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，南京理工大學泰州科技學院，助教；李十泉（1985-），男，江蘇南通人，南京理工大學泰州科技學院，助教。（江蘇 泰州 225300）

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

CDIO作為工程教育的創新工具，是面向學生的教育，即強調在構思（Conceive）-設計（Design）-實施（Implement）-運行（Operate）現實世界的系統和產品過程中，來學習工程的理論和實踐[1-2]。“橋梁工程”是土木工程交通土建方向一門重要的專業必修課。通過對它的學習可以使學生理解橋梁的基本構造，掌握橋梁上部結構和下部結構的設計方法，為其今后的工作打下良好的基礎。

一、“橋梁工程”的教學內容

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，稱為交通運輸的咽喉。“橋梁工程”課程主要講授橋梁的設計和橋梁常見的施工方法。本次教學實踐主要針對橋梁設計進行，橋梁設計主要包括上部結構設計、支座設計和下部結構設計。

橋梁設計是依據“安全、經濟、適用、美觀”的基本原則進行的，主要包括以下具體內容[3]：橋梁結構的組成、分類和結構體系；橋梁平面設計；橋梁縱斷面設計；橋梁橫斷面設計；橋梁的設計荷載，包括恒載和活載；主梁內力計算，包括恒載內力計算和活載內力計算，并進行作用效應組合；上部結構正截面承載力計算、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造要求；橋墩橋臺的承載力驗算；基礎類型的選擇和承載力計算。

橋梁在設計過程中，其截面構造尺寸應符合橋梁設計規范的相關規定，不能隨意設置。橋梁設計中常用的規范有：JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規范；JTG D61-2005，公路圬工橋涵設計規范；JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范；JTG D63—2007，公路橋涵地基與基礎設計規范。

因為規范中的條文規定在講授時比較繁瑣，比較枯燥，而且學生在學習時不知道該構造規定的作用，從而學習積極性較差，造成教學效果較差。為了改變這種消極的狀態，將在實踐環節安排的《橋梁工程課程設計》融入到教學當中，即以實際橋梁的設計貫穿整個“橋梁工程”教學，從而實現在“做中學”。

二、“橋梁工程”教學實踐流程

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

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是以橋梁設計的流程為主線進行設計的，由淺入深，由上部結構延伸至下部結構，層層遞進，進而包含橋梁工程設計的主要內容。

問題1：設計題目中的“13m”表示什么含義？

提出問題后，首先請學生進行回答，同時給予學生適當的引導，通常教師給學生幾個備選答案，以選擇的形式進行提問。比如，13m表示的是標準跨徑、計算跨徑還是橋梁全長？讓學生來進行選擇，當學生回答完畢后，可以順著其的回答進行延伸。

當學生回答是標準跨徑時，首先給予肯定，然后問其標準跨徑的概念，就可以引出橋梁構造的基本概念，進而講授橋梁結構的專有名詞等相關內容。

當學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，直至選到標準跨徑，此時可以活躍課堂氣氛。然后，引出標準跨徑的概念，講授橋梁構造的概念，進而弄清楚相近概念的區別。

問題2：設計題目中3×13m表示什么含義？

通過這個問題，引出橋梁分孔的內容。從橋梁分孔的切入，講授橋梁縱斷面設計和平面設計。當對橋梁縱斷面的相關內容講授完成后，結合學生的橋梁設計課題進行提問，明確3×13m的含義，即橋梁為3跨，標準跨徑為13m的橋梁。

問題3：該橋梁的結構形式是簡支板橋，它是從哪個角度進行分類的，還包括哪些常見的結構類型？

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別，讓學生對橋梁的體系有系統性的認識。通過提問學生明白其設計課題的類型即簡支梁橋，屬于梁橋的一種。

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

利用這個問題可以促使學生回憶在“混凝土結構設計原理”里面所學習的相關內容，從而掌握連續梁和簡支梁的區別，即連續梁在中間支點處有負彎矩，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計的相關內容。該主梁為裝配式鋼筋混凝土空心板，進而就可以講授空心板的相關構造要求。

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

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。《公路橋涵設計通用規范》（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容，介紹每一項作用的相關計算，尤其是汽車荷載的計算。

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

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別？

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

然后，闡述荷載橫向分布系數根據橫向剛度不同有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。

讓學生結合其各自的橋梁設計課題，采用杠桿原理法計算空心板支點處的荷載橫向分布系數，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，對于支點至1/4跨采用線性內插的方法獲得，并繪制荷載橫向分布系數沿縱向的分布。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力。[3]

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

問題7：橋梁內力計算完成后，應進行作用效應組合，并進行承載力計算。那么，承載力計算包括哪些內容？

通過這個問題，讓學生回憶“混凝土結構設計原理”的相關內容。空心板進行承載力計算時是根據面積相等和慣性矩相等，換算成工字型截面，在進行計算時采用T形梁的相關公式進行計算。

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下的變形計算。通過承載力的計算可以和前續課程“混凝土結構設計原理”[4]有效進行聯系。

問題8：橋梁上部結構和下部結構的連接部件是什么？

通過這個問題，引出支座的作用，進而講授支座的類型、分類和常見的支座形式。

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

問題9：橋梁下部結構主要包括哪些部分？它們有哪些形式，如何進行設計？

通過這個問題，引出橋臺、橋墩和基礎的概念。根據不同的地質情況和結構形式，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：橋梁上部結構和橋墩（臺）的荷載通過什么部分傳遞到地基上？

通過這個問題，引出基礎的作用。結合所給的地質情況，重點講述淺基礎和樁基礎，從而和“橋梁工程”的相關內容聯系起來。[5]

三、結論

本文主要闡述了如何將實際橋梁設計以課程設計的形式貫穿于“橋梁工程”的教學中。采用遞進的問題鏈，不斷引出橋梁設計的相關內容，并且通過提問的方式與學生之間產生互動，進而提高教學效果。

參考文獻：

[1]查建中.論“做中學”戰略下的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：合肥工業大學出版社，2011.

[4]葉見曙.結構設計原理[M].第二版.北京：人民交通出版社，