案例启发法在职业院校力学教学中的应用

2020-04-11刘建军王中有贾瑞晨

山西建筑 2020年7期

刘建军肖毅王中有贾瑞晨夏彪蒋为

(湖南高速铁路职业技术学院，湖南衡阳 421001)

高职院校学生的文化成绩、学习能力普遍较差，对于力学课程的学习普遍反映很难，对于一些基本力学概念都不理解，这对以后的学习、工作埋下了隐患，往往很多工程事故就是由于设计人员或者施工人员对结构的基本力学概念学习不足所致。2009年6月上海某13层在建居民楼发生整体倾覆倒塌，事故主要原因是由于施工方在大楼一侧开挖基坑，另一侧堆土9 m高，地基土产生不平衡的水平推力，剪断PHC管桩造成楼房整体失稳倒塌；负责调查事故的江欢成院士指出，近年来的施工事故，往往是在一些常识性力学问题上出错，犯的错误也越来越低级[1,2]。本文以生活中的力学现象为出发点，利用通俗易懂的案例来分析力学概念，给高职院校学生在学习力学课程时进行感性认知和启发。

1 案例1:屋顶桁架梁为什么设计成变截面的“鱼腹式”形状

其实就是等强度设计的原理，截面上每处的荷载弯矩M不同，通过变截面设计使截面正应力处处相等，这样可以充分发挥材料的力学性能；屋顶桁架梁的等强度设计其实就是变截面设计，按截面抗弯抵抗矩w来确定，弯曲应力强度σ=M/w；该例可以对截面内力计算、截面设计的概念进行启发[3]。

2 案例2:低碳钢、铸铁的拉伸实验，为什么两者截面破坏不同

3 案例3：跨江大桥的矩形梁中间为什么做成空心的

桥中的梁主要是以弯曲变形为主，矩形梁受弯时，梁的跨中上部受压，下部受拉，显然横截面上有一个既不受拉又不受压的分界线，分界线的应力为零，该分界线称作中性轴。中性轴附近受的应力较小，为减轻自重可挖掉部分材料，使梁的截面受力更合理。预制板中间挖成空心的圆孔，同样可用中性轴的概念解释。

另外，为什么一些梁又可做成T形的。除了以上中性轴的原理之外，另一方面在T形梁正截面受弯计算中，由于混凝土的抗拉强度低，几乎不能承受拉力，可以把下部受拉区两侧混凝土挖去；上部混凝土T形翼缘承受部分压力，可以使得相对受压高度减小，从而下部受拉钢筋的面积可适当减少，梁的截面受力更合理[6]。该例可以对材料力学、梁的受力、钢筋混凝土结构配筋计算进行启发。