《拱桥和缆索承重桥梁》课程教学大纲
(Arch Bridge & Cable-supported Bridges)
编写单位:土木工程学院 桥梁工程系
编写时间:2023年9月
《拱桥和缆索承重桥梁》课程教学大纲
一、基本信息
课程名称:拱桥和缆索承重桥梁 英文名称:Arch Bridge & Cable-supported Bridges
课程类别:专业教育课程
课程性质:必修课
课程编码:0810000359
学分:2.5
总学时:40。其中,讲授学时40,实验学时0,上机学时0,实训学时0
适用专业:土木工程专业桥梁工程方向
先修课程与知识储备:土木工程材料、工程地质及水文、理论力学、材料力学、结构力学、土力学、结构设计原理、混凝土梁桥等
后继课程:桥梁电算、毕业设计等
二、课程简介:
本课程是土木工程专业(桥梁工程方向)的一门专业必修课程。通过本课程的教学,使学生初步具备复杂桥梁的设计和施工能力。
该课程利用之前所学的力学、材料、结构等方面的知识,一是分两个层次进行拱桥学习:(1)按各种桥型的共性,学习拱桥的总体规划设计、设计荷载、桥面布置、墩台设计等知识;(2)学习拱桥的发展、组成分类、结构构造、设计计算等方面的内容。二是重点学习斜拉桥、悬索桥等的发展、组成分类、结构构造、设计计算等方面的内容。学生通过本课程的学习,不仅掌握斜拉桥和悬索桥的基本概念,熟悉构造组成、计算过程,了解施工方法,而且能够运用理论设计并分析实际斜拉桥和悬索桥。通过理论与实际的结合,具备一定的分析问题和解决问题的能力。
本课程加强课程形成性评价考核内容,即将课堂讨论、课间测评、计算大作业、幕课课资源的学习等过程环节与考核挂钩,不再只单一地通过平时表现和期末考试的方式进行考核。引入形成性评价以后,更能全方位的进行学生的能力培养,以产出为导向,并且做到全覆盖、可衡量,使全体学生受益,满足专业认证OBE理念。
在学生的考核方式上,进一步拓展本研维度,导入科教融合的成果,如学生发表论文、竞赛获奖等,可等价换算为课程目标3或目标4的分值。具体见第八部分“考核方式”表3。
三、教学目标
1、课程思政教学目标:以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导原则,坚持知识传授与价值引领相结合,运用可以培养大学生理想信念、价值取向、政治信仰、社会责任的题材与内容,全面提高大学生缘事析理、 明辨是非的能力,让学生成为德才兼备、全面发展的人才。
2、课程教学总目标:通过本课程的学习,达到以下课程目标:
课程目标 1. 利用拱桥和缆索承重桥梁的发展动态、结构分类、构造特点、受力分析等专业知识,进行桥梁合理规划和初步设计的能力。(知识)
课程目标 2. 具备问题分析能力,根据环境要求和施工能力,胜任拱桥和缆索承重桥梁的跨径分配、尺寸拟定、施工方案拟定等专业设计工作。(分析)
课程目标 3. 能够进行拱桥和缆索承重桥梁结构体系、结构、构件(节点)或施工方案的分析、优化,并在设计过程中因地制宜,考虑耐久,并与最新科研成果结合。(设计)
课程目标4. 能够熟练使用计算机分析软件(如桥梁博士、MIDAS等)进行拱桥的计算、分析,合理配筋,并能在验算通过的基础上进行优化。(工具)
3、课程目标与学生能力和素质培养的关系:
课程目标 1 属于专业性知识要求,指掌握土木工程专业知识,具备知识交叉融合能力,应用于解决土木工程专业的复杂工程问题。通过该目标的达成,提高学生终身学习能力,即具有自主学习和终身学习的意识,有不断学习和适应发展的能力。
课程目标 2 提高学生分析问题能力,即具备综合判断能力,能够通过对比、推理、分析及文献调研等,获得土木工程专业复杂工程问题的有效结论。
课程目标 3 针对设计/开发解决能力,能够用图纸、模型、计算书等形式呈现体系、结构、构件(节点)或施工方案等设计开发成果。
课程目标4提高使用现代工具能力,能恰当使用计算机分析软件进行土木工程结构计算分析,并能对复杂工程问题进行模拟与预测。
4、毕业要求—课程目标关系(OBE结果导向)
表1毕业要求-课程目标关系表
毕业要求 | 指标点 | 与课程关联度 | 课程目标 |
2.工程知识 | 2.4 掌握土木工程专业知识,具备知识交叉融合能力,应用于解决土木工程专业的复杂工程问题。 | H | 1 |
3.问题分析 | 3.4 具备综合判断能力,能够通过对比、推理、分析及文献调研等,获得土木工程专业复杂工程问题的有效结论。 | H | 2 |
4.设计/开发解决方案 | 4.4 能够用图纸、模型、计算书等形式呈现体系、结构、构件(节点)或施工方案等设计开发成果。 | H | 3 |
6. 使 用 现 代 工具 | 6.2能恰当使用计算机分析软件进行土木工程结构计算分析,并能对复杂工程问题进行模拟与预测。 | M | 4 |
四、课程内容及学时分配
本课程内容、建议学时以及知识单元与课程目标支撑关系如表2所示。
表2课程内容及学时分配
知识单元 | 知识点 | 讲授学时 | 实验学时 | 上机学时 | 课程 目标 | ||
序号 | 描述 | 序号 | 描述 | ||||
1 | 概述 | 1 | 拱桥的主要特点 | 2 | 0 | 0 | 1、2 |
2 | 拱桥的组成及主要类型(思政:解密赵州桥) | ||||||
2 | 拱桥的构造及设计 | 1 | 拱桥总体布置与设计构思 | 8 | 0 | 0 | 1、2 |
2 | 上承式圬工拱桥及混凝土拱桥的设计与构造 | ||||||
3 | 中、下承式混凝土拱桥的设计与构造 | ||||||
4 | 混凝土拱式组合体系桥的设计与构造 | ||||||
5 | 钢拱桥的设计与构造 | ||||||
6 | 钢管混凝土拱桥的设计与构造 | ||||||
3 | 拱桥的计算 | 1 | 概述 | 8 | 0 | 0 | 3、4 |
2 | 简单体系拱桥的计算 | ||||||
3 | *组合体系拱桥的计算 | ||||||
4 | 拱桥的稳定性验算 | ||||||
5 | *连拱概念与力学特点 | ||||||
4 | 拱桥施工简介 | 1 | 有支架施工 | 1 | 0 | 0 | 4 |
2 | 缆索吊装施工 | ||||||
3 | 转体施工法 | ||||||
4 | *其他施工方法 | ||||||
5 | **拱桥实例 | 1 | 贵州大小井特大桥 | 1 | 0 | 0 | 4 |
2 | 株洲红港大桥 | ||||||
3 | 四川万县长江大桥 | ||||||
6 | 缆索承重桥梁概论 | 1 | 缆索承重桥梁的基本特点 | 2 | 0 | 0 | 1 |
2 | 缆索承重体系桥梁的类型 | ||||||
7 | 斜拉桥 | 1 | 斜拉桥的总体布置 | 8 | 0 | 0 | 1、2、3 |
2 | 斜拉桥的构造 | ||||||
3 | 斜拉桥的计算 | ||||||
4 | 斜拉桥的施工 | ||||||
5 | 斜拉桥实例 | ||||||
8 | 悬索桥 | 1 | 悬索桥的总体布置和构造 | 6 | 0 | 0 | 1、2、3 |
2 | 悬索桥设计计算基本理论 | ||||||
3 | 悬索桥施工简介 | ||||||
4 | 悬索桥实例—江阴长江大桥 | ||||||
9 | 桥梁墩台类型和构造 | 1 | 概述 | 2 | 0 | 0 | 1、2 |
2 | 梁桥墩台 | ||||||
3 | 拱桥墩台 | ||||||
10 | 墩台的设计与计算 | 1 | 作用及其效应组合计算与有关规定 | 1 | 0 | 0 | 2、3 |
2 | 重力式桥墩设计与验算 | ||||||
3 | 桩柱式桥墩及轻型桥墩的计算 | ||||||
4 | 桥台设计与计算 | ||||||
11 | 桥梁维护加固 | 1 | 桥梁日常养护维修 | 1 | 0 | 0 | 1、2 |
2 | 桥梁加固改造 | ||||||
| 总计 |
|
| 40 |
|
|
|
五、教学方法及要求(文字部分:1、教学方法要求,包括教师学科专业背景、教学准备、教学方式、教学组织和教学资料、教学手段等方面。2、课程思政教学方法及要求。)
本课程总学时为40学时,教学环节包括课堂教学(含多媒体投影、录像、教学模型、参观模型试验)、课堂讨论、案例教学、课外辅导、网络教学平台作业等。本课程主要采用多媒体教学,课堂讲授结合讨论、案例教学和研究性教学。本课程将充分利用数字化技术、网络教学平台等,充分调动学生学习积极性,提高教学效率。本课程课堂教学流程如图1所示。

图1 课堂教学流程
在“播种希望,强调责任,彰显成就,突出美感,严管过程”五个方面挖掘思政元素并自然融入到课程教学中。首先,播种希望:用学校桥梁专业毕业生和任课教师的工程与科研业绩激励和感召学生,并引导学生参与工程或科研实践;第二、强调责任:引导学生懂得通过桥梁工程师的努力可大幅减少桥梁事故的发生,体现人生价值;第三、彰显成就:中国桥梁人打造了响亮的“桥梁名片”,中国桥梁建设取得的成就举世瞩目;第四、突出美感:桥梁外观、技术、桥梁建设者和桥梁知识体系都有美的元素;第五、严管过程:课程思政应贯穿于教学全过程,从学生行为规范、课堂表现、学习习惯到教师课堂授课、作业批改、考试考查,再到桥梁工程的课程设计和毕业设计等各环节均应有体现。给出了课程思政融入技巧:展现出课程和教学过程的美感本身就是最好的课程思政;多用和善用“隐性思政表达”;教师“以身作则”和“宽严相济”使课程思政潜移默化、易于接受。
六、重点与难点
1.重点
(1)拱桥的受力特点和主要类型;
(2)上承式拱桥的主要构造,拱桥矢跨比、拱轴线形与受力的关系;
(3)上承式拱桥的计算过程、计算方法,连拱计算;
(4)斜拉桥的受力特点、组成和主要类型;
(5)索、梁、塔的相互作用,孔跨、索塔、拉索布置;
(6)索、梁、塔的主要构造形式,抗风与减震的原理与方法;
(7)拉索等效弹性模量的计算与两端倾角的修正,索力的初拟与调整;
(8)悬索桥的组成、分类及其特点;
(9)悬索桥的计算要点和施工简介;
(10) 墩台的组成、分类及其相应的适用场合;
(11) 墩台计算所考虑的荷载种类及其组合方式,重力式墩台的计算内容与计算方法等;
(12)桥梁日常养护维修要点;
(13)桥梁加固改造常用的方法。
2.难点
(1)拱形结构在受力上与梁桥的根本区别;
(2)拱轴线形与压力线的关系;
(3)悬链线方程的建立,活载内力计算过程;
(4)斜拉桥和悬索桥的对比;
(5)索对梁的多点弹性支承,辅助墩、端锚索与边引垮的作用;
(6)塔高于跨径之比(高跨比)的确定;
(7)可行域法调索原理与悬臂施工合理施工状态的确定;
(8)悬索桥的计算内容和方法;
(9)索对梁的多点弹性支承,辅助墩、端锚索与边引垮的作用;
(10)拱桥计算的有限元计算和电算基础、软件和流程等。
(11)梁桥轻型墩台和拱桥墩台利用其刚度和构造平衡外力;
(12)台后破坏棱体上的活载影响;台后土压力的计算方法;
(13)桥梁日常养护维修要点;
(14)桥梁加固改造常用的方法等。
七、学习要求(文字部分:对学生学习进行要求约定。如:完成教师布置的预习要求、参与课堂讨论的要求、作业要求、课外自主学习要求、考试要求等等。教师可根据课程特点和教学要求具体设计)
采用混合式教学的部分课程内容,要求学生自学完成网络教学平台或老师规定的自学任务,并完成老师规定的讨论或课前作业等。
拱桥和缆索承重桥梁的计算应布置作业进行训练,以课后作业的形式提交。主要内容应包含:
(1)实腹式悬链线拱轴方程的推导过程;
(2)均匀温变引起的拱桥内力计算;
(3)拱脚变位引起的拱桥内力计算。
(4)悬索桥和斜拉桥都是缆索承重桥梁,请全面比较两者的异同点;
(5)斜拉索的垂度效应计算;
(6)地锚式悬索桥和自锚式悬索桥的差别;
对于“五点重合法”、 “假载法”、斜拉桥计算、悬索桥计算、桥梁墩台计算等其他知识点也可酌情设置课后小作业。
八、考核内容及考核方式
1.考核内容及评价依据
本课程考核内容、建议评价依据以及与课程目标对应关系如表3所示。
表3 课程目标-考核方式关系表
课程目标 | 考核内容 | 评价依据 |
课程目标1 | 对拱桥的主要受力特点及其优缺点,拱桥上下部各主要组成部分、主要技术名称、按照拱上建筑的形式、结构受力图式、截面形式等主要分类等知识点的掌握程度。 对墩台的组成、作用和设计遵循的原则,重力式与轻型墩台的区别,熟悉梁桥与拱桥墩台的分类和主要构造,墩(台)帽宽度的确定,桥墩防撞设计要点等知识点的掌握。 对斜拉桥的组成,各部分的特点,常见的孔跨布置方式及其跨径比例关系,索塔布置的形式及高跨比的选择,拉索索面的布置形式,斜拉桥的主要结构体系及其各种体系的特点等知识点的掌握程度。 | 1.平时表现、网络教学平台的学习情况 2.课堂讨论、随堂小测验 3.期末考试 |
课程目标2 | 对斜拉桥主梁的分类构造及各种截面形式的特点,索塔的构件组成和拉索的构造与减震措施,拉索的锚固方法和应力控制的考虑因素等知识点的熟悉程度。 对各类拱桥、斜拉桥、悬索桥的主要施工方法、施工过程等知识点的了解。 | 1.平时表现,网络教学平台的学习情况 2.课堂讨论、随堂小测验 3.期末考试 |
课程目标3 | 对板拱、板肋拱、肋拱、双曲拱和箱形拱的主要构造与尺寸拟定方法,拱上建筑的组成,拱桥填料、桥面、伸缩缝与变形缝、排水与防水层等其他细部构造,拱桥设计中的标高、矢跨比、不等跨连续拱的选择方法,中、下承式钢筋混凝土拱桥的基本组成与构造,拱式组合体系的基本形式等知识点的掌握程度。 对理想拱轴线与合理拱轴线的概念,实腹式悬链线拱轴线方程的推导过程及其特性,悬链线物无铰拱的弹性中心概念,恒载作用下拱的内力计算过程,活载内力计算内容,裸拱内力计算的方法,温度变化、混凝土收缩和拱脚变位对主拱内力的影响等等知识点的掌握。 对斜拉桥有限元模型的模拟和索力的恒载平衡法初拟与可行域法调索方法,垂度修正的等效模量原理,温度、混凝土徐变、几何非线性对计算的影响等知识点的掌握程度。对悬索桥和斜拉桥计算的有限元计算和电算基础、软件和流程等等知识点的了解。 对拱桥计算的有限元计算和电算基础、软件和流程等等知识点的了解。 | 1.平时表现、作业情况等 2.课堂讨论、随堂小测验 3.期末考试 4. 依托本课程学习获得的科研成果、发表的论文、发表的作品 5. 依托本课程学习获得的实践成果、知识产权 6. 依托本课程学习获得的学科竞赛奖励、创新创业大赛奖励、作品竞赛奖励 7. 依托本课程学习获得的其它学术成果 |
课程目标4 | 对理想拱轴线与合理拱轴线的概念,实腹式悬链线拱轴线方程的推导过程及其特性,悬链线物无铰拱的弹性中心概念,恒载作用下拱的内力计算过程,活载内力计算内容,裸拱内力计算的方法,温度变化、混凝土收缩和拱脚变位对主拱内力的影响等等知识点的掌握。 对拱桥计算的有限元计算和电算基础、软件和流程等等知识点的了解。 | 1.平时表现 2.课堂讨论、拱桥计算大作业 3. 依托本课程学习获得的科研成果、发表的论文、发表的作品 4. 依托本课程学习获得的实践成果、知识产权 5. 依托本课程学习获得的学科竞赛奖励、创新创业大赛奖励、作品竞赛奖励 6. 依托本课程学习获得的其它学术成果 |
2、成绩评定
课程总评成绩由平时考核成绩和期末考试成绩两部分加权而成,两部分成绩均为百分制,在总评成绩中,平时考核成绩和期末考试成绩所占的权重分别为α1、α2,分别是20%和80%。
期末考试采用闭卷考试,各考核内容所占分值比例也可根据教学安排进行适当调整,期末考试对应课程目标考核内容及建议分值见表4。
表4《大跨度桥梁和拱桥》课程考试评分表
序号 | 课程目标 | 考核内容 | 建议分值 | 合计 |
|
| 拱桥的主要受力特点及其优缺点,拱桥上下部各主要组成部分、主要技术名称、按照拱上建筑的形式、结构受力图式、截面形式等主要分类 | 8-15 |
|
斜拉桥的组成,各部分的特点、其发展阶段 | 3-6 | |||
悬索桥的主要受力特点及其优缺点,悬索桥各主要组成部分、主要技术名称、按照结构受力图式、截面形式等主要分类 | 3-6 | |||
墩台的组成、作用和设计遵循的原则,重力式与轻型墩台的区别,熟悉梁桥与拱桥墩台的分类和主要构造 | 3-5 | |||
拱桥其他分类方法;板拱、板肋拱、肋拱、双曲拱和箱形拱的主要构造与尺寸拟定方法 | 5-10 | |||
拱上建筑的组成,了解拱桥填料、桥面、伸缩缝与变形缝、排水与防水层等其他细部构造 | 4-8 | |||
拱桥设计中的标高、矢跨比、不等跨连续拱的选择方法 | 4-8 | |||
各类混凝土拱桥的主要施工方法、施工过程 | 1-2 | |||
斜拉桥的主要施工方法、施工过程 | 2-4 | |||
悬索桥的主要施工方法、施工过程 | 2-4 | |||
桥梁日常养护维修要点 | 1-2 | |||
桥梁加固改造常用的方法等 | 1-2 | |||
拱轴线与合理拱轴线的概念,实腹式悬链线拱轴线方程的推导过程,及其特性 | 4-5 | |||
恒载作用下拱的内力计算过程,活载内力计算内容 | 4-6 | |||
裸拱内力计算的方法,熟悉温度变化、混凝土收缩和拱脚变位对主拱内力的影响 | 10-20 | |||
斜拉桥有限元模型的模拟和索力的恒载平衡法初拟与可行域法调索方法,熟悉垂度修正的等效模量原理 | 4-6 | |||
悬索桥的计算内容、步骤和方法 | 2-3 | |||
桥梁墩台计算中的荷载及组合规定,重力式桥墩计算与验算步骤 | 1-2 | |||
| 合计 |
|
| 100 |
平时成绩占总成绩的20%(如参加课程考核改革,这一比例可扩大到40%~50%),根据平时作业、随堂小测验、网络教学平台的学习情况、课堂讨论等情况评定,成绩评分标准建议见表5。
表5《大跨度桥梁和拱桥》课程平时成绩评分表
序号 | 考核内容 | 占比% | 建议评分标准 | |||
90-100 | 75-90 | 60-75 | <60 | |||
1 | 平时作业 | 50 | 按时全部完成,书写工整,答案正确 | 按时全部完成,书写工整,答案大部分正确 | 完成大部分作业,答案基本正确 | 不能按时完成,书写潦草,错误较多 |
2 | 课堂 测试 | 20 | 认真听讲,积极参与讨论和回答问题 | 认真听讲,较为积极参与讨论和回答问题 | 基本听讲,回答问题和讨论不积极 | 不会答题或总是做和课堂无关的事情 |
3 | 网络教学平台的学习情况 | 30 | 登录次数多,阅读时间时间长,网路教学平台学习积极主动 | 登录次数较多,阅读时间时间较长,网路教学平台学习较积极主动 | 登录次数较少,阅读时间时间较短,网路教学平台学习不够积极主动 | 登录次数不多,阅读时间时间不长,网路教学平台学习较不太积极主动 |
3、课程目标达成度评价方式
课程目标达成度评价包括课程分目标达成度评价和课程总目标达成度评价,具体计算方法如下:
课程分目标达成度=![]()
课程总目标达成度=![]()
课程目标评价内容及符合意义说明如下:A、B分别表示学生平时成绩、期末考试的平均得分,其中,A=A1+A2+A3, B=B1+B2+B3;A1为平时作业或测试中对应课程目标1的试题得分或网络教学平台的学习情况评价得分,A2为平时作业或测试中对应课程目标2的试题得分或网络教学平台的学习情况评价得分,A3为平时作业或测试中对应课程目标3的试题得分或网络教学平台的学习情况评价得分;A4为平时作业或测试中对应课程目标4的试题得分;B1为期末考试中对应课程目标1的得分,B2为期末考试中对应课程目标2的得分,B3为期末考试中对应课程目标3的得分。
课程目标评价内容及目标分值建议如下表6所示:
表6 课程目标评价内容及目标分值建议
课程目标评价内容 | 平时成绩(作业、测试或网络教学平台的学习情况评价得分) | 期末考试 | 课程总评成绩 | ||||
课程目标1 | 课程目标2 | 课程目标3 | 课程目标1 | 课程目标2 | 课程目标3 | ||
目标分值 | 20 | 40 | 40 | 30 | 40 | 30 | 100 |
学生平均得分 |
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课程目标达成度评价值计算方法与具体说明如下表7所示:
表7 课程目标达成度评价值计算方法
课程目标 | 考核环节 | 目标分值 | 学生平均得分 | 各课程目标达成度计算示例 |
课程目标1 | 作业、测试或网络教学平台的学习情况评价得分 | 20 |
|
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期末考试 | 30 |
| ||
课程目标2 | 作业、测试或网络教学平台的学习情况评价得分 | 20 |
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期末考试 | 40 |
| ||
课程目标3 | 作业、测试或网络教学平台的学习情况评价得分 | 20 |
|
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期末考试 | 30 |
| ||
课程目标4 | 作业、大作业或测试 | 40 |
|
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课程总体目标 | 总评成绩 | 100 |
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九、课程资源平台(专题网站、学校网络资源;实践性教学资源,课程思政资源)
(1)湖南省线下一流课程公示材料可见网址: http://xxyl.contest.chaoxing.com/bisai2/zuopin/info?zid=70856
(2)湖南省普通高等学校课程思政建设研究项目部分成果展示可见网址:https://chshlgkcszh.fanya.chaoxing.com/bisai2/zuopin/info?zid=42411
(3)校级慕课“《桥梁工程A(下)》” 部分成果可见网址:http://mooc1.chaoxing.com/course/215302009.html
十、教材、主要参考书(一本主教材、三本参考书)
(1)教材
[1] 李传习主编《桥梁工程》[M].中国建筑工业出版社.2020
(2)主要参考书:
[1] 姚玲森. 桥梁工程(第二版) [M].北京:人民交通出版社.2020
[2] 邵旭东主编. 桥梁工程(第六版)[M]. 北京:人民交通出版社.2023
[3] 范立础主编. 桥梁工程(上册)(第三版)[M]. 北京:人民交通出版社.2017
大纲执笔人:陈历强、张玉平 课程负责人:彭建新 大纲审核人:付果