[科普中国]-桥梁工程学

基本信息

桥梁工程学的发展主要取决于交通运输对它的需要。古代桥梁以通行人、畜为主，载重不大，桥面纵坡可以较陡，甚至可以铺设台阶。在有重载马车之后，载重量逐步加大，桥面纵坡也必须使之平缓。这时的桥梁材料仍以木、石为主，铸铁和锻铁很少使用。

自从有了铁路以后，桥梁所承受的载重逐倍增加，线路的坡度和曲线标准要求又高，且需要建成铁路网以增大经济效益，因此，为要跨越更大更深的江河、峡谷，迫使桥梁向大跨度发展。石材、木材、铸铁、锻铁等桥梁材料，显然不合要求，而钢材的大量生产正好满足这一要求。

在技术方面，只是凭经验修桥，曾使19世纪80～90年代的许多铁路桥发生重大事故；从这时起，正在发展中的结构力学理论得到了重视，而在它的静力分析理论完全确立并广泛普及之后，桥梁因强度不足而造成的事故显然大为减少。

二十世纪以来，公路交通有很大发展。在内陆，需要在更多的河流、峡谷之上建桥。在城市中，以及在各种交通线路相交处，需要建造立交桥。在沿海，既需在大船通航的河口、海湾、海峡修建特大跨度桥梁，又需在某些海岛与大陆之间修建长桥。

研究内容桥梁需要大量修建，而人力、物力、财力有限；于是，不断提高技术水平，引用新材料、新工艺、新桥式，对结构行为进行更精确的数值分析，采用更精确的结构试验进行验证，以使桥梁建设的经济效益不断提高，已成为时代的要求。

桥梁工程学主要研究桥渡设计，包括选择桥址，决定桥梁孔径，考虑通航和线路要求以确定桥面高程，考虑基底不受冲刷或冻胀以确定基础埋置深度，设计导流建筑物等；桥式方案设计；桥梁结构设计；桥梁施工；桥梁检定；桥梁试验；桥梁养护等方面。

在建桥材料方面，以高强、轻质、低成本为选择的主要依据，近期仍以发展传统的钢材和混凝土为主，提高其强度和耐久性。对于建筑钢材的脆断机理、初始几何缺陷等，以及混凝土材料的非弹性问题(收缩徐变以及疲劳等)，将继续作充分的研究，使能正确控制结构的受力和变形。至于碳纤维塑料等在桥梁上的广泛应用，还必须在降低成本以后才有可能。

在桥梁勘察设计方面，随着交通事业的迅速发展，大跨度或复杂的桥型将不断涌现。高速公路的发展，对桥梁设计亦将提出新的要求。在桥式方案设计中，将有可能利用结构优化设计理论，借助电子计算机选出最佳方案。

在结构设计计算中，采用空间理论来分析桥梁整体受力已成为可能；以概率统计理论为基础的极限状态设计理论，将进一步反映在桥涵设计规范中，使桥梁设计的安全度得到科学合理的保证。桥梁美学作为时代、民族的文化在某些方面的反映，将愈来愈受到人们的重视：桥梁的面貌将蔚为大观1。

主要设计在桥梁施工方面，对施工组织将充分利用电子计算机进行经济有效的管理。在施工技术中，将不断引用新技术和高效率、高功能的机具设备，借以提高质量、缩短工期、降低造价。如采用激光测量控制结构的精确定位；引用自升式水上平台克服深水基础的困难；利用遥控设备在沉井、沉箱中挖基，以减少劳动强度并避免人身危险；利用高质量的焊接技术，借能推广工地焊接等，此外，装配式桥梁也将有所发展，以使结构和构件标准化，生产工业化。

在桥梁养护维修方面，要求对既有桥梁建立完善的技术档案管理制度。在桥梁维修检查中，引用新型精密的测量仪表，如用声测法对结构材料的缺陷以及弹性模量进行测定；用手携式金相摄影仪检查钢材的晶体结构俾能及早进行加固防患于末然，以便延长桥梁的使用寿命。

桥梁工程始终是在生产发展与各类科学技术进步的综合影响下，遵循适用、安全、经济与美观的原则，不断的向前发展。

重点难点重点根据大土木专业的设置特点和概论类课程的重在建立概念、内容宽泛、深入浅出的安排，本课程重点教学内容为：桥梁工程学的基本特点、结构分类和结构型式、主要力学和构造特征、设计分析基本方法和施工主要方法。

难点第一个难点是对桥梁设计作用（荷载）的分类和含义的理解：桥梁结构的作用（荷载）是对桥梁结构行为深入认识的起点，由于课程需兼顾铁路和公路桥梁特点，并考虑不同时期规范对设计荷载的分类及描述的差异，学生在该部分知识理解上容易产生困难（过于抽象）。第二个难点是对桥梁结构中的构件和构造的认识：桥梁结构形式存在多种变化，构成桥梁的构件丰富多样，结构和构件的构造细节选择是桥梁设计的关键环节，但在教材和教学过程中均不便于展示，学生在此部分内容的认识上容易偏离实际（过于具象）。

第三个难点是对桥梁的特色施工工艺和施工方法的学习：桥梁的施工方法的掌握是面向工程型建设人材必需掌握的基础知识，但由于桥梁的施工方法多样、施工工序复杂、施工技术发展较快，通过教材描述和常规教学手段很难直观介绍，学生不易系统把握。

教学策略（1）通过大量实际桥梁工程示例图片，辅助教学动画展示，用对比法、归纳法让学生掌握桥梁的结构体系分类、不同体系桥梁的受力特性，加深学生对结构的力学涵义的理解。

（2）用图片、动画等多媒体手段，将抽象的荷载具象介绍出来；通过不同荷载的时间变化特性的对比强化荷载分类和荷载组合的定义；通过不同荷载对结构影响乃至产生灾害的力学原理、实际示例的展示，让学习者系统全面地掌握荷载的分类和特点。

（3）从结构构件的功能性出发，让学习者了解桥梁构造的作用和分类；通过构造实例图片、三维模型展示，让学习者能直观学习到不同的构造特点；通过典型结构和构件破坏实例的讨论，加深学生“细节决定成败”的专业认识。

（4）采用模拟动画和实际桥梁施工视频录像资料，介绍不同桥梁施工方法和施工工艺，让学生从完整的感性认识中总结桥梁施工方法的力学因素、技术因素和经济因素的差异，进而完善和加深对桥梁结构行为的整体理解。

（5）有针对性地设计了实践教学环节，使学习者读教材、听课、做课程作业、查文献资料、上网收集最新信息各个环节有机地围绕桥梁工程课程展开，贯穿于整个教学过程。

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