土木工程數值分析大全11篇

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篇（1）

建筑行業的快速化發展，使得整個行業內的質量標準有了大大提升。土木工程作為建筑工程中的一種，加強它的質量管理和控制工作就具有重要現實意義，也是防范施工問題發生的有效手段。在土木工程施工中，基坑邊坡支護技術是較為常見的一種施工工藝，它的應用可以有效保證基坑施工的安全性，提高基坑支護的穩固性和可靠性，保證施工質量，在對其進行應用過程中，需要將其應用的安全性作為重點來抓，并采取相應的保障措施。

1土木工程基坑邊坡支護技術的特征

在土木工程中，邊坡支護的主要作用就是擋土、擋水，以及防止邊坡變形。基于這方面原因，在土木工程的邊坡支護施工中，就要充分確保工程基礎結構施工的安全性和基坑開挖的合理性，保證開挖質量，避免出現塌陷和管涌問題，同時工程單位還要對土木工程邊坡支護施工的特點有所了解，做到針對性施工。近些年來，建筑工程的發展呈現出多功能、綜合性的趨勢，所開挖的基坑深度也越來越深，而基坑深度的不斷加大，對于它的支撐系統來說，難度也會不斷升級，因為基坑工程大多是臨時性的，很多工程單位就會以此原因在工程施工方案的設計環節和施工環節過于輕視，沒有足夠的考慮，這樣就會導致后期施工存在很多安全隱患，增大了工程施工的風險性。除此之外，基坑工程由于其自身原因，對于周圍環境也會產生較大的影響，在實際工程施工中，如果基坑的開挖深度過深的話，就很可能出現位移和沉降量過大問題，這些問題的出現是十分嚴重的，會直接影響到市政基礎設施建設質量，并且也會對周圍的建筑物和地下管道線路產生不利影響；另外，從基坑的穩定性和安全性角度來講，外界影響因素也是不可忽視的，例如降雨、施工場地面積以及施工現場物料堆放等等，都會造成基坑穩定性下降，一旦穩定性下降，就會導致后期使用出現安全隱患。

2邊坡支護技術在土木工程中的具體應用

2.1邊坡支護方案設計

邊坡支護方案的設計主要是為了確保土木工程施工的順利進行，在施工中不會出現不穩定現象。在科學化的方案指導下，要對土釘的深度進行嚴格控制，并給出標準的深度要求，規定施工人員要在施工過程中規范化操作。之后再對標記成孔的位置進行合理編號，這樣可以保證對土木工程邊坡支護的合理化識別，避免錯誤發生，之后再開始進行拉拔試驗，并對拉拔試驗的設計和具體實行進行控制，通過這一實驗來準確檢驗土釘在釘入既定深度后的設計效果，需要注意的是，這一環節不需要土木工程施工人員來完成，通常是由第三方人員負責的，這樣可以保證土釘實驗結果更具有參考性，最后則是對注漿的比例進行控制，保證注漿用量的標準化，具體的注漿方式是以重力注漿為主，并在施工結束之后對逐漸的效果進行觀察，如果注漿不夠的還要進行相應的補漿。

2.2對基坑的開挖

在土木工程的邊坡支護施工中，基坑開挖是關鍵環節。在基坑開挖過程中，基坑的土質結構很可能會因為外力作用而出現破壞或不穩，尤其是在開挖的后期階段，更是會導致土體嚴重破壞，這樣在支護時就會有很大難度，因此，在對基坑的開挖過程中，開挖人員就必須要按照分期原則進行施工，在一個分區的基坑事故開挖完成之后，再開始下一個基坑的開挖。需要注意的是，在開始下一基坑開挖時務，必要保證上一基坑的穩固性，與此同時，還需要遵循“開挖＋支護”原則，避免開挖超出預定的量，進而增加工程成本，影響到工程質量。此外，在基坑開挖到距離支護邊坡大約8m的位置，開始分段式開挖，分斷標準是約25m。

2.3對于邊坡支護施工的監測

基坑支護的整個結構并不是固定不變的，它會隨著基坑開挖深度的增加而出現側向移位狀況，而且這種移位現象也是難以避免的，因此，對于工程單位來說，要實現對基坑支護的精確化監測，就必須要對支護結構的側向移位進行嚴密觀察和控制，將其移位的具體情況及時記錄并匯報。一般來說，整個支護結構的破壞現象發生，在發生之前都會有一定的預兆，在對基坑支護進行監測時，工程單位必須要對支護結構的受力情況有所了解和掌握，可以利用專業工具監測，通過檢測來及時分析支護結構的受力情況。此外，在監測過程中還要做好整個基坑支護結構的檢測工作，并對其周圍環境有所考慮，邊坡支護監測可以對基坑周圍的支護結構穩定性進行有效掌握，同時在基坑支護工程理論和相關技術的支持下，施工實際情況會有或多或少的問題出現，這就需要工程單位結合施工實際，采取相應的措施予以防范解決，從而提高邊坡支護技術應用的安全性。

3邊坡支護技術在土木工程中應用的要點

3.1施工前的準備工作

工程單位在開始邊坡支護之前，需要對工程所處的地理環境狀況有綜合性調查，尤其是工程的地基土質，保證對工程基坑開挖所涉及到的各項因素有所把握。在確定土層之后再開始開挖，在開挖的過程中還需要注意不能破壞基坑周圍土層的結構，這樣可以方便后期支護結構的設置，與此同時，開挖人員還要對施工圖紙方案有詳細分析和了解，依據建筑物的實際結構設置來對邊坡支護施工進行處理，確保整個邊坡支護結構的設置是符合實際所需的。在邊坡支護結構設置完成之后，建筑物在對邊坡支護進行使用過程中，還要利用樁柱等特殊結構來實現，在開始施工之前，還要對施工所需的材料和設備進行采購，以滿足工程開挖所需，方便邊坡支護結構的設置。

3.2施工中的安全工作

任何一項工程項目，做好安全管理必不可少，只有在確保施工環境安全可靠后，才可以保證工程順利完工，同時還可以保證施工人員的人身安全，防止事故安全事故的發生。對于工程單位來說，要在施工前對施工現場進行徹底檢查，清除障礙物，并且對于難以直接標記出的障礙物要設置明顯警示標志，避免在施工中發生碰撞，引起不必要的安全問題。除此之外，要保證邊坡支護技術的安全性，還需要工作人員進行長期的安全測試，形成一個長效的安全監督機制，將安全管理工作落實到位，安全監督部門人員也要切實負起責任，采取有效措施做好施工現場的安全監督和管理工作，從整體上提高施工的安全性。

4結束語

在土木工程施工中，邊坡支護是基坑開挖不可缺少的一種技術形式，它的應用可以充分確保基坑開挖的合理性，保證基坑整體的安全性和穩定性，對于工程單位來說，要保證邊坡支護施工技術的安全性，就必須要結合自身實際，在基坑開挖過程中做好現場安全監督工作，將安全管理工作落實到位，提高土木工程施工的整體可控性。

參考文獻

[1]何海泉.人機工程學在汽車工程中的應用[J].汽車維修，2013（1）：4-5.

[2]羅龍飛，馮如只.論人機工程學在汽車工程中的應用[J].黑龍江科技信息，2014（4）：103.

篇（2）

建筑行業的快速化發展，使得整個行業內的質量標準有了大大提升。土木工程作為建筑工程中的一種，加強它的質量管理和控制工作就具有重要現實意義，也是防范施工問題發生的有效手段。在土木工程施工中，基坑邊坡支護技術是較為常見的一種施工工藝，它的應用可以有效保證基坑施工的安全性，提高基坑支護的穩固性和可靠性，保證施工質量，在對其進行應用過程中，需要將其應用的安全性作為重點來抓，并采取相應的保障措施。

1 土木工程基坑邊坡支護技術的特征

在土木工程中，邊坡支護的主要作用就是擋土、擋水，以及防止邊坡變形。基于這方面原因，在土木工程的邊坡支護施工中，就要充分確保工程基礎結構施工的安全性和基坑開挖的合理性，保證開挖質量，避免出現塌陷和管涌問題，同時工程單位還要對土木工程邊坡支護施工的特點有所了解，做到針對性施工。近些年來，建筑工程的發展呈現出多功能、綜合性的趨勢，所開挖的基坑深度也越來越深，而基坑深度的不斷加大，對于它的支撐系統來說，難度也會不斷升級，因為基坑工程大多是臨時性的，很多工程單位就會以此原因在工程施工方案的設計環節和施工環節過于輕視，沒有足夠的考慮，這樣就會導致后期施工存在很多安全隱患，增大了工程施工的風險性。

除此之外，基坑工程由于其自身原因，對于周圍環境也會產生較大的影響，在實際工程施工中，如果基坑的開挖深度過深的話，就很可能出現位移和沉降量過大問題，這些問題的出現是十分嚴重的，會直接影響到市政基礎設施建設質量，并且也會對周圍的建筑物和地下管道線路產生不利影響；另外，從基坑的穩定性和安全性角度來講，外界影響因素也是不可忽視的，例如降雨、施工場地面積以及施工現場物料堆放等等，都會造成基坑穩定性下降，一旦穩定性下降，就會導致后期使用出現安全隱患。

2 邊坡支護技術在土木工程中的具體應用

2.1 邊坡支護方案設計

邊坡支護方案的設計主要是為了確保土木工程施工的順利進行，在施工中不會出現不穩定現象。在科學化的方案指導下，要對土釘的深度進行嚴格控制，并給出標準的深度要求，規定施工人員要在施工過程中規范化操作。之后再對標記成孔的位置進行合理編號，這樣可以保證對土木工程邊坡支護的合理化識別，避免錯誤發生，之后再開始進行拉拔試驗，并對拉拔試驗的設計和具體實行進行控制，通過這一實驗來準確檢驗土釘在釘入既定深度后的設計效果，需要注意的是，這一環節不需要土木工程施工人員來完成，通常是由第三方人員負責的，這樣可以保證土釘實驗結果更具有參考性，最后則是對注漿的比例進行控制，保證注漿用量的標準化，具體的注漿方式是以重力注漿為主，并在施工結束之后對逐漸的效果進行觀察，如果注漿不夠的還要進行相應的補漿。

2.2 對基坑的開挖

在土木工程的邊坡支護施工中，基坑開挖是關鍵環節。在基坑開挖過程中，基坑的土質結構很可能會因為外力作用而出現破壞或不穩，尤其是在開挖的后期階段，更是會導致土體嚴重破壞，這樣在支護時就會有很大難度，因此，在對基坑的開挖過程中，開挖人員就必須要按照分期原則進行施工，在一個分區的基坑事故開挖完成之后，再開始下一個基坑的開挖。需要注意的是，在開始下一基坑開挖時務，必要保證上一基坑的穩固性，與此同時，還需要遵循“開挖+支護”原則，避免開挖超出預定的量，進而增加工程成本，影響到工程質量。此外，在基坑開挖到距離支護邊坡大約8m的位置，開始分段式開挖，分斷標準是約25m。

2.3 對于邊坡支護施工的監測

基坑支護的整個結構并不是固定不變的，它會隨著基坑開挖深度的增加而出現側向移位狀況，而且這種移位現象也是難以避免的，因此，對于工程單位來說，要實現對基坑支護的精確化監測，就必須要對支護結構的側向移位進行嚴密觀察和控制，將其移位的具體情況及時記錄并匯報。一般來說，整個支護結構的破壞現象發生，在發生之前都會有一定的預兆，在對基坑支護進行監測時，工程單位必須要對支護結構的受力情況有所了解和掌握，可以利用專業工具監測，通過檢測來及時分析支護結構的受力情況。此外，在監測過程中還要做好整個基坑支護結構的檢測工作，并對其周圍環境有所考慮，邊坡支護監測可以對基坑周圍的支護結構穩定性進行有效掌握，同時在基坑支護工程理論和相關技術的支持下，施工實際情況會有或多或少的問題出現，這就需要工程單位結合施工實際，采取相應的措施予以防范解決，從而提高邊坡支護技術應用的安全性。

3 邊坡支護技術在土木工程中應用的要點

3.1 施工前的準備工作

工程單位在開始邊坡支護之前，需要對工程所處的地理環境狀況有綜合性調查，尤其是工程的地基土質，保證對工程基坑開挖所涉及到的各項因素有所把握。在確定土層之后再開始開挖，在開挖的過程中還需要注意不能破壞基坑周圍土層的結構，這樣可以方便后期支護結構的設置，與此同時，開挖人員還要對施工圖紙方案有詳細分析和了解，依據建筑物的實際結構設置來對邊坡支護施工進行處理，確保整個邊坡支護結構的設置是符合實際所需的。在邊坡支護結構設置完成之后，建筑物在對邊坡支護進行使用過程中，還要利用樁柱等特殊結構來實現，在開始施工之前，還要對施工所需的材料和設備進行采購，以滿足工程開挖所需，方便邊坡支護結構的設置。

3.2 施工中的安全工作

任何一項工程項目，做好安全管理必不可少，只有在確保施工環境安全可靠后，才可以保證工程順利完工，同時還可以保證施工人員的人身安全，防止事故安全事故的發生。對于工程單位來說，要在施工前對施工現場進行徹底檢查，清除障礙物，并且對于難以直接標記出的障礙物要設置明顯警示標志，避免在施工中發生碰撞，引起不必要的安全問題。除此之外，要保證邊坡支護技術的安全性，還需要工作人員進行長期的安全測試，形成一個長效的安全監督機制，將安全管理工作落實到位，安全監督部門人員也要切實負起責任，采取有效措施做好施工現場的安全監督和管理工作，從整體上提高施工的安全性。

4 結束語

在土木工程施工中，邊坡支護是基坑開挖不可缺少的一種技術形式，它的應用可以充分確保基坑開挖的合理性，保證基坑整體的安全性和穩定性，對于工程單位來說，要保證邊坡支護施工技術的安全性，就必須要結合自身實際，在基坑開挖過程中做好現場安全監督工作，將安全管理工作落實到位，提高土木工程施工的整體可控性。

參考文獻

[1]何海泉.人機工程學在汽車工程中的應用[J].汽車維修，2013（1）：4-5.

[2]羅龍飛，馮如只.論人機工程學在汽車工程中的應用[J].黑龍江科技信息，2014（4）：103.

篇（3）

植筋施工的優點是在基本保證原結構不損壞的情況下進行受力構件的連接。因此適用于原結構構件補強加固、改造，新建工程飄窗、空調板、構造柱等二次結構部位新老混凝土的連結。

錨固空間位置可以豎向、水平或斜向任意角度。

1、材料

植筋膠是一種常溫下固化的，經過改性后無溶劑雙組份環氧型高分子聚合物。用于錨固件的植筋膠和混凝土構件粘結，不論抗拉、抗剪，均應大于混凝土的抗拉、抗剪強度。粘結固化后對水、油烴類廢水等有良好的抗介質能力，抗化學侵蝕能力和良好的抗老化能力。

2、工藝流程

施工平臺搭設定位鉆孔清孔洗孔錨筋除銹配膠注膠植筋固定混凝土澆筑及養護。

3、操作要點

3.1施工平臺搭設：應按施工要求進行。

3.2定位

按設計圖對植筋部位放線定位,開鑿鋼筋保護層并做好定位標記,確定植筋部位的鋼筋位置并標注在原構件上,若無法確定則先用小鉆頭試鉆,必要時用鋼筋探測儀對內部鋼筋進行探測,以盡量準確了解原鋼筋與鉆孔的位置關系,保證一次鉆孔成功。

3.3鉆孔

采用沖擊鉆進行,鉆孔時應避開原構件鋼筋,施鉆參數應符合設計要求,盡量避免對原結構造成破壞,還需留有足夠的鋼筋保護層和混凝土環握厚度,且不損傷原受力鋼筋的性能。鉆孔時一般要求深度達到16~20d(植筋直徑),孔徑比鋼筋直徑大6mm,孔間距不得小于200 mm，鉆孔位置應正確，應一次成形以保證鉆孔完整。混凝土構件孔道應干燥，否則要進行人工干燥處理，確保錨筋和混凝土粘結面固化前的絕對干燥。孔道直徑、深度、位置等指標驗收合格后方可進入下道工序。

3.4清孔

成孔后的孔道必須用空壓機和硬塑毛刷或硬質尼龍刷清除孔道內的粉塵，增大膠粘劑與混凝土孔壁的摩擦力，避免由于粉塵產生隔離而影響粘結力。先用壓縮空氣將孔內灰塵吹出，然后用刷子來回清刷孔道，如此反復清孔3~4次，直至無粉塵為止。嚴禁用水沖洗。

3.5洗孔

用沾有丙酮的刷子清洗混凝土孔道周壁，以保證孔壁與結構膠的良好粘結，待丙酮揮發后，及時把孔道口塞上紙塞避免污染，待用。

3.6錨筋除銹

對錨固筋端部用鋼絲刷或除銹機進行除銹，直至表面基本光亮無任何懸浮物為止。除銹的長度應大于錨固體錨結長度，除銹后的錨筋應用沾有丙酮的刷子清洗一遍，并置于干凈的環境和容器上備用。

3.7配膠

按廠家要求的配合比進行拌合,要求攪拌均勻。結構膠最佳施工溫度15℃～25℃，根據施工溫度的變化，通過試驗可適當的增減固化劑的用量。配膠應用精確的計量器具，先稱膠劑，后稱固化劑，稱量器具應干凈。配量不宜過多，以免時間過長粘膠變質后影響粘膠質量，一般一次配制的結構膠要在30～40分鐘內全部用完。

3.8注膠

采用專用注射器注膠,注射管應伸入孔底,排除空氣，邊注膠邊提拉,一般為孔深的1/3~1/2,膠粘劑灌注在孔內端且不能注滿,其注膠量應以插入鋼筋后有少量溢出為準。

3.9植筋固定

用植筋占滿結構膠強力向內緩慢旋插入孔內,應一次性插入,然后把溢出的多余膠液抹凈。注意：在清理遺留膠的時候，要小心輕緩，不得對鋼筋進行搖擺或碰撞。對水平錨筋應注意外口流淌復補或用墊片阻擋。插筋后應保持鋼筋植埋方向準確。當植筋直徑較大時,可用鐵錘敲擊外露鋼筋端部,以確保鋼筋完全插入孔底。

在植筋沒有凝固之前應對植筋進行支架，防止位移，確保位置準確，使植筋保持靜止約20min,直至植筋膠固化和達到穩定要求為止。已完成的植筋應靜態養護1~3天，視施工條件至少要1天。注意：已埋植好的鋼筋保護工作，可以如掛明顯標志牌等。

3.10混凝土澆注和養護

當植筋達到強度要求后,可以進行混凝土澆筑,注意不得將鋼筋壓彎,同時保證根部混凝土的密實度,澆筑后采取有效養護措施直至其達到設計強度要求。

4、質量要求

4.1原材料檢驗

植筋膠進場應有出廠合格證和產品檢驗報告，注明各項指標測試結果，進場后應復檢其抗拉強度，彈性模量，抗壓強度，合格后方可使用。

4.2錨固件質量檢驗

4.2.1施工前檢驗

施工前應按設計制作同條件的模擬試件，試件不少于3根，作抗拔檢驗，達到拔檢驗，達到設計要求后方可施工，否則應更換膠種或個性設計。

4.2.2施工后檢驗

施工中根據工程量大小抽取試件，試件數量為1/100，其中：一半做破壞性試驗，一半做非破壞性試驗，每種試驗不少于兩根。合格后方可驗收，否則應作補強措施。

4.2.3施工中檢驗

施工中必須作好孔道深度、孔徑、軸線、位置的檢驗，對偏位過大或未達到深度的錨筋應通過設計，進行補筋補強處理。隨時檢查清孔好壞和植筋膠填孔是否密實。

錨筋在凝固前必須保持靜止狀態，固化前嚴禁碰撞錨固件，一般在12~24小時，根據養護溫度定。施工中尚需保持環境干燥和作好施工溫度記錄。

4.2.4錨固件檢驗方法

國內沒有具體的標準，可采用經標定配套的油壓表、千斤頂對錨固件進行抗拉，測得極限油表值，來推算錨固件的抗拉力，計算出粘結強度。

用于錨固件抗拔試驗的錨具應采用專用的夾片工具錨，錨固性能好，使用進退方便，并能反復使用。

5、安全措施

操作人員進行高空、電氣作業及使用機械設備，除遵守國家、部、省市等有關安全操作規定外，尚需注意：

5.1操作人員必須經過專業培訓，懂得結構膠錨固件的操作工序；

5.2操作人員必須根據工作環境佩帶防護用品，如安全帽、安全帶、絕緣手套、絕緣鞋、風鏡口罩等，并集中精力操作；

5.3操作腳手架應牢固可靠，周圍應有防護欄桿。在沒有絕觸電保護裝置，嚴禁零線與相線搞混，避免相線與結構鋼筋連接造成觸電事故；

5.4電器設備及架設應符合安全用電規定，應有接零或接地觸電保護裝置，嚴禁零線與相線搞混，避免相線與結構鋼筋連接造成觸電事故；

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隨著我國建筑工程的不斷發展，各種大規模的地下空間開發越來越多，為了可以達到建筑物的穩定性，對基坑工程的要求也越來越高，邊坡支護技術可以為其有效的提供地下施工空間與安全保證。從目前建筑工程實際來看，特別是在高層建筑中，深基坑支護施工技術得到了重要應用，不但滿足了高層建筑的實際需求，也提高了建筑工程的整體穩定性。為此，我們應該對建筑工程中的深基坑支護施工技術進行全面分析，提高深基坑支護施工技術的整體質量。

1、地基施工存在的問題

在進行地基施工時，常常會出現裂縫問題，如果處理不好，可能會導致后續施工工作難以進行。常見的裂縫問題，比如由于建筑地基加固措施不到位，地基的夯實密度不足，會出現建筑結構墻體或版型構造等建筑部位開裂現象。建筑地基質量會影響到整個建筑的質量，因此施工人員需要格外重視，掌握更加先進的施工技術，減少建筑施工問題的出現。如果建筑剛性較大的建筑在進行地基施工時，由于地基出現軟硬不同的變形，可能會導致地面建筑結構物主體發生傾斜，甚至會導致坍塌。建筑地基施工如果處理不當就會引起地基下沉，尤其是在一些土質較差的地區，需要施工技術人員對其進行嚴格的施工控制，保證各項數據的準確性。比如在一些軟土地基中，由于土壤的密實度不足，會導致地基的整體下沉，進而會影響到整個建筑質量。除此之外，如果土層或者巖層地基在長期受到外力的作用下，壓密下沉，這樣也會使得地基基礎底面出現不均勻下沉，導致建筑地基質量下降。

2、建筑地基的處理方法

2.1夯實地基法

建筑地基在施工時，可以采用夯實法，這樣可以更好的保證其施工質量水平。夯實法，顧名思義就是要將地基夯實，提升地基的密實度，這樣可以減少地基的沉降現象。噶中施工方法主要是采用打夯工具夯擊土層，將軟土層中的空氣和水分排出，增強土壤的密實度，同時還可以提升建筑層的承載力。在進行夯實施工時，施工人員一般會采用重錘夯實法或者強夯地基法兩種施工方法。其中重錘夯實方法主要利用的是起重機械將夯錘提升到一定的高度，然后做自由落體運動，重復對地基進行夯擊，從而達到夯實的效果。另一種強夯方法和重錘夯擊相似，但是夯錘的重量和落體高度要遠遠大于前者。通過夯錘的沖擊形成一定的壓力，降低土壤縫隙體積，增強土壤的密實度，提升建筑地基承載強度。

2.2換填墊層法

換填墊層法主要是將建筑物基礎下的土層換掉，從而提升建筑地基的承載力。比如在一些軟土地基施工中，這些土壤的質量不能夠達到地基施工要求，就需要采用該種施工方法，降低建筑地基的危險性。換填的方法比較簡單，就是將一定深度的軟土層挖出，然后回填強度較好、抗壓力較大、密度較大的土壤或者其他材料，并對其進行夯實處理。通過這樣的施工能夠更好的保證建筑地基的施工質量，減少施工問題的出現。而且該種施工方法相對比較簡單、工程造價較低，取材方便，在建筑地基施工的應用中較為廣泛。

2.3灌注樁施工法

灌注樁施工方法主要應用于深層建筑地基的施工中，它能夠更好的保證其施工質量。在進行該種施工時，可以利用深層攪拌機設備，沿著深度將固化劑和軟土地基強制性攪拌形成水泥土樁，增強地基的承載力和密實度。在該種施工方法中，施工人員可以將固化劑作為干粉，讓其充分吸收軟土中的水分，降低土壤中的水分含量，更好的保證建筑地基的施工質量。而且該種方法可以最大限度的降低對建筑地基的震動，充分利用了原土，對周圍環境的影響較小，在建筑地基的建設中有著比較廣闊的應用前景。

3、邊坡支護技術措施

3.1滑擋土墻施工

滑擋土墻施工技術在小型滑坡支護施工中應用比較多，而且操作相對簡單，能夠更好的保證建筑地基的施工質量水平。抗滑擋土墻通常情況下由兩部分構成，一部分為抗滑樁，另一部分為擋土板，在進行施工時，施工人員可以將邊坡下部分的活前言修剪相應的擋土墻。如果邊坡的滑動較大，施工人員則可以利用刷土減重工程、抗滑擋土墻和排水工程聯合技術來進行施工，充分保證建筑邊坡的施工質量，減少施工問題的出現。同時在這樣的施工中還需要不斷提升施工人員的技術水平，認識到邊坡施工處理的重要性，最大限度保證各項施工數據的準確性。

3.2土釘支護法

土釘支護方法主要是利用土釘沿著孔道與周圍的土壤接觸，形成一個網狀的復合體，并且通過這些比較密集的土釘，在土壤中配合鋼筋網噴射混凝土，使其和土壤充分結合，提升土壤的承載能力，減少滑坡現象的發生。除此之外，在這樣的施工方法中，由于土壤的結構發生變化，并且在混凝土的影響下，它的整體剛度和穩定性就會上升，進而可以達到建筑地基邊坡支護施工的技術要求，提升邊坡的施工質量。但是由于施工時，如果沒有對其邊坡進行良好的處理，可能會導致整個建筑質量的下降，因此在進行邊坡施工時，施工人員可以采用邊施工邊支護的施工方法，對每一項施工步驟都進行嚴格的控制，最大限度保證其施工質量。

4、結束語

綜上所述，建筑地基施工技術和邊坡支護技術對建筑安全有著非常大的影響，施工人員應該要不斷學習先進的施工技術，更好的保證建筑施工質量。同時施工人員還要不斷提升自身的責任意識，尤其是在建筑地基的施工中，需要掌握更多的施工技巧，發現施工問題時要及時上報，減少建筑地基的安全隱患，為后續工程的展開奠定基礎，進而更好的促進我國建筑行業的發展，實現我國社會經濟的進步。

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彈性力學是高等學校土木水利等專業的一門理論性與應用性都很強的基礎課程，目前各高校很多學科根據本專業本科教育培養目標，實現寬口徑、厚基礎的教學基本要求，減少課時和精簡內容。另外，土木類專業所面臨的現代工程結構設計問題大多為非桿系的復雜結構體系，所以許多高等院校要求開設彈性力學和有限元課程，其目的是加強土木類本科生對復雜結構數值分析能力的培養，以提高他們從事科學研究和現代結構設計的能力。然而學生普遍認為彈性力學解決實際工程的能力遠不如材料力學和結構力學，而且彈性力學理論抽象，數學推導麻煩，課程枯燥乏味，提不起學習興趣。因此在現有的學時下如何保證教學的基本要求和基本內容，用什么方法和手段達到既增大信息量，減少教學時數，又能強化學生能力的培養，成為彈性力學教學中需要關注的問題。

一、高校彈性力學教學現狀

為了提高結構力學和彈性力學的相關教學水平和研究成果，教育部高等學校力學教學指導委員會力學基礎課程教學指導分委員會結構力學及彈性力學課程教學指導小組定期召開工作會議，2006年工作會議在武漢理工大學召開，2009年工作會議在成都西南交通大學舉行，2014年10月工作會議在北京工業大學舉行，各高校在每次會議中都對彈性力學的教學進行了教學改革成果和經驗交流，對教學實踐、課程建設和資源積累等問題進行了研討。北京工業大學在彈性力學的教學中也進行了很多研究和改革，北京工業大學彈性力學課程的設置和教學與國內其他高校具有類似特點與問題。2006年之前彈性力學作為土木工程本科專業的必修或必選課，學時一般為40學時左右，使用教材以徐芝綸《彈性力學簡明教程》為主要教學參考書。在2007版本科教學改革之后，彈性力學在土木工程專業本科中仍然設置為學科基礎必修課，但學時改為16學時，考試時采用閉卷考試，對學生學習要求較高，較多學生仍然認為太偏重于理論，理論抽象，數學推導煩瑣難以理解，并且其解決實際工程的能力遠不如結構力學。在2012版教學計劃后，課程性質以及學時都沒變，但考試時采用開卷考試，對學生的公式推導要求降低。改為16學時時，教師和學生的感覺都是時間太緊張，學習壓力大，所以在剛完成的2015版土木工程本科教學計劃中，彈性力學進行了很多變化，首先課程性質發生了改變，由學科基礎必修課改為學科基礎選修課，讓學生有選擇的空間，其次學時增加為24學時，讓選修彈性力學的同學能真正學習到彈性力學的主要內容。所以目前在現有的學時下，如何保證教學的基本要求和基本內容，用什么方法和手段達到既增大信息量，減少教學時數，又能強化學生能力的培養，成為教學中關注的問題，由此也產生了彈性力學教學內容多和學時少的矛盾。許多高校和研究者在彈性力學課程教學和研究上進行了教學改革，取得了較多有益成果，盡管如此，土木工程專業彈性力學課程在以下幾方面尚有待研究與改革：（1）教學對象上，彈性力學通常主要在工程力學專業開設，需要充分考慮結合土木工程專業的特點。（2）教學思路上，仍然偏向工程力學方法，在內容選擇上較偏向數學，主要是理論上的教學，對理論分析和數值分析結合對比方面缺少。（3）講課內容中未能充分引入彈性力學領域的最新進展，尤其是與土木工程結構相關進展，因此在彈性力學課程的教學方式、教學內容、考試形式等方面需要進行一些思考和探討，對彈性力學教學中的普遍與特殊問題進行研究與實踐，將促進學校土木工程學科力學教學的發展。

二、盡可能地提高學生的“計算分析”理論水平

根據高等院校土木類專業本科指導性專業規范以及2015版培養方案規定的學時，需要考慮在既有學時下，使學生的理論水平能達到當今土木類專業的培養要求。

1.重點突出彈性力學分析思路和概念。

在教學中，在分析思路上，一般重點講授彈性力學平面問題的相關問題，并且對彈性力學平面問題基本理論采取精講的形式，對空間問題基本理論采取和平面問題基本理論相對比方法進行講解。如果根據實際，直接從實際工程的三維問題，再到講授二維問題可能更符合思維過程以及實際工程問題，使得思路更加自然，并且能節省教學課時。另外，在講授方法思路中應突出思路、概念與結論。如彈性力學中的概念問題：彈性力學中應力的方向以及正負號的定義，平面應力問題和平面應變問題的區分，應力邊界條件和位移邊界條件的確定方法，處理局部邊界條件的圣維南原理，等等，這些都是講述平面問題基本理論中要熟練掌握的概念。

2.結合具體土木工程實例教學，附加一些分析程序和工具的介紹，拓寬學生分析方面的應用能力。

在介紹分析思路時，需要結合有實際工程背景的工程算例來分析，這樣可以明確學習目的，激發學生的學習動力。在理論分析完成后，還可以介紹相應的數值分析方法，介紹Matlab計算程序或有限元分析工具，對理論分析過程數值化，讓學生自己操作計算，分析結果。最后由于土木工程專業學生在實際工作中需要學會運用，可以結合一些設計規范進行學習，如：公路隧道設計規范（JTGD70-2004）建議采用彈性力學數值方法—有限元法計算圍巖的隧道支護結構內力和變形等，通過在理論分析結果和數值分析對比的同時，還可以通過規范要求進行驗算。

三、根據當今土木類本科生的培養要求，編寫適合土木工程專業學生使用的教材

就目前而言，對于土木類本科生的彈性力學課程，各高等院校所安排的教學內容、教學時數及選用的教材均存有不同。換言之，對教學內容、教學時數及教材均沒有統一的指定，仍處在各高校教師根據自己的教學經驗進行不斷地探索與總結。目前已出版的彈性力學教材有很多種，所使用的教材一般為《彈性力學簡明教程》，徐芝侖編，高等教育出版社出版。這本教材所涵蓋的內容較多、較全面，也比較深刻，對概念思路的解釋較為簡潔，但仍然有需要改進之處：（1）基本上從平面問題到空間問題最后到板殼一些特殊問題，分析講解思路可以變化，讓學生更快更容易的理解。（2）理論講解較多，實際土木工程案例的分析較少。（3）理論推導比較多，數值分析對比較少，數值分析工具的應用較少等，另外學生學習的課余指導用書比較少。為此，編寫更加適合土木工程專業的教材以及教材指導用書是有必要的。

四、改革單一的板書教學模式，研制《彈性力學》的CAI電子教案

作為一門強調理論與應用的課程，僅以單一的板書教學模式明顯不足。例如，本課程中復雜的理論推導數學演示，這些均可通過CAI電子教案的教學來表述。此項教改工作的目的是在教學時數不足的情況下，就如何實現課堂教學氣氛活躍、高效率地完成教學內容、突出理論聯系實際等方面而為之。根據本課程教學大綱中教學內容的要求及依據更加豐富的教材，可以編制本門課程的CAI電子教案。在實際教學中，采用多媒體與板書相結合的教學模式，預期可以達到較好的教學效果，授課學生能給出較好的評價。另外，課內教學是本課程的主要任務。但由于本門課程在土木專業上的應用性較強，學生的課程設計、畢業設計均會遇到實際結構問題的數值分析，對此需要課外指導，因此建立教師學生互動平臺和窗口也是有必要的。

五、結語

為了提高土木工程專業彈性力學課程教學質量和效果，本文分析了土木工程專業彈性力學課程的教學相關問題，并探索了土木工程專業彈性力學課程的教學改進方法。1.盡可能地提高學生的“計算分析”理論水平，使學生的理論分析水平達到當今土木類專業的培養要求。2.根據當今土木類本科生的培養要求，編寫適合土木工程專業學生使用的教材。3.改革單一的板書教學模式，研制《彈性力學》的CAI電子教案，并建立教師互動平臺和窗口。

參考文獻：

[1]徐芝綸.彈性力學[M].第3版.北京：高等教育出版社，1990：181.

[2]馬崇武，秦懷泉.力學與土木工程專業的力學課程教學[J].高等理科教育，2007，（6）：135-137.

[3]張宇星，呂建國.工程力學考試方法的探索與實踐[J].高等理科教育，2005，（4）：128-129.

[4]鐵木辛柯，古地爾.彈性理論[M].第3版.北京：清華大學出版社，2004：168.

[5]楊桂通.彈性力學[M].北京：高等教育出版社，1998.

[6]劉京紅，等.土木工程專業彈性力學課程教學改革的探索[J].科技情報開發與經濟，2007，（24）.

[7]王雁然.彈性力學及有限元教學的實踐與研究[J].建筑教育改革理論與實踐，2005，（6）

[8]原方，吳潔.研究生彈性力學教學方法及問題探討[J].力學與實踐，2005，（2）.

[9]周全太.土木工程專業彈性力學課程教學的若干思考[J].無錫教育學院學報，2005，25（2）：73-76.

篇（6）

彈性力學是高等學校土木水利等專業的一門理論性與應用性都很強的基礎課程，目前各高校很多學科根據本專業本科教育培養目標，實現寬口徑、厚基礎的教學基本要求，減少課時和精簡內容。另外，土木類專業所面臨的現代工程結構設計問題大多為非桿系的復雜結構體系，所以許多高等院校要求開設彈性力學和有限元課程，其目的是加強土木類本科生對復雜結構數值分析能力的培養，以提高他們從事科學研究和現代結構設計的能力。然而學生普遍認為彈性力學解決實際工程的能力遠不如材料力學和結構力學，而且彈性力學理論抽象，數學推導麻煩，課程枯燥乏味，提不起學習興趣。因此在現有的學時下如何保證教學的基本要求和基本內容，用什么方法和手段達到既增大信息量，減少教學時數，又能強化學生能力的培養，成為彈性力學教學中需要關注的問題。

一、高校彈性力學教學現狀

為了提高結構力學和彈性力學的相關教學水平和研究成果，教育部高等學校力學教學指導委員會力學基礎課程教學指導分委員會結構力學及彈性力學課程教學指導小組定期召開工作會議，2006年工作會議在武漢理工大學召開，2009年工作會議在成都西南交通大學舉行，2014年10月工作會議在北京工業大學舉行，各高校在每次會議中都對彈性力學的教學進行了教學改革成果和經驗交流，對教學實踐、課程建設和資源積累等問題進行了研討。北京工業大學在彈性力學的教學中也進行了很多研究和改革，北京工業大學彈性力學課程的設置和教學與國內其他高校具有類似特點與問題。2006年之前彈性力學作為土木工程本科專業的必修或必選課，學時一般為40學時左右，使用教材以徐芝綸《彈性力學簡明教程》為主要教學參考書。在2007版本科教學改革之后，彈性力學在土木工程專業本科中仍然設置為學科基礎必修課，但學時改為16學時，考試時采用閉卷考試，對學生學習要求較高，較多學生仍然認為太偏重于理論，理論抽象，數學推導煩瑣難以理解，并且其解決實際工程的能力遠不如結構力學。在2012版教學計劃后，課程性質以及學時都沒變，但考試時采用開卷考試，對學生的公式推導要求降低。改為16學時時，教師和學生的感覺都是時間太緊張，學習壓力大，所以在剛完成的2015版土木工程本科教學計劃中，彈性力學進行了很多變化，首先課程性質發生了改變，由學科基礎必修課改為學科基礎選修課，讓學生有選擇的空間，其次學時增加為24學時，讓選修彈性力學的同學能真正學習到彈性力學的主要內容。所以目前在現有的學時下，如何保證教學的基本要求和基本內容，用什么方法和手段達到既增大信息量，減少教學時數，又能強化學生能力的培養，成為教學中關注的問題，由此也產生了彈性力學教學內容多和學時少的矛盾。許多高校和研究者在彈性力學課程教學和研究上進行了教學改革，取得了較多有益成果，盡管如此，土木工程專業彈性力學課程在以下幾方面尚有待研究與改革：

（1）教學對象上，彈性力學通常主要在工程力學專業開設，需要充分考慮結合土木工程專業的特點。

（2）教學思路上，仍然偏向工程力學方法，在內容選擇上較偏向數學，主要是理論上的教學，對理論分析和數值分析結合對比方面缺少。

（3）講課內容中未能充分引入彈性力學領域的最新進展，尤其是與土木工程結構相關進展，因此在彈性力學課程的教學方式、教學內容、考試形式等方面需要進行一些思考和探討，對彈性力學教學中的普遍與特殊問題進行研究與實踐，將促進學校土木工程學科力學教學的發展。

二、盡可能地提高學生的“計算分析”理論水平

根據高等院校土木類專業本科指導性專業規范以及2015版培養方案規定的學時，需要考慮在既有學時下，使學生的理論水平能達到當今土木類專業的培養要求。

1.重點突出彈性力學分析思路和概念。在教學中，在分析思路上，一般重點講授彈性力學平面問題的相關問題，并且對彈性力學平面問題基本理論采取精講的形式，對空間問題基本理論采取和平面問題基本理論相對比方法進行講解。如果根據實際，直接從實際工程的三維問題，再到講授二維問題可能更符合思維過程以及實際工程問題，使得思路更加自然，并且能節省教學課時。另外，在講授方法思路中應突出思路、概念與結論。如彈性力學中的概念問題：彈性力學中應力的方向以及正負號的定義，平面應力問題和平面應變問題的區分，應力邊界條件和位移邊界條件的確定方法，處理局部邊界條件的圣維南原理，等等，這些都是講述平面問題基本理論中要熟練掌握的概念。

2.結合具體土木工程實例教學，附加一些分析程序和工具的介紹，拓寬學生分析方面的應用能力。在介紹分析思路時，需要結合有實際工程背景的工程算例來分析，這樣可以明確學習目的，激發學生的學習動力。在理論分析完成后，還可以介紹相應的數值分析方法，介紹Matlab計算程序或有限元分析工具，對理論分析過程數值化，讓學生自己操作計算，分析結果。最后由于土木工程專業學生在實際工作中需要學會運用，可以結合一些設計規范進行學習，如：公路隧道設計規范（JTGD70-2004）建議采用彈性力學數值方法—有限元法計算圍巖的隧道支護結構內力和變形等，通過在理論分析結果和數值分析對比的同時，還可以通過規范要求進行驗算。

三、根據當今土木類本科生的培養要求，編寫適合土木工程專業學生使用的教材

就目前而言，對于土木類本科生的彈性力學課程，各高等院校所安排的教學內容、教學時數及選用的教材均存有不同。換言之，對教學內容、教學時數及教材均沒有統一的指定，仍處在各高校教師根據自己的教學經驗進行不斷地探索與總結。目前已出版的彈性力學教材有很多種，所使用的教材一般為《彈性力學簡明教程》，徐芝侖編，高等教育出版社出版。這本教材所涵蓋的內容較多、較全面，也比較深刻，對概念思路的解釋較為簡潔，但仍然有需要改進之處：

（1）基本上從平面問題到空間問題最后到板殼一些特殊問題，分析講解思路可以變化，讓學生更快更容易的理解。

（2）理論講解較多，實際土木工程案例的分析較少。

（3）理論推導比較多，數值分析對比較少，數值分析工具的應用較少等，另外學生學習的課余指導用書比較少。為此，編寫更加適合土木工程專業的教材以及教材指導用書是有必要的。

四、改革單一的板書教學模式，研制《彈性力學》的CAI電子教案

作為一門強調理論與應用的課程，僅以單一的板書教學模式明顯不足。例如，本課程中復雜的理論推導數學演示，這些均可通過CAI電子教案的教學來表述。此項教改工作的目的是在教學時數不足的情況下，就如何實現課堂教學氣氛活躍、高效率地完成教學內容、突出理論聯系實際等方面而為之。根據本課程教學大綱中教學內容的要求及依據更加豐富的教材，可以編制本門課程的CAI電子教案。在實際教學中，采用多媒體與板書相結合的教學模式，預期可以達到較好的教學效果，授課學生能給出較好的評價。另外，課內教學是本課程的主要任務。但由于本門課程在土木專業上的應用性較強，學生的課程設計、畢業設計均會遇到實際結構問題的數值分析，對此需要課外指導，因此建立教師學生互動平臺和窗口也是有必要的。

五、結語

為了提高土木工程專業彈性力學課程教學質量和效果，本文分析了土木工程專業彈性力學課程的教學相關問題，并探索了土木工程專業彈性力學課程的教學改進方法。

1.盡可能地提高學生的“計算分析”理論水平，使學生的理論分析水平達到當今土木類專業的培養要求。

2.根據當今土木類本科生的培養要求，編寫適合土木工程專業學生使用的教材。

3.改革單一的板書教學模式，研制《彈性力學》的CAI電子教案，并建立教師互動平臺和窗口。

參考文獻：

[1]徐芝綸.彈性力學[M].第3版.北京：高等教育出版社，1990：181.

[2]馬崇武，秦懷泉.力學與土木工程專業的力學課程教學[J].高等理科教育，2007，（6）：135-137.

[3]張宇星，呂建國.工程力學考試方法的探索與實踐[J].高等理科教育，2005，（4）：128-129.

[4]鐵木辛柯，古地爾.彈性理論[M].第3版.北京：清華大學出版社，2004：168.

[5]楊桂通.彈性力學[M].北京：高等教育出版社，1998.

[6]劉京紅，等.土木工程專業彈性力學課程教學改革的探索[J].科技情報開發與經濟，2007，（24）.

[7]王雁然.彈性力學及有限元教學的實踐與研究[J].建筑教育改革理論與實踐，2005，（6）

[8]原方，吳潔.研究生彈性力學教學方法及問題探討[J].力學與實踐，2005，（2）.

[9]周全太.土木工程專業彈性力學課程教學的若干思考[J].無錫教育學院學報，2005，25（2）：73-76.

篇（7）

從高校研究生培養計劃可以看出，研究生的課程受專業限制很大，這就導致本專業研究生與跨專業研究生幾乎沒有什么區別，個體差異關注不夠，課程內容前沿性、綜合性不夠，交叉學科課程、綜合性課程較少。

（二）跨學科人才培養中，研究生課程體系構建導師起主導作用

首先，由于理工類研究生大多是在各自導師的指導下進行個別培養，受導師自身專業背景的局限與依賴，各學科之間存在著較大跨度等原因，致使學生很難進行跨學科研究。其次，當前的研究生培養模式中，導師的課題方向決定研究生的選課方向。

（三）院系設置以學科為主導，不利于跨學科課程整合

目前，我國高校主要以學科為主導設置院系，而以跨學科設置院系的高校較少。現有院系設置不利于不同學科之間的溝通與交流，不利于不同專業之間的課程整合。這樣的局面勢必會影響學生對知識的追求熱情，勢必會影響學生的科研積極性，勢必會影響學生的創新欲望。

二、農業工程與土木工程跨學科課程體系的構建

前面系統地討論了建立跨學科培養研究生課程體系的意義及目前存在的弊端，現結合黑龍江八一農墾大學工程學院農業工程與土木工程兩個學科的實際，對北方寒區農業水利工程與水利資源利用和設施農業結構防災減災兩個方向進行跨學科課程體系分析。在確立課程體系時我們設計了《農業工程和土木工程跨學科培養研究生課程體系建設調查問卷》。在制作調查問卷設計時，我們充分考慮兩個交叉專業可能出現的課程共通性，盡可能設計更多的課程，力求使交叉學科的研究生具有寬泛的理論基礎，使交叉學科的研究生所學到的知識適應兩個專業發展的需要。

（一）調查問卷統計

本次發放調查問卷的對象是黑龍江八一農墾大學工程學院的在職教師，共收到23份有效問卷。參與問卷調查的教師年齡集中在28—38歲和38歲以上兩個年齡區間，具有碩士研究生以上學歷的占95.65%，具有副教授職稱和教授職稱的總和占65.20%，問卷填寫教師的任職專業主要集中在機械設計制造及其自動化專業，農業機械化及其自動化專業和土木工程專業，其他專業總和低于10%。

（二）交叉學科課程體系分析

1.北方寒區農業水利工程與水利資源利用方向。交叉學科研究生培養方案要求學術型研究生所修學分總數大于等于30學分，扣除英語、中國特色社會主義理論與實踐研究及自然辯證法概論等必修課外，交叉學科研究生必須選修不少于五門的基礎必修課，其中數值分析是學位必修課，還需要選修4門基礎必修課。基礎必修課的數據統計結果如下：在備選的15門課程中，數值分析得票最高23票，土壤水文過程模擬得票最少僅為8票。考慮到交叉學科研究內容的寬泛性，結合統計結果，去掉土壤水文過程模擬、土壤物理化學、噴微灌理論與技術三門課程。這樣在北方寒區農業水利工程與水利資源利用方向就剩下12門課在基礎必修課模塊內供交叉學科研究生選修。課程名稱如下：數值分析、數學物理方程、土壤水動力學、水工建筑物健康監測與檢測、節水灌溉工程學、計算流體力學、水土資源規劃與評價、高等水工建筑物、新型建筑材料及其應用、灌溉原理與技術、地下水資源評價理論與方法、流體仿真與軟件應用。研究生培養方案要求在選修課模塊所修學分大于等于10學分，而每門課的學分分配是1.5或2學分。結合統計結果，選修課模塊去除土壤學與肥料學及環境水利學兩門課，保留其余12門得票較多的課程供交叉學科研究生選修。課程名稱如下：水生態工程學、粘性流體動力學、彈塑性力學、生態水文學、現代環境監測與控制、環境水動力學、土壤學與農作物學、水工鋼結構、水工混凝土、水文學與水利計算、農田水利學水力學。

2.設施農業結構防災減災方向。交叉學科研究生培養方案要求研究生所修學分大于等于30學分。去掉中國特色社會主義理論與實踐研究、自然辯證法概論、英語及學位課數值分析，每位交叉學科的研究生必需選擇不少于4門基礎必修課。問卷結果表明，除設施環境工程學獲得11票外，其他13門課，每門課程所得票數比較均衡，最低票數是15票，最高票數是22票。考慮到設施環境工程學和防災減災的關聯性不是很大，結合統計結果把設施環境工程學去掉不作為基礎必修課的選用課程，這樣基礎必修課就改成13門課，供交叉學科研究生選擇。課程名稱如下：數值分析、數學物理方程、農業設施概論、農業生物環境工程、結構動力學、高等結構力學、計算力學、有限元原理、工程結構加固技術、建筑火災安全新技術、地震工程學、建筑結構抗風設計、工程結構優化設計。

篇（8）

作者簡介：張玉（1985-），男，山東青島人，中國石油大學（華東）儲建學院，講師；俞然剛（1966-），男，山東青島人，中國石油大學（華東）儲建學院，教授。（山東 青島 266580）

基金項目：本文系山東省重點教學改革項目（項目編號：2012017）的研究成果。

中圖分類號：G642.421 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）31-0079-03

力學分析、求解是土木工程專業的理論基礎知識，在土木工程教學中的地位尤為重要。教學過程中如何讓學生理解土木工程結構的力學體系，靈活運用基礎理論知識分析結構的組成、受力及變形特點，并對實際復雜結構開展力學特性分析是當前學習的難點和重點問題。傳統的教學方式中教師主要以板書講解和力學試驗演示為主，學生則基于相應的習題采用手工計算的方法予以求解，其弊端在于教學形式單一，教學內容枯燥，學生易產生視覺疲勞感，進而失去學習興趣，學習效率亦降低。[1]此外，傳統的教學方法雖能夠講解基本原理和計算方法，但學生很難靈活運用所學知識解決實際問題，尤其針對復雜度較高的工程結構，手工力學求解幾乎不可能實現，造成理論與實踐應用的脫節。隨著社會信息化程度越來越高，計算機技術的應用突飛猛進，在土木工程教學體系改革中，基于數值仿真（Numerical Simulation）技術對典型土木結構的應力、應變進行分析，并采用圖表、圖形、動畫等方式將結果直觀呈現，得到了愈發普遍的應用，此方法不但激發了學生學習的興趣，促進了教學進步，亦提供了良好的理論聯系實際的平臺。[2，3]數值仿真技術能節省手工計算時間，且比手工計算更為精確、簡潔，具有實用性強、靈活度高、修改方便等優點，尤其針對大型結構工程，優勢更為突出，進而導致手工計算愈發減少，在工程分析中的地位愈發降低。

雖然仿真計算的優點顯而易見，但就土木工程力學分析過程而言，手工計算仍占有重要的意義。手工計算分析無需設備，不受環境、地點影響，且優秀的力學分析圖亦可作為藝術品進行欣賞。此外，通過手工計算求解，學生可掌握各種土木工程結構的力學分析方法、受力圖繪制、數學求解技能，以及開展結構工程分析的基本方法和步驟，進而夯實和加深對力學基本理論的認知程度，為解決實際工程問題奠定基礎。故仿真軟件不能完全替代手工力學分析，兩者應有效結合、并重。實際工程設計中，設計人員初期并不能對復雜結構的力學狀態進行掌控，此時需要將簡單結構開展手工計算，勾畫力學分析圖，基于此對整體有部分掌握，進而借助相關仿真軟件開展詳細的數值分析。因此，對土木工程專業學生而言，手工計算和仿真軟件的應用均為必備的能力，教學過程中兩者相互補充、相互結合亦是授課的主要內容。

一、手工計算的特點與應用

手工計算首先應提取工程簡化模型，以桿系結構為例，需采用結構力學手段進行手工分析。內力和位移作為工程結構研究的重點物理量，各種力學求解方法均以此為基礎，形成了土木工程分析中常用的“力法”和“位移法”。對兩種方法手工計算基本原理闡述的基礎上，對實際桁架結構內力開展計算分析，由此歸納總結出一般計算步驟。

1.力法

力法比較符合人們慣常的思維方式，是求解力的方程的傳統方法，策略為“先削弱后修復”，即先解除某些約束，將結構修改為靜定結構，再構建力學方程來求解約束力，恢復結構的約束性態。基本方程本質上為位移方程，依靠結構變形、位移協調的幾何條件列出，位移則依據基本結構內力由虛功原理得到。[4]

2.位移法

位移法是以位移為基本未知量的求解方法。長期以來，人們對位移的關注遠落后于內力，已有各種結構設計規范均以強度設計為主，進而探討內力設計；而剛度設計的計算工作量和重視程度被視為次要的。“位移法”計算策略為“先加強后修復”，即讓結構所有節點完全固定，使其成為無關聯的單跨超靜定梁，以達到力矩和剪力的平衡，進而消除在節點處產生的不平衡力和力矩。基本方程本質上為平衡方程，依靠結構在結點處的力或力矩列出。還有一種方法是附加約束上施加外力，認為結構發生與原結構一致的節點位移。相對于“力法”，“位移法”存在兩個假定：一是忽略軸力產生的軸向變形的影響，桿件變形前的直線長度與變形后的曲線長度相等；二是彎曲變形微小，并忽略剪切變形的影響，桿件變形后的曲線長度與弦線長度相等。

力法中，基本未知量數目等于結構超靜定次數；位移法中，獨立的結點位移，基本未知量與結構的超靜定次數無關，須加入附加約束得到超靜定基本體系，由此認為力法和位移法是相反互補的。從基本未知量看，力法去掉多余約束力，位移法則利用獨立的結點位移；從基本體系看，力法是去掉約束，位移法是加約束；從基本方程看，力法是構建位移協調方程，位移法是構建力系平衡方程。近年來，逐步出現的分層法、D值法和反點法的計算公式都是建立在力法和位移法的基礎上的。[4]以簡單桁架結構為例（圖1）對手工計算方法予以說明，進而歸納總結出計算步驟。

綜合上述條件，得到，。歸納出手工計算一般步驟為：確定力學模型和結構未知量，繪出基本力學體系；作結構力學分析圖及荷載的變形圖；得到力學體系方程；解方程，將系數和自由項代入力法方程，求解未知力。

二、數值仿真技術的特點與應用

作為現階段發展較為完整的土木工程計算方法，仿真技術是以計算機為手段，通過對實際問題建立抽象化模型，結合數值方法獲取結構的內力和變形，并采用圖像、圖表展示相關計算結果，進而解決實際工程和物理問題。[2]土木工程教學過程中涉及到的數值計算方法包括有限單元法、有限差分法、邊界元法和離散單元法等，應用較多的仿真軟件包括ANSYS、ADNIA、ABAQUS、FLAC和SAP2000等。上述軟件和方法的應用已普及于建筑、結構、設備、交通、水利和城市規劃等各個土木工程領域，主要應用于工程設計的自動化、施工過程的力學分析和建筑物的短長期穩定性等方面。且已從單體、局部結構的仿真分析向工程整體復雜結構設計、安全仿真發展；從二維、靜態的力學機制向動態、三維的實時控制發展。教學過程中仿真計算的引入，不但豐富了教學手段與內容，提高了教學效果，開拓了學生的思維，亦為學生畢業后從事實際工程工作奠定了基礎。

仿真技術課程應安排在學生掌握力學基礎知識、手工計算技能之后。作為當今土木工程專業學習不可缺少的重要環節，此課程不但有利于加深對傳統的抽象力學知識的掌握，亦是以后研究和學習后續專業課程的重要基礎。在土木工程教學中的應用實踐主要體現在四個方面：結構動力學是結構力學教學的難點，仿真課程可為學生提供直觀動力反應分析；材料力學主要研究桿件的強度、剛度和穩定性，而橫力彎曲及變形撓度是學習的難點，仿真技術可考慮典型荷載分布因素的影響，得到桿件橫力彎曲時撓度的變形圖；彈塑性力學是研究各種結構或構件在彈塑性階段的應力和位移，校核是否滿足強度、剛度和穩定性要求，并尋求和改進相關計算方法；數字仿真技術可將復雜三維問題簡單化，有效地處理實際工程中遇到的巖土體強度、樁同作用及混凝土靜動力開裂等問題。

ABAQUS被認為是功能最強的有限元軟件之一，它融結構、傳熱學、流體、聲學、電學以及熱固耦合、流固耦合、熱電耦合、聲固耦合于一體，可以分析復雜的固體力學、結構力學系統，特別是能夠駕馭非常龐大復雜的問題和模擬高度非線性問題。[5]利用該軟件對上述手工計算的簡單桁架結構開展仿真分析（圖1），對應力分布和最大變形量予以研究（圖3、圖4），計算結果與手工分析一致。雖然仿真軟件種類繁多，但一般計算步驟類似：構建結構數值模型；模型材料和截面特性設置；設置裝配件和計算分析步；施加荷載和邊界條件；劃分網格開展分析；結果后處理。

三、兩者的有效結合和意義

清華大學袁駟[6]教授提出“一個基礎，兩座大廈”的力學教學體系改革方案，“一個基礎”指經典力學理論，“兩座大廈”分別指程序力學和定性分析。此方案將基于手工分析的經典力學、仿真計算的程序力學和結果的定性分析三者有機統一，相輔相成。但在當今土木工程教學改革實踐過程中，手工分析和仿真計算的結合教學實踐并不多見，大多數院校教學過程均僅重視手工分析，容易導致學生對力學在土木工程中的作用認識不清晰，不知道土木工程專業中力學的學習目的，亦不知如何應用力學原理解決實際工程問題；教學中單純的數值仿真亦會引起學生對前期力學理論知識理解不夠，重要知識點認識不清晰，基礎薄弱，導致后續專業課程脫節；且實際數值仿真操作過程如遇到程序或參數錯誤，學生亦無法確定內力圖是否正確，更不知道如何手工計算校核。因此，教學過程中，尤其力學理論知識授課完畢后，教師應合理調整授課方案，開展有利于提高教學效果的教學改革，并在實踐中加以修改和完善。建議教學方案為基于工程實例，采用手工分析和仿真計算相融合的教學方式，由簡至繁、由淺至深地講授力學計算方法。首先提高學生對力學理論知識的理解和手工計算的熟悉程度，這是后續學習的基礎，不容忽視；其次，應用仿真軟件進行復雜問題的求解和實際工程的掌控。通過此種綜合教學方式，完善了教學方案，實現了授課過程中教案的動態變化，讓學生對整個力學求解過程和應用均有了全面的認識，進而開發了學生科學的思維，使學生對課程和今后從事的工作具有全局性的認識和理解，培養了學生用所學知識分析和解決實際問題的能力，亦為教師合理開展后續專業課程教育做準備。

綜上所述，土木工程專業教學過程中手工計算和仿真技術的有效結合是激發學生學習興趣、引導學生自我思考、讓學生在有限的學時內掌握力學基本原理和利用所學理論知識解決實際工程問題的良好途徑。與此同時，亦推動了教學改革，引領土木工程課程的良性發展。而且目前高校土木專業教師隊伍均具有較高的學位和科研綜合素質，尤其是專業課程教師基本都具有碩士、博士學位，不但擁有扎實的力學基礎修養，亦對仿真軟件有較多的接觸與應用，為教學過程中兩者有效結合提供了保證。以中國石油大學（華東）土木工程專業為例，針對專業課教育，基于青年教師的自身優勢，在傳統力學教育的基礎上，開設了“土木工程分析軟件與應用”課程，講授了ANSYS、ABAQUS、FLAC和SAP2000等仿真軟件的操作與應用，取得了良好的教學效果，亦為自主研發針對性和適用性更強的仿真軟件提出了挑戰。

四、結論

本文研究的手工計算和仿真技術相結合的教學方法，在土木工程專業課程中具有較多的優點和良好的可行性，故教學課程改革過程中應予以推廣。且筆者認為土木工程教學改革過程中，不但要注重理論的創新和基礎的牢固，亦須兼顧實踐的創新與應用，采用多種手段，豐富學習方式，讓學生學習基礎理論的同時，亦能理解在實際工程中的應用，同時引導后續課程學習和開展相關研究。這與清華大學范欽珊[7]教授提出的課堂教學應堅持“素質教育、工程教育、創新教育”緊密結合，堅持“理論教學和實踐教學計算機分析相結合”，堅持相關課程的整合形成系列化完整教學體系，堅持“課內課外結合”的教學理念相一致。

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1、前言

多數巖土工程都處于彈塑性狀態，因而巖土塑 性在巖土工程的設計中至關重要。早在1773年 Coulomb提出了土體破壞條件，其后推廣為Mohr― Coulomb條件。1857年 Rankine研究了半無限體的 極限平衡，提出了滑移面概念。1903年 Kotter建立了滑移線方法。Felenius（1929）提出了極限平 衡法。以后 Terzaghi、Sokolovski又將其發展形成了較完善的巖土滑移線場方法與極限平衡法。1975 年，W.F.Chen在極限分析法的基礎上又發展了土的極限分析法，尤其是上限法。不過上述方法都是在采用正交流動法則的基礎上進行的。滑移線法與極限分析法只研究力的平衡，未涉及土體的變形與位移。[1]20世紀50年代開始，人們致力于巖土本構模型的研究，力求獲得巖土塑性的應力一應變關系，再結合平衡方程與連續方程，從而求解巖土塑性問題。由此，雙屈服面與多重屈服面模型l1-41、非正交流動法則在巖土本構模型中應運而生。真正的土力學必須建立在符合土本身特性的本構模型的基礎上，而本構模型的建立必須有符合巖土材料變形機制的建模理論。巖土塑性力學是一門新興學科，也是建立巖土本構模型的基礎。[2-4]

2、土木工程材料本構方程綜述

土木工程材料的本構行為一直工程技術界和力學學術界關注的焦點之一，其研究熱度之所以長盛不衰，一方面是由于它涉及工程的安全性，事關重大；另一方面是因其機理復雜、個性突出，極富挑戰性。[5]

土體本構關系比金屬材料更加復雜，在本構分析時，更加需要強化試驗測試和理論研究、科學的確定材料參數、合理的構建實用的本構模型，并通過現場測試的驗證使其不斷完善。土的非線性彈性本構模型有兩個具有代表性：一個是國內土工界常用的Duncan-Chang模型（1970.1980），另一個是計入球張量和偏張量交叉效應的沈珠江模型（1986）。土的彈塑性本構分析和建模既要置于彈塑性理論框架之內，又要緊密結合土體工程實際，突出其主要特性，反映其個性特征。土的彈塑性本構模型最常用的是修正的劍橋模型。

3、巖土塑性力學原理綜述

經典塑性力學是以金屬材料為研究主體，在建立金屬材料本構關系和分析金屬材料相關的工程問題等方面，已經形成了一套較完善的理論和方法。同彈性力學一樣，塑性力學也是連續介質力學的一個分支，它的基本方程式：①描述物體平衡狀態的平衡方程；②描述物理變形的幾何方程；③刻畫材料物理狀態和力學性質的本構方程。前兩類方程與材料性質無關，因此普遍適用。塑性力學與彈性力學的主要區別在于第三類方程不同。經典塑性力學只適應于金屬材料，當用于巖土類摩擦材料時就會出現一些不符合實際的情況，理論計算結果與土工試驗結果出現諸多矛盾。因而巖土塑性力學既要吸收經典塑性力學中采用的基本解題方法，又需要對經典塑性力學進行必要的改造，使之適應巖土材料的變形機制。

巖土材料進入塑性狀態后，應變不僅取決于應力狀態，而且還取決于應力歷史，因此，一般無法建立應變全量與應力全量的關系。增量理論將整個加載歷史看成 一系列的微小增量加載過程所組成，研究每個微小增量加載過程中應變增量與應力增量之間的關系，再沿加載路徑依次積分應變增量最終的應變。增量理論能夠反映應力歷史的相關性，但數學處理相對比較復雜。早期屬于這類理論的主要有：Levy-Mises理論和Prandtl-Reuss理論。[6]增量理論的本構方程通常采用應力與應變的時間率形式表達，其假定材料本構關系是率無關的，即不受時間的影響，因此采用應力與應變的增量形式表達。

4、有限元法綜述

有限單元法（FEM，簡稱有限元法）是將微分方程（組）簡化為線性代數方程組從而求解問題的一種數值分析方法。1909年Ritz提出了求解連續介質力學中場問題近似解得一個強有力的方法，這種方法利用未知量的試探函數將勢能泛函近似化來進行求解。1960年Clough把這種解決彈性力學問題的方法定義為有限元法，與此同時，中科院馮康教授提出了一個高效能的求解復雜偏微分方程組問題的計算方法，這種方法特別適用于解決大型復雜的結構工程和固體力學問題，在此時期，馮康教授的研究小組在完成幾個大型水壩應力計算中就應用了這一方法。20世紀60年代后，FEM應用于各種力學問題和非線性問題，并得到迅速發展。1970年后，FEM被引入我國，并很快地得到應用和發展。

有限元法已成為求解復雜巖土工程問題的有力工具，在求解彈塑性問題和流變、動力、非穩態滲流等時間相關問題，以及溫度場、滲流場、應力場的耦合問題等復雜的非線性問題的效能使其成為巖土工程領域中應用最為廣發的數值分析手段。大多數巖土工程問題，如巖土邊坡、地下工程、結構-巖土相互作用等，都涉及無限域或者半無限域，處理這些問題通常是在有限的區域內進行離散。為了使離散不會產生大的誤差，必須取足夠大的計算范圍，并使假定的外邊界條件盡可能的接近真實狀態。理論分析和計算實踐表明，當由于結構或者工程巖土體某一部位開挖卸荷時，對周圍土體的應力及位移有明顯影響的范圍大約是開挖或者結構物與土體作用面得輪廓尺寸的2.5～3倍。在此范圍之外，影響甚小，可忽略其影響。考慮到有限元離散誤差和計算誤差，為了保證必要的計算精度，計算范圍應取不小于3～4倍。在這種情況下，外邊界可以采取兩種方式處理，一是將在距離荷載作用部位足夠遠的外邊界位移設為0；另一種則假定外邊界為受力邊界。但無論哪種方式都同實際的無限域不完全一致，因而都存在誤差。這種誤差會隨著計算區域的減小而增大，并且在靠近外邊界處都比遠離外邊界的誤差大，此現象稱為邊界效應。在用有限元求解巖土工程問題時必須注意邊界效應的影響。

參考文獻：

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[2]丁天彪.數值計算方法，黃河水利出版社.2003年1月

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中圖分類號：G6424文獻標志碼：A文章編號：10052909（2016）03015604

土木工程專業是實踐性很強的學科。改革開放以來，隨著我國大規模基本建設的開展，對土木工程專業人才的需求迅速增長，開辦土木工程專業的高校已由最初的“建筑老八校”增加到迄今為止的362所學校，土木工程專業的師生人數在各個高校的工科專業中也達到了最多[1]。土木工程學科的規模建設滿足了我國對工程技術人才的需求，但在土木工程專業人才的培養過程中也暴露出諸多問題，如缺少創造性，動手實踐能力差，團隊協作意識欠缺。造成這些缺陷的原因是多方面的，但教育培養模式首先值得反思[2]。土木工程專業的學生是作為未來工程師來培養的，要使其能成為一名優秀的工程師，社會責任和人文情懷的培養固然重要，但最重要的素質應該是創造精神、動手能力和團隊協作意識。為了培養這些素質，僅靠高校常規的教學環節是不夠的，組織開展大學生結構設計競賽是一個很好的補充培養平臺[3-4]。

一、 湖南省大學生結構設計競賽

湖南省大學生結構設計競賽是在原省建設廳主辦的土木建筑類大學生結構模型創作競賽基礎上發展而來的，現由湖南省教育廳、湖南省住房和城鄉建設廳聯合主辦，由湖南省建設人力資源協會和湖南省高校輪流承辦，是湖南省教育廳重點支持的學科競賽之一。從2012年到2015年，湖南省大學生結構設計競賽已成功舉辦了四屆，其宗旨是：通過專業知識的綜合運用，多方面培養大學生的創新意識、創新設計能力、動手實踐能力和綜合素質，加強高校間的交流與合作，并推薦每屆的第1名參加全國大學生結構設計競賽。從已舉辦的四屆來看，規模是越來越大，特別是通過網絡媒體的宣傳展示，其影響力在湖南省各個高校土木工程學子中更加深入人心。各屆競賽概況見表1。高規格、高層次的結構設計競賽為培養國家創新型人才起到了推動和促進作用。對于參賽者來說，結構競賽是一項高難度的創造性工作，無論獲獎與否，學子們都能從挑戰中領悟到結構設計和團隊協作的真諦，受益終生。

二、 結構分析軟件

結構設計競賽中有三個方面的工作非常關鍵：概念設計、優化分析、模型制作。這三個方面相互聯系，各有側重。從概念設計出發，結構優化分析宜采用簡化的手算為主，但由于競賽的殘酷性，決定比賽名次的結構重量或位移往往以克或毫米來計算，這就使參賽者不得不借助高層次的有限元結構分析軟件對結構模型進行優化分析。目前我國國內常用的結構分析軟件有ANSYS、SAP2000、MIDAS等。從土木工程的發展趨勢來看，結構規模越龐大，所面臨的結構設計問題越復雜，計算機輔助分析在工程結構中的應用越成熟、普遍。土木工程的學生除了要掌握常用的設計軟件（如PKPM、盈建科），深入學習幾種有限元分析軟件，將對今后從事工程設計和研究工作大有裨益。

上文提到的ANSYS、SAP2000、MIDAS這三種軟件都由前、后處理模塊以及分析計算模塊組成，核心部分均為分析計算模塊。ANSYS軟件由美國ANSYS公司研制，可求解結構、流體、電場、磁場、聲場、碰撞問題，功能強大，單元庫豐富，應用面非常廣泛，但并非專門針對結構專業，初學者不易掌握，用其來做結構競賽的優化分析顯得大材小用[5]。SAP2000程序是由Edwards Wilson創始的SAP系列程序發展而來的，主要適用于模型比較復雜的土木工程結構，如橋梁、建筑、大壩、海洋平臺、發電站、輸電塔等，是被廣泛使用的結構分析軟件之一[6]。SAP2000圖形界面的各種功能菜單并不直接顯示，有些功能菜單隱藏較深，需要一定的使用經驗才能靈活應用，所以本科生上手也會慢一些。MIDAS Family Program由韓國開發，中文版由北京邁達斯技術有限公司開發，其軟件包中的MIDAS/CIVIL、MIDAS/Gen是主打軟件，界面比較人性化，相對容易上手[7]。其中MIDAS/CIVIL是土木工程結構專用分析與優化設計系統，除其他荷載選項外還有移動荷載選型，特別適合于橋梁結構的分析。MIDAS/Gen是通用結構分析與優化設計系統，適合于一般性的空間結構分析，簡單易學。MIDAS/CIVIL和MIDAS/Gen的單元類型基本相同，操作思路也基本相同。對比分析目前國內常用結構分析軟件的特點，MIDAS是指導大學生進行結構模型優化分析的一個很好工具。

三、 MIDAS建模分析基本流程及關鍵要點

采用軟件進行比賽模型的結構分析，最大的優勢就是分析效率高，建一個模型，可以通過改變截面尺寸參數或增減基本構件而得到同類型結構體系的一系列分析結果，特別適合比選優化設計。但必須強調的是，千萬不能將全部希望寄托在軟件的結構分析上。大量競賽結果表明：只要有好的概念設計，結構選型巧妙，同時又重視模型的構造制作問題，即使只通過手算分析也可以取得好的成績。與此相反，若不注重概念設計，結構選型不合理，不重視模型的構造制作問題，即使采用軟件分析也難以取得理想成績。除此之外，還要注意的是，由于軟件提供的單元、構件截面和支座約束類型有限，要建立與實際結構及加載完全吻合的模型不切實際，此時結構簡化、構件截面及加載等效處理顯得尤為重要。下面以2015年第四屆湖南省大學生結構設計競賽作品為例，介紹MIDAS/Gen在結構優化分析中的應用。

（一）競賽作品及其背景介紹

第四屆競賽要求按比賽規程制作一個三層竹質房屋結構模型。豎向加載，除底層外，二、三層樓面和屋面豎向荷載每層均為2個10 kg砝碼；水平加載，采用吊掛加載，加載點設定在屋面，通過鋼絲繩和滑輪連接，下掛鋼結構托盤，以施加150 kg水平側拉力。要注意的是這個水平側拉力不通過結構的扭心，所以結構模型最終要受到豎向砝碼、水平側拉力以及扭矩的作用，如何評估這三個荷載對結構所產生的作用效應是模型設計的關鍵。結構評分按計算書及設計圖10分，結構選型與制作質量10分，加載試驗80分計算，以總分高低排名次。賽題已在網上公布。

關于框架結構的復合受力設計，最重要的是做好概念設計和結構選型，其次才是數值計算，也就是說概念設計和結構選型是數值計算的前提。本次競賽最大的亮點在于考察學生對復合受力情況下結構豎向承載力、結構抗側移和抗扭轉能力的認識深度。為了獲得較好的競賽成績，在能施加豎向砝碼的前提下，追求最輕的結構、最大的結構抗側移和抗扭轉能力是正確的方向。為此本校競賽模型選用帶懸挑平臺的格構式結構，通過增設懸挑平臺來滿足比賽規程對水平投影的要求，以及用來堆積砝碼，采用下大上小、逐漸收攏的格構式結構來承受水平側拉力和扭矩。三維模型如圖1、圖2所示。

（二） MIDAS建模分析基本流程及其關鍵要點

（1）網格建模。直接用MIDAS/Gen網格建模，也可采用AutoCAD畫好結構空間網線圖后，將其文件選存為DXF文件并導入MIDAS/Gen。本校競賽作品三維觀察線圖及實體圖分別見圖1、圖2。

（2）定義材料和截面特性。竹材按勻質各向同性考慮，彈性模量取1×104 N/mm2，抗拉強度取60 N/mm2，容重取9.3×10-6 N/mm3。構件截面庫若無實際模型所需截面，根據等效原則對實際構件截面進行等效。

（3）建立構件單元。實際結構桿件之間主要采用膠結連接方式。為簡化計算，采用梁單元模擬所有構件，假定所有構件之間剛接。

（4）定義邊界條件。實際模型柱腳采用壓條將兩根基礎大梁的懸挑段嵌固約束，為此建模時將兩根基礎大梁的懸挑端面所有節點嵌固。

（5）荷載定義與輸入。二、三層砝碼堆放在懸挑平臺上，建模時將砝碼重量簡化為線荷載施加在懸挑平臺的兩根懸臂梁上。屋面砝碼重量簡化為集中荷載，均勻施加在四根角柱上。

（6）結構分析。結構分析可由MIDAS/Gen自動完成，操作相對較簡單。

（7）靜力分析成果。作為結構競賽常用到的靜力分析成果有反力、位移、內力、應力分析結果圖表以及輸出文本結果。限于篇幅，這里僅舉本校競賽模型中的支撐桿件應力分析圖來說明結構優化分析的意義所在。各個框架面支撐桿件的軸向應力分析結果如圖3所示，綠色為壓桿，黃色為拉桿。通過圖3能清楚知道各個框架面支撐桿件的拉、壓受力情況，供模型制作參考。其中，圖3（c）、（e）所揭示的支撐桿件拉、壓桿受力規律，主要由扭矩控制，對于這一點學生在模型制作中很容易發現。問題在于要弄清楚承受側拉力與扭矩的左右兩個框架大面支撐桿件受力規律，對于學生來說難度較大，下面結合圖3（b）、（d）進行闡述。左視面支撐桿件拉、壓桿受力都很大，因為水平側拉力與扭矩在支撐中產生的拉、壓屬性是重合的。右視面支撐桿件拉、壓桿受力非常小，因為水平側拉力與扭矩在支撐中產生的拉、壓屬性完全相反，彼此相互抵消，對比扭矩引起的支撐桿件應力，水平側拉力引起的作用效應明顯更大。此時，軟件分析結果對模型左右兩個框架大面拉、壓桿屬性的確定和桿件截面優化設計起到了非常關鍵的作用。

在以上模型的有限元分析中，并未涉及任何絕對位移、應力或其他響應的具體數值，因為有限元模擬主要用來進行模型定性分析，要想進行定量的精確模擬是比較困難的，也不現實。可見，有限元分析在結構大賽中的重要作用，但是最關鍵的環節還是后期的模型制作。

四、 結語

通過對比分析目前國內常用結構分析軟件的特點，MIDAS是指導大學生進行結構模型優化分析的工具。以第四屆湖南省大學生結構設計競賽為背景，以我校參賽作品為例，總結了MIDAS建模分析基本流程及其關鍵要點，供模型比選、結構優化設計參考。

圖3競賽作品結構模型軸向應力分析圖參考文獻：

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隨著經濟飛速發展，人們生活水平不斷提高，為土木工程也帶來了更多的要求，土木工程從遠古時期就已經存在，由原始的伐木采石，建造出模仿天然掩蔽物的人類居住場所，到新時期的超高層建筑、水利工程、超高長跨度橋梁，土木工程的發展與變化，代表了人類發展的歷程。在歷史的發展過程中，土木工程的理論、分析手段、施工技術、地基處理都有了更多的發展與突破。

1. 土木工程的意義；

人類需要良好的生存空間，舒適的生活環境，為了獲得更好的居住環境，更加優秀的土木工程技術將不斷出現。土木工程是指使用木、石、土、磚、混凝土、金屬和塑料等工程材料來修建道路、房屋、鐵路、橋梁、港口、河流、隧洞、特種工程和市政衛生工程等的生產活動和工程技術，這類工程技術與生產活動包含了設計、施工、勘測、維修上述各類工程等相關技術與活動。總之，土木工程是一項跟人們的衣、食、住、行有著密切關系的工程。土木工程發展的重點是提高人類居住環境與交通的核心產業，提高土木工程建設水平，完善土木工程發展體系，實現社會、環境、經濟共同發展的根本性目標。

2. 現代土木工程的特點 ；

為適應經濟高速發展的需要，人們需要建造大規模、大跨度、高聳、輕型、大型、精密設備現代化的建筑物，既要求高質量和快速施工，又要求高經濟效益。這就使得現代的土木工程出現了新的特點。

2.1在建筑材料方面，出現了很多高強輕質新材料如（鋁合金、鎂合金和玻璃纖維增強塑料（玻璃鋼））等，且以開始應用，但是這些材料有些彈性模量偏低，有些價格過高，應用范圍受到限制，因而尚待作新的探索。另外，對提高鋼材和混凝土的強度和耐久性，雖已取得顯著成果，仍繼續進展。

2.2在工程地質和地基方面，建設地區的工程地質和地基的構造及其在天然狀態下的應力情況和力學性能，不僅直接決定基礎的設計和施工，還常常關系到工程設施的選址、結構體系和建筑材料的選擇，對于地下工程影響就更大了。工程地質和地基的勘察技術，目前主要仍然是現場鉆探取樣，室內分析試驗，這是有一定局限性的。為適應現代化大型建筑的需要，急待利用現代科學技術來創造新的勘察方法。

2.3工程規劃方面。以往的總體規劃常是憑借工程經驗提出若干方案，從中選優。由于土木工程設施的規模日益擴大，現在已有必要也有可能運用系統工程的理論和方法以提高規劃水平。特大的土木工程，例如高大水壩，會引起自然環境的改變，影響生態平衡和農業生產等，這類工程的社會效果是有利也有弊。在規劃中，對于趨利避害要作全面的考慮。

2.4工程設計方面。人們努力使設計盡可能符合實際情況，達到適用、經濟、安全、美觀的目的。為此，已開始采用概率統計來分析確定荷載值和材料強度值，研究自然界的風力、地震波、海浪等作用在時間、空間上的分布與統計規律，積極發展反映材料非彈性、結構大變形、結構動態以及結構與巖同作用的分析，進一步研究和完善結構可靠度極限狀態設計法和結構優化設計等理論；同時發展運用電子計算機的高效能的計算和設計方法等。

2.5工程施工方面。隨著土木工程規模的擴大和由此產生的施工工具、設備、機械向多品種、自動化、大型化發展，施工日益走向機械化和自動化。同時組織管理開始應用系統工程的理論和方法，日益走向科學化；有些工程設施的建設繼續趨向結構和構件標準化和生產工業化。這樣，不僅可以降低造價、縮短工期、提高勞動生產率，而且可以解決特殊條件下的施工作業問題，以建造過去難以施工的工程。

3. 土木工程的特殊性 ； 整個土木工程過程是建立在對資源和能源的不斷消耗上的，現在國家實施走可持續發展道路，雖然的煤、石油、天然氣、水、森林總量均居于世界前列，但人均占有量卻全部低于世界平均水平，現在的人口、能源、教育、污染問題等已經成為我國所面臨的四大嚴酷問題。在可持續發展成為整個社會的主題的時候， 如何實現資源合理利用，可持續發展是當前的首要問題，而土木工程，也必然的要面對這個問題，如何立足長遠，走出一條可持續發展之路，對資源和能源的節約，包括在建設中的和使用過程中的，成為土木工程以后的一個方向。這就要求要有良好的設計和有效的運作管理機制，保護資源，合理利用資源，控制污染和全方位的質量。讓土木工程構筑物在它的整個壽命周期，從規劃，設計，建造到建成后的使用，維護，拆除都要盡量的將對環境的影響降到最小，同時盡可能大發揮它的社會經濟效應。

4. 土木工程的未來發展；

4.1土木工程技術的發展，包括建筑材料的高強化和輕質化發展，如高性能混凝土、加氣混凝土、輕骨料混凝土，鋼材的發展方向是高強度、低合金，逐步發展一批玻璃鋼、鋁合金、建筑塑料等輕質高強度材料；施工過程的裝配化和工業化發展，土木工程的施工方式工業化，可以先在工廠里成批進行房屋與橋梁的各種構配件及組合體的生產，然后將其運到建設場地進行拼裝，施工手段先進多樣化，逐漸發展現場預制模板、土石方工程定向爆破、混凝土自動攪拌輸送設備和大型吊裝設備等新手段和技術；設計理論的科學化和精確化發展，從人工設計到電腦設計的發展，由單個分析到系統的綜合整體分析，由靜態分析到動態分析，由數值分析到模擬試驗分析，由經驗定值分析到隨機分析乃至隨機過程分析，由線性分析到非線性分析，由平面分析到空間分析；木工程的結構抗震理論、土力學和巖體力學理論、動態規劃理論、可靠度理論等各種理論也得到迅速發展。

4.2土木工程的多樣化發展，未來房屋新型化，蓋房子將是一件十分簡單的事情，因為建筑材料大都是預制的，房屋將再也找不到磚、瓦等古老的材料，而是用各種各樣新型輕金屬材料建造的；海上城市打造，許多發達國家的海洋學和建筑學家專家正在規劃很多新奇宏偉的海上城市，到21世紀中葉全世界估計將有十分之一的人口住在海上建筑物；月球工廠建立，美國航天局制定了一系列的太空開發計劃，到2020年，月球基地初步建成之后，除了設有宇航員的工作和實驗艙之外，還計劃建立水泥廠和冶煉廠。地質學家將會坐著火箭到月球上去上班；太空新居的出現，近年提出的空間城市方案有很多，其中比較成熟的是“輪狀的空間城市”和“柱狀的姐妹城市”。；

總之，土木工程當今的發展是人類智慧的成果，土木工程是為了人類存在而存在。堅持可持續發展道路，努力創新，土木工程定會走向新的高峰！

參考文獻：