害的现象,但能够保证桥梁建筑工程结构的正常使用。
而在发生地震烈度较大,也就是常说的中震时,桥梁建筑工程结构整体进入一个非弹性工作阶段,可能对桥梁工程建筑结构造成一定程度的损毁,但经过工作人员的修补后,能够尽快恢复桥梁建筑结构的正常外观,能够尽早地恢复日常正常使用。
在发生较为罕见的特大地震时,桥梁建筑工程结构进入弹塑性的工作阶段,整个地震自然灾害可能会对桥体产生较大程度的破坏,但保证桥梁建筑结构不出现整体倒塌的现象,经过工作人员的抢救后,能够在某一时间段内限速限量地通车。
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法3内江市市中区交通战备服务中心云南省内江市 641000摘要:桥梁结构设计的理念是指在桥梁设计过程中所遵循的设计思想和原则。
一个好的桥梁设计理念可以提高桥梁的安全性、可靠性和经济性,同时也可以减少对环境和资源的影响。
设计理念应该注重桥梁的安全性,确保其承载能力、稳定性和耐久性符合设计标准,尽量避免桥梁发生垮塌或损坏的情况。
设计理念应该注重桥梁的经济性,即在满足使用功能、安全和可靠性要求的前提下,尽可能降低建设和维护成本,提高资金利用效率。
设计理念应该注重桥梁的环境友好型,尽量降低桥梁对环境的污染和破坏,如减少空气和水质污染,保护野生动物和植物的栖息地等。
基于上述理念,本文将深入研究桥梁抗震与抗风设计方法,以期对关注该领域的人员有所帮助。
关键词:桥梁工程;抗震;抗风;设计方法;设计理念;1 概念分析地震波和风荷载是对桥梁结构产生重要影响的两个因素。
下面是它们对桥梁结构影响的简要描述:地震波:地震波通常是一种突然的、短时的震动,它能够对桥梁产生很大的影响。
在地震中,桥梁受到的地震力通常由动力荷载和静力荷载组成。
动力荷载源于地震波的振动作用,静力荷载由于结构本身的变形所引起。
地震波如果超过桥梁的承载极限,可能导致桥梁结构的垮塌或者局部破坏。
因此,对于处于地震活动区域的桥梁或者地震烈度较高的地区建设的桥梁,需要充分考虑地震荷载的影响,并采取相应的加固措施。
风荷载:风荷载是桥梁结构设计中必须考虑的因素之一。
在桥梁设计中,风荷载通常分为横向风荷载和纵向风荷载两种。
横向风荷载是指垂直于桥梁方向的侧向风载荷,其作用使得桥梁产生横向振动;纵向风荷载是指平行于桥梁方向的风载荷,其作用使得桥梁产生纵向振动。
对于高大的桥梁,风荷载对其影响更为显著,因此需要采取相应的风振控制措施,如增加桥梁的刚度和耐风能力等。
总的来说,地震波和风荷载都是桥梁结构设计中必须考虑的因素,需要根据实际情况进行充分的分析和设计,以保证桥梁结构的安全和可靠性。
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法探讨摘要:我国在经历了几十年的高速发展之后,各级公路网络已经基本形成,目前我国公路桥梁数量已超过80万座。
桥梁结构是公路上跨越沟谷、河道、道路、其他障碍物等的主要方式,公路桥梁多数位于地形地质和气象复杂的野外,而桥型样式丰富,其力学性能就变得更复杂了。
在世界范围内,由于地震及极端天气事件频繁发生,使得桥梁在运行过程中将承受着地震与风荷载的共同作用,若其抗风、抗震性能不够完善,将导致其失稳、颤振等病害,甚至导致其坍塌,造成巨大的经济损失,也不利于抗灾救灾工作的开展。
当前,关于桥梁抗震抗风设计的研究已在国内外引起了广泛关注,虽然已形成较为系统的理论及规范,通常仅限于某一种设计理念和计算方法,鲜有对比分析桥梁结构抗震抗风设计的报道。
所以,对桥梁的抗震、抗风设计的理念和方法进行深入的探讨是非常有意义的。
关键词:公路桥梁;抗震与抗风;设计理念;设计方法1地震和风的特性分析除了汽车人群作用和其他偶然作用外,地震和风荷载是影响桥梁安全运营的两个重要因素,对大跨径桥梁的影响尤为突出。
然而,地震与风因其自身特点不同,对桥梁结构产生的作用也不尽相同,这就导致了桥梁结构在抗震与抗风设计理念与设计方法上也存在着不同。
地震,又称地动、地振动,是地壳快速释放能量过程中造成的振动,期间会产生地震波的一种自然现象。
地球上板块与板块之间相互挤压碰撞,造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂,是引起地震的主要原因。
强震的发生具有很大的偶然性,同时也有一定的必然性。
强震常常造成严重财产损失和人员伤亡,能引起火灾、水灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散,还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害。
据统计,地球上每年约发生500多万次地震,即每天要发生上万次的地震。
其中绝大多数太小或太远,以至于人类感觉不到;真正能对人类造成严重危害的地震大约有二十次;能造成特别严重灾害的地震大约有一两次。
人类感觉不到的地震,必须用地震仪才能记录下来;不同类型的地震仪能记录不同强度、不同远近的地震。
浙江工业大学《桥梁抗风与抗震》课程综述报告姓名:王昭学号:2111406033导师:袁伟斌日期:2015.01.09目录1桥梁的震害及破坏机理 (3)1.1 桥梁震害 (3)1.2破坏机理分析 (6)1.3 抗震设计及加固技术措施 (7)2桥梁抗震分析理论 (9)2.1抗震设计流程 (9)2.2抗震设计基本原理 (10)3延性抗震和减隔震抗震设计 (12)3.1桥梁延性抗震设计 (12)3.2桥梁减隔震抗震设计 (15)3.3减隔震技术与延性抗震设计的比较 (16)4风对桥梁的作用及风致振动 (17)4.1风对桥梁作用的现象及作用机制 (17)4.2风致振动 (18)参考文献 (21)桥梁抗风与抗震课程综述报告1桥梁的震害及破坏机理1.1桥梁震害地震是地球内部某部分急剧运动而发生的传播振动的现象,是迄今人类力量无法控制的自然灾害。
地球上平均每年都要发生近千次的破坏性地震,其中破坏力巨大的灾难性大地震即达十几次,这些地震在它们波及的范围内,均造成惨重的生命财产损失。
桥梁作为重要的社会基础设施,是生命线工程中的关键部分,在地震发生后的紧急救援和抗震救灾、灾后恢复重建中具有极其重要的地位。
强烈地震可能导致桥梁受到严重损伤或倒塌,造成交通中断,使抗震救灾工作受阻,以致造成生命和财产的更大损失,使震害程度扩大。
因此对桥梁震害及其机理的清晰认识,对于桥梁的设计、采取合理有效的抗震对策,保证桥梁在地震中的安全和正常使用具有重要意义。
桥梁结构受到的地震影响从结构抗震设计的角度讲主要有两种形式:即地基失效引起的破坏和结构强烈振动引起的破坏。
两者破坏的原因不同:前者属于静力作用,是由于地基失效产生的相对位移引起的结构破坏;后者属于动力作用,是由于振动产生的惯性力引起的破坏。
根据以往的震害情况分析,桥梁震害主要分为上部结构震害、支座震害、下部结构震害和基础震害[1]。
1.1.1上部结构震害由于受到桥梁墩台、支座的隔离作用,在地震中,桥梁上部结构因直接受惯性力作用而破坏的情况较少在发现的少数此类震害中,主要是钢结构的局部屈曲破坏,如图1(a)。
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法研究摘要:在地震力的作用下,桥梁结构不够安全,交通网络瘫痪,巨大的经济损失比比皆是。
因此,研究桥梁的抗震性能非常重要。
目前,我国对中小跨径桥梁进行了相关试验,模拟了地震力作用下桥梁结构内力的变化规律,最终得出桥梁的抗震分为延性抗震和隔震。
通过隔震,桥梁可以耗散能量,降低地震反应。
风荷载对桥梁的影响也很大,给桥梁造成的病害也是多种多样的。
然而,在早期的桥梁设计过程中,人们往往忽略风荷载对结构的影响,导致桥梁的振动和疲劳破坏较大。
因此,本文的研究内容具有一定的意义。
关键词:桥梁抗震;抗风设计;理念;设计方法引言在进一步加快公路建设的过程中,作为基础道路建设的重要组成部分,桥梁建设的质量直接影响到人们的日常出行安全。
由于桥梁工程结构的施工环境复杂,桥梁结构往往架设在高山深谷等不稳定的基础结构上,桥梁必须具有足够的承载力、安全性和稳定性,这对桥梁工程建筑的设计提出了更高的要求。
抗震设计是桥梁结构设计的重要组成部分,地震等自然灾害对桥梁结构的破坏力很大。
一旦桥梁结构的抗震能力不能满足基础设施的要求,地震发生时就容易导致桥梁结构的倒塌,造成大量的人员伤亡和经济财产损失。
风灾也是常见的一种自然灾害形式,其对桥梁的破坏与影响是多方面的。
桥面的振动可能会导致桥上行人安全感的缺失,甚至会造成交通中断,同时也易引起桥梁构件的过早疲劳与破坏。
因此,本文研究桥梁抗震抗风的设计理念和方法,具有重要的理论意义和实用价值。
1抗震抗风设计概述桥梁抗震设计主要分为概念设计和参数设计。
概念的主要分析方向是结构体,参数设计是计算地震力,校核构件性能,结构和支撑的变形等。
在地震灾害中,技术人员发现结构方案和构造措施不符合要求,即使计算精度再高,桥梁的抗震性能也达不到使用要求。
因此,人们对抗震概念设计越来越重视。
桥梁的概念设计与参数设计二者相辅相成,共同作用。
桥梁结构风效应涉及三个方面:大气边界层内自然风特性、自然风对结构的作用、桥梁结构在自然风作用下的响应。
土木工程专业本科课程《桥梁抗震与抗风》教学方法探讨收稿日期:2018-11-29作者简介:刘福寿(1984-),男(汉族),安徽全椒人,博士,讲师,研究方向:结构动力学与控制。
一、引言随着我国综合国力和经济实力的提升,我国在基础设施建设方面取得了飞速的发展。
桥梁结构作为交通基础设施中的枢纽工程,在发展经济和保证人民生命财产安全中起到至关重要的作用。
然而,近年来地震与风灾导致的桥梁结构破坏时有发生,2008年汶川大地震造成了重大的人员伤亡和经济损失,桥梁的安全直接关系到整个交通生命线的畅通与否,进而直接影响抗震救灾和灾后重建工作的大局[1],2018年即将通车的港珠澳大桥就经受了17级台风“山竹”的考验。
因此,对于现代的桥梁设计师和工程师而言,掌握一定的桥梁抗震与抗风设计的理念和方法十分必要。
《桥梁抗震与抗风》课程是培养桥梁设计师的一门必修课程,本课程的学习对学生今后从事桥梁结构的抗震与抗风设计及相关施工工作具有重要意义[2]。
由于本课程理论性强,同时又紧密联系工程实践的特点,在学习过程中学生基本上很难单纯依靠课本上的理论知识来了解抗震与抗风设计的细则和掌握具体的计算方法。
这就要求主讲教师具备相当的授课技巧,能够激发学生的学习兴趣和思考能力,使他们真正掌握桥梁抗震与抗风设计的要领。
鉴于本课程的上述特点,为了更好地提高教学质量,我们有必要在传统教学方法上进行一些思考和改进。
笔者根据自身的教学经历,从教学目标、教学现状、教学方法改进等方面对本课程的教学方法进行探讨。
二、教学目标《桥梁抗震与抗风》作为土木工程专业(交通土建工程方向)的一门专业课程,是培养桥梁设计师和工程师的必修课程,该课程包含理论力学、材料力学、结构力学、桥梁工程、结构设计原理等一系列专业课程的基础知识,是一门理论性很强的专业课程。
本课程首先要求学生掌握地震基本知识、桥梁震害的特点、桥梁抗震与抗风的基础知识、计算理论和分析方法,其次要求学生掌握桥梁抗震与抗风的发展历程与最新研究成果,熟悉桥梁抗震与抗风设计规范,初步具备桥梁结构抗震抗风设计的能力,在提出解决复杂结构或环境下桥梁抗震与抗风设计规范时有创新意识。
三、教学现状(一)课程理论较深,学生感觉难学《桥梁抗震与抗风》课程以结构动力学作为理论基础,综合了桥梁工程、力学、地震工程和风工程等多个学科的理论知识。
专门从事桥梁抗震与抗风的研究人员需要掌握结构动力学建模、偏微分方程求解、有限元分析以及数值计算等多种分析方法和计算手段。
作为一门本科生的专业课程,《桥梁抗震与抗风》理论较深,而通常学时又相对较少,导致学生觉得自己在很短的时间内“被灌输”了大量理论知识,感觉“这门课程很难学”,失去了学习的信心和兴趣,影响了教学效果。
(二)学生理论与实践结合不够《桥梁抗震与抗风》不仅理论性强,同时又是一门实践性很强的课程。
本课程培养目标中的重要一条就是要让学生具备桥梁结构抗震抗风设计的能力。
但是,由于本课程理论深、学时少,课堂上教师要将大部分学时放在基本原理和方法的讲解上。
尽管有一些工程案例的讲解,但学生参与实践的程度不够,缺乏独立进行桥梁抗震抗风计算与设计的锻炼,导致学生很难单纯依靠课本上的理论知识来理解和掌握抗震与抗风设计的细节和完成相关计算,难以达到独立进行刘福寿,董峰辉(南京林业大学土木工程学院,江苏南京210037)摘要:《桥梁抗震与抗风》是土木工程专业一门理论性很强同时又紧密结合工程实践的课程。
作者结合自身的教学工作,通过教学目标、教学现状、教学方法改进等方面对本课程的教学方法进行探讨,以进一步提升本课程的教学质量。
关键词:桥梁抗震与抗风;教学方法;案例教学;实践环节;课程设计中图分类号:G642.0文献标志码:A文章编号:1674-9324(2019)41-0188-02Discussion on Teaching Method of "Bridge Seismic and Wind Resistance"in Undergraduate Course of Civil EngineeringLIU Fu-shou,DONG Feng-Hui(College of Civil Engineering,Nanjing Forestry University,Nanjing,Jiangsu 210037,China)Abstract:"Bridge Seismic and Wind Resistance"is a very theoretical course in civil engineering,which has close combination with the engineering bining with the teaching experiences,the author discussed the teaching methods of this course through the teaching objectives,teaching status and the improvement of teaching methods,in order to further improve the teaching quality of this course.Key words :bridge seismic and wind resistance;teaching methods;case teaching;practice training;course exercise桥梁结构抗震抗风设计的要求。
四、教学方法改进措施(一)明确教学目标,把握教学重点本课程涉及桥梁抗震与抗风计算中的许多理论推导过程,且计算公式较为复杂,对于本科生来说,短时间内完全掌握十分困难。
因此,在教学过程中需要明确教学目标,把握教学重点。
具体来说,首先是注重学生对基本概念和基本原理的理解和掌握。
以桥梁抗震设计计算中反应谱法为例,从单自由度体系的振动方程出发,将反应谱的推导过程作为基本原理重点讲解,使学生能够准确地理解和掌握反应谱的概念和反应谱法的基本原理。
又例如,桥梁抗风设计涉及颤振、驰振、抖振和涡激振动几个比较相似的概念,在教学中教师宜从原理出发,深入地剖析这几个概念之间的区别与联系,加深学生的理解,不至于使学生混淆概念。
其次,在讲课过程中注重书本知识与抗震抗风设计规范之间的联系。
这样既能使学生以书本理论为基础,更好地理解设计规范中的具体细则,又能使学生通过设计规范进一步明确学习书本理论知识的重要性,增强学生的学习兴趣。
(二)增加案例式教学的运用桥梁抗震与抗风课程分为两大部分,一部分是基本理论和计算方法,另一部分则是围绕实际工程进行抗震设计和分析。
由于该课程理论较难,传统教学方法效果不甚理想。
实践结果表明,案例教学法更能激发学生的学习兴趣,调动其学习积极性,提高课堂效率。
在案例教学过程中,案例的选取至关重要,教师应根据本课程的培养目标、教学目的,选择既能体现相关专业知识,又能增加学生的感性认识、提高其分析问题和解决问题能力的案例,分不同的阶段引入课堂教学。
本课程案例主要有两大类:一是实际桥梁结构的震害和风毁破坏;二是实际桥梁抗震和抗风设计的案例[3,4]。
在介绍桥梁震害和风毁案例时,采用图片和视频等方式为学生直观地展示桥梁在地震和风荷载作用下的各种破坏形式,并引导学生根据课堂所学知识对不同震害的产生原因进行分析、讨论,为学生营造工程现场氛围,启发学生自主思考,激发学生的探索意识。
在进行实际桥梁抗震和抗风设计的案例教学时,以实际桥梁的抗震设计为案例,从桥梁图纸和地质资料的读取,到应用有限元软件进行实桥的模型建立、参数确定、边界条件施加,以及地震荷载输入等方方面面入手,使学生能够较快掌握桥梁结构抗震计算的一般性方法,增强学生解决实际问题的能力。
另外,对于本课程中一些较为抽象的概念,宜采用图像和视频等方式进行讲解,使学生易于理解和掌握。
例如,塔科马大桥在风振下的破坏视频,可以让学生很容易理解什么是桥梁颤振。
(三)增加学生实践环节针对本课程中学生参与实践的程度不够的问题,首先建议增加课程设计环节,以实际工程为背景,让学生进行桥梁的抗震或抗风设计。
在课程设计过程中,学生需要综合运用结构计算分析软件、工程制图软件,与老师讨论和交流设计方案,分工完成具体计算、施工图绘制,以及设计说明书的编写等工作。
课程设计环节不仅增强学生对于软件的运用和规范的掌握,也加强了学生和老师之间、学生和学生之间的协调与合作,培养了学生的合作意识。
另外,建立与桥梁抗震抗风有关的教学实习基地,提供学生认识与实践的机会。
通过与桥梁设计、施工以及桥梁设备制造企业合作,建立桥梁抗震与抗风教学实习基地,使学生能够更多地接触到桥梁在设计、施工以及设备制造过程中与抗震和抗风有关的细节和实物,真正做到理论与实践相结合。
五、结语《桥梁抗震与抗风》是土木工程专业一门理论性很强,同时又紧密结合工程实践的课程。
在教学过程中存在理论较深、学生难学,以及学生理论与实践联系不足的问题。
针对上述问题,笔者认为首先应该明确教学目标、把握教学重点,提高课堂教学和学生学习的效率;其次,通过增加案例式教学的运用,增强学生的感性认识、启发学生主动思考,提高其分析和解决问题的能力;最后,建议增加课程设计环节,使学生在实践中加深对理论知识的理解和掌握。
参考文献:[1]叶爱君,管仲国.桥梁抗震(第三版)[M].北京:人民交通出版社,2017.[2]谷岩.桥梁抗风与抗震[M].天津:天津大学出版社,2014.[3]张玥,周敉,任翔.案例教学法在桥梁抗震课程中的应用[J].价值工程,2017,36(07):213-214.[4]许福友,张丽娜.案例式教学方法在《桥梁抗风》课程中的应用[J].教育教学论坛,2015,(50):152-153.。