桥梁工程课程教学案例库建设与教学实践★

邓 鸣 雷 鸣 赵志军 彭旺虎

(长沙学院土木工程学院，湖南 长沙 410003)

1 案例库建设的意义

桥梁工程是高校土木工程专业道桥方向一门必修的主干课程，一方面它以三大力学、混凝土结构设计原理等课程为基础，具有较强的理论性；另一方面该课程的很多知识可直接应用于工程实践，具有较强的实用性。在教学过程中，传统的以教师为中心、以教材为主要工具的讲授方式难以吸引学生的兴趣，学生在课堂打瞌睡、玩手机等现象屡禁不止，在考试前机械地背概念、背公式，依葫芦画瓢地做计算题，考完就忘，对基本理论及内涵没有掌握。因此，有必要探索《桥梁工程》教学新模式，以期更高效地完成《桥梁工程》教学目标。案例教学法是一种以案例为基础的教学方法，对于实践性较强的课程，采用案例教学可以吸引学生的兴趣，通过分析案例中的实际问题，达到巩固课程知识点、提高实践能力、激发创新思维的目的[1]。好的教学案例应来源于实际工程，而若以工程中出现的问题为案例，则更能吸引学生的注意力，达到事半功倍的效果。因此，有必要在实际工程项目中精心选取设计、施工、运营、养护等桥梁全生命周期出现的问题案例组成案例库，为《桥梁工程》的案例教学提供有效的支撑条件。

2 桥梁工程案例教学现状

案例教学法起源于20世纪20年代，80年代开始受到教育界的重视，我国90年代开始开展相关研究工作。近年来，桥梁工程专业的教师也在积极探索案例教学的教学改革。喻梅[2]介绍了桥梁工程案例教学的组织与实施，分析了其关键问题为积累丰富的案例库、教学中的角色转换以及培养学生的思维能力和创新能力。冯文杰[3]结合道铁桥梁类本科生的专业特点，开展了案例教学探索，并取得较好的效果。陈小佳[4]对桥梁工程课程教学案例分类与特点进行了探讨，提出了以力学特征角度出发的案例教学设计原则。杨晓峰[5]以工程问题为导向开展了教学改革工作，列举了若干个实际案例。吴琛[6]针对“建筑结构抗震设计”的主要内容，设计了十余个案例库，提升了教学质量。

以上研究为《桥梁工程》课程的案例教学改革提供了较好的思路和借鉴作用，但大多是在案例库的组成以及系统性方面略有不足。为使案例教学在桥梁工程教学中取得更好的效果，有必要将典型工程案例，尤其是工程问题案例与《桥梁工程》课程知识点相结合，在案例的搜集、筛选、整理、教学组织等方面开展教学改革研究工作，构建《桥梁工程》案例库，开展教学实践活动。

3 《桥梁工程》典型案例库的建设

组建“桥梁工程教学案例库”团队进行编写和建设案例库。团队教师进行案例的收集、整理、总结，共同进行教学方案的设计、探讨教学案例的应用。案例以工程问题为主，均来源于工程实际，包括团队教师多年的工程实践、网上报导过的桥梁垮塌事例等。案例库结合《桥梁工程》课程的重点、难点，划分为12个子案例库如表1所示。每个案例库由若干相关的案例组成，学生通过对案例的学习、分析、讨论，可以加深对相应知识点的理解。

表1 《桥梁工程》主要知识点与子案例库

1)“桥梁基本知识”子案例库由国内外古代桥梁、钱塘江大桥等近代桥梁、港珠澳大桥等现代典型桥梁的规划设计思路组成，要求学生掌握桥梁的基本组成和分类，了解桥梁发展动态，树立“文化自信”；掌握桥梁的平面布置和纵断面、横断面设计，了解桥梁设计的一般建设程序。

2)“桥梁上的作用”子案例库包含某沿海高速公路重载交通下的荷载等级选取、塔科马大桥在风荷载作用下的垮塌、地震对桥梁的破坏、车辆超载致桥梁垮塌等内容。要求学生通过案例了解作用的分类，掌握作用的规定与计算方式，理解作用的选定及效应组合。

3)“桥面系”子案例库。该子案例库包含公交车冲破护栏坠江、广澳高速车撞桥梁伸缩缝导致交通事故等内容。要求学生通过案例掌握桥面系的基本布置与构造，理解这些构造的基本功能，同时通过典型事故明白，这些构造物看起来并不起眼，但也起着很重要的作用。

4)“混凝土梁桥上部结构典型病害”子案例库包含普通钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁的跨中裂缝、支点处裂缝等结构性受力裂缝。要求学生理解混凝土桥梁的基本体系、受力特点，根据案例资料分析病害产生的原因，并讨论处置方案。

5)“横向分布”子案例库引入某板梁桥单板受力导致断裂事故、某钢筋混凝土简支T梁桥横隔板开裂破损案例，从而提出横向分布系数概念，要求学生通过案例掌握横向分布系数的基本理论，讨论加强横向联系的方案。

6)“连续梁桥典型病害”子案例库包含预应力混凝土连续梁桥开裂、下挠等常见病害，要求学生理解连续梁桥的基本体系、受力特点，根据案例资料分析病害产生的原因。

7)“支座病害”子案例库。该案例库包括支座脱空、剪切变形、偏位等病害，通过病害分析使学生进一步了解支座的分类、支座布置的原则。

8)“斜、弯梁桥”子案例库包含多起弯桥倾覆事故。根据独柱弯桥倾覆事故，建立力学模型，得出弯桥的倾覆机理，从而让学生更深入的掌握弯桥的受力特征。此案例库还包括目前常见的独柱墩加固案例。

9)“混凝土桥梁施工事故”子案例库收集了多起混凝土梁桥施工期事故，包括架桥机等施工机具引发的事故、支架垮塌引发上部结构垮塌、施工顺序错误引发的事故，通过事故分析使学生更进一步了解各种施工方法的特点。

10)“混凝土拱桥”子案例库收集多座拱桥施工期、运营期垮塌事故的案例，如凤凰大桥、孔雀河大桥、福建武夷山公馆大桥、宜宾小南门大桥等影响极大的工程事故。通过分析这些事故产生的原因，掌握上承式拱桥、中承式拱桥及下承式拱桥的受力特点和主要组成，理解拱桥的优缺点。

11)“混凝土斜拉桥”子案例库收集了混凝土斜拉桥施工过程垮塌案例、运营过程斜拉索腐蚀或断裂案例、混凝土主梁开裂病害案例，通过案例分析使学生了解斜拉桥的特点、斜拉索的布置，了解斜拉桥组成部分(斜索、塔柱、主梁)的构造以及常见的施工方法。

12)“桥梁墩台”子案例库收集了由于洪水、船撞、冲刷等原因造成桥梁墩台倒塌的工程案例。通过工程案例讲解使学生了解墩台计算的作用及组合，理解重力式桥墩台计算及验算。

4 典型工程案例教学实践：以横向分布系数为例

教学目标：掌握横向分布系数的概念及计算。

工程案例：某钢筋混凝土板梁桥，在检测中发现桥面破损严重，其中顺桥向有明显的裂缝，如图1所示。在一次重车过桥时，其中一片板梁发生断裂事故，如图2所示。

教学过程：首先，摆出案例，引导学生分组讨论：图2的板梁为何会发生断裂，断裂之前的桥面破损(如图1所示)与板梁断裂是否有关系，为什么；其次，分析该桥的受力特点。从一片梁的荷载影响线出发，扩展至全桥多片梁时提出荷载效应影响面的概念；为简化计算，将影响面的系数分解为单片梁影响线以及荷载横向分布影响线；接着根据最不利布载的原则，引出横向分布系数的概念，即某根主梁承受的荷载是各个轴重的倍数。再次，提出横向无联系和横向刚度无穷大两种特殊情况，引导学生思考这两种情况下的横向分布系数分别是多少，从而进一步加深学生对横向分布系数的理解。接着，探讨和学习如何进行横向分布系数的计算。课程最后，回到工程案例，让学生回答之前提出的问题，并布置作业：如果在平时的检测、养护中发现如图1所示的病害，为避免桥梁断裂垮塌事故的发生，该如何进行维修加固。

5 结语

《桥梁工程》是一门强调理论与实践相结合的学科。要求学生通过本课程的学习，能够掌握常用的混凝土桥梁的设计和构造原理、计算理论和分析方法，以及桥梁施工方面的知识；在工程设计建设过程中遇到与桥梁有关的问题时，能够综合运用桥梁工程所学的知识去分析和解决问题，同时具备进行工程探索创新的初步素质和能力。然而由于传统教学方法枯燥、重理论推导轻案例讲解，导致学生学习效果不佳，课程目标难以实现。

为此，将《桥梁工程》课程教学与真实工程案例相结合，建设《桥梁工程》案例库并进行教学实践。实践证明，通过案例教学，激发了学生的学习兴趣，取得了较好的学习效果。案例库的建设有利于学生对桥梁工程的基本概念有清晰的理解，对桥梁设计方法有思路，对桥梁事故、养护中的问题能有一定的理解。学生通过对案例的前因、后续处理方案进行讨论、思考，其分析问题、解决问题的能力得到了充分的锻炼，创新思维得到开发。