杠桿原理法的基本假定精選(九篇)

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第1篇：杠桿原理法的基本假定范文

關(guān)鍵詞：橋梁工程；CDIO；問題鏈

作者簡介：杜建文（1985-），男，山東臨沂人，南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，助教；李十泉（1985-），男，江蘇南通人，南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，助教。（江蘇 泰州 225300）

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）19-0119-02

CDIO作為工程教育的創(chuàng)新工具，是面向?qū)W生的教育，即強(qiáng)調(diào)在構(gòu)思（Conceive）-設(shè)計（Design）-實施（Implement）-運行（Operate）現(xiàn)實世界的系統(tǒng)和產(chǎn)品過程中，來學(xué)習(xí)工程的理論和實踐[1-2]?！皹蛄汗こ獭笔峭聊竟こ探煌ㄍ两ǚ较蛞婚T重要的專業(yè)必修課。通過對它的學(xué)習(xí)可以使學(xué)生理解橋梁的基本構(gòu)造，掌握橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，為其今后的工作打下良好的基礎(chǔ)。

一、“橋梁工程”的教學(xué)內(nèi)容

橋梁是為了跨越各種障礙（如河流、溝谷或其他線路等）而修建的建筑物，是陸路交通運輸中重要的組成部分，稱為交通運輸?shù)难屎??！皹蛄汗こ獭闭n程主要講授橋梁的設(shè)計和橋梁常見的施工方法。本次教學(xué)實踐主要針對橋梁設(shè)計進(jìn)行，橋梁設(shè)計主要包括上部結(jié)構(gòu)設(shè)計、支座設(shè)計和下部結(jié)構(gòu)設(shè)計。

橋梁設(shè)計是依據(jù)“安全、經(jīng)濟(jì)、適用、美觀”的基本原則進(jìn)行的，主要包括以下具體內(nèi)容[3]：橋梁結(jié)構(gòu)的組成、分類和結(jié)構(gòu)體系；橋梁平面設(shè)計；橋梁縱斷面設(shè)計；橋梁橫斷面設(shè)計；橋梁的設(shè)計荷載，包括恒載和活載；主梁內(nèi)力計算，包括恒載內(nèi)力計算和活載內(nèi)力計算，并進(jìn)行作用效應(yīng)組合；上部結(jié)構(gòu)正截面承載力計算、斜截面承載力計算和變形計算；橋臺和橋墩的尺寸擬定和構(gòu)造要求；橋墩橋臺的承載力驗算；基礎(chǔ)類型的選擇和承載力計算。

橋梁在設(shè)計過程中，其截面構(gòu)造尺寸應(yīng)符合橋梁設(shè)計規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，不能隨意設(shè)置。橋梁設(shè)計中常用的規(guī)范有：JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范；JTG D61-2005，公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范；JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范；JTG D63—2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范。

因為規(guī)范中的條文規(guī)定在講授時比較繁瑣，比較枯燥，而且學(xué)生在學(xué)習(xí)時不知道該構(gòu)造規(guī)定的作用，從而學(xué)習(xí)積極性較差，造成教學(xué)效果較差。為了改變這種消極的狀態(tài)，將在實踐環(huán)節(jié)安排的《橋梁工程課程設(shè)計》融入到教學(xué)當(dāng)中，即以實際橋梁的設(shè)計貫穿整個“橋梁工程”教學(xué)，從而實現(xiàn)在“做中學(xué)”。

二、“橋梁工程”教學(xué)實踐流程

在“橋梁工程”授課過程中，以實際橋梁的設(shè)計為主線，采用問題鏈的形式引導(dǎo)學(xué)生思考，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，主動學(xué)習(xí)。教師在第一次授課時，就將學(xué)生將要完成的橋梁設(shè)計課題布置給學(xué)生，也就是給學(xué)生一個橋梁的設(shè)計任務(wù)。以“3×13m鋼筋混凝土簡支空心板橋設(shè)計”課題為例，闡述如何實現(xiàn)橋梁工程的教學(xué)實踐。

問題鏈指的是一些系列問題所組成的問題組。橋梁工程中的問題鏈?zhǔn)且詷蛄涸O(shè)計的流程為主線進(jìn)行設(shè)計的，由淺入深，由上部結(jié)構(gòu)延伸至下部結(jié)構(gòu)，層層遞進(jìn)，進(jìn)而包含橋梁工程設(shè)計的主要內(nèi)容。

問題1：設(shè)計題目中的“13m”表示什么含義？

提出問題后，首先請學(xué)生進(jìn)行回答，同時給予學(xué)生適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，通常教師給學(xué)生幾個備選答案，以選擇的形式進(jìn)行提問。比如，13m表示的是標(biāo)準(zhǔn)跨徑、計算跨徑還是橋梁全長？讓學(xué)生來進(jìn)行選擇，當(dāng)學(xué)生回答完畢后，可以順著其的回答進(jìn)行延伸。

當(dāng)學(xué)生回答是標(biāo)準(zhǔn)跨徑時，首先給予肯定，然后問其標(biāo)準(zhǔn)跨徑的概念，就可以引出橋梁構(gòu)造的基本概念，進(jìn)而講授橋梁結(jié)構(gòu)的專有名詞等相關(guān)內(nèi)容。

當(dāng)學(xué)生回答是其他答案時，如計算跨徑。可以幽默地讓其重新選擇，直至選到標(biāo)準(zhǔn)跨徑，此時可以活躍課堂氣氛。然后，引出標(biāo)準(zhǔn)跨徑的概念，講授橋梁構(gòu)造的概念，進(jìn)而弄清楚相近概念的區(qū)別。

問題2：設(shè)計題目中3×13m表示什么含義？

通過這個問題，引出橋梁分孔的內(nèi)容。從橋梁分孔的切入，講授橋梁縱斷面設(shè)計和平面設(shè)計。當(dāng)對橋梁縱斷面的相關(guān)內(nèi)容講授完成后，結(jié)合學(xué)生的橋梁設(shè)計課題進(jìn)行提問，明確3×13m的含義，即橋梁為3跨，標(biāo)準(zhǔn)跨徑為13m的橋梁。

問題3：該橋梁的結(jié)構(gòu)形式是簡支板橋，它是從哪個角度進(jìn)行分類的，還包括哪些常見的結(jié)構(gòu)類型？

通過這個問題，引出橋梁的分類。橋梁從受力角度分為梁橋、拱橋、懸索橋、剛構(gòu)橋和組合體系橋等。分別闡述梁橋、拱橋、懸索橋的受力特點和相互之間的區(qū)別，讓學(xué)生對橋梁的體系有系統(tǒng)性的認(rèn)識。通過提問學(xué)生明白其設(shè)計課題的類型即簡支梁橋，屬于梁橋的一種。

同時，梁橋還包括連續(xù)梁橋。那么，簡支梁橋和連續(xù)梁橋在受力上的最大區(qū)別是什么？

利用這個問題可以促使學(xué)生回憶在“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”里面所學(xué)習(xí)的相關(guān)內(nèi)容，從而掌握連續(xù)梁和簡支梁的區(qū)別，即連續(xù)梁在中間支點處有負(fù)彎矩，而簡支梁沒有。

問題4：該橋梁的主梁是什么形式？

通過該問題引出橫截面設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容。該主梁為裝配式鋼筋混凝土空心板，進(jìn)而就可以講授空心板的相關(guān)構(gòu)造要求。

然后讓學(xué)生結(jié)合實際橋梁課題，初步擬定空心板的截面尺寸。待尺寸擬定完成后，讓學(xué)生將其設(shè)計的尺寸進(jìn)行講述，同時讓其進(jìn)行評判，是否符合規(guī)范的相關(guān)要求，是否合理可行。通過相互評價，可以促進(jìn)學(xué)生對空心板構(gòu)造知識的應(yīng)用和掌握，加深對規(guī)范中構(gòu)造要求的理解。

問題5：空心板上面有哪些荷載作用？

通過這個問題引出作用的分類?！豆窐蚝O(shè)計通用規(guī)范》（JTJD60-2004）對作用按照時間變異性可以分為永久作用、可變作用和偶然作用。

然后，分別列舉永久作用、可變作用和偶然作用包含的內(nèi)容，介紹每一項作用的相關(guān)計算，尤其是汽車荷載的計算。

最后，講述規(guī)范中對這些作用如何進(jìn)行作用效應(yīng)組合，主要包括承載能力極限狀態(tài)下的基本組合，正常使用極限狀態(tài)下的長期效應(yīng)組合和正常使用極限狀態(tài)下的短期效應(yīng)組合。這三種組合的計算公式和相應(yīng)系數(shù)的取值。

問題6：簡支梁橋跨中和支點處的彎矩和剪力如何計算？恒載和活載的計算有什么區(qū)別？

通過這個問題引出空心板梁的內(nèi)力計算，再分別敘述恒載和活載的內(nèi)力計算。恒載計算可以直接利用結(jié)構(gòu)力學(xué)中關(guān)于均布荷載的情況下的內(nèi)力計算就可以得到?；钶d內(nèi)力計算主要包括汽車荷載和人群荷載，必要時還要計算風(fēng)荷載等。汽車集中力作用在主梁上，求其內(nèi)力的計算屬于空間力學(xué)問題，求解非常麻煩，在工程實際中，引入了荷載橫向分布系數(shù)的概念。

然后，闡述荷載橫向分布系數(shù)根據(jù)橫向剛度不同有5種不同的計算方法，說明這些方法的各自的基本假定和計算步驟。

讓學(xué)生結(jié)合其各自的橋梁設(shè)計課題，采用杠桿原理法計算空心板支點處的荷載橫向分布系數(shù)，采用鉸接板梁法計算1/4跨至跨中處的荷載橫向分布系數(shù)，對于支點至1/4跨采用線性內(nèi)插的方法獲得，并繪制荷載橫向分布系數(shù)沿縱向的分布。接著利用影響線法求出汽車荷載和人群荷載在主梁中的內(nèi)力。[3]

安排一次課時，讓學(xué)生來講述自己的主梁內(nèi)力計算，教師對其講述過程要進(jìn)行控制，當(dāng)其完成一個重要步驟時，就進(jìn)行評價，如正確就加以肯定，如出現(xiàn)錯誤，及時進(jìn)行糾正。

問題7：橋梁內(nèi)力計算完成后，應(yīng)進(jìn)行作用效應(yīng)組合，并進(jìn)行承載力計算。那么，承載力計算包括哪些內(nèi)容？

通過這個問題，讓學(xué)生回憶“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”的相關(guān)內(nèi)容?？招陌暹M(jìn)行承載力計算時是根據(jù)面積相等和慣性矩相等，換算成工字型截面，在進(jìn)行計算時采用T形梁的相關(guān)公式進(jìn)行計算。

空心板承載力計算主要包括正截面抗彎承載力計算，斜截面抗剪承載力計算和正常使用極限狀態(tài)下的變形計算。通過承載力的計算可以和前續(xù)課程“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”[4]有效進(jìn)行聯(lián)系。

問題8：橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的連接部件是什么？

通過這個問題，引出支座的作用，進(jìn)而講授支座的類型、分類和常見的支座形式。

結(jié)合鋼筋混凝土空心板橋設(shè)計，詳細(xì)闡述板式橡膠支座的工作原理和設(shè)計流程，即：確定支座的平面尺寸，計算形狀系數(shù)；確定支座的高度；驗算支座的偏轉(zhuǎn)和壓縮變形；驗算支座抗滑性。

問題9：橋梁下部結(jié)構(gòu)主要包括哪些部分？它們有哪些形式，如何進(jìn)行設(shè)計？

通過這個問題，引出橋臺、橋墩和基礎(chǔ)的概念。根據(jù)不同的地質(zhì)情況和結(jié)構(gòu)形式，對于橋臺部分，重點講授重力式橋臺和樁柱式橋臺；對于橋墩部分，重點講授重力式橋墩和樁柱式橋墩。

問題10：橋梁上部結(jié)構(gòu)和橋墩（臺）的荷載通過什么部分傳遞到地基上？

通過這個問題，引出基礎(chǔ)的作用。結(jié)合所給的地質(zhì)情況，重點講述淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，從而和“橋梁工程”的相關(guān)內(nèi)容聯(lián)系起來。[5]

三、結(jié)論

本文主要闡述了如何將實際橋梁設(shè)計以課程設(shè)計的形式貫穿于“橋梁工程”的教學(xué)中。采用遞進(jìn)的問題鏈，不斷引出橋梁設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，并且通過提問的方式與學(xué)生之間產(chǎn)生互動，進(jìn)而提高教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）.

[2]王剛.CDIO工程教育的模式的解讀與思考[J].中國高教研究，2009，（5）.

[3]汪蓮.橋梁工程[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2011.

[4]葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].第二版.北京：人民交通出版社，