國內部分高校“橋梁工程課程設計”對比分析

許福友　任珵嬌

摘 要：“橋梁工程課程設計”是橋梁工程實踐教學的重要環節，有助于學生加深橋梁專業知識的理解和應用能力的培養提高。不同高校采用的橋梁工程課程設計題目相差較大，該文收集了國內有代表性的11所高校“橋梁工程課程設計”相關資料，在課程設計的內容，要求及目標三方面進行了綜合對比分析，可為高校“橋梁工程課程設計”題目的選取、訓練內容和目標的修訂提供參考。

關鍵詞：橋梁工程 課程設計 對比分析

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

1 國內部分高校橋梁工程課程設計題目

該文收集了國內11所高校（這些高校學科排名靠前或者招生數量大，并考慮到地域分布，覆蓋了東北、西北、華北、華東、華中、華南和西南地區高校）的橋梁工程課程設計題目（見表1），后文對其設計內容、要求、目標等進行綜合對比分析。

2 設計內容對比分析

國內各高校“橋梁工程課程設計”均是在給定橋梁結構體系、跨徑（范圍）、截面形式、施工方法的基礎上，要求學生進行主梁截面尺寸的擬定、截面特性計算、主梁內力計算、配筋計算、結構性能驗算及施工圖的繪制。課程設計時間一般為1～2周。各高校的橋梁工程課程設計主要針對梁橋和拱橋兩種橋型，不涉及斜拉橋和懸索橋等復雜橋型。由于橋梁工程教學內容以梁橋的內力計算、橋面板計算、橫隔梁計算、支座設計為主，因而多數學校采用鋼筋混凝土或預應力混凝土的簡支或連續梁橋進行設計。以下分別對各高校采用梁橋或拱橋兩種不同橋型設計內容進行對比分析。

2.1 鋼筋混凝土梁橋設計內容對比

采用梁橋各高校的橋梁工程課程設計相關基本資料匯總見表2。

鋼筋混凝土梁橋設計中，多數高校采用簡支梁，同濟大學采用兩跨等高連續梁橋設計，湖南大學為五跨預應力混凝土曲線梁橋設計。預應力筋均采用后張法施工，主梁為整孔吊裝法，即主梁安裝就位后，現澆濕接縫形成橋面系；對于連續梁橋則現澆主梁間的縱向接縫，以簡支變連續的方式形成連續梁結構。各高校采用梁橋的課程設計內容對比見表3。

2.2 上承式拱橋設計內容對比

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

對比拱橋的設計，3所高校的拱橋均以懸鏈線無鉸拱橋作為設計橋型，無鉸拱在自重及外荷載作用下，拱內的彎矩分布均勻，結構整體剛度大，構造簡單，因此在實際中廣泛使用。無鉸拱的設計內容基本相同，均在已知設計資料下進行橋面尺寸設計、拱軸線方程建立、結構內力計算、裸拱圈內力計算、主拱圈驗算等項目。由于懸鏈線無鉸拱為外部三次超靜定結構，溫度變化、收縮徐變、特別是墩臺位移會在拱內產生較大的附加內力，因此在設計時須對結構在溫度變化、混凝土收縮徐變、拱腳變位時的內力計算[3]，東南大學對以上三種附加內力均進行計算，其余2所學校僅進行了溫度變化下的內力計算。在最不利荷載組合時，常常出現拱腳負彎矩或拱頂正彎矩過大的情況，故東南大學課程設計中，要求學生在初步設計后進行拱圈內力調整，以減少正負彎矩過大的現象。

2.3 設計內容綜合分析

綜合比較11所高校的橋梁工程課程設計內容，梁橋的設計多為T形截面的簡支梁橋和連續梁橋兩種橋型，拱橋的設計為計算較為簡單的上承式懸鏈線無鉸拱橋。在拱橋設計中，也僅對主拱圈進行設計和驗算，拱上建筑形式、填料類型等均提前給定，而并未考慮實際設計、施工中會出現拱腳負彎矩或拱頂正彎矩過大的情況而進行主拱圈內力調整。

3 設計要求對比分析

“橋梁工程課程設計”要求學生利用《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》和《公路橋涵設計通用規范》等相關規范，獨立完成一個混凝土梁橋或拱橋的結構設計，并在規定時間內提交設計計算書、設計圖紙并進行答辯。

與鋼筋混凝土課程設計及鋼結構課程設計有所不同，橋梁工程課程設計由于內力組合及截面形式復雜，施工階段及正常使用階段截面內力計算較為困難，故多數學校建議學生在設計中可借助于ANSYS、MIDAS、SAP2000、橋梁博士等軟件對截面內力進行輔助計算。這種方式不僅降低了手算錯誤對設計的影響，還大大縮短了設計周期，合理的分配時間。各高校均要求在橋梁設計中應進行主梁的構造設計、主梁內力分析（包括恒載、混凝土收縮徐變、活載效應分析）、主梁預應力筋體系設計、主梁結構性能驗算（包括強度、應力、剛度等）等方面的內容。并在設計結束后提交結構設計計算書，計算書中應包括橋梁設計資料及構造布置以及上述設計內容。

工程圖紙是工程師設計意圖的真實表現，也是橋梁施工的重要依據。圖面干凈整潔，內容豐富，圖面布置豐滿美觀，符號和標注符合制圖的一般規定。工程圖紙可以手繪或CAD繪制，繪圖比例自定。

北京交通大學、哈爾濱工業大學等學校要求學生除了上交設計計算書與結構施工圖外，還需進行課程設計答辯環節。該環節與畢業設計類似，學生自行制作PPT匯報設計內容，匯報時間約為5分鐘，并回答4-5個問題。這一環節能夠幫助教師從更為直觀的角度檢驗學生知識的掌握程度及對設計內容的理解程度。

4 課程設置目標

課程設計是指在一定的教育理論指導下，對課程的組織形式與結構，即構成課程的各個要素所進行的全面計劃于安排[4]。綜合歸納各高校課程設計，雖設計橋型，內容有所不同，但課程設計預期目標相近，主要有以下幾個方面。

（1）鞏固已學內容。

“橋梁工程”是一門專業性很強的課程，課程設計作為其輔助教學內容具有重要的作用。在設計中，學生不僅應用了“橋梁工程”所學內容進行主梁的內力計算、橋面板計算、橫隔梁計算、拱軸系數計算等內容；還可以對“材料力學、結構力學、結構設計原理、畫法幾何與工程制圖”等專業基礎課程進行一個系統的復習，并靈活應用。

（2）理論結合實際。

“橋梁工程”課程設計給學生了一個將理論知識付諸于實踐的機會。在課程設計中，學生綜合應用所學知識，全面分析并解決設計中存在的問題。如施工中出現拱軸內力過大等現象要進行內力調整；在連續梁橋應力驗算中還應考慮施工過程中結構恒載內力的變化等。將在結構設計原理、結構力學中所學內容與施工過程相結合，分階段地考慮結構受力狀態與內力變化。課程設計是對學生實際工作能力的訓練與考察，既鞏固了理論知識，又能聯系實際問題，使學生能熟悉橋梁設計與施工的全過程，具有很強的實踐性。

（3）培養綜合素質。

通過“橋梁工程”課程設計的訓練，學生增強資料查詢、圖紙繪制、設計說明書及計算書編寫等基本技能的訓練；通過分析研究工作，培養學生的研究能力，并初步具備對橋梁結構的分析及設計能力。培養團隊意識和合作精神，提高綜合競爭力；為以后的畢業設計以及今后的實際工作做理論和實踐上的準備。

5 結語

對國內11所有代表性高校的“橋梁工程課程設計”課程的設計內容、設計要求及設計目標等內容的對比分析，據此可加深對國內高校橋梁工程課程設計的了解，并為高校橋梁工程課程設計題目的選取、設計內容和目標的修訂提供參考。

參考文獻

[1] 馬建，孫守增，楊琦，等.中國橋梁工程學術研究綜述[J].中國公路學報，2014（5）：1-96.

[2] 賈金青，陳鳳山.橋梁工程設計計算方法及應用[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2010.

[3] 邵旭東.橋梁工程[M].2版.北京：人民交通出版社，2007：296-323.

[4] 易壯鵬.“橋梁工程”課程設計教學方法研究[J].中國電力教育，2011（14）：100-102.