土木工程数值分析大全11篇

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中图分类号：TU94 文献标识码： A

引言

随着我国经济的不断发展，建筑行业持续升温，土木工程施工技术不断得到提升，先进的施工工艺为施工质量提供了重要保障。由于现代建筑往往较高，以及要应对各种外在条件例如降水以及地震等自然因素的影响，因此对于基坑的质量有着更高的要求，作为土木工程基础的基坑施工是整个建筑施工的关键组成部分，土木工程基坑防护施工质量的好坏关系到基坑是否能够发挥其作用，关系到整个建筑基础是否稳固，以及人们的生产生活安全。

一、边坡支护技术的目的、作用和特点

1、边坡支护技术的作用和目的

（1）边坡支护的作用是挡土、挡水、防止边坡变形。

（2）边坡支护的目的是：确保基础结构施工安全和基坑开挖、顺利；保证环境安全；保证主体工程地基及桩基的安全，防止地面出现塌陷、坑底管涌等现象。

2、边坡支护工程的主要特点

（1）建筑趋向高层化，基坑向大而深度方向发展。基坑开挖深度在6m—20m很普遍；基坑开挖面积大，这给支撑系统带来很大的难度。

（2）基坑工程大多是临时性的工程，设计与施工重视不足，风险较大。

（3）基坑工程对周围环境影响大。在软弱土层中，基坑开挖会产生较大的位移和沉降，对市政设施、周围建筑物和地下管线造成很大影响。降雨、场地狭窄、重物堆放等对基坑稳定性不利，在相邻场地施工中，打桩、降水、挖土及基础浇筑混凝土等会相互制约与影响。

（4）设计与施工难度较大，基坑工程事故频发。首先，设计质量不高，方案选择不合理；其次，监理问题，监理人员思想上麻痹大意。最后，施工管理混乱，施工中随意更改或减少支护，常常造成工程事故。

二、土木工程中进行边坡支护应注意的问题

为保证房屋建筑基坑的施工顺利进行、保证基坑的施工质量，在房屋建筑基坑施工中应注意一些问题。首先土方开挖之前，施工人员应确认地下管道、光缆、电缆等设施；开挖之前，先确定好积水管道的位置、走向以及埋深，在开挖的过程中进行有效的控制防止管道破裂，同时应在积水管道的周围保留一部分土方，通过人工清理使给水管道可以保证被看到；当新建建筑物附近有其他建筑物时，应观察该地方的土方是否稳定，采取防护措施防止突防坍塌导致周围建筑物下沉。

三、基坑支护结构的型式

1、重力式挡墙

重力式挡土墙，指的是依靠墙身自重抵抗土体侧压力的挡土墙。重力式挡土墙优点是就地取材，施工方便，经济效果好，但是，对于软土地基或松散砂土层，不能采用直接采用锚杆支护时，可采用水泥土墙。在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。

2、扶壁式挡墙

扶壁式挡土墙指的是沿悬臂式挡土墙的立臂，每隔一定距离加一道扶壁，将立壁与踵板连接起来的挡土墙。它由桩墙结构及支护结构两部分组成。桩墙支护是基坑工程应用最多的支护方法，它的主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好地发挥材料的强度性能，能适应承载力较低的地基。

3、悬臂式支护

悬臂式挡土墙指的是由立壁、趾板、踵板三个钢筋混凝土悬臂构件组成的挡土墙。悬臂式挡土墙构造简单，施工方便，能适应较松软的地基。悬臂式支护型式深度计算。

4、锚喷支护

锚喷支护具有施工快速方便、工期短、经济适用、加固效果好等优点，在许多边坡工程中得到了广泛的应用。土钉墙护坡同样也属于主动支挡体系，其原理在于利用插筋的方式增强土体强度，然后用插筋和坡面喷射的混凝同组成护坡体系，以达到增加坡体稳定性的目的。

5、坡率法

在边坡设计中，如果通过控制边坡的高度和坡度而无须对边坡进行整体加固就能使边坡达到自身稳定的边坡设计方法，通常称之为坡率法，但是坡率法不能用于地下水发育的边坡；稳定性差的边坡。

6、预应力锚杆框格梁支护

预应力锚杆框格梁支护是近年来在支护结构的发展上提出的新型边坡支护结构，是通过对天然岩土体钻孔灌浆锚固的预应力锚杆和框格梁共同组成的护坡体系。钻孔灌浆锚固的预应力锚杆是通过灌浆与孔壁周围的摩擦力将预应力传递到深部的岩石之中，同时顶端框格梁与锚杆组成空间框架，共同承担边坡的土压力，有效地控制了土体的位移。另外，框格梁在边坡表面会对斜坡土体施加一定的压应力，使得土体的抗剪强度增加，一定程度上改善了土体的力学性能。同时，框格梁兼有防止边坡崩塌、防水土流失等作用。这种支护技术为主动受力的柔性结构，具有自重轻、综合造价低和外观美等特点，比起传统结构具有抗震性能好、能适用于高大边坡等优点。

四、土木工程施工中边坡支护技术方案

1、深基坑支护施工方案

土木工程边坡支护工作能够顺利进行，前提是必须建立一套完善可行并且安全的边坡支护方案，根据以往施工经验，通常采用土钉支护的方法，土钉支护的原理是将土钉打入土体，使二者相互作用，使边坡土体具有一定的整体性、稳定性。在土体变形的过程中，同时受拉力及弯力作用，所以就需要保证土钉的设计强度并满足设计的抗拉力。

（1）在打土钉钻孔施工中，施工管理人员必须严格要求成孔实际深度，可要求操作工人在孔口进行标注，符合深度要求后，方可终孔。

（2）土钉成孔之前必须按规范要求标出孔位及孔位编号。

（3）当土钉打人以后，必须进行拉拔试验，还应控制好注浆量以及注浆力，拉拔试验必须由有相关检测资质的第三方单位进行，必须保证能满足设计及规范要求的抗拉拔力。

（4）注浆的水灰比须按设计的要求进行控制，如需添加外加剂，则外加剂的规格及掺和量须经设计同意并经过试验检测合格方可投人使用。每天注浆须按规范要求进行试块制作，注浆方式可选用重力注浆法进行，注满为止，在浆液初凝前再进行1-2次的补浆。

2、土木工程中基坑土方开挖

土木工程基坑的开挖实质上就是对地面原状土的平衡状态进行破坏，因此在开挖过程中存在着一定的风险。而且这种风险随土方开挖的进程扩大，所以在开挖之前的监测工作非常重要。土木工程基坑的开挖应遵循分区、分层、分段以及保持平衡的施工原则，做到一开槽先支撑，先支撑后开挖，分层分段开挖，严禁超量开挖，这是为保证基础施工的安全以及基坑土方的开挖。自由开挖区范围应控制在距边坡8m以内，而基坑边缘8m以内要实行分层分段开挖，分段长度应尽量不大于25m，这时为了加快施工进度，可以采用分段跳挖施工。

3、土木工程基坑周边监测方案

在土木工程基坑开挖作业时，尤其在周边条件复杂或环境恶劣的深基坑作业中，工程地质以及环境勘察不全面等都会对工程的设计和施工产生影响，甚至造成严重的工程事故，因此在施工前，要严格的对工程施工区域的周边条件及环境进行考察，并在土木工程基坑施工时，做到严格监测。监测方法可根据工程的特点确定，可由工程规模、重要程度以及实际地质条件等着手。开挖之前须制定合理的基坑边坡监测方案，以确保基坑作业的安全及质量。施工前，可在基坑顶部附近的周边环境设置观测点，按照工程方案要求进行观测，观测人员每次必须将观测结果记录在案，并将数据加以整理，一旦观测结果达到了土方边坡变动的警戒值，需立即告知设计及监理单位的责任管理人员，采取相应的补救措施，防止深基坑边坡土方坍塌事故。

结束语

经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑安全提出了更高的要求，边坡技术作为土木工程施工初期的一项工程，技术水平的高低对施工安全以及建筑在运行过程中的安全有着重大影响，因此施工单位应在对施工环境充分了解与把握的基础上制定切实可行的边坡支护方案，使施工安全得到有效保障。

参考文献

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随着国家综合实力水平的提高，我国建筑业实现了飞速的发展，人们对工程质量的要求也日益提高。工程质量决定了人们生命财产的安全与否，因此，必须加强质量监管，保证工程质量。在现代科技飞速发展的今天，土木工程的施工技术也出现了新的变革，为进一步保证施工质量提供了相应的技术支持和保障。建筑施工是一个复杂的过程，基坑作为该过程中最基础、最重要的施工环节，决定了工程的质量。因此，边坡支护技术作为对基坑进行处理的核心技术，必须保证其在施工过程中作用的发挥，从而保障工程质量。

1边坡支护技术的常见类型

边坡支护技术在土木施工过程中的应用，可以有效的预防出现边坡坍塌或土位偏移，成为确保施工质量的重要技术支持。因此，在进行实际施工时，大部分的土木工程施工项目都加强了对边坡支护的应用。现阶段我国在土木工程施工的很多地方都用到了边坡支护技术，常见的类型如下:(1)锚杆支护。它利用水泥土墙做为辅助支护，能够稳定边坡的侧向，进而提供充足的支护力，从而对高度低于6米的基坑都有广泛的实用性，这种支护方式也因此被广泛应用。(2)开槽施工。在施工前，施工团队要先根据边坡支护的实际情况，在对基坑内槽进行开挖，并以内部支撑的方式形成边坡的挡体，固定基坑内槽的土体结构，从而保证内槽土体在结构上的稳定。(3)土钉支护，这种支护方式虽然拥有较高的稳定性，但对应用情况有较为特定的要求，该技术只能在水位不高的特性土质内进行，往往在基坑低于12米的工程内较为常见。(4)逆作拱墙，施工人员应结合现场施工时基坑的实际情况，设计合适的拱墙支护，利用拱墙来进行支护。逆作拱墙根据实际施工情况，有全封和局部两种，具体采用哪种方式应按照具体情况加以应用。

2边坡支护技术在实际施工过程中的应用

(1)地质监测。在土木工程的施工过程中开展地质监测工作，能有效的提高工程稳定性，避免工程在日后出现变形甚至坍塌等问题，实现对不利于工程施工过程的地质因素进行及时的整改和排出，从而保证边坡支护施工在整个施工过程中作用的发挥。地质监测工作必须贯穿于施工的整个过程，通过对工程环境的地质变化进行实时监测，从而保证施工人员根据监测结果及时做出对边坡支护施工的调整安排。通过不断的地质检测，可以有效的提高边坡支护的质量，发挥边坡支护在工程中的作用。(2)开挖基坑。在土木工程基坑开挖的过程中，边坡支护技术同样发挥了重要的作用。由于在实际的施工过程中，原来的土质条件被破坏，土质变得松散、不牢固，从而极易发生塌陷，给基坑的开挖过程带来困难，甚至出现在挖到一定程度后，原本已经挖好的部分发生错位、变形、塌毁等严重现象。因此，在基坑开挖之前，必须对实地土质进行精确的观察分析，同时在边坡支护的过程中严格遵守分区的原则。在对基坑进行开挖时，应及时对挖出的槽运用边坡支护技术进行支护，支护工作完成后才可继续开挖，从而预防以上情况的发生。同时，在挖掘到大约距边坡支护结构8m远的时候，要改用分段的形式继续开挖，分段的标准为25m，还可以采用跳跃挖坑的方法，大大提高效率。(3)边坡支护方案的制定。由于不同的施工场地有着不同的施工要求，所以在进行土木工程施工之前，要进行必要的实地考察，结合具体实际做出准确的分析，根据得到的结果和结论制定严谨、合理、科学的边坡支护方案，从而确保提高土木工程施工的稳定性，提高施工的总体水平。以以某土木工程为例，相应的支护技术方案形成过程有以下几个步骤:①由于该工程采用土钉支护的方式，为了保障支护的强度达到工程标准，应根据实际要求，在土钉支护的过程中，对土钉深度进行规范，并要求施工人员严格执行，确保工程的稳定性。②对成孔的位置和编号进行标记，便于边坡支护时的识别工作。③设计拉拔试验，该过程交由第三方完成，对土钉打入的效果进行检查，确保土钉具备充足的强度。④对注桨的比例、外加剂的用量以及补桨工作进行明确细致的规定，保证工程质量。(4)施工管理研究。在对边坡支护技术进行应用时，要做好对支护施工过程的管理工作，以保证工程施工的安全性和高效性。具体做法如下:①建筑企业内部要组织对施工人员的技术培训和安全教育，加强施工人员的自我保护意识，提高对工程施工操作流程的掌握，并对施工人员的施工行为进行严格的规范，杜绝违反施工规定的行为发生，进一步确保工程施工的安全。②对于引进的先进和专业机械设备，先要进行专业培训，不能急于投入生产，防止带来潜在的安全隐患，保证施工人员持证上岗。从而使施工队伍的整体素质和能力得到提升。③在施工过程中，要加强安全管理监督工作。相关部门通过采取审查督促、经常性巡视和抽查等手段进行支护施工的安全管理，以便为工程施工提供安全保障。

3结语

综上所述，在土木工程的施工过程中应用边坡支护技术，可以施工更加稳定，保证施工质量的提高。但要使边坡支护技术真正的发挥作用，土木工程施工人员还要做好边坡支护工作，制定有效的支护方案，并且做好基坑挖掘、地质监测和安全管理等各项工作，确保边坡支护施工质量，从而提升整个工程的建设质量。

作者:冯阳阳 刘亚招 单位:

参考文献

［1］赵莹．刍议土木工程施工中的边坡支护技术要点［J］．江西建材，2016，(24):75．

［2］朱文飞．分析土木工程施工中的边坡支护技术［J］．低碳世界，2016(15):173－174．

［3］王怀理．土木工程边坡支护技术探微［J］．建材与装饰，2016(03):29－30．

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植筋施工的优点是在基本保证原结构不损坏的情况下进行受力构件的连接。因此适用于原结构构件补强加固、改造，新建工程飘窗、空调板、构造柱等二次结构部位新老混凝土的连结。

锚固空间位置可以竖向、水平或斜向任意角度。

1、材料

植筋胶是一种常温下固化的，经过改性后无溶剂双组份环氧型高分子聚合物。用于锚固件的植筋胶和混凝土构件粘结，不论抗拉、抗剪，均应大于混凝土的抗拉、抗剪强度。粘结固化后对水、油烃类废水等有良好的抗介质能力，抗化学侵蚀能力和良好的抗老化能力。

2、工艺流程

施工平台搭设定位钻孔清孔洗孔锚筋除锈配胶注胶植筋固定混凝土浇筑及养护。

3、操作要点

3.1施工平台搭设：应按施工要求进行。

3.2定位

按设计图对植筋部位放线定位,开凿钢筋保护层并做好定位标记,确定植筋部位的钢筋位置并标注在原构件上,若无法确定则先用小钻头试钻,必要时用钢筋探测仪对内部钢筋进行探测,以尽量准确了解原钢筋与钻孔的位置关系,保证一次钻孔成功。

3.3钻孔

采用冲击钻进行,钻孔时应避开原构件钢筋,施钻参数应符合设计要求,尽量避免对原结构造成破坏,还需留有足够的钢筋保护层和混凝土环握厚度,且不损伤原受力钢筋的性能。钻孔时一般要求深度达到16~20d(植筋直径),孔径比钢筋直径大6mm,孔间距不得小于200 mm，钻孔位置应正确，应一次成形以保证钻孔完整。混凝土构件孔道应干燥，否则要进行人工干燥处理，确保锚筋和混凝土粘结面固化前的绝对干燥。孔道直径、深度、位置等指标验收合格后方可进入下道工序。

3.4清孔

成孔后的孔道必须用空压机和硬塑毛刷或硬质尼龙刷清除孔道内的粉尘，增大胶粘剂与混凝土孔壁的摩擦力，避免由于粉尘产生隔离而影响粘结力。先用压缩空气将孔内灰尘吹出，然后用刷子来回清刷孔道，如此反复清孔3~4次，直至无粉尘为止。严禁用水冲洗。

3.5洗孔

用沾有丙酮的刷子清洗混凝土孔道周壁，以保证孔壁与结构胶的良好粘结，待丙酮挥发后，及时把孔道口塞上纸塞避免污染，待用。

3.6锚筋除锈

对锚固筋端部用钢丝刷或除锈机进行除锈，直至表面基本光亮无任何悬浮物为止。除锈的长度应大于锚固体锚结长度，除锈后的锚筋应用沾有丙酮的刷子清洗一遍，并置于干净的环境和容器上备用。

3.7配胶

按厂家要求的配合比进行拌合,要求搅拌均匀。结构胶最佳施工温度15℃～25℃，根据施工温度的变化，通过试验可适当的增减固化剂的用量。配胶应用精确的计量器具，先称胶剂，后称固化剂，称量器具应干净。配量不宜过多，以免时间过长粘胶变质后影响粘胶质量，一般一次配制的结构胶要在30～40分钟内全部用完。

3.8注胶

采用专用注射器注胶,注射管应伸入孔底,排除空气，边注胶边提拉,一般为孔深的1/3~1/2,胶粘剂灌注在孔内端且不能注满,其注胶量应以插入钢筋后有少量溢出为准。

3.9植筋固定

用植筋占满结构胶强力向内缓慢旋插入孔内,应一次性插入,然后把溢出的多余胶液抹净。注意：在清理遗留胶的时候，要小心轻缓，不得对钢筋进行摇摆或碰撞。对水平锚筋应注意外口流淌复补或用垫片阻挡。插筋后应保持钢筋植埋方向准确。当植筋直径较大时,可用铁锤敲击外露钢筋端部,以确保钢筋完全插入孔底。

在植筋没有凝固之前应对植筋进行支架，防止位移，确保位置准确，使植筋保持静止约20min,直至植筋胶固化和达到稳定要求为止。已完成的植筋应静态养护1~3天，视施工条件至少要1天。注意：已埋植好的钢筋保护工作，可以如挂明显标志牌等。

3.10混凝土浇注和养护

当植筋达到强度要求后,可以进行混凝土浇筑,注意不得将钢筋压弯,同时保证根部混凝土的密实度,浇筑后采取有效养护措施直至其达到设计强度要求。

4、质量要求

4.1原材料检验

植筋胶进场应有出厂合格证和产品检验报告，注明各项指标测试结果，进场后应复检其抗拉强度，弹性模量，抗压强度，合格后方可使用。

4.2锚固件质量检验

4.2.1施工前检验

施工前应按设计制作同条件的模拟试件，试件不少于3根，作抗拔检验，达到拔检验，达到设计要求后方可施工，否则应更换胶种或个性设计。

4.2.2施工后检验

施工中根据工程量大小抽取试件，试件数量为1/100，其中：一半做破坏性试验，一半做非破坏性试验，每种试验不少于两根。合格后方可验收，否则应作补强措施。

4.2.3施工中检验

施工中必须作好孔道深度、孔径、轴线、位置的检验，对偏位过大或未达到深度的锚筋应通过设计，进行补筋补强处理。随时检查清孔好坏和植筋胶填孔是否密实。

锚筋在凝固前必须保持静止状态，固化前严禁碰撞锚固件，一般在12~24小时，根据养护温度定。施工中尚需保持环境干燥和作好施工温度记录。

4.2.4锚固件检验方法

国内没有具体的标准，可采用经标定配套的油压表、千斤顶对锚固件进行抗拉，测得极限油表值，来推算锚固件的抗拉力，计算出粘结强度。

用于锚固件抗拔试验的锚具应采用专用的夹片工具锚，锚固性能好，使用进退方便，并能反复使用。

5、安全措施

操作人员进行高空、电气作业及使用机械设备，除遵守国家、部、省市等有关安全操作规定外，尚需注意：

5.1操作人员必须经过专业培训，懂得结构胶锚固件的操作工序；

5.2操作人员必须根据工作环境佩带防护用品，如安全帽、安全带、绝缘手套、绝缘鞋、风镜口罩等，并集中精力操作；

5.3操作脚手架应牢固可靠，周围应有防护栏杆。在没有绝触电保护装置，严禁零线与相线搞混，避免相线与结构钢筋连接造成触电事故；

5.4电器设备及架设应符合安全用电规定，应有接零或接地触电保护装置，严禁零线与相线搞混，避免相线与结构钢筋连接造成触电事故；

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随着我国建筑工程的不断发展，各种大规模的地下空间开发越来越多，为了可以达到建筑物的稳定性，对基坑工程的要求也越来越高，边坡支护技术可以为其有效的提供地下施工空间与安全保证。从目前建筑工程实际来看，特别是在高层建筑中，深基坑支护施工技术得到了重要应用，不但满足了高层建筑的实际需求，也提高了建筑工程的整体稳定性。为此，我们应该对建筑工程中的深基坑支护施工技术进行全面分析，提高深基坑支护施工技术的整体质量。

1、地基施工存在的问题

在进行地基施工时，常常会出现裂缝问题，如果处理不好，可能会导致后续施工工作难以进行。常见的裂缝问题，比如由于建筑地基加固措施不到位，地基的夯实密度不足，会出现建筑结构墙体或版型构造等建筑部位开裂现象。建筑地基质量会影响到整个建筑的质量，因此施工人员需要格外重视，掌握更加先进的施工技术，减少建筑施工问题的出现。如果建筑刚性较大的建筑在进行地基施工时，由于地基出现软硬不同的变形，可能会导致地面建筑结构物主体发生倾斜，甚至会导致坍塌。建筑地基施工如果处理不当就会引起地基下沉，尤其是在一些土质较差的地区，需要施工技术人员对其进行严格的施工控制，保证各项数据的准确性。比如在一些软土地基中，由于土壤的密实度不足，会导致地基的整体下沉，进而会影响到整个建筑质量。除此之外，如果土层或者岩层地基在长期受到外力的作用下，压密下沉，这样也会使得地基基础底面出现不均匀下沉，导致建筑地基质量下降。

2、建筑地基的处理方法

2.1夯实地基法

建筑地基在施工时，可以采用夯实法，这样可以更好的保证其施工质量水平。夯实法，顾名思义就是要将地基夯实，提升地基的密实度，这样可以减少地基的沉降现象。噶中施工方法主要是采用打夯工具夯击土层，将软土层中的空气和水分排出，增强土壤的密实度，同时还可以提升建筑层的承载力。在进行夯实施工时，施工人员一般会采用重锤夯实法或者强夯地基法两种施工方法。其中重锤夯实方法主要利用的是起重机械将夯锤提升到一定的高度，然后做自由落体运动，重复对地基进行夯击，从而达到夯实的效果。另一种强夯方法和重锤夯击相似，但是夯锤的重量和落体高度要远远大于前者。通过夯锤的冲击形成一定的压力，降低土壤缝隙体积，增强土壤的密实度，提升建筑地基承载强度。

2.2换填垫层法

换填垫层法主要是将建筑物基础下的土层换掉，从而提升建筑地基的承载力。比如在一些软土地基施工中，这些土壤的质量不能够达到地基施工要求，就需要采用该种施工方法，降低建筑地基的危险性。换填的方法比较简单，就是将一定深度的软土层挖出，然后回填强度较好、抗压力较大、密度较大的土壤或者其他材料，并对其进行夯实处理。通过这样的施工能够更好的保证建筑地基的施工质量，减少施工问题的出现。而且该种施工方法相对比较简单、工程造价较低，取材方便，在建筑地基施工的应用中较为广泛。

2.3灌注桩施工法

灌注桩施工方法主要应用于深层建筑地基的施工中，它能够更好的保证其施工质量。在进行该种施工时，可以利用深层搅拌机设备，沿着深度将固化剂和软土地基强制性搅拌形成水泥土桩，增强地基的承载力和密实度。在该种施工方法中，施工人员可以将固化剂作为干粉，让其充分吸收软土中的水分，降低土壤中的水分含量，更好的保证建筑地基的施工质量。而且该种方法可以最大限度的降低对建筑地基的震动，充分利用了原土，对周围环境的影响较小，在建筑地基的建设中有着比较广阔的应用前景。

3、边坡支护技术措施

3.1滑挡土墙施工

滑挡土墙施工技术在小型滑坡支护施工中应用比较多，而且操作相对简单，能够更好的保证建筑地基的施工质量水平。抗滑挡土墙通常情况下由两部分构成，一部分为抗滑桩，另一部分为挡土板，在进行施工时，施工人员可以将边坡下部分的活前言修剪相应的挡土墙。如果边坡的滑动较大，施工人员则可以利用刷土减重工程、抗滑挡土墙和排水工程联合技术来进行施工，充分保证建筑边坡的施工质量，减少施工问题的出现。同时在这样的施工中还需要不断提升施工人员的技术水平，认识到边坡施工处理的重要性，最大限度保证各项施工数据的准确性。

3.2土钉支护法

土钉支护方法主要是利用土钉沿着孔道与周围的土壤接触，形成一个网状的复合体，并且通过这些比较密集的土钉，在土壤中配合钢筋网喷射混凝土，使其和土壤充分结合，提升土壤的承载能力，减少滑坡现象的发生。除此之外，在这样的施工方法中，由于土壤的结构发生变化，并且在混凝土的影响下，它的整体刚度和稳定性就会上升，进而可以达到建筑地基边坡支护施工的技术要求，提升边坡的施工质量。但是由于施工时，如果没有对其边坡进行良好的处理，可能会导致整个建筑质量的下降，因此在进行边坡施工时，施工人员可以采用边施工边支护的施工方法，对每一项施工步骤都进行严格的控制，最大限度保证其施工质量。

4、结束语

综上所述，建筑地基施工技术和边坡支护技术对建筑安全有着非常大的影响，施工人员应该要不断学习先进的施工技术，更好的保证建筑施工质量。同时施工人员还要不断提升自身的责任意识，尤其是在建筑地基的施工中，需要掌握更多的施工技巧，发现施工问题时要及时上报，减少建筑地基的安全隐患，为后续工程的展开奠定基础，进而更好的促进我国建筑行业的发展，实现我国社会经济的进步。

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弹性力学是高等学校土木水利等专业的一门理论性与应用性都很强的基础课程，目前各高校很多学科根据本专业本科教育培养目标，实现宽口径、厚基础的教学基本要求，减少课时和精简内容。另外，土木类专业所面临的现代工程结构设计问题大多为非杆系的复杂结构体系，所以许多高等院校要求开设弹性力学和有限元课程，其目的是加强土木类本科生对复杂结构数值分析能力的培养，以提高他们从事科学研究和现代结构设计的能力。然而学生普遍认为弹性力学解决实际工程的能力远不如材料力学和结构力学，而且弹性力学理论抽象，数学推导麻烦，课程枯燥乏味，提不起学习兴趣。因此在现有的学时下如何保证教学的基本要求和基本内容，用什么方法和手段达到既增大信息量，减少教学时数，又能强化学生能力的培养，成为弹性力学教学中需要关注的问题。

一、高校弹性力学教学现状

为了提高结构力学和弹性力学的相关教学水平和研究成果，教育部高等学校力学教学指导委员会力学基础课程教学指导分委员会结构力学及弹性力学课程教学指导小组定期召开工作会议，2006年工作会议在武汉理工大学召开，2009年工作会议在成都西南交通大学举行，2014年10月工作会议在北京工业大学举行，各高校在每次会议中都对弹性力学的教学进行了教学改革成果和经验交流，对教学实践、课程建设和资源积累等问题进行了研讨。北京工业大学在弹性力学的教学中也进行了很多研究和改革，北京工业大学弹性力学课程的设置和教学与国内其他高校具有类似特点与问题。2006年之前弹性力学作为土木工程本科专业的必修或必选课，学时一般为40学时左右，使用教材以徐芝纶《弹性力学简明教程》为主要教学参考书。在2007版本科教学改革之后，弹性力学在土木工程专业本科中仍然设置为学科基础必修课，但学时改为16学时，考试时采用闭卷考试，对学生学习要求较高，较多学生仍然认为太偏重于理论，理论抽象，数学推导烦琐难以理解，并且其解决实际工程的能力远不如结构力学。在2012版教学计划后，课程性质以及学时都没变，但考试时采用开卷考试，对学生的公式推导要求降低。改为16学时时，教师和学生的感觉都是时间太紧张，学习压力大，所以在刚完成的2015版土木工程本科教学计划中，弹性力学进行了很多变化，首先课程性质发生了改变，由学科基础必修课改为学科基础选修课，让学生有选择的空间，其次学时增加为24学时，让选修弹性力学的同学能真正学习到弹性力学的主要内容。所以目前在现有的学时下，如何保证教学的基本要求和基本内容，用什么方法和手段达到既增大信息量，减少教学时数，又能强化学生能力的培养，成为教学中关注的问题，由此也产生了弹性力学教学内容多和学时少的矛盾。许多高校和研究者在弹性力学课程教学和研究上进行了教学改革，取得了较多有益成果，尽管如此，土木工程专业弹性力学课程在以下几方面尚有待研究与改革：（1）教学对象上，弹性力学通常主要在工程力学专业开设，需要充分考虑结合土木工程专业的特点。（2）教学思路上，仍然偏向工程力学方法，在内容选择上较偏向数学，主要是理论上的教学，对理论分析和数值分析结合对比方面缺少。（3）讲课内容中未能充分引入弹性力学领域的最新进展，尤其是与土木工程结构相关进展，因此在弹性力学课程的教学方式、教学内容、考试形式等方面需要进行一些思考和探讨，对弹性力学教学中的普遍与特殊问题进行研究与实践，将促进学校土木工程学科力学教学的发展。

二、尽可能地提高学生的“计算分析”理论水平

根据高等院校土木类专业本科指导性专业规范以及2015版培养方案规定的学时，需要考虑在既有学时下，使学生的理论水平能达到当今土木类专业的培养要求。

1.重点突出弹性力学分析思路和概念。

在教学中，在分析思路上，一般重点讲授弹性力学平面问题的相关问题，并且对弹性力学平面问题基本理论采取精讲的形式，对空间问题基本理论采取和平面问题基本理论相对比方法进行讲解。如果根据实际，直接从实际工程的三维问题，再到讲授二维问题可能更符合思维过程以及实际工程问题，使得思路更加自然，并且能节省教学课时。另外，在讲授方法思路中应突出思路、概念与结论。如弹性力学中的概念问题：弹性力学中应力的方向以及正负号的定义，平面应力问题和平面应变问题的区分，应力边界条件和位移边界条件的确定方法，处理局部边界条件的圣维南原理，等等，这些都是讲述平面问题基本理论中要熟练掌握的概念。

2.结合具体土木工程实例教学，附加一些分析程序和工具的介绍，拓宽学生分析方面的应用能力。

在介绍分析思路时，需要结合有实际工程背景的工程算例来分析，这样可以明确学习目的，激发学生的学习动力。在理论分析完成后，还可以介绍相应的数值分析方法，介绍Matlab计算程序或有限元分析工具，对理论分析过程数值化，让学生自己操作计算，分析结果。最后由于土木工程专业学生在实际工作中需要学会运用，可以结合一些设计规范进行学习，如：公路隧道设计规范（JTGD70-2004）建议采用弹性力学数值方法—有限元法计算围岩的隧道支护结构内力和变形等，通过在理论分析结果和数值分析对比的同时，还可以通过规范要求进行验算。

三、根据当今土木类本科生的培养要求，编写适合土木工程专业学生使用的教材

就目前而言，对于土木类本科生的弹性力学课程，各高等院校所安排的教学内容、教学时数及选用的教材均存有不同。换言之，对教学内容、教学时数及教材均没有统一的指定，仍处在各高校教师根据自己的教学经验进行不断地探索与总结。目前已出版的弹性力学教材有很多种，所使用的教材一般为《弹性力学简明教程》，徐芝仑编，高等教育出版社出版。这本教材所涵盖的内容较多、较全面，也比较深刻，对概念思路的解释较为简洁，但仍然有需要改进之处：（1）基本上从平面问题到空间问题最后到板壳一些特殊问题，分析讲解思路可以变化，让学生更快更容易的理解。（2）理论讲解较多，实际土木工程案例的分析较少。（3）理论推导比较多，数值分析对比较少，数值分析工具的应用较少等，另外学生学习的课余指导用书比较少。为此，编写更加适合土木工程专业的教材以及教材指导用书是有必要的。

四、改革单一的板书教学模式，研制《弹性力学》的CAI电子教案

作为一门强调理论与应用的课程，仅以单一的板书教学模式明显不足。例如，本课程中复杂的理论推导数学演示，这些均可通过CAI电子教案的教学来表述。此项教改工作的目的是在教学时数不足的情况下，就如何实现课堂教学气氛活跃、高效率地完成教学内容、突出理论联系实际等方面而为之。根据本课程教学大纲中教学内容的要求及依据更加丰富的教材，可以编制本门课程的CAI电子教案。在实际教学中，采用多媒体与板书相结合的教学模式，预期可以达到较好的教学效果，授课学生能给出较好的评价。另外，课内教学是本课程的主要任务。但由于本门课程在土木专业上的应用性较强，学生的课程设计、毕业设计均会遇到实际结构问题的数值分析，对此需要课外指导，因此建立教师学生互动平台和窗口也是有必要的。

五、结语

为了提高土木工程专业弹性力学课程教学质量和效果，本文分析了土木工程专业弹性力学课程的教学相关问题，并探索了土木工程专业弹性力学课程的教学改进方法。1.尽可能地提高学生的“计算分析”理论水平，使学生的理论分析水平达到当今土木类专业的培养要求。2.根据当今土木类本科生的培养要求，编写适合土木工程专业学生使用的教材。3.改革单一的板书教学模式，研制《弹性力学》的CAI电子教案，并建立教师互动平台和窗口。

参考文献：

[1]徐芝纶.弹性力学[M].第3版.北京：高等教育出版社，1990：181.

[2]马崇武，秦怀泉.力学与土木工程专业的力学课程教学[J].高等理科教育，2007，（6）：135-137.

[3]张宇星，吕建国.工程力学考试方法的探索与实践[J].高等理科教育，2005，（4）：128-129.

[4]铁木辛柯，古地尔.弹性理论[M].第3版.北京：清华大学出版社，2004：168.

[5]杨桂通.弹性力学[M].北京：高等教育出版社，1998.

[6]刘京红，等.土木工程专业弹性力学课程教学改革的探索[J].科技情报开发与经济，2007，（24）.

[7]王雁然.弹性力学及有限元教学的实践与研究[J].建筑教育改革理论与实践，2005，（6）

[8]原方，吴洁.研究生弹性力学教学方法及问题探讨[J].力学与实践，2005，（2）.

[9]周全太.土木工程专业弹性力学课程教学的若干思考[J].无锡教育学院学报，2005，25（2）：73-76.

篇（6）

弹性力学是高等学校土木水利等专业的一门理论性与应用性都很强的基础课程，目前各高校很多学科根据本专业本科教育培养目标，实现宽口径、厚基础的教学基本要求，减少课时和精简内容。另外，土木类专业所面临的现代工程结构设计问题大多为非杆系的复杂结构体系，所以许多高等院校要求开设弹性力学和有限元课程，其目的是加强土木类本科生对复杂结构数值分析能力的培养，以提高他们从事科学研究和现代结构设计的能力。然而学生普遍认为弹性力学解决实际工程的能力远不如材料力学和结构力学，而且弹性力学理论抽象，数学推导麻烦，课程枯燥乏味，提不起学习兴趣。因此在现有的学时下如何保证教学的基本要求和基本内容，用什么方法和手段达到既增大信息量，减少教学时数，又能强化学生能力的培养，成为弹性力学教学中需要关注的问题。

一、高校弹性力学教学现状

为了提高结构力学和弹性力学的相关教学水平和研究成果，教育部高等学校力学教学指导委员会力学基础课程教学指导分委员会结构力学及弹性力学课程教学指导小组定期召开工作会议，2006年工作会议在武汉理工大学召开，2009年工作会议在成都西南交通大学举行，2014年10月工作会议在北京工业大学举行，各高校在每次会议中都对弹性力学的教学进行了教学改革成果和经验交流，对教学实践、课程建设和资源积累等问题进行了研讨。北京工业大学在弹性力学的教学中也进行了很多研究和改革，北京工业大学弹性力学课程的设置和教学与国内其他高校具有类似特点与问题。2006年之前弹性力学作为土木工程本科专业的必修或必选课，学时一般为40学时左右，使用教材以徐芝纶《弹性力学简明教程》为主要教学参考书。在2007版本科教学改革之后，弹性力学在土木工程专业本科中仍然设置为学科基础必修课，但学时改为16学时，考试时采用闭卷考试，对学生学习要求较高，较多学生仍然认为太偏重于理论，理论抽象，数学推导烦琐难以理解，并且其解决实际工程的能力远不如结构力学。在2012版教学计划后，课程性质以及学时都没变，但考试时采用开卷考试，对学生的公式推导要求降低。改为16学时时，教师和学生的感觉都是时间太紧张，学习压力大，所以在刚完成的2015版土木工程本科教学计划中，弹性力学进行了很多变化，首先课程性质发生了改变，由学科基础必修课改为学科基础选修课，让学生有选择的空间，其次学时增加为24学时，让选修弹性力学的同学能真正学习到弹性力学的主要内容。所以目前在现有的学时下，如何保证教学的基本要求和基本内容，用什么方法和手段达到既增大信息量，减少教学时数，又能强化学生能力的培养，成为教学中关注的问题，由此也产生了弹性力学教学内容多和学时少的矛盾。许多高校和研究者在弹性力学课程教学和研究上进行了教学改革，取得了较多有益成果，尽管如此，土木工程专业弹性力学课程在以下几方面尚有待研究与改革：

（1）教学对象上，弹性力学通常主要在工程力学专业开设，需要充分考虑结合土木工程专业的特点。

（2）教学思路上，仍然偏向工程力学方法，在内容选择上较偏向数学，主要是理论上的教学，对理论分析和数值分析结合对比方面缺少。

（3）讲课内容中未能充分引入弹性力学领域的最新进展，尤其是与土木工程结构相关进展，因此在弹性力学课程的教学方式、教学内容、考试形式等方面需要进行一些思考和探讨，对弹性力学教学中的普遍与特殊问题进行研究与实践，将促进学校土木工程学科力学教学的发展。

二、尽可能地提高学生的“计算分析”理论水平

根据高等院校土木类专业本科指导性专业规范以及2015版培养方案规定的学时，需要考虑在既有学时下，使学生的理论水平能达到当今土木类专业的培养要求。

1.重点突出弹性力学分析思路和概念。在教学中，在分析思路上，一般重点讲授弹性力学平面问题的相关问题，并且对弹性力学平面问题基本理论采取精讲的形式，对空间问题基本理论采取和平面问题基本理论相对比方法进行讲解。如果根据实际，直接从实际工程的三维问题，再到讲授二维问题可能更符合思维过程以及实际工程问题，使得思路更加自然，并且能节省教学课时。另外，在讲授方法思路中应突出思路、概念与结论。如弹性力学中的概念问题：弹性力学中应力的方向以及正负号的定义，平面应力问题和平面应变问题的区分，应力边界条件和位移边界条件的确定方法，处理局部边界条件的圣维南原理，等等，这些都是讲述平面问题基本理论中要熟练掌握的概念。

2.结合具体土木工程实例教学，附加一些分析程序和工具的介绍，拓宽学生分析方面的应用能力。在介绍分析思路时，需要结合有实际工程背景的工程算例来分析，这样可以明确学习目的，激发学生的学习动力。在理论分析完成后，还可以介绍相应的数值分析方法，介绍Matlab计算程序或有限元分析工具，对理论分析过程数值化，让学生自己操作计算，分析结果。最后由于土木工程专业学生在实际工作中需要学会运用，可以结合一些设计规范进行学习，如：公路隧道设计规范（JTGD70-2004）建议采用弹性力学数值方法—有限元法计算围岩的隧道支护结构内力和变形等，通过在理论分析结果和数值分析对比的同时，还可以通过规范要求进行验算。

三、根据当今土木类本科生的培养要求，编写适合土木工程专业学生使用的教材

就目前而言，对于土木类本科生的弹性力学课程，各高等院校所安排的教学内容、教学时数及选用的教材均存有不同。换言之，对教学内容、教学时数及教材均没有统一的指定，仍处在各高校教师根据自己的教学经验进行不断地探索与总结。目前已出版的弹性力学教材有很多种，所使用的教材一般为《弹性力学简明教程》，徐芝仑编，高等教育出版社出版。这本教材所涵盖的内容较多、较全面，也比较深刻，对概念思路的解释较为简洁，但仍然有需要改进之处：

（1）基本上从平面问题到空间问题最后到板壳一些特殊问题，分析讲解思路可以变化，让学生更快更容易的理解。

（2）理论讲解较多，实际土木工程案例的分析较少。

（3）理论推导比较多，数值分析对比较少，数值分析工具的应用较少等，另外学生学习的课余指导用书比较少。为此，编写更加适合土木工程专业的教材以及教材指导用书是有必要的。

四、改革单一的板书教学模式，研制《弹性力学》的CAI电子教案

作为一门强调理论与应用的课程，仅以单一的板书教学模式明显不足。例如，本课程中复杂的理论推导数学演示，这些均可通过CAI电子教案的教学来表述。此项教改工作的目的是在教学时数不足的情况下，就如何实现课堂教学气氛活跃、高效率地完成教学内容、突出理论联系实际等方面而为之。根据本课程教学大纲中教学内容的要求及依据更加丰富的教材，可以编制本门课程的CAI电子教案。在实际教学中，采用多媒体与板书相结合的教学模式，预期可以达到较好的教学效果，授课学生能给出较好的评价。另外，课内教学是本课程的主要任务。但由于本门课程在土木专业上的应用性较强，学生的课程设计、毕业设计均会遇到实际结构问题的数值分析，对此需要课外指导，因此建立教师学生互动平台和窗口也是有必要的。

五、结语

为了提高土木工程专业弹性力学课程教学质量和效果，本文分析了土木工程专业弹性力学课程的教学相关问题，并探索了土木工程专业弹性力学课程的教学改进方法。

1.尽可能地提高学生的“计算分析”理论水平，使学生的理论分析水平达到当今土木类专业的培养要求。

2.根据当今土木类本科生的培养要求，编写适合土木工程专业学生使用的教材。

3.改革单一的板书教学模式，研制《弹性力学》的CAI电子教案，并建立教师互动平台和窗口。

参考文献：

[1]徐芝纶.弹性力学[M].第3版.北京：高等教育出版社，1990：181.

[2]马崇武，秦怀泉.力学与土木工程专业的力学课程教学[J].高等理科教育，2007，（6）：135-137.

[3]张宇星，吕建国.工程力学考试方法的探索与实践[J].高等理科教育，2005，（4）：128-129.

[4]铁木辛柯，古地尔.弹性理论[M].第3版.北京：清华大学出版社，2004：168.

[5]杨桂通.弹性力学[M].北京：高等教育出版社，1998.

[6]刘京红，等.土木工程专业弹性力学课程教学改革的探索[J].科技情报开发与经济，2007，（24）.

[7]王雁然.弹性力学及有限元教学的实践与研究[J].建筑教育改革理论与实践，2005，（6）

[8]原方，吴洁.研究生弹性力学教学方法及问题探讨[J].力学与实践，2005，（2）.

[9]周全太.土木工程专业弹性力学课程教学的若干思考[J].无锡教育学院学报，2005，25（2）：73-76.

篇（7）

从高校研究生培养计划可以看出，研究生的课程受专业限制很大，这就导致本专业研究生与跨专业研究生几乎没有什么区别，个体差异关注不够，课程内容前沿性、综合性不够，交叉学科课程、综合性课程较少。

（二）跨学科人才培养中，研究生课程体系构建导师起主导作用

首先，由于理工类研究生大多是在各自导师的指导下进行个别培养，受导师自身专业背景的局限与依赖，各学科之间存在着较大跨度等原因，致使学生很难进行跨学科研究。其次，当前的研究生培养模式中，导师的课题方向决定研究生的选课方向。

（三）院系设置以学科为主导，不利于跨学科课程整合

目前，我国高校主要以学科为主导设置院系，而以跨学科设置院系的高校较少。现有院系设置不利于不同学科之间的沟通与交流，不利于不同专业之间的课程整合。这样的局面势必会影响学生对知识的追求热情，势必会影响学生的科研积极性，势必会影响学生的创新欲望。

二、农业工程与土木工程跨学科课程体系的构建

前面系统地讨论了建立跨学科培养研究生课程体系的意义及目前存在的弊端，现结合黑龙江八一农垦大学工程学院农业工程与土木工程两个学科的实际，对北方寒区农业水利工程与水利资源利用和设施农业结构防灾减灾两个方向进行跨学科课程体系分析。在确立课程体系时我们设计了《农业工程和土木工程跨学科培养研究生课程体系建设调查问卷》。在制作调查问卷设计时，我们充分考虑两个交叉专业可能出现的课程共通性，尽可能设计更多的课程，力求使交叉学科的研究生具有宽泛的理论基础，使交叉学科的研究生所学到的知识适应两个专业发展的需要。

（一）调查问卷统计

本次发放调查问卷的对象是黑龙江八一农垦大学工程学院的在职教师，共收到23份有效问卷。参与问卷调查的教师年龄集中在28—38岁和38岁以上两个年龄区间，具有硕士研究生以上学历的占95.65%，具有副教授职称和教授职称的总和占65.20%，问卷填写教师的任职专业主要集中在机械设计制造及其自动化专业，农业机械化及其自动化专业和土木工程专业，其他专业总和低于10%。

（二）交叉学科课程体系分析

1.北方寒区农业水利工程与水利资源利用方向。交叉学科研究生培养方案要求学术型研究生所修学分总数大于等于30学分，扣除英语、中国特色社会主义理论与实践研究及自然辩证法概论等必修课外，交叉学科研究生必须选修不少于五门的基础必修课，其中数值分析是学位必修课，还需要选修4门基础必修课。基础必修课的数据统计结果如下：在备选的15门课程中，数值分析得票最高23票，土壤水文过程模拟得票最少仅为8票。考虑到交叉学科研究内容的宽泛性，结合统计结果，去掉土壤水文过程模拟、土壤物理化学、喷微灌理论与技术三门课程。这样在北方寒区农业水利工程与水利资源利用方向就剩下12门课在基础必修课模块内供交叉学科研究生选修。课程名称如下：数值分析、数学物理方程、土壤水动力学、水工建筑物健康监测与检测、节水灌溉工程学、计算流体力学、水土资源规划与评价、高等水工建筑物、新型建筑材料及其应用、灌溉原理与技术、地下水资源评价理论与方法、流体仿真与软件应用。研究生培养方案要求在选修课模块所修学分大于等于10学分，而每门课的学分分配是1.5或2学分。结合统计结果，选修课模块去除土壤学与肥料学及环境水利学两门课，保留其余12门得票较多的课程供交叉学科研究生选修。课程名称如下：水生态工程学、粘性流体动力学、弹塑性力学、生态水文学、现代环境监测与控制、环境水动力学、土壤学与农作物学、水工钢结构、水工混凝土、水文学与水利计算、农田水利学水力学。

2.设施农业结构防灾减灾方向。交叉学科研究生培养方案要求研究生所修学分大于等于30学分。去掉中国特色社会主义理论与实践研究、自然辩证法概论、英语及学位课数值分析，每位交叉学科的研究生必需选择不少于4门基础必修课。问卷结果表明，除设施环境工程学获得11票外，其他13门课，每门课程所得票数比较均衡，最低票数是15票，最高票数是22票。考虑到设施环境工程学和防灾减灾的关联性不是很大，结合统计结果把设施环境工程学去掉不作为基础必修课的选用课程，这样基础必修课就改成13门课，供交叉学科研究生选择。课程名称如下：数值分析、数学物理方程、农业设施概论、农业生物环境工程、结构动力学、高等结构力学、计算力学、有限元原理、工程结构加固技术、建筑火灾安全新技术、地震工程学、建筑结构抗风设计、工程结构优化设计。

篇（8）

作者简介：张玉（1985-），男，山东青岛人，中国石油大学（华东）储建学院，讲师；俞然刚（1966-），男，山东青岛人，中国石油大学（华东）储建学院，教授。（山东 青岛 266580）

基金项目：本文系山东省重点教学改革项目（项目编号：2012017）的研究成果。

中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）31-0079-03

力学分析、求解是土木工程专业的理论基础知识，在土木工程教学中的地位尤为重要。教学过程中如何让学生理解土木工程结构的力学体系，灵活运用基础理论知识分析结构的组成、受力及变形特点，并对实际复杂结构开展力学特性分析是当前学习的难点和重点问题。传统的教学方式中教师主要以板书讲解和力学试验演示为主，学生则基于相应的习题采用手工计算的方法予以求解，其弊端在于教学形式单一，教学内容枯燥，学生易产生视觉疲劳感，进而失去学习兴趣，学习效率亦降低。[1]此外，传统的教学方法虽能够讲解基本原理和计算方法，但学生很难灵活运用所学知识解决实际问题，尤其针对复杂度较高的工程结构，手工力学求解几乎不可能实现，造成理论与实践应用的脱节。随着社会信息化程度越来越高，计算机技术的应用突飞猛进，在土木工程教学体系改革中，基于数值仿真（Numerical Simulation）技术对典型土木结构的应力、应变进行分析，并采用图表、图形、动画等方式将结果直观呈现，得到了愈发普遍的应用，此方法不但激发了学生学习的兴趣，促进了教学进步，亦提供了良好的理论联系实际的平台。[2，3]数值仿真技术能节省手工计算时间，且比手工计算更为精确、简洁，具有实用性强、灵活度高、修改方便等优点，尤其针对大型结构工程，优势更为突出，进而导致手工计算愈发减少，在工程分析中的地位愈发降低。

虽然仿真计算的优点显而易见，但就土木工程力学分析过程而言，手工计算仍占有重要的意义。手工计算分析无需设备，不受环境、地点影响，且优秀的力学分析图亦可作为艺术品进行欣赏。此外，通过手工计算求解，学生可掌握各种土木工程结构的力学分析方法、受力图绘制、数学求解技能，以及开展结构工程分析的基本方法和步骤，进而夯实和加深对力学基本理论的认知程度，为解决实际工程问题奠定基础。故仿真软件不能完全替代手工力学分析，两者应有效结合、并重。实际工程设计中，设计人员初期并不能对复杂结构的力学状态进行掌控，此时需要将简单结构开展手工计算，勾画力学分析图，基于此对整体有部分掌握，进而借助相关仿真软件开展详细的数值分析。因此，对土木工程专业学生而言，手工计算和仿真软件的应用均为必备的能力，教学过程中两者相互补充、相互结合亦是授课的主要内容。

一、手工计算的特点与应用

手工计算首先应提取工程简化模型，以杆系结构为例，需采用结构力学手段进行手工分析。内力和位移作为工程结构研究的重点物理量，各种力学求解方法均以此为基础，形成了土木工程分析中常用的“力法”和“位移法”。对两种方法手工计算基本原理阐述的基础上，对实际桁架结构内力开展计算分析，由此归纳总结出一般计算步骤。

1.力法

力法比较符合人们惯常的思维方式，是求解力的方程的传统方法，策略为“先削弱后修复”，即先解除某些约束，将结构修改为静定结构，再构建力学方程来求解约束力，恢复结构的约束性态。基本方程本质上为位移方程，依靠结构变形、位移协调的几何条件列出，位移则依据基本结构内力由虚功原理得到。[4]

2.位移法

位移法是以位移为基本未知量的求解方法。长期以来，人们对位移的关注远落后于内力，已有各种结构设计规范均以强度设计为主，进而探讨内力设计；而刚度设计的计算工作量和重视程度被视为次要的。“位移法”计算策略为“先加强后修复”，即让结构所有节点完全固定，使其成为无关联的单跨超静定梁，以达到力矩和剪力的平衡，进而消除在节点处产生的不平衡力和力矩。基本方程本质上为平衡方程，依靠结构在结点处的力或力矩列出。还有一种方法是附加约束上施加外力，认为结构发生与原结构一致的节点位移。相对于“力法”，“位移法”存在两个假定：一是忽略轴力产生的轴向变形的影响，杆件变形前的直线长度与变形后的曲线长度相等；二是弯曲变形微小，并忽略剪切变形的影响，杆件变形后的曲线长度与弦线长度相等。

力法中，基本未知量数目等于结构超静定次数；位移法中，独立的结点位移，基本未知量与结构的超静定次数无关，须加入附加约束得到超静定基本体系，由此认为力法和位移法是相反互补的。从基本未知量看，力法去掉多余约束力，位移法则利用独立的结点位移；从基本体系看，力法是去掉约束，位移法是加约束；从基本方程看，力法是构建位移协调方程，位移法是构建力系平衡方程。近年来，逐步出现的分层法、D值法和反点法的计算公式都是建立在力法和位移法的基础上的。[4]以简单桁架结构为例（图1）对手工计算方法予以说明，进而归纳总结出计算步骤。

综合上述条件，得到，。归纳出手工计算一般步骤为：确定力学模型和结构未知量，绘出基本力学体系；作结构力学分析图及荷载的变形图；得到力学体系方程；解方程，将系数和自由项代入力法方程，求解未知力。

二、数值仿真技术的特点与应用

作为现阶段发展较为完整的土木工程计算方法，仿真技术是以计算机为手段，通过对实际问题建立抽象化模型，结合数值方法获取结构的内力和变形，并采用图像、图表展示相关计算结果，进而解决实际工程和物理问题。[2]土木工程教学过程中涉及到的数值计算方法包括有限单元法、有限差分法、边界元法和离散单元法等，应用较多的仿真软件包括ANSYS、ADNIA、ABAQUS、FLAC和SAP2000等。上述软件和方法的应用已普及于建筑、结构、设备、交通、水利和城市规划等各个土木工程领域，主要应用于工程设计的自动化、施工过程的力学分析和建筑物的短长期稳定性等方面。且已从单体、局部结构的仿真分析向工程整体复杂结构设计、安全仿真发展；从二维、静态的力学机制向动态、三维的实时控制发展。教学过程中仿真计算的引入，不但丰富了教学手段与内容，提高了教学效果，开拓了学生的思维，亦为学生毕业后从事实际工程工作奠定了基础。

仿真技术课程应安排在学生掌握力学基础知识、手工计算技能之后。作为当今土木工程专业学习不可缺少的重要环节，此课程不但有利于加深对传统的抽象力学知识的掌握，亦是以后研究和学习后续专业课程的重要基础。在土木工程教学中的应用实践主要体现在四个方面：结构动力学是结构力学教学的难点，仿真课程可为学生提供直观动力反应分析；材料力学主要研究杆件的强度、刚度和稳定性，而横力弯曲及变形挠度是学习的难点，仿真技术可考虑典型荷载分布因素的影响，得到杆件横力弯曲时挠度的变形图；弹塑性力学是研究各种结构或构件在弹塑性阶段的应力和位移，校核是否满足强度、刚度和稳定性要求，并寻求和改进相关计算方法；数字仿真技术可将复杂三维问题简单化，有效地处理实际工程中遇到的岩土体强度、桩同作用及混凝土静动力开裂等问题。

ABAQUS被认为是功能最强的有限元软件之一，它融结构、传热学、流体、声学、电学以及热固耦合、流固耦合、热电耦合、声固耦合于一体，可以分析复杂的固体力学、结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。[5]利用该软件对上述手工计算的简单桁架结构开展仿真分析（图1），对应力分布和最大变形量予以研究（图3、图4），计算结果与手工分析一致。虽然仿真软件种类繁多，但一般计算步骤类似：构建结构数值模型；模型材料和截面特性设置；设置装配件和计算分析步；施加荷载和边界条件；划分网格开展分析；结果后处理。

三、两者的有效结合和意义

清华大学袁驷[6]教授提出“一个基础，两座大厦”的力学教学体系改革方案，“一个基础”指经典力学理论，“两座大厦”分别指程序力学和定性分析。此方案将基于手工分析的经典力学、仿真计算的程序力学和结果的定性分析三者有机统一，相辅相成。但在当今土木工程教学改革实践过程中，手工分析和仿真计算的结合教学实践并不多见，大多数院校教学过程均仅重视手工分析，容易导致学生对力学在土木工程中的作用认识不清晰，不知道土木工程专业中力学的学习目的，亦不知如何应用力学原理解决实际工程问题；教学中单纯的数值仿真亦会引起学生对前期力学理论知识理解不够，重要知识点认识不清晰，基础薄弱，导致后续专业课程脱节；且实际数值仿真操作过程如遇到程序或参数错误，学生亦无法确定内力图是否正确，更不知道如何手工计算校核。因此，教学过程中，尤其力学理论知识授课完毕后，教师应合理调整授课方案，开展有利于提高教学效果的教学改革，并在实践中加以修改和完善。建议教学方案为基于工程实例，采用手工分析和仿真计算相融合的教学方式，由简至繁、由浅至深地讲授力学计算方法。首先提高学生对力学理论知识的理解和手工计算的熟悉程度，这是后续学习的基础，不容忽视；其次，应用仿真软件进行复杂问题的求解和实际工程的掌控。通过此种综合教学方式，完善了教学方案，实现了授课过程中教案的动态变化，让学生对整个力学求解过程和应用均有了全面的认识，进而开发了学生科学的思维，使学生对课程和今后从事的工作具有全局性的认识和理解，培养了学生用所学知识分析和解决实际问题的能力，亦为教师合理开展后续专业课程教育做准备。

综上所述，土木工程专业教学过程中手工计算和仿真技术的有效结合是激发学生学习兴趣、引导学生自我思考、让学生在有限的学时内掌握力学基本原理和利用所学理论知识解决实际工程问题的良好途径。与此同时，亦推动了教学改革，引领土木工程课程的良性发展。而且目前高校土木专业教师队伍均具有较高的学位和科研综合素质，尤其是专业课程教师基本都具有硕士、博士学位，不但拥有扎实的力学基础修养，亦对仿真软件有较多的接触与应用，为教学过程中两者有效结合提供了保证。以中国石油大学（华东）土木工程专业为例，针对专业课教育，基于青年教师的自身优势，在传统力学教育的基础上，开设了“土木工程分析软件与应用”课程，讲授了ANSYS、ABAQUS、FLAC和SAP2000等仿真软件的操作与应用，取得了良好的教学效果，亦为自主研发针对性和适用性更强的仿真软件提出了挑战。

四、结论

本文研究的手工计算和仿真技术相结合的教学方法，在土木工程专业课程中具有较多的优点和良好的可行性，故教学课程改革过程中应予以推广。且笔者认为土木工程教学改革过程中，不但要注重理论的创新和基础的牢固，亦须兼顾实践的创新与应用，采用多种手段，丰富学习方式，让学生学习基础理论的同时，亦能理解在实际工程中的应用，同时引导后续课程学习和开展相关研究。这与清华大学范钦珊[7]教授提出的课堂教学应坚持“素质教育、工程教育、创新教育”紧密结合，坚持“理论教学和实践教学计算机分析相结合”，坚持相关课程的整合形成系列化完整教学体系，坚持“课内课外结合”的教学理念相一致。

参考文献：

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[2]卢玉林，卢滔，王振宇，等.数值仿真技术在建筑力学教学中的应用[J].高等建筑教育，2012，（2）.

[3]李丽君，许英姿.CAE软件在力学教学与实践中的应用[J].实验技术与管理，2010，（10）.

[4]龙驭球，包世华.结构力学[M].北京：高等教育出版社，2007.

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1、前言

多数岩土工程都处于弹塑性状态，因而岩土塑 性在岩土工程的设计中至关重要。早在1773年 Coulomb提出了土体破坏条件，其后推广为Mohr― Coulomb条件。1857年 Rankine研究了半无限体的 极限平衡，提出了滑移面概念。1903年 Kotter建立了滑移线方法。Felenius（1929）提出了极限平 衡法。以后 Terzaghi、Sokolovski又将其发展形成了较完善的岩土滑移线场方法与极限平衡法。1975 年，W.F.Chen在极限分析法的基础上又发展了土的极限分析法，尤其是上限法。不过上述方法都是在采用正交流动法则的基础上进行的。滑移线法与极限分析法只研究力的平衡，未涉及土体的变形与位移。[1]20世纪50年代开始，人们致力于岩土本构模型的研究，力求获得岩土塑性的应力一应变关系，再结合平衡方程与连续方程，从而求解岩土塑性问题。由此，双屈服面与多重屈服面模型l1-41、非正交流动法则在岩土本构模型中应运而生。真正的土力学必须建立在符合土本身特性的本构模型的基础上，而本构模型的建立必须有符合岩土材料变形机制的建模理论。岩土塑性力学是一门新兴学科，也是建立岩土本构模型的基础。[2-4]

2、土木工程材料本构方程综述

土木工程材料的本构行为一直工程技术界和力学学术界关注的焦点之一，其研究热度之所以长盛不衰，一方面是由于它涉及工程的安全性，事关重大；另一方面是因其机理复杂、个性突出，极富挑战性。[5]

土体本构关系比金属材料更加复杂，在本构分析时，更加需要强化试验测试和理论研究、科学的确定材料参数、合理的构建实用的本构模型，并通过现场测试的验证使其不断完善。土的非线性弹性本构模型有两个具有代表性：一个是国内土工界常用的Duncan-Chang模型（1970.1980），另一个是计入球张量和偏张量交叉效应的沈珠江模型（1986）。土的弹塑性本构分析和建模既要置于弹塑性理论框架之内，又要紧密结合土体工程实际，突出其主要特性，反映其个性特征。土的弹塑性本构模型最常用的是修正的剑桥模型。

3、岩土塑性力学原理综述

经典塑性力学是以金属材料为研究主体，在建立金属材料本构关系和分析金属材料相关的工程问题等方面，已经形成了一套较完善的理论和方法。同弹性力学一样，塑性力学也是连续介质力学的一个分支，它的基本方程式：①描述物体平衡状态的平衡方程；②描述物理变形的几何方程；③刻画材料物理状态和力学性质的本构方程。前两类方程与材料性质无关，因此普遍适用。塑性力学与弹性力学的主要区别在于第三类方程不同。经典塑性力学只适应于金属材料，当用于岩土类摩擦材料时就会出现一些不符合实际的情况，理论计算结果与土工试验结果出现诸多矛盾。因而岩土塑性力学既要吸收经典塑性力学中采用的基本解题方法，又需要对经典塑性力学进行必要的改造，使之适应岩土材料的变形机制。

岩土材料进入塑性状态后，应变不仅取决于应力状态，而且还取决于应力历史，因此，一般无法建立应变全量与应力全量的关系。增量理论将整个加载历史看成 一系列的微小增量加载过程所组成，研究每个微小增量加载过程中应变增量与应力增量之间的关系，再沿加载路径依次积分应变增量最终的应变。增量理论能够反映应力历史的相关性，但数学处理相对比较复杂。早期属于这类理论的主要有：Levy-Mises理论和Prandtl-Reuss理论。[6]增量理论的本构方程通常采用应力与应变的时间率形式表达，其假定材料本构关系是率无关的，即不受时间的影响，因此采用应力与应变的增量形式表达。

4、有限元法综述

有限单元法（FEM，简称有限元法）是将微分方程（组）简化为线性代数方程组从而求解问题的一种数值分析方法。1909年Ritz提出了求解连续介质力学中场问题近似解得一个强有力的方法，这种方法利用未知量的试探函数将势能泛函近似化来进行求解。1960年Clough把这种解决弹性力学问题的方法定义为有限元法，与此同时，中科院冯康教授提出了一个高效能的求解复杂偏微分方程组问题的计算方法，这种方法特别适用于解决大型复杂的结构工程和固体力学问题，在此时期，冯康教授的研究小组在完成几个大型水坝应力计算中就应用了这一方法。20世纪60年代后，FEM应用于各种力学问题和非线性问题，并得到迅速发展。1970年后，FEM被引入我国，并很快地得到应用和发展。

有限元法已成为求解复杂岩土工程问题的有力工具，在求解弹塑性问题和流变、动力、非稳态渗流等时间相关问题，以及温度场、渗流场、应力场的耦合问题等复杂的非线性问题的效能使其成为岩土工程领域中应用最为广发的数值分析手段。大多数岩土工程问题，如岩土边坡、地下工程、结构-岩土相互作用等，都涉及无限域或者半无限域，处理这些问题通常是在有限的区域内进行离散。为了使离散不会产生大的误差，必须取足够大的计算范围，并使假定的外边界条件尽可能的接近真实状态。理论分析和计算实践表明，当由于结构或者工程岩土体某一部位开挖卸荷时，对周围土体的应力及位移有明显影响的范围大约是开挖或者结构物与土体作用面得轮廓尺寸的2.5～3倍。在此范围之外，影响甚小，可忽略其影响。考虑到有限元离散误差和计算误差，为了保证必要的计算精度，计算范围应取不小于3～4倍。在这种情况下，外边界可以采取两种方式处理，一是将在距离荷载作用部位足够远的外边界位移设为0；另一种则假定外边界为受力边界。但无论哪种方式都同实际的无限域不完全一致，因而都存在误差。这种误差会随着计算区域的减小而增大，并且在靠近外边界处都比远离外边界的误差大，此现象称为边界效应。在用有限元求解岩土工程问题时必须注意边界效应的影响。

参考文献：

[1]朱加铭.有限元法与边界元法，哈尔滨工程大学出版社.2002年2月

[2]丁天彪.数值计算方法，黄河水利出版社.2003年1月

[3]周世良.无限元在岩土工程数值分析中的应用，重庆交通学院学报2004.12

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中图分类号：G6424文献标志码：A文章编号：10052909（2016）03015604

土木工程专业是实践性很强的学科。改革开放以来，随着我国大规模基本建设的开展，对土木工程专业人才的需求迅速增长，开办土木工程专业的高校已由最初的“建筑老八校”增加到迄今为止的362所学校，土木工程专业的师生人数在各个高校的工科专业中也达到了最多[1]。土木工程学科的规模建设满足了我国对工程技术人才的需求，但在土木工程专业人才的培养过程中也暴露出诸多问题，如缺少创造性，动手实践能力差，团队协作意识欠缺。造成这些缺陷的原因是多方面的，但教育培养模式首先值得反思[2]。土木工程专业的学生是作为未来工程师来培养的，要使其能成为一名优秀的工程师，社会责任和人文情怀的培养固然重要，但最重要的素质应该是创造精神、动手能力和团队协作意识。为了培养这些素质，仅靠高校常规的教学环节是不够的，组织开展大学生结构设计竞赛是一个很好的补充培养平台[3-4]。

一、 湖南省大学生结构设计竞赛

湖南省大学生结构设计竞赛是在原省建设厅主办的土木建筑类大学生结构模型创作竞赛基础上发展而来的，现由湖南省教育厅、湖南省住房和城乡建设厅联合主办，由湖南省建设人力资源协会和湖南省高校轮流承办，是湖南省教育厅重点支持的学科竞赛之一。从2012年到2015年，湖南省大学生结构设计竞赛已成功举办了四届，其宗旨是：通过专业知识的综合运用，多方面培养大学生的创新意识、创新设计能力、动手实践能力和综合素质，加强高校间的交流与合作，并推荐每届的第1名参加全国大学生结构设计竞赛。从已举办的四届来看，规模是越来越大，特别是通过网络媒体的宣传展示，其影响力在湖南省各个高校土木工程学子中更加深入人心。各届竞赛概况见表1。高规格、高层次的结构设计竞赛为培养国家创新型人才起到了推动和促进作用。对于参赛者来说，结构竞赛是一项高难度的创造性工作，无论获奖与否，学子们都能从挑战中领悟到结构设计和团队协作的真谛，受益终生。

二、 结构分析软件

结构设计竞赛中有三个方面的工作非常关键：概念设计、优化分析、模型制作。这三个方面相互联系，各有侧重。从概念设计出发，结构优化分析宜采用简化的手算为主，但由于竞赛的残酷性，决定比赛名次的结构重量或位移往往以克或毫米来计算，这就使参赛者不得不借助高层次的有限元结构分析软件对结构模型进行优化分析。目前我国国内常用的结构分析软件有ANSYS、SAP2000、MIDAS等。从土木工程的发展趋势来看，结构规模越庞大，所面临的结构设计问题越复杂，计算机辅助分析在工程结构中的应用越成熟、普遍。土木工程的学生除了要掌握常用的设计软件（如PKPM、盈建科），深入学习几种有限元分析软件，将对今后从事工程设计和研究工作大有裨益。

上文提到的ANSYS、SAP2000、MIDAS这三种软件都由前、后处理模块以及分析计算模块组成，核心部分均为分析计算模块。ANSYS软件由美国ANSYS公司研制，可求解结构、流体、电场、磁场、声场、碰撞问题，功能强大，单元库丰富，应用面非常广泛，但并非专门针对结构专业，初学者不易掌握，用其来做结构竞赛的优化分析显得大材小用[5]。SAP2000程序是由Edwards Wilson创始的SAP系列程序发展而来的，主要适用于模型比较复杂的土木工程结构，如桥梁、建筑、大坝、海洋平台、发电站、输电塔等，是被广泛使用的结构分析软件之一[6]。SAP2000图形界面的各种功能菜单并不直接显示，有些功能菜单隐藏较深，需要一定的使用经验才能灵活应用，所以本科生上手也会慢一些。MIDAS Family Program由韩国开发，中文版由北京迈达斯技术有限公司开发，其软件包中的MIDAS/CIVIL、MIDAS/Gen是主打软件，界面比较人性化，相对容易上手[7]。其中MIDAS/CIVIL是土木工程结构专用分析与优化设计系统，除其他荷载选项外还有移动荷载选型，特别适合于桥梁结构的分析。MIDAS/Gen是通用结构分析与优化设计系统，适合于一般性的空间结构分析，简单易学。MIDAS/CIVIL和MIDAS/Gen的单元类型基本相同，操作思路也基本相同。对比分析目前国内常用结构分析软件的特点，MIDAS是指导大学生进行结构模型优化分析的一个很好工具。

三、 MIDAS建模分析基本流程及关键要点

采用软件进行比赛模型的结构分析，最大的优势就是分析效率高，建一个模型，可以通过改变截面尺寸参数或增减基本构件而得到同类型结构体系的一系列分析结果，特别适合比选优化设计。但必须强调的是，千万不能将全部希望寄托在软件的结构分析上。大量竞赛结果表明：只要有好的概念设计，结构选型巧妙，同时又重视模型的构造制作问题，即使只通过手算分析也可以取得好的成绩。与此相反，若不注重概念设计，结构选型不合理，不重视模型的构造制作问题，即使采用软件分析也难以取得理想成绩。除此之外，还要注意的是，由于软件提供的单元、构件截面和支座约束类型有限，要建立与实际结构及加载完全吻合的模型不切实际，此时结构简化、构件截面及加载等效处理显得尤为重要。下面以2015年第四届湖南省大学生结构设计竞赛作品为例，介绍MIDAS/Gen在结构优化分析中的应用。

（一）竞赛作品及其背景介绍

第四届竞赛要求按比赛规程制作一个三层竹质房屋结构模型。竖向加载，除底层外，二、三层楼面和屋面竖向荷载每层均为2个10 kg砝码；水平加载，采用吊挂加载，加载点设定在屋面，通过钢丝绳和滑轮连接，下挂钢结构托盘，以施加150 kg水平侧拉力。要注意的是这个水平侧拉力不通过结构的扭心，所以结构模型最终要受到竖向砝码、水平侧拉力以及扭矩的作用，如何评估这三个荷载对结构所产生的作用效应是模型设计的关键。结构评分按计算书及设计图10分，结构选型与制作质量10分，加载试验80分计算，以总分高低排名次。赛题已在网上公布。

关于框架结构的复合受力设计，最重要的是做好概念设计和结构选型，其次才是数值计算，也就是说概念设计和结构选型是数值计算的前提。本次竞赛最大的亮点在于考察学生对复合受力情况下结构竖向承载力、结构抗侧移和抗扭转能力的认识深度。为了获得较好的竞赛成绩，在能施加竖向砝码的前提下，追求最轻的结构、最大的结构抗侧移和抗扭转能力是正确的方向。为此本校竞赛模型选用带悬挑平台的格构式结构，通过增设悬挑平台来满足比赛规程对水平投影的要求，以及用来堆积砝码，采用下大上小、逐渐收拢的格构式结构来承受水平侧拉力和扭矩。三维模型如图1、图2所示。

（二） MIDAS建模分析基本流程及其关键要点

（1）网格建模。直接用MIDAS/Gen网格建模，也可采用AutoCAD画好结构空间网线图后，将其文件选存为DXF文件并导入MIDAS/Gen。本校竞赛作品三维观察线图及实体图分别见图1、图2。

（2）定义材料和截面特性。竹材按匀质各向同性考虑，弹性模量取1×104 N/mm2，抗拉强度取60 N/mm2，容重取9.3×10-6 N/mm3。构件截面库若无实际模型所需截面，根据等效原则对实际构件截面进行等效。

（3）建立构件单元。实际结构杆件之间主要采用胶结连接方式。为简化计算，采用梁单元模拟所有构件，假定所有构件之间刚接。

（4）定义边界条件。实际模型柱脚采用压条将两根基础大梁的悬挑段嵌固约束，为此建模时将两根基础大梁的悬挑端面所有节点嵌固。

（5）荷载定义与输入。二、三层砝码堆放在悬挑平台上，建模时将砝码重量简化为线荷载施加在悬挑平台的两根悬臂梁上。屋面砝码重量简化为集中荷载，均匀施加在四根角柱上。

（6）结构分析。结构分析可由MIDAS/Gen自动完成，操作相对较简单。

（7）静力分析成果。作为结构竞赛常用到的静力分析成果有反力、位移、内力、应力分析结果图表以及输出文本结果。限于篇幅，这里仅举本校竞赛模型中的支撑杆件应力分析图来说明结构优化分析的意义所在。各个框架面支撑杆件的轴向应力分析结果如图3所示，绿色为压杆，黄色为拉杆。通过图3能清楚知道各个框架面支撑杆件的拉、压受力情况，供模型制作参考。其中，图3（c）、（e）所揭示的支撑杆件拉、压杆受力规律，主要由扭矩控制，对于这一点学生在模型制作中很容易发现。问题在于要弄清楚承受侧拉力与扭矩的左右两个框架大面支撑杆件受力规律，对于学生来说难度较大，下面结合图3（b）、（d）进行阐述。左视面支撑杆件拉、压杆受力都很大，因为水平侧拉力与扭矩在支撑中产生的拉、压属性是重合的。右视面支撑杆件拉、压杆受力非常小，因为水平侧拉力与扭矩在支撑中产生的拉、压属性完全相反，彼此相互抵消，对比扭矩引起的支撑杆件应力，水平侧拉力引起的作用效应明显更大。此时，软件分析结果对模型左右两个框架大面拉、压杆属性的确定和杆件截面优化设计起到了非常关键的作用。

在以上模型的有限元分析中，并未涉及任何绝对位移、应力或其他响应的具体数值，因为有限元模拟主要用来进行模型定性分析，要想进行定量的精确模拟是比较困难的，也不现实。可见，有限元分析在结构大赛中的重要作用，但是最关键的环节还是后期的模型制作。

四、 结语

通过对比分析目前国内常用结构分析软件的特点，MIDAS是指导大学生进行结构模型优化分析的工具。以第四届湖南省大学生结构设计竞赛为背景，以我校参赛作品为例，总结了MIDAS建模分析基本流程及其关键要点，供模型比选、结构优化设计参考。

图3竞赛作品结构模型轴向应力分析图参考文献：

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[2]祝明桥，霍海强，赵文武，等.基于学校工程环境实现土木工程专业实践教学信息化[J].当代教育理论与实践，2009（4）：71-73.

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[6]北京金土木软件公司.SAP2000中文版使用指南[M].2版.北京：人民交通出版社，2012.

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随着经济飞速发展，人们生活水平不断提高，为土木工程也带来了更多的要求，土木工程从远古时期就已经存在，由原始的伐木采石，建造出模仿天然掩蔽物的人类居住场所，到新时期的超高层建筑、水利工程、超高长跨度桥梁，土木工程的发展与变化，代表了人类发展的历程。在历史的发展过程中，土木工程的理论、分析手段、施工技术、地基处理都有了更多的发展与突破。

1. 土木工程的意义；

人类需要良好的生存空间，舒适的生活环境，为了获得更好的居住环境，更加优秀的土木工程技术将不断出现。土木工程是指使用木、石、土、砖、混凝土、金属和塑料等工程材料来修建道路、房屋、铁路、桥梁、港口、河流、隧洞、特种工程和市政卫生工程等的生产活动和工程技术，这类工程技术与生产活动包含了设计、施工、勘测、维修上述各类工程等相关技术与活动。总之，土木工程是一项跟人们的衣、食、住、行有着密切关系的工程。土木工程发展的重点是提高人类居住环境与交通的核心产业，提高土木工程建设水平，完善土木工程发展体系，实现社会、环境、经济共同发展的根本性目标。

2. 现代土木工程的特点 ；

为适应经济高速发展的需要，人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密设备现代化的建筑物，既要求高质量和快速施工，又要求高经济效益。这就使得现代的土木工程出现了新的特点。

2.1在建筑材料方面，出现了很多高强轻质新材料如（铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料（玻璃钢））等，且以开始应用，但是这些材料有些弹性模量偏低，有些价格过高，应用范围受到限制，因而尚待作新的探索。另外，对提高钢材和混凝土的强度和耐久性，虽已取得显著成果，仍继续进展。

2.2在工程地质和地基方面，建设地区的工程地质和地基的构造及其在天然状态下的应力情况和力学性能，不仅直接决定基础的设计和施工，还常常关系到工程设施的选址、结构体系和建筑材料的选择，对于地下工程影响就更大了。工程地质和地基的勘察技术，目前主要仍然是现场钻探取样，室内分析试验，这是有一定局限性的。为适应现代化大型建筑的需要，急待利用现代科学技术来创造新的勘察方法。

2.3工程规划方面。以往的总体规划常是凭借工程经验提出若干方案，从中选优。由于土木工程设施的规模日益扩大，现在已有必要也有可能运用系统工程的理论和方法以提高规划水平。特大的土木工程，例如高大水坝，会引起自然环境的改变，影响生态平衡和农业生产等，这类工程的社会效果是有利也有弊。在规划中，对于趋利避害要作全面的考虑。

2.4工程设计方面。人们努力使设计尽可能符合实际情况，达到适用、经济、安全、美观的目的。为此，已开始采用概率统计来分析确定荷载值和材料强度值，研究自然界的风力、地震波、海浪等作用在时间、空间上的分布与统计规律，积极发展反映材料非弹性、结构大变形、结构动态以及结构与岩同作用的分析，进一步研究和完善结构可靠度极限状态设计法和结构优化设计等理论；同时发展运用电子计算机的高效能的计算和设计方法等。

2.5工程施工方面。随着土木工程规模的扩大和由此产生的施工工具、设备、机械向多品种、自动化、大型化发展，施工日益走向机械化和自动化。同时组织管理开始应用系统工程的理论和方法，日益走向科学化；有些工程设施的建设继续趋向结构和构件标准化和生产工业化。这样，不仅可以降低造价、缩短工期、提高劳动生产率，而且可以解决特殊条件下的施工作业问题，以建造过去难以施工的工程。

3. 土木工程的特殊性 ； 整个土木工程过程是建立在对资源和能源的不断消耗上的，现在国家实施走可持续发展道路，虽然的煤、石油、天然气、水、森林总量均居于世界前列，但人均占有量却全部低于世界平均水平，现在的人口、能源、教育、污染问题等已经成为我国所面临的四大严酷问题。在可持续发展成为整个社会的主题的时候， 如何实现资源合理利用，可持续发展是当前的首要问题，而土木工程，也必然的要面对这个问题，如何立足长远，走出一条可持续发展之路，对资源和能源的节约，包括在建设中的和使用过程中的，成为土木工程以后的一个方向。这就要求要有良好的设计和有效的运作管理机制，保护资源，合理利用资源，控制污染和全方位的质量。让土木工程构筑物在它的整个寿命周期，从规划，设计，建造到建成后的使用，维护，拆除都要尽量的将对环境的影响降到最小，同时尽可能大发挥它的社会经济效应。

4. 土木工程的未来发展；

4.1土木工程技术的发展，包括建筑材料的高强化和轻质化发展，如高性能混凝土、加气混凝土、轻骨料混凝土，钢材的发展方向是高强度、低合金，逐步发展一批玻璃钢、铝合金、建筑塑料等轻质高强度材料；施工过程的装配化和工业化发展，土木工程的施工方式工业化，可以先在工厂里成批进行房屋与桥梁的各种构配件及组合体的生产，然后将其运到建设场地进行拼装，施工手段先进多样化，逐渐发展现场预制模板、土石方工程定向爆破、混凝土自动搅拌输送设备和大型吊装设备等新手段和技术；设计理论的科学化和精确化发展，从人工设计到电脑设计的发展，由单个分析到系统的综合整体分析，由静态分析到动态分析，由数值分析到模拟试验分析，由经验定值分析到随机分析乃至随机过程分析，由线性分析到非线性分析，由平面分析到空间分析；木工程的结构抗震理论、土力学和岩体力学理论、动态规划理论、可靠度理论等各种理论也得到迅速发展。

4.2土木工程的多样化发展，未来房屋新型化，盖房子将是一件十分简单的事情，因为建筑材料大都是预制的，房屋将再也找不到砖、瓦等古老的材料，而是用各种各样新型轻金属材料建造的；海上城市打造，许多发达国家的海洋学和建筑学家专家正在规划很多新奇宏伟的海上城市，到21世纪中叶全世界估计将有十分之一的人口住在海上建筑物；月球工厂建立，美国航天局制定了一系列的太空开发计划，到2020年，月球基地初步建成之后，除了设有宇航员的工作和实验舱之外，还计划建立水泥厂和冶炼厂。地质学家将会坐着火箭到月球上去上班；太空新居的出现，近年提出的空间城市方案有很多，其中比较成熟的是“轮状的空间城市”和“柱状的姐妹城市”。；

总之，土木工程当今的发展是人类智慧的成果，土木工程是为了人类存在而存在。坚持可持续发展道路，努力创新，土木工程定会走向新的高峰！

参考文献：