课程名称

桥梁结构电算（卓越）

课程编号

Z081400123

课程性质

专业课

必修课

学分

1.5

教学安排

总学时24。其中讲授 16 学时，实验 0 学时，上机 8 学时，实训 0 学时

授课时间：第 1 周至第 12 周

周学时

2

相关课程与环节

Fortran语言、线性代数、材料力学、结构力学、结构设计原理、桥梁工程、毕业设计等

基本情况

专业

土木卓越班

(土木桥梁)

年级

2021级

班级

桥卓21-1班

修读人数

30

授课对象分析

要求学生的先修课程Fortran语言、线性代数、材料力学、结构力学、结构设计原理、桥梁工程等成绩合格、大学英语四级、有程序设计基础

课程简介与要求

主要讲授采用有限元方法建立桥梁结构数值分析模型的原理和计算方法，并应熟练掌握一种有限元软件的使用，是一门实践性较强的专业课，需要综合运用理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、有限元分析原理、高等数学、线性代数、概率论、混凝土结构设计原理、桥梁工程、桥梁施工、地基基础等课程的相关知识，并与各种桥梁规范联系紧密。课程既属于结构设 计类课程的范畴，又兼有实践教学环节的特点，具有很强的综合性。

课程目标

课程目标

支撑毕业要求指标点

与课程关联度

1.了解桥梁电算分析内容，清楚常见桥梁结构与构件的受力行为分析特点

3 问题分析

3.3具备问题分析能力，能够分析土木工程专业复杂工程问题的关键因素。

M

2. 熟悉桥梁电算程序的基本思想和原理，掌握常规桥梁结构有限元建模分析方法。

3 问题分析

3.3具备问题分析能力，能够分析土木工程专业复杂工程问题的关键因素。

M

3. 能使用桥梁分析软件进行桥梁结构与构件的建模，用以计算分析复杂工程问题

6 使用现代工具

6.1能运用土木工程制图、计算机辅助设计、BIM技术等，表达和解决土木工程问题。

H

课程思政

要求学生课后观看桥梁视频、课堂中讲解桥梁典型工程案例、桥梁工程事故原因及经验教训，增强学生的专业责任感和自豪感，调动学生的学习兴趣与积极性。

教学方法

课程讲授与上机练习相结合。

理论教学采用板书+多媒体教学相结合，辅以知识点短片、录像、雨课堂、网络教学平台等教学手段，同时针对重点、难点进行课外答疑帮助学生更好地掌握基本理论知识。

教学重点

与难点

重点：

（1）截面几何特性的计算：梯形分块法和三角形分块法求断面特性的原理和程序编制；

（2）杆系结构静力分析程序：局部与结构坐标系下的单刚与节点荷载矩阵、总刚及总荷载矩阵集成、刚臂及铰的处理及节点位移的主从关系；

（3）分阶段施工桥梁的有限元建模。

难点：

（1）杆系有限元的计算原理；

（2）分阶段施工桥梁在建有限元模型时单元、荷载等的分阶段计入。

课程各教学环节内容与安排

知识单元

知识点

课内学时

教学方式

作业/测验

课外学习

有限元方法简介

结构类型与分析方法、步骤及应用软件

2

课程讲授

了解结构分析步骤及应用软件的特点

矩阵运算与线性方程组求解

矩阵运算、线性方程组的高斯消元法

2

课程讲授+上机

1

掌握计算原理和数据准备

乔累斯基法及一维变带宽存贮、迭代法

2

课程讲授+上机

1

掌握计算原理和数据准备

截面几何特性的计算

梯形分块法、三角形分块法、积分法

2

课程讲授+上机

3

掌握计算原理和数据准备

杆系结构静力计算程序、桥梁软件及计算示例

有限元基本原理、简单的平面杆系刚架程序框图、公式推导

2

课程讲授+上机

1

掌握计算原理和数据准备

中间铰的处理方法、非结点荷载、斜拉索张拉、拆除单元以及预应力计算方法

2

课程讲授+上机

掌握计算原理和数据准备

支座变位及支点反力计算、影响线计算、结构对称性的利用

2

课程讲授+上机

掌握计算原理和数据准备

杆系结构静力分析通用程序、施工过程的计算程序设计

2

课程讲授+上机

1

掌握计算原理和数据准备

考核项目

考核内容

考核方式

分值或占比

课堂表现

出勤率和课堂参与度

考勤、课堂讨论、课堂展示等

10

阶段考核

截面几何特性计算

提交计算书

10

阶段考核

线性方程组求解

提交计算书

10

阶段考核

有限元方法

提交计算书

10

大作业

简支梁桥设计计算

提交计算书和图纸

10

期末考试

课程教学内容

开卷

50

推荐教材

周水兴. 桥梁结构电算—有限元分析方法及其在MIDAS/Civil中的应用（第2版）[M]. 北京：人民交通出版社,2020.09.

参考材料

[1] 石志源. 桥梁结构电算（第2版）[M]. 北京：人民交通出版社,2010.

[2] 颜东煌,田仲初,李学文编著.桥梁结构电算程序设计[M].长沙:湖南大学出版社,1999

[3] 刘扬,王达. 桥梁结构有限元分析理论及方法[M] .人民交通出版社，2014

[4] 肖汝诚.桥梁结构分析及程序系统[M].北京:人民交通出版社,2002

[5] 桂良进,王军.Fortran PowerStation 4.0使用与编程[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999

[6] 葛俊颖.桥梁工程软件midas Civil 使用指南[M].北京:人民交通出版社,2013

课程资源

教务处网络教学综合平台http://pt.csust.edu.cn/meol/homepage/common/

超星慕课平台http://i.mooc.chaoxing.com/

教材分析与处理

根据课程目标要求，增加了有限元方法简介、结构类型、分析方法和步骤，结构建模方法、应用软件的使用技巧和计算示例等内容。

知识单元名称

有限元方法简介、截面特性计算

课次

第1讲

授课类型

理论课讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标

与要求

了解有限元的基本方法、结构类型与分析方法、步骤及常用的应用软件、截面特性计算方法

本单元重点

与难点内容

重点：有限元的基本方法、结构类型与分析方法、步骤、截面特性计算方法

难点：结构分析的原理和方法

教学内容

1. 本课程的特点、学习的主要内容等
2. 有限元方法简介
3. 结构类型与分析方法
4. 结构分析步骤
5. 应用软件介绍
6. 截面特性计算方法

课程思政

要求学生课后观看桥梁视频、课堂中讲解桥梁典型工程案例、桥梁工程事故原因及经验教训，增强学生的专业责任感和自豪感，调动学生的学习兴趣与积极性。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

1．   采用理论教学与多媒体课件相结合的方式，加强学生对知识点的理解。

2．   互动：各种实际工程结构分属何种结构类型？

3．   融入课程思政，通过讲解知识点在实际工程的应用举例，调动学生的学习兴趣与积极性。

4．   章有小结，每一大节有首尾相呼应的归纳小结等。

作业与

思考题设置

1. 常用的结构类型有哪些？
2. 结构分析的步骤是什么？
3. 截面特性计算方法有哪些？

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

根据课堂互动的情况及时了解学生对知识点掌握的情况，适时调整教学进度，改进教学方法。

备注

知识单元名称

截面几何特性计算

课次

第1讲

授课类型

理论课讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标

与要求

掌握截面几何特性计算的基本方法，特别是复杂截面的梯形分块法、掌握MIDAS Civil 程序中截面特性计算的基本操作：截面特性计算器法、设计截面输入法等

本单元重点

与难点内容

重点：截面几何特性参数、计算公式、计算原理、MIDAS Civil 程序中截面特性计算的基本操作方法

难点：梯形分块法程序框图、计算公式、程序应用

教学内容

1．截面几何特性计算：梯形分块法、三角形分块法、积分法

2．MIDAS Civil 程序中截面特性计算的基本操作：截面特性计算器法、设计截面输入法等

课程思政

要求学生课后观看桥梁视频、课堂中讲解桥梁典型工程案例、桥梁工程事故原因及经验教训，增强学生的专业责任感和自豪感，调动学生的学习兴趣与积极性。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

1．采用理论教学与多媒体课件相结合的方式，加强学生对公式推导及编程各主要框图的直观认识。

2．互动：各种分块方法的使用场合、具体如何分块。

3．融入课程思政，通过讲解知识点在实际工程的应用举例，调动学生的学习兴趣与积极性。

4．章有小结，每一大节有首尾相呼应的归纳小结等。

作业与

思考题设置

给定某箱形截面的图形和尺寸，要求利用梯形分块法、截面特性计算器法、设计截面输入法等计算相关参数。

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

根据作业、课堂互动的情况及时了解学生对知识点掌握的情况，适时调整教学进度，改进教学方法。

备注

知识单元名称

矩阵运算与线性方程组求解

课次

第3讲

授课类型

理论课讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标

与要求

熟悉矩阵运算的基本方法，掌握高斯消元法的基本理论与方法

本单元重点

与难点内容

重点：矩阵运算的基本方法、高斯消元法的计算原理

难点：高斯消元法的计算原理、程序编制、矩阵的等带宽存贮

教学内容

1．矩阵的加法、减法、乘法、数乘、矩阵转置、矩阵赋值、矩阵求逆；

2．矩阵的等带宽存贮；

3．线性方程组的高斯消元法

课程思政

要求学生课后观看桥梁视频、课堂中讲解桥梁典型工程案例、桥梁工程事故原因及经验教训，增强学生的专业责任感和自豪感，调动学生的学习兴趣与积极性。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

1．融入课程思政，采用理论教学与多媒体课件相结合的方式，加强学生对公式推导及编程各主要框图的直观认识。

2．根据Cramer规则，线性方程组有解的充要条件是什么？

3．如何找出高斯消元法的普遍计算公式？

4．融入课程思政，通过讲解知识点在实际工程的应用举例，调动学生的学习兴趣与积极性，增强专业责任感和自豪感，

5．章有小结，每一大节有首尾相呼应的归纳小结等。

作业与

思考题设置

给定某线性方程组，要求利用高斯消元法求解未知量。

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

根据作业、课堂互动的情况及时了解学生对知识点掌握的情况，适时调整教学进度，改进教学方法。

备注

知识单元名称

矩阵运算与线性方程组求解（续）

课次

第4讲

授课类型

理论课讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标

与要求

掌握乔累斯基法、迭代法的基本理论与方法

本单元重点

与难点内容

重点：乔累斯基法、迭代法的计算原理

难点：乔累斯基法的计算原理、程序编制、矩阵的一维变带宽存贮

教学内容

1．   大型稀疏矩阵的特点

2．   矩阵的一维变带宽压缩存贮；

3．   线性方程组的乔累斯基法

4．   如何找出高斯消元法的普遍计算公式？

课程思政

要求学生课后观看桥梁视频、课堂中讲解桥梁典型工程案例、桥梁工程事故原因及经验教训，增强学生的专业责任感和自豪感，调动学生的学习兴趣与积极性。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

1．   采用理论教学与多媒体课件相结合的方式，加强学生对公式推导及编程各主要框图的直观认识。

2．   互动：什么是大型稀疏矩阵？如何找出乔累斯基法的普遍计算公式？

3．   融入课程思政，通过讲解知识点在实际工程的应用举例，调动学生的学习兴趣与积极性。

4．   章有小结，每一大节有首尾相呼应的归纳小结等。

作业与

思考题设置

给定某线性方程组，要求利用乔累斯基法求解未知量。

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

根据作业、课堂互动的情况及时了解学生对知识点掌握的情况，适时调整教学进度，改进教学方法。

备注

知识单元名称

有限元方法基本原理和分析步骤

课次

第5讲

授课类型

理论课讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标

与要求

了解有限元方法基本原理和分析步骤、了解单元刚度矩阵和总体刚度矩阵的形成

本单元重点

与难点内容

重点：有限元方法基本原理、单元刚度矩阵的形成、总体刚度矩阵的形成

难点：单元刚度矩阵的形成、简单平面杆系刚架程序的思路

教学内容

1．   杆系有限元方法的基本原理及计算公式

2．   单元刚度矩阵的形成

3．   整体坐标系与局部坐标系之间的转换公式

4．   总体刚度矩阵的形成

5．   对结构的描述

6．   MIDAS程序建模基本操作

课程思政

要求学生课后观看桥梁视频、课堂中讲解桥梁典型工程案例、桥梁工程事故原因及经验教训，增强学生的专业责任感和自豪感，调动学生的学习兴趣与积极性。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

1．   采用理论教学与多媒体课件相结合的方式，加强学生对公式推导及编程各主要框图的直观认识。

2．   互动：什么是单刚？什么是总刚？如何建立整体坐标系与局部坐标系？

3．   互动：如何形成总刚？

4．   融入课程思政，通过讲解知识点在实际工程的应用举例，调动学生的学习兴趣与积极性。

5．   章有小结，每一大节有首尾相呼应的归纳小结等。

作业与

思考题设置

给定某计算结构，要求进行结构离散，并对结构相关计算参数按程序要求进行描述。

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

根据作业、课堂互动的情况及时了解学生对知识点掌握的情况，适时调整教学进度，改进教学方法。

备注

知识单元名称

简单的平面杆系刚架程序

课次

第6讲

授课类型

理论课讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标

与要求

熟悉简单平面杆系刚架程序的思路、框图、掌握边界条件处理和杆端力计算原理

本单元重点

与难点内容

重点：边界条件处理方法、杆端力计算原理

难点：边界条件处理、杆端力计算公式、简单平面杆系刚架程序的应用

教学内容

1．边界处理的常用方法及特点

2．边界处理方法的应用及程序编制

3．杆端力计算原理、程序编制

4．简单平面杆系刚架程序的应用及数据格式

5．MIDAS程序建模计算相应操作内容

课程思政

要求学生课后观看桥梁视频、课堂中讲解桥梁典型工程案例、桥梁工程事故原因及经验教训，增强学生的专业责任感和自豪感，调动学生的学习兴趣与积极性。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

1．采用理论教学与多媒体课件相结合的方式，加强学生对公式推导及编程各主要框图的直观认识。

2．互动1：为什么要进行边界条件处理？

3．互动2：边界处理的常用方法有哪些？各有何优缺点？

4．融入课程思政，通过讲解知识点在实际工程的应用举例，调动学生的学习兴趣与积极性。

5．章有小结，每一大节有首尾相呼应的归纳小结等。

作业与

思考题设置

给定某计算结构，要求利用简单平面杆系刚架程序计算荷载作用下的响应。

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

根据作业、课堂互动的情况及时了解学生对知识点掌握的情况，适时调整教学进度，改进教学方法。

备注

知识单元名称

简单的平面杆系刚架程序（续）

课次

第7讲

授课类型

理论课讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标

与要求

掌握中间铰的处理、非结点荷载、斜拉索张拉、拆除单元以及预应力计算方法

本单元重点

与难点内容

重点：中间铰的处理方法、非结点荷载的计算方法

难点：斜拉索张拉、拆除单元的计算方法及公式推导

教学内容

1．中间铰的处理方法

2．非结点荷载计算、斜拉索张拉、拆除单元以及预应力计算方法

3．程序编制原理

4．MIDAS程序建模计算相应操作内容

课程思政

要求学生课后观看桥梁视频、课堂中讲解桥梁典型工程案例、桥梁工程事故原因及经验教训，增强学生的专业责任感和自豪感，调动学生的学习兴趣与积极性。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

1．采用理论教学与多媒体课件相结合的方式，加强学生对公式推导及编程各主要框图的直观认识。

2．互动1：工程上哪些结构构件计算时需要采用中间铰？

3．互动2：什么是非结点荷载？非结点荷载在工程中的应用有哪些？

4．融入课程思政，通过讲解知识点在实际工程的应用举例，调动学生的学习兴趣与积极性。

5．章有小结，每一大节有首尾相呼应的归纳小结等。

作业与

思考题设置

如何计算结构在温度荷载下的响应？

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

根据课堂互动的情况及时了解学生对知识点掌握的情况，适时调整教学进度，改进教学方法。

备注

知识单元名称

简单的平面杆系刚架程序（续）

课次

第8讲

授课类型

理论课讨论课□实验课□习题课□其他□

学时

2

课程目标

与要求

掌握支座变位及支点反力计算、影响线计算、结构对称性的利用待的计算原理

本单元重点

与难点内容

重点：支座变位计算、支反力计算、影响线计算

难点：支点反力计算、结构对称性的利用、

教学内容

1．支座变位的处理方法及程序编制

2．支反力计算及程序编制

3．影响线计算的原理

4．对称受力结构的简化

5．MIDAS程序建模计算相应操作内容

课程思政

要求学生课后观看桥梁视频、课堂中讲解桥梁典型工程案例、桥梁工程事故原因及经验教训，增强学生的专业责任感和自豪感，调动学生的学习兴趣与积极性。

教学过程设计：

教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等

1．采用理论教学与多媒体课件相结合的方式，加强学生对公式推导及编程各主要框图的直观认识。

2．互动1：工程上哪些结构设计时，需要计算支座变位的影响？

3．互动2：对称受力结构如何进行简化？

4．融入课程思政，通过讲解知识点在实际工程的应用举例，调动学生的学习兴趣与积极性。

5．章有小结，每一大节有首尾相呼应的归纳小结等。

作业与

思考题设置

给定某对称结构，要求利用对称性进行简化

学习效果、学生反馈、反思改进措施等

根据课堂互动的情况及时了解学生对知识点掌握的情况，适时调整教学进度，改进教学方法。

备注