蘇莉　王克雄

摘要：文章從海洋工程鋼結(jié)構(gòu)的特點出發(fā)，分析了目前鋼結(jié)構(gòu)課程教學內(nèi)容存在的問題，針對兩種極限平衡狀態(tài)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、荷載效應(yīng)分析等教學主線對鋼結(jié)構(gòu)課程教學內(nèi)容進行了初步的改革探索。

關(guān)鍵詞：海洋工程鋼結(jié)構(gòu)；教學內(nèi)容；改革探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）20-0122-02

一、海洋工程鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀及對人才的需求

海洋工程鋼結(jié)構(gòu)與陸地鋼結(jié)構(gòu)有明顯不同，體現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件所受的載荷、載荷效應(yīng)分析及設(shè)計方法等方面，其差異的根本原因在于鋼結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境不同。由于海洋工程鋼結(jié)構(gòu)處于復雜、多變的海洋中，海洋環(huán)境施加于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的載荷也由靜力載荷變?yōu)閯虞d荷，所以只有應(yīng)用結(jié)構(gòu)動力學的知識才有可能進行海洋工程鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計。傳統(tǒng)的《鋼結(jié)構(gòu)》課程與培養(yǎng)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計人才相適應(yīng)，而與培養(yǎng)海洋工程設(shè)計師的目標有些偏離。因此，教學內(nèi)容要重組，將鋼結(jié)構(gòu)基本原理與海洋工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計兩部分內(nèi)容有機結(jié)合。

二、鋼結(jié)構(gòu)課程教學內(nèi)容改革的主要方面

關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)教學內(nèi)容的改革探索，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

1.加強這門課程與《工程力學》課程的聯(lián)系。學習《鋼結(jié)構(gòu)》課程要以學好《工程力學》課程為基礎(chǔ)，尤其是《工程力學》課程中的材料力學內(nèi)容。在本課程的基本構(gòu)件設(shè)計與計算內(nèi)容中，軸心受力構(gòu)件、受彎構(gòu)件、偏心受力構(gòu)件的基本概念都是材料力學的基本理論知識。學生需要在正確識別構(gòu)件類型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用材料力學的相關(guān)公式對構(gòu)件進行正確的受力分析與計算，尤其是角焊縫連接中構(gòu)件受彎與受扭兩種不同受力狀態(tài)的準確區(qū)分。由此可見，加強與《工程力學》課程的緊密聯(lián)系對于鋼結(jié)構(gòu)課程教學是非常必要的。它可以使學生更透徹地理解鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的受力機理，并對構(gòu)件整個的受力過程有更為全面的了解。這樣學生就不會覺得這門課程內(nèi)容和公式太多、太凌亂、太枯燥。只要學生在學習過程中可以結(jié)合《工程力學》的知識來繪制構(gòu)件的計算簡圖，并依據(jù)平衡方程建立計算公式，就可以很容易掌握這門課程的主要知識，而且可以達到事半功倍的學習效果。

2.加強這門課程與《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程的聯(lián)系。鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計有相同與不同之處。在《鋼結(jié)構(gòu)》課程的授課過程中，筆者會有意引導學生比較這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點。例如：相同荷載作用下，相同類型構(gòu)件，在鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)這兩種不同的結(jié)構(gòu)形式下，構(gòu)件計算的相同過程、構(gòu)件截面的不同選取，由此可以更加深刻地體會鋼結(jié)構(gòu)“輕質(zhì)高強”的突出優(yōu)點，而且可以幫助學生很好地復習之前《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》的相關(guān)知識，從而激發(fā)學生的學習興趣。

3.抓住構(gòu)件驗算時兩種極限平衡狀態(tài)這條主線。鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的驗算應(yīng)抓住兩種極限平衡狀態(tài)這條主線，即承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。學生在做習題和考試過程中，對基本構(gòu)件的驗算往往出現(xiàn)遺漏的現(xiàn)象，尤其是構(gòu)件剛度和局部穩(wěn)定的驗算。授課過程中，筆者在強化兩種極限狀態(tài)概念的基礎(chǔ)上，引導學生對不同構(gòu)件的極限狀態(tài)驗算內(nèi)容進行具體的內(nèi)容劃分，尤其是構(gòu)件的穩(wěn)定問題，進而依據(jù)每項內(nèi)容逐一進行驗算，這樣學生就可以準確掌握基本構(gòu)件的設(shè)計思路。

4.抓住構(gòu)件連接計算的主線。講解角焊縫連接與普通螺栓連接的計算時，筆者注重抓住“連接破壞形式—計算公式建立”這條主線，這樣便于學生對連接計算公式和適用條件的理解。例如，對普通螺栓的抗剪計算，先告知學生普通剪力螺栓的五種可能破壞形式，其中兩種屬于采取構(gòu)造措施可以避免，而另外三種破壞形式（連接板的截面破壞、連接板的擠壓破壞、螺栓桿的剪切破壞）需要進行計算來防止。這樣講授概念清晰，便于學生理解后續(xù)的計算公式。

5.抓住鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定這條主線。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件“輕質(zhì)高強”的特點，使得穩(wěn)定問題成為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)主要考慮的問題。授課過程中，要注意構(gòu)件失穩(wěn)的物理現(xiàn)象、影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要因素等基本概念，繼而講解相關(guān)計算公式的適用范圍及應(yīng)用。由于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算公式比較抽象，因此不應(yīng)把精力放在公式推導上面。要教會學生基本構(gòu)件可能發(fā)生的失穩(wěn)形式以及提高構(gòu)件穩(wěn)定性的構(gòu)造措施，從宏觀上掌握構(gòu)件穩(wěn)定計算的主要思路。

6.總結(jié)構(gòu)件設(shè)計的相關(guān)專題。在講授每種基本構(gòu)件計算的基礎(chǔ)知識之后，找出具體過程實例，引導學生進行構(gòu)件的截面設(shè)計。例如，對于實腹式軸心受壓構(gòu)件，要根據(jù)穩(wěn)定性、寬肢薄壁、連接方便、制造省工等設(shè)計原則，通過假定構(gòu)件長細比λ進行截面初選，接著對初選后的截面進行強度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定等驗算，直至所選截面滿足要求。經(jīng)過這樣的實踐練習，學生就可以對相關(guān)知識融會貫通，增加學習的自信心，同時也可以很好地為接下來的鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。

7.添加與海洋工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)的理論知識。隨著海洋油氣工程的迅速發(fā)展，海洋工程專業(yè)的學生應(yīng)充分了解海洋工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的原理、方法與步驟，所以本課程有必要將鋼結(jié)構(gòu)的基本理論與海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合起來，系統(tǒng)闡述海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的原理與方法。例如，以構(gòu)件材料性能、幾何尺寸、邊界條件為依據(jù)，用結(jié)構(gòu)強度與穩(wěn)定理論分析海洋工程結(jié)構(gòu)物各類簡單與復雜的鋼構(gòu)件的承載能力，從而為學生今后進行海洋工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析打下堅實的理論基礎(chǔ)。表1為本門課程的教學內(nèi)容與學時安排。

三、鋼結(jié)構(gòu)教學內(nèi)容改革的進一步思考

目前為海洋工程專業(yè)開設(shè)鋼結(jié)構(gòu)課程經(jīng)過兩年的教學實踐，表明這門課程的開設(shè)十分必要，學生對于鋼結(jié)構(gòu)的學習積極性較高，基本達到了課程開設(shè)的教學目標。但是隨著學科的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的教學中需要重點突出海洋環(huán)境與鋼結(jié)構(gòu)之間相互關(guān)系的問題，而目前這一點做得不是很充分，主要原因在于作用于海洋工程鋼結(jié)構(gòu)上的載荷間的效應(yīng)組合目前還沒有統(tǒng)一的標準。

四、結(jié)語

海洋工程專業(yè)是一門新專業(yè)，為了適應(yīng)教育部“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強能力、高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)要求，以及各專業(yè)人才知識結(jié)構(gòu)的不同需要，要對《鋼結(jié)構(gòu)》這門傳統(tǒng)課程在課程內(nèi)容上進行一定的教學改革，從而激發(fā)學生強烈的學習動力和濃厚的學習興趣。

海洋工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計這部分內(nèi)容在全國鋼結(jié)構(gòu)教學內(nèi)容中是一個比較新的內(nèi)容，目前只有哈爾濱工程大學有這方面的教材可以參考，因此在教學內(nèi)容改革中要隨時關(guān)注相關(guān)的最新教學改革成果，及時地應(yīng)用于對學生的教學實踐之中。

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