桥梁工程教学中若干能力培养的探索

　　摘要：

　　为适应土木工程专业培养方案的需要和桥梁工程自身特点，在桥梁工程教学中结合相应教学知识点的讲授，增强美学、力学分析、防灾减灾、极端事件、工程风险等能力的培养，提高学生学习兴趣，增强学生将理论知识和工程实践密切联系的能力，培养素质高和创新能力强的桥梁工程专业学生。

　　关键词：桥梁工程； 防灾减灾；美学；能力培养

　　中图分类号：G6420 文献标志码：A 文章编号：

　　10052909（2014）02006604

　　桥梁工程是土木工程专业的一门必修课，也是道路桥梁工程专业的核心课程，包含了理论力学、材料力学、结构力学、桥涵水文、结构设计原理等专业基础课的内容。

　　桥梁工程是一门实践与理论并重的专业技术课[1]，除了激发学生对桥梁工程的兴趣，激发学生的积极性和创造性，提高教学质量以外，在讲授理论知识时还应注意与施工工程背景相结合[2]。为适应土木工程专业培养方案的需要和桥梁工程自身特点，在课堂讲授中应适当增加防灾减灾、美学、风险意识等内容，以提升学生的专业素质，加强实际工程能力培养。

　　一、人文美学思想的熏陶

　　按百科全书的定义，桥梁是跨越障碍（河流、峡谷、道路等）的结构工程物。曾有人说：桥梁是土木工程皇冠上的明珠[3]。这是因为桥梁的形式多样，给工程师无限的创造空间，进而体现了工程师对他所蕴育的结构的理解和热爱。“当土地与土地被水分割的时候，当道路被水截断的时候，智慧的人类伫立在水边，于是产生了桥。苦于跋涉的人类，应该感谢桥（艾青，1934年）”。桥梁与人文美学也有着天然的联系，在桥梁工程教学中引入美学思想，可以激起学生的学习兴趣和求知欲望，更好地理解桥梁，进而提高学生的审美情趣。

　　在桥梁工程课程的“拱桥现状与发展”这一知识点中，引入赵州桥与卢沟桥2个实例。课堂讲授时，突出赵州桥造型美观、坚固稳重、构思新颖和雄伟秀丽等特点，以其高超的建筑艺术，使人们得到一种美的享受，从而获得了世界

　　声誉。卢沟桥不仅布局合理、宏伟壮观，栏杆上雕刻近500个石狮形态各异，堪称一绝，而且还具有历史意义和爱国主义教育意义。通过这些经典桥例的介绍，不仅完成了桥梁工程知识点的讲授，也提升了学生的审美情趣，激发了学生的历史使命感，增强了教学效果。

　　二、力学与数学在桥梁工程中的完美展现

　　三大力学（理论力学、材料力学和结构力学）是土木工程专业的专业基础课程。按桥梁的结构体系进行分类的梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥等4大类型中，都完美地体现着力学的光辉。如梁桥是以受弯为主；拱桥是以受压为主；斜拉桥的斜拉索以受拉为主，塔和梁则以受压弯为主；悬索桥以受拉为主。拉、压、剪、弯、扭等5种受力情况则是材料力学课程的核心。在桥梁工程教学中，可以时时展现桥梁结构的力学美。

　　为了突出教学效果，在课堂教学时，需要引入一些具体的桥梁，来完美体现力学美感。在介绍无背索斜拉桥这一知识点时，必要时引入西班牙阿拉米罗桥（见图1）或者国内的长沙洪山庙大桥。通过斜拉桥没有背索时如何保持自身稳定的提问，引发学生思考与想象，然后通过引入理论力学课程力的平行四边形法则或高等数学的矢量合成运算法则，解释无背索倾斜桥塔节段在自重和拉索拉力的作用下，自重和拉力合成后的力沿斜向桥塔的轴线方向，保证了桥塔不会出现较大的偏移弯矩，充分发挥了桥塔的抗压性能。通过这些知识点的讲解不仅让学生深刻理解斜拉桥的构造与受力，还能激发学生的思考欲和求知欲。

　　在拉索的最佳角度这一知识点的讲授中，需要求解sin2α·cosα的最大值。当拉索对主梁的支撑刚度最大时，对应于α→55°，这里需要用到高等数学的求解极值问题。在实腹式拱桥的合理拱轴线的这一知识点讲授中，推导拱轴线方程则需要微分方程的知识，最后推导的拱轴线方程是一个高度简洁和美观的公式，即悬链线方程。

　　在拉索的空间布置这一知识点的讲授中，针对单索面斜拉桥如何保持稳定，课堂讲授时，可以先介绍三角形是几何不变体系，该体系受到荷载作用后，在不考虑体系应变的前提下，能保持其几何形状和位置不变，而不发生刚体形式的运动。再介绍由拉索、索塔和主梁组成的三角形构成了斜拉桥的几何不变体系（见图2），这部分又与结构力学的内容结合。所以对单索面斜拉桥而言，在平面内它是稳定的，但是对于空间而言，由于是单索面，拉索不能提供横向的抗弯刚度和抗扭刚度，则需要靠主梁自身的刚度来提供。

　　三、防灾减灾意识的培养

　　在一些高校中，工程防灾减灾往往是研究生的公共选修课，本科教育中并不开设这门课。尽管在本科阶段增设专门的防灾减灾课程是不现实的，但在课程教学中结合相应的知识点来培养学生的工程防灾减灾意识却十分必要。土木工程专业在校大学生作为未来土木工程领域的后备军，应具备一定的防灾减灾意识，关注自然灾害问题，做好初步的专业知识储备和思想观念准备。随着自然灾害对桥梁结构的影响越来越明显，自然灾害出现的几率也越来越大。在桥梁工程课程的讲授过程中，结合拱桥构造和施工、吊杆的防护、斜拉桥的临时支承、拉索防振等知识点的讲授，在课程教学中引入防灾减灾意识是十分必要的。