关键词：ANSYS软件 理论力学课程 辅助教学
中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）08-0225-02
1 前言
理论力学是工程力学学科的一门最基础的入门课程，理论性较强。学生在学习理论力学课程时，普遍感到非常难以掌握，而且枯燥无味，不愿意主动学习。可以在理论力学课程的教学中适当安排上机训练，促进ANSYS软件在理论力学课程辅助教学中的应用。不仅能够提高学生学习理论力学课程的兴趣，而且还能够加深学生对理论力学知识的理解与掌握。
2 ANSYS软件简介
ANSYS软件是由美国ANSYS公司开发的融结构、流体、电场、声场、磁场等分析于一体的通用的大型的有限元分析软件，已经成为现代产品设计中的主要的高级的CAE工具之一。ANSYS软件提供的单元类型有100种以上，可以用来模拟实际工程中的各种结构。ANSYS软件含有前处理模块、分析计算模块和后处理模块的三个主要部分：前处理模块是一个强大的几何建模与网格划分的工具，用户可以方便地建立有限元模型；分析计算模块包括固体结构分析、流体动力学分析、声场分析、压电分析、电磁场分析以及多物理场的耦合分析，而且具有优化分析的能力；后处理模块可以把计算结果用彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、半透明及透明显示等图形方式显示出来，也可以把计算结果以图表和曲线等形式显示或输出。
3 ANSYS软件在理论力学中的应用示例
静力学是理论力学的基础，也是必须掌握的内容。其中受力分析计算中涉及到的桁架结构是工程中常用的大跨度结构的一种形式。桁架结构是一种由杆件相互铰接构成的体系，当荷载仅作用在节点上时，桁架结构中的各杆件都是二力杆，每根杆的内力是轴力，可能是压力也可能是拉力。在理论力学中手工求解桁架结构的计算方法主要有：结点法、截面法及其联合应用。
利用ANSYS软件可以通过计算机来求解各种桁架结构，求解的步骤主要为：设立某个具体问题的文件名；单元类型选择；设置截面形式；定义实常数；设置材料属性；建立模型；施加荷载；施加约束；运行计算；后处理输出显示结果。如图1所示为某一静定平面桁架结构。根据理论力学知识，通过手工计算能够求出各杆轴力的理论值。（如图1）
利用ANSYS软件上机对这一静定平面桁架结构求解出的结果如图2所示。
从图2中可以清晰地看出各个杆件的轴力值大小及杆件的受力状态，正值则表示收拉，负值则表示受压。各杆件结构的受力情况如下表1所示。
其支座反力计算结果列表如下图3所示。
不难验证，采用ANSYS软件计算求解出的此静定平面桁架结构受力变形后的各杆轴力与手工计算的理论值是完全吻合的。所以在辅助教学时，可以让学生利用ANSYS软件对理论力学课程中一些简单典型结构计算求解出结果后，再与手工计算的理论值进行比较。
4 结语
通过分析表明，可以将ANSYS软件引入到理论力学课程的教学环节，在理论力学课程中设置相应的上机学时进行上机教学，让学生了解到复杂繁琐的力学计算问题是能够利用计算机去完成的，这样就会改变学生学习理论力学课程时感到计算方法及公式较难的枯燥无味的状态。ANSYS软件在计算机辅助工程力学分析（CAE）技术中的应用非常广泛，加强ANSYS软件在理论力学课程辅助教学中的应用，采用ANSYS工程软件分析解决理论力学课程中的一些简单典型结构的力学分析问题。这样，一方面能够提高学生学习理论力学课程的兴趣与主动性，另一方面还能够加深学生对理论力学知识的理解与掌握。
参考文献
[1]李俊峰.理论力学课程体系改革探索与实践[J].中国大学教学，2008年第4期.
[2]黄忠文.培养应用型人才的工程力学系列课程的教学改革[J].教育理论与教学研究，2011年第1期.
[3]杨德广.《高等教育学》[M].北京：高等教育出版社，2009.
关键词：连续刚构桥；施工监控；有限元；计算模型
中图分类号：TV331文献标识码： A
1引言
预应力混凝土连续刚构桥具有变形小、结构刚度好、行车平顺舒适、伸缩缝少、养护简单以及抗震能力强等优点。其与连续梁的主要区别在于柔性桥墩的作用，使结构在竖向荷载作用下基本上属于一种墩台无推力的结构，而上部结构具有连续梁桥一般特点。
预应力混凝土连续刚构桥在施工过程中，由于桥梁结构的空间位置及形状随施工的进展将不断发生变化，要经过多次的体系转换过程，若同时考虑到施工过程中的结构自重、施工荷载以及混凝土材料的收缩、徐变、施工荷载等因素的影响，将可能导致桥梁合拢困难、成桥线形与设计要求不相符、设计状态难以保证等问题。因此，必须对大跨度桥梁的施工预拱度、主梁梁体内的应力等进行严格的施工控制。施工控制是连续刚构桥修建和发展必不可少的保证措施，主要包括几何（变形控制）、应力控制、稳定控制和安全控制，其中安全控制是桥梁施工控制的重要内容，变形控制、应力控制、稳定控制的综合体现。由于结构形式不同，直接影响施工安全的因素也不一样，在施工控制中需根据实际情况，确定其安全控制重点。
本文以温福铁路客运专线田螺大桥作为工程背景，对该桥悬臂浇筑施工过程进行了应力控制研究，对施工控制理论在工程实践中的具体运用进行了详细的分析，采用大型计算软件MIDAS/CIVIL对全桥进行了仿真模拟分析，并对实测值和计算值进行比较分析。
2. 工程背景及测试方法
温福铁路客运专线田螺大桥位于云淡门海纯潮区，通航净空为120 m×24 m，主跨为(88+160+88)m预应力混凝土连续刚构。全桥立面布置见图1。
图1 田螺大桥总体布置立面图（单位：cm）
梁体采用C60混凝土，墩柱采用C45混凝土，承台和桩基采用C30混凝土。预应力钢绞线均采用《预应力混凝土钢绞线》（GB/T5224-1995），标准强度1860MPa，直径15.2mm,弹性模量Ey=1.95x105MPa的低松弛钢绞线。
3 有限元计算模型的建立
田螺大桥为三跨高墩的大跨径连续刚构梁桥梁，分析计算采用有限元综合分析程序MIDAS/CIVIL， 且桥的单元类型采用MIDAS/CIVIL中的“变截面梁单元”，由2个节点构成的，是属于“等截面或变截面平面梁单元”，具有压、剪、弯的变形刚度。为了更真实的模拟实际工程现场，在MIDAS/Civil中材料的选取时混凝土选用自定义材料，从现场及实验室的资料定义材料参数。全桥计算模型共划分155个单元，164个节点，其中上部结构123个单元，桥墩32个单元，全桥采用“自适应控制法”进行施工监控。全桥计算模型如下图2所示。田螺大桥
图2田螺大桥有限元模型
4 成桥阶段内力及应力计算结果
施工控制仿真分析，就是通过合理的模型，采取有效的结构分析方法，对桥梁的成桥线形、受力状态和施工中的线形、受力状态进行一定精确度的模拟分析的过程。现以田螺大桥的成桥状态为例，在恒载+活载组合下结构的内力及应力见图3和图4.
（1）主梁弯矩图（kN.m）
图3全桥弯矩图
（2）主梁剪力图（kN）
图4全桥剪力图
（3）主梁应力图（MPa）：
图5全桥上缘应力图
图6全桥下缘应力图
通过图3-图9可以看出，成桥状态下的弯矩、剪力和应力完全符合设计要求以及满足铁路桥涵施工规范中对C60混凝土的抗压极限强度为20MPa，抗拉极限强度为1.17MPa的安全要求。
5 应力监控
在施工过程中，对每一节段的施工循环，在立模、混凝土浇筑之前、混凝土浇筑之后、张拉预应力之前、张拉预应力之后均应进行应力应变测试并与变形测试同时进行。
图7 计算应力与实测应力的比较
图8 计算应力与实测应力的比较
图11 计算应力与实测应力的比较
图4-34计算应力与实测应力的比较
通过以上的比较可以明显的看出，计算应力与实测应力的曲线形状大致相同，这说明本桥的有限元计算模型符合实际，施工也是基本符合规范要求的。对于梁段的上缘应力，实测值明显大于理论计算值，这是由于施工过程中预应力的超张拉及施工过程桥面上的施工荷载等引起的。对于梁段的下缘应力，则基本上表现为在20#块施工前实测应力小于计算值；而在20#块施工之后以及后续的合拢段施工中则表现为实测值大于计算值。这是由于前期受桥梁自重以及施工荷载影响导致箱梁下缘受压，抵消了一部分张拉的预应力，使得实测值偏小；而自20#块的施工开始桥梁即将合拢并完成体系转换，使下缘压力减小，实测值重新高于计算值。
由上述实测值与理论值的比较可以看出主梁应力实测值与理论计算值的误差较小，箱梁混凝土采用C60，在允许应力法施工中其抗压极限强度为20MPa，抗拉极限强度为1.17MPa，计算值及施工过程实测值均在规范限值之内，整个过程混凝土的应力是安全的。这说明混凝土浇注、预应力张拉以及合拢等施工过程是规范的，同时也说明了本文所采用的计算模型是正确的、计算结果是可靠的、测点的埋设是成功的，进而可以判断连续刚构桥在悬臂施工过程中是安全可行的。
6.结论
本论文从工程实际出发，以田螺大桥为工程依托，对大跨度预应力混凝土连续刚构桥施工监控、稳定性分析。监控过程表明，“自适应控制”理论能很好的适用于连续刚构桥的施工监控，只要系统逐渐过渡到自适应状态，桥梁状态即在控制之中。因此，对系统参数以及计算模型的修正是施工控制的核心内容。
结构自重误差在大跨度桥梁中普遍存在，并且对结构的变形和应力影响都很大，施工中应严格控制自重误差。本工程在施工过程中应力与位移均在控制范围内，并且实现了误差极其微小的主跨精准合拢，合龙后线形与预计线形有很好的吻合，可见田螺大桥的控制系统是有效的。
参考文献
[1] 黄建跃, 王树林.大跨度连续刚构桥施工主梁变形监测的必要性与方法. 桥梁建设，2003（1）：48-52
[2] 武芳文等. 连续刚构桥梁悬臂施工线形控制分析. 铁道工程学报，2006,7 (4) :29-34
[3] 张永水, 曹淑上. 连续刚构桥线形控制方法研究. 中外公路，2006, 12 (6): 83-86
[4] 雷俊卿, 王楠. 预应力混凝土连续刚构桥施工监测与仿真分析. 铁道学报，2006, 4 (2):74-78
[5] 陈浩. 大跨高墩连续刚构桥的稳定性分析[学位论文].西南交通大学，2004
关键词： 高校思想政治教育 知识体系构建 逻辑分析 逻辑建构性
高校思想政治教育体系知识的分析往往涉及知识的基本原理及知识的发展与应用，而在实际分析过程中，更多学者愿意从思政教育知识应用方向进行探究，然而实际逻辑分析或者对知识体系本身构建的逻辑思考却相对缺乏，这种情况下，整个高校思政教育知识体系的逻辑结构无法得到明确，或者说对于整个知识体系结构的把握无法以合理逻辑进行梳理。因此无论从知识体系内容本身，还是从知识理论基础拓展方面讲，基于高校思政教育知识体系进行逻辑建构性分析有显著的必要性。
1.高校思政教育理论逻辑分析的基本内容
文章基于高校思想政治教育知识体系对高校思政教育理论逻辑分析的基本内容进行探究，从不同方面对高校思政教育理论分析探究的基本组成进行介绍，进而为文章整体分析提供相关切入点，保障文章分析的有效性。
1.1思政教师与思政研究员是高校思政教育的基本主体。
根据基本定义，主体指有目的地从事实际认识活动或者实践活动的人，在高校思政教育理论研究与实践过程中，一线思政教师及研究人员往往是整个教育体系实践的基本主体。其中研究人员主要从学科发展、知识脉络把握、理论与实践的结合等方面不断验证知识体系的科学性及实用性，进而不断促进学科有效发展。对于思政教师来说，一方面主要是从事思政教学工作的人，主要工作是通过合理的课程设置完善整个教学工作，进而传授学生间接经验，指导学生在高校的正常生活及正确价值观的构建。另一方面则是高校辅导员或者班主任等从事思政教育工作的人员，通过自身对思政理念的有效把握将相关理论知识运用于实践教育过程中，进而通过理论不断指导实践，并通过实际思想教育工作不断完善理论体系构建。研究人员、一线教师及思政辅导员构成了思政教育的基本主体，其从知识理论的研究、间接知识的传授、理论实践等方面不断对思政教育体系的构建与验证产生影响。
1.2学生是高校思想政治教育研究与实践的客体。
高校思想政治教育知识体系的研究不仅在于学科体系的有效发展，更在于对学生的正确教育与有效指导。高等教育环境下，学生逐渐形成自己的价值观、判断观念，而其主体意识或者对外界认可的渴望程度愈发强烈，如果在专业教育过程中不能对学生的思想发展做出正确引导，帮助学生树立正确的价值观念，则学生的行为很容易发生偏差，进而其个人发展将受到严重阻碍，因此高等教育环境下有效开展思想政治教育工作有显著的必要性。而由于研究与实践的客体不同，高校在开展思想政治教育体系研究的过程中，实际侧重点及研究主要方向需要适度改变，现阶段大量对课程知识的研究局限于整个思政教育的本身，其与高校实际联系的内容显得相对缺乏，因此从这一方面讲，理论体系的构建要对研究客体给予高度重视，明确知识体系构建的基本方向，保障高校思政理论逻辑分析的特点与有效性。
1.3高校思政教育理论逻辑分析重点内容。
高校思政教育理论逻辑分析内容非常繁多，其中以马克思主义指导下的价值观、认识观教育为主要内容，而从实际学生教育方面讲，个体的思想教育、人格与道德观念的构建是整个教育的主要内容。从理论体系方面讲，在高校从事思想教育理论逻辑分析工作时，相关研究人员要充分结合高校教育实际目标，从思想教育的基本内容、价值观、人生观、荣辱观等方面进行基础知识体系构建，而在后期，思想教育内容可以从社会层面进行职业观等方面知识内容的补充。从实际思政教育工作讲，一线教师要从学生实际角度出发，根据学生入学时的情况对学生开展基本道德观、学习观等教育，而在学生成长发展阶段，教师可以结合理论知识实际内容对学生进行个人品格、社会实践认知方面教育，最后在学生进入社会前期，教师还可以根据思政教育中的职业观指导理念，对学生融入社会进行指导。这两方面内容从不同层次构成了整个高校思想政治教育知识体系逻辑分析的基本内容，其与思政研究的主体及客体共同构成了整个教育知识体系，为整个学科的逻辑构建提供了基础。
2.现阶段高校思想政治教育研究分析逻辑的简单评价
为了更好地探讨高校思政教育知识体系下的逻辑建构性，文章在本节对现阶段高校思想政治教育研究分析逻辑进行简单评价，根据体系发展现状找寻更多参考，保障文章对高校思政教育知识体系下逻辑建构性分析的有效性与合理性。
2.1高校思想教育分析逻辑的基本原理构建不足，体系分析缺乏基础。
基本原理构建是整个学科分析严谨性、严密性的基础，如果缺乏必要的理论支持，则整个知识体系的构建及逻辑分析基础将会失去必要的科学性。现阶段高校思想政治教育理论体系构建过程中虽然拥有马克思主义基本原理及中国特色社会主义理论体系支持，但是在学科研究方面，各个学者对于理论的解读出现了非常大的差异，同时对于理论知识与高校思想教育知识体系的结合方面，整个知识体系构建出现了非常多的不同点。进而在这种情况下，对于高校思想政治教育体系的逻辑分析缺乏必要的理论依据，即在基本原理无法完整构建的基础上，整个思想政治教育体系的逻辑思考进程受到限制。在微观应用方面，高校思想教育知识的逻辑分析缺乏合理支持，很多时候，所谓的理论体系依据知识在原有相关理论基础上找寻了一个研究或者应用方向，而后形成的对于体系的构建、应用等方面还是缺乏共同认可的参考。在这一背景下，高校思想政治教育分析逻辑的基本原理构建就显得非常不足，体系构建的认可程度不高，实际教育效果无法凸显出来。
2.2逻辑分析的统一指标缺乏，实证分析难以开展，规范分析缺乏必要依据。
高校思想政治教育体系的分析工作长期缺乏统一指标，即使在现阶段大量学者研究的基础上，整个理论体系仍然没有形成共同认可的判定因素。因此进行思想政治教育知识体系下的逻辑分析工作时，实证分析内容难以形成，数据的搜集、对现状的挖掘工作非常困难，即使对某一方面的具体分析工作，在现有数据下，大量学者也只能从应用层次对相关现象的发展趋势进行简单分析，本质问题的深层次解读工作难以展开。而对于规范分析方面，由于缺乏必要的实证研究，整个思想政治分析工作缺乏必要的现实依据，对现状判定的困难，对相关趋势的简化分析，对本质内容的浅显探讨都不能为实际思考提供强有力的支持与参考，进而整个规范分析工作也不能有效进行，很多时候高校思政教育的逻辑分析只能依附于其他学科，如经济学、管理学等进行一定研究。在这种情况下，课程逻辑体系要想实现科学化非常困难，学科内逻辑分析的结论差异化显著，观点的探讨及论点的辩驳很多时候带有显著的主观因素，学科理论体系实质性发展受到严重阻碍。
2.3思政教育体系下的逻辑分析缺乏科学方法，理论预测及理论应用缺乏保障。
统一的、科学的研究方法的缺失是现阶段高校思政教育体系下逻辑分析的一个显著欠缺点，由于学科发展偏重主观思考，整个高校思想教育知识体系的构建及相关逻辑思考一直以来没有形成科学的分析方法。从逻辑分析工作讲，很多时候这一学科下的逻辑分析工作往往只是指单一的主观思考或者对部分理论体系的解读，实际现象及逻辑科学性分析仍然非常欠缺。因此在这一情况下，基础原理的构建、理论体系的发展、理论知识的有效应用都无法得到保障；研究成果的互相交流、论点的科学辩驳及实际的验证也无法顺利开展起来。进而理论研究的最后成果即理论预测及理论应用也不能获得保障，学习体系的构建及逻辑思考的必要性和实用性无法凸显出来。
3.高校思政教育知识体系下开展有效的逻辑建构性分析
根据文章之前的分析，高校思想政治教育体系逻辑分析的基本内容即理论主体、研究客体、研究内容对整个知识体系的构建产生重要影响，同时基本原理构建的缺乏、研究指标及研究方法的缺失又对现阶段高校思想政治教育知识体系下逻辑思考的构建造成严重阻碍，因此文章在本节以之前分析为基本参考，对高校思政教育知识体系下开展有效逻辑构建性分析进行探究。
3.1加强对基本原理的构建，开展独立课题形式的逻辑分析。
现阶段，由于高校思想政治教育体系逻辑分析的基本原理建构工作相对缺乏，因此整个学科的分析缺乏科学性，课题研究很难获得一致认可。因此在现有资源及前人分析的基础上，研究人员及一线实践者要加强对基础理论体系的研究，即从马克思主义体系及中国特色社会主义理论体系方面寻找切实的理论依据，并根据高校发展的实际情况提炼教育学、心理学、社会学等方面的经典理论，以形成统一认知，为整个高校思想教育知识体系分析逻辑的建构提供参考依据。同时在现有逻辑分析工作开展过程中，相关人员要提升对相关原理的解释比例，即有意识地凸显部分基本原理的构建工作，并适当寻求其他研究人员的点评与讨论，力求在学科讨论过程中共同构建完整的理论体系。而对于课题研究的客观条件方面，研究人员要尽量争取开展独立的课题形式，必要的时候可以高校学生管理部分内容为课题的切入点构建相关研究，以争取单位的支持，保障逻辑分析工作的有效性，进而从基本原理构建与客观条件方面促进高校思政教育知识体系下逻辑分析工作。
3.2借助社会学科及高校发展研究成果构建科学的逻辑分析体系。
由于研究指标的缺失及研究方法的缺乏，整个思想政治教育知识体系下的分析逻辑建构工作无法获得科学性、客观性的保障，进而实证分析无法有效开展起来，规范分析在缺乏必要支持下也不能进行，逻辑分析工作只能局限于主观理解与思考。思想政治教育体系相关社会学科及高校发展研究工作在整个发展过程中已经形成了一定的研究方法，其指标的评定体系为思政教育体系的逻辑分析提供了很好的参考。因此在现阶段开展逻辑分析的过程中，高校思政教育研究人员可以借助社会学科分析方法构建本学科必要的知识体系，思政教育内容本属于社会学科的一个部分，其研究方法具有一定的相通性，而教育学研究内容又对高校思政研究有一定的参考意义，尤其是高校思想教育的研究成果对学科的规范分析有实际的指导意义。在这两方面补充下，高校思想政治教育知识体系下逻辑分析方法的构建获得参考，实际分析方向及指标的构建得到保障，进而整个逻辑分析的科学化、客观化及分析成果的实用性也能得到显著提升。
3.3在传统学科交叉分析的基础上提升思政逻辑分析内容，强化逻辑分析的有效性。
传统高校思政教育逻辑分析工作往往以部分学科为基础进行，如经济学、管理学等，进而通过这些学科的分析方法、分析指标、分析思路及相关结论推动整个思政逻辑分析工作的进行。虽然在这一方法下，思政教育分析工作获得了显著推进，但是学科的主体性无法有效凸显出来。所以现阶段在高校思政教育知识体系下开展逻辑分析工作时，相关研究人员应当借助前期基础理论构建、研究方法的探究等工作不断强化思政逻辑分析内容，尽量将相关方法与思政研究分析内容结合，以思政研究主要目标与主要指标为指导开展研究工作，逐步把本学科的逻辑分析方法凸显出来，进而强化逻辑分析的有效性。只有在这种情况下，高校思政教育知识体系下分析逻辑的建构才能逐步获得认可，尤其在逻辑分析的独立性、客观性方面逐步获得提升。整个逻辑体系的分析工作在现有研究基础上也能逐渐变得科学化，整个逻辑分析对其他学科的依赖性逐渐降低，对于其他学科理论成果应用的效果逐步增强，自身理论分析结论形成与探讨也能获得认可。
文章根据现阶段高校思想政治教育体系对其分析逻辑建构性进行探究，在整体分析工作开展之前，文章首先对高校思政教育理论逻辑分析的基本内容进行探究，认定思政教师与思政研究员是高校思政教育的基本主体，学生是高校思想政治教育研究与实践的客体，并对高校思政教育理论逻辑分析重点内容进行基本探究。在对思政教育体系逻辑分析现状进行分析的过程中，文章对其基本原理构建不足，体系分析缺乏基础；逻辑分析指标缺乏及逻辑分析方法的缺失进行描述，进而客观分析现阶段思政教育体系下逻辑分析的不足。最后文章结合之前分析，从基本原理的构建，开展独立课题形式的逻辑分析；借助社会学科及高校发展研究的成果构建科学的逻辑分析体系；在传统学科交叉分析的基础上提升思政逻辑分析内容，强化逻辑分析的有效性等方面对分析逻辑建构性进行深入探讨，以求在高校思想政治教育知识体系发展的基础上不断完善逻辑分析工作，最终谋求学科分析的高度认可及学科地位的提升。
参考文献：
[1]陈雯.关于对高校思政教育知识体系分析逻辑建构性的思考[J].品牌（下半月），2014，12：245.
[2]徐娜.基于高校思政教育知识体系分析逻辑建构性[J]. 中外企业家，2014，36：180.
关键词：结构试验 结构理论
0 引言
工程结构试验是一项科学实践性很强的学科，是研究和发展工程结构新材料、新体系、新工艺以及探索结构设计新理论的重要手段，在工程结构科学研究和技术革新等方面起着重要的作用。
1 沿革
最早的结构试验是意大利科学家伽利略在17世纪完成的悬臂梁试验，其梁强度理论经由其后的胡克的材料弹性说明，贝努利、欧拉等的构件变形问题，库伦的中性轴假想，打下了今天弹性理论材料力学的基础。我国十分重视工程结构试验学科的建设及其发展。1956年起在高等院校中设置“建筑结构试验”课程。在直接为生产服务方面和工程结构系统科学研究方面，对结构的材料性质，基本构件和结构整体工作性能等，进行了大量的实物或模型的静、动力试验，获得了许多试验成果，提出了符合中国实际情况的设计参数、工艺标准、计算公式、设计理论、施工工艺，为制订各种规范、规程提供了基本依据。
2 工程结构试验及其一般过程
2.1 工程结构试验的任务 工程结构试验的任务是在结构或实验对象上，以仪器设备为工具，利用各种实验技术为手段，在荷载（重力、机械扰动力、地震力、风力等）或其他因素（温度、变形沉降等）作用下，通过测试与结构工作性能有关的各种参数（变形、挠度、位移、应变、振幅、频率等）后进行分析，从而对结构的工作性能作出评价，对结构的承载能力作出正确的估计，并为验证和发展结构的计算理论提供可靠的依据。
2.2 工程结构试验的分类 根据试验研究目的，主要分为生产鉴定性试验和科学研究性试验。
2.2.1 生产鉴定性试验 生产鉴定性试验以直接服务于生产为目的。以工程中实际结构构件为对象，通过试验或检测对结构作出技术结论，通常解决以下问题：①检验或鉴定结构质量。对一些比较重要的结构，建成后通过试验，综合性地鉴定其质量的可靠度。对于预制构件或现场施工的其他构件，在出厂或安装之前，要求按照相应规范或规程抽样检验，以推断其质量。②判断结构的实际承载力。当旧建筑进行扩建、加层或改变结构用途时，往往要求通过试验确定旧结构的承载能力，为加固、改建、扩建工程提供数据。③处理工程事故、提供技术依据。对于遭受火灾、爆炸、地震等原因而损伤的结构，或在建造使用中有严重缺陷的结构，往往要求通过试验和检测，判断结构在受灾破坏后的实际承载能力，为结构的再利用和处理提供技术依据。
2.2.2 科学研究性试验 科学研究性试验的目的是为结构的理论计算和研究服务。它按照事先周密考虑的计划来进行。试验的对象是专为试验而设计制造的。突出研究的主要问题，消除一些对结构上实际影响的次要因素，使试验工作合理，观测数据易于分析和总结，达到理论研究的目的。①验证结构设计理论的假定。在结构设计中，人们常对结构构件的计算图式和本构关系作某些简化假定，通过试验来加以验证，满足要求后用于实际工程中的结构计算。在结构静力和动力分析中，本构关系的模型化则完全是通过试验加以确定的。②提供设计依据。我国现行的各种结构设计规范除了总结已有的大量科学实验的成果和经验外，为了理论和设计方法的发展，还进行了大量的结构试验以及实体建筑物的试验，为编制和修改结构设计规范提供试验数据。对于特种结构，应用理论分析的方法达不到理想的结果时，用结构试验的方法确定结构的计算模式和公式的系数，解决工程中的实际问题。③提供实践经验。一种新材料的应用，一个新结构的设计或一项新工艺的施工，往往要经过多次的工程实践和科学试验，从而积累资料，使设计计算理论不断改进和完善。
2.3 工程结构试验加载设备与测量方法
2.3.1 加载设备 一般供试验用的加载装置除实物加载外，可用千斤顶、液压试验装置、计算机与加振器联机系统、模拟地震振动台、人工爆炸等，以模拟对结构或构件的实际的各种作用。在全部试验承力装置中有支座、支墩、反力架、反力墙及试验台座等。
2.3.2 测量方法①机测法。利用机械仪表测量所需的数据或参数，机测法适应性强、简便、可靠、经济，是结构试验中最常用的测量手段。②电测法。通过传感元件把试验需要测量的数据或参数，转换为电阻、电容、电感、电压或电流等电量参数，经放大器放大，然后进行测量，由指示记录设备记录和显示，这种转换和测量技术称为非电量电测技术，具有准确、快速测量、自动控制、连续记录和远距离操纵等优点。与计算机联机，还可根据测量结果自行判断和运算。③光测法。利用光的准直性对测量参数放大、转换、实现连续记录，阻尼小、响应快（如光线示波记录仪）。也可利用光敏材料的物理化学原理和力学特性在偏振光作用下产生的光学效应，测定应力场（如光弹仪），简便、可靠、直观性好；及激光测量位移和激光全息的应用。④其他方法。利用光、电、磁、声等间接物理量与材料或结构构件某一性能间的关系为基础进行测量。如超声波探测仪利用超声波在混凝土中传播速度测定混凝土强度。分析处理结果，再还原成某种模拟量并显示出来，使数据的采集、测量和分析处理自动化。
2.4 工程结构试验的一般过程 工程结构试验大致可分为试验规划、试验准备、试验加载测试和实验资料整理分析四个阶段。
2.4.1 试验规划阶段 试验规划是指导整个试验工作的纲领性技术文件，因而试验规划的内容应尽可能地细致和全面，规划的任何一点疏忽可能导致试验的失败。
科学研究性试验的规划，首先应根据研究课题，了解其发展现状和前景，并通过收集和查询有关文献资料，确定实验研究的目的和任务，确定试验的规模和性质；在此基础上决定试件设计的主要组合参数，并根据试验设备的能力确定试件的外形和尺寸；进行试件设计及制作；确定加载方法和设计支承系统；选定量测方法；进行设备和仪表的率定；作好材料性能试验或其他辅助试件的试验；制定试验安全防护措施；提出试验进度和技术人员分工；编写材料需用计划，经费开支及预算，试验设备、仪表及附件清算等。
2.4.2 试验准备阶段 试验准备阶段是将规划阶段确定的试件按要求制作安装与就位，将加载设备和测试仪表安装就位，并完成辅助试验工作。试件制作完毕后，要进行实际几何尺寸的测量和外观质量检查，达到设计要求的才能安装就位。加载设备和测试仪表安装就位前，应完成相应的设备调试与仪表标定工作，性能正常的才可正式安装。辅助试验完成后，要及时整理试验结果并作为结构试验的原始数据，对试验规划阶段确定的加载制度控制指标进行必要的修正。
2.4.3 试验加载测试阶段 对试件施加外荷载是整个试验工作的中心环节，参加试验的每个工作人员应各就各位，各尽其职，做好本岗工作，试验期间，一切工作都要按照试验的程序进行。对试验起控制作用的重要数据应随时整理和分析，必要时还应跟踪观察其变化情况，并与事先计算的理论数据进行比较，如有反常现象应立即查明原因，排除故障，否则不得继续加载试验。
试验工程中除认真读数和记录外，必须仔细观察结构的变形，混凝土结构的裂缝出现、走向及宽度，构件的破坏特征等。试件破坏后要绘制破坏特征图，有条件的可拍成录像，作为原始资料保存，以便研究分析时使用。
2.4.4 试验资料整理分析阶段 通过试验准备和加载试验阶段，获得了大量数据和有关资料后，一般不能直接回答试验研究所提出的各类问题，必须将数据进行科学的整理、分析和计算，做到去粗取精，去伪存真，最后根据试验数据和资料编写试验报告。
以上各个阶段的工作性质虽有差别，但它们都是相互制约的，各阶段的工作没有明显的界限，制定计划时不能只孤立地考虑某一阶段的工作，必须兼顾各个阶段的特点和要求，做出综合性的决策。
3 工程结构试验在工程结构理论发展中的作用
现代科学研究包括理论研究和试验研究，理论的发展需要试验来验证。受弯梁断面的应力分布的研究，经历了由假设—简单试验—理论分析—试验检验的阶段，前后二百多年的时间，说明了试验在理论发展中的作用和地位。
科学的发展都是以技术的突破为转机的。试验验证理论，而理论的发展又将试验推向更高的阶段。结构试验与结构理论的发展是联系紧密，相互促进发展。理论分析的方法虽然给出了结构应力分析的基本方程式，在解决实际问题时，采用解析方法常会遇到计算方面的困难，只能对有限的一些简单问题得出精确解。如几何形状、边界条件、承受荷载复杂的结构，常需要进行一些假设，而假设与实际影响的大小，要通过试验验证。因此，所得结果为近似的，还要用试验证实能否用于实际工程。对于一些三维问题、应力集中和非匀质材料结构，仅靠理论解析方法求解十分困难，有时得不出结果，需要用试验的方法得出计算的公式。
结构试验是研究和发展结构理论的重要手段。从确定结构材料的力学性能到验证梁、板、柱等单个构件的计算方法及至建立复杂结构体系的计算理论，都离不开试验研究。钢筋混凝土结构和砖石结构的计算理论大都是以试验研究的直接结果作为基础的。工程结构都是以各种工程材料为主体构成的不同类型的承重构件相互连接而成的组合体。为满足结构在功能及使用上的要求，必须使得这些结构在规定的使用期内能安全有效地承受外部及内部形成的各种作用。为了进行合理的设计，工程技术人员必须掌握在各种作用下结构的实际工作状态，了解结构构件的承载力、刚度、受力性能以及实际所具有的安全储备。在应力分析工作中，也可以采用实验应力分析方法来解决。特别是计算机技术的发展，它不仅为用数学模型方法进行计算分析创造了条件，同样为结构试验实现自动化提供了有利条件如：实现荷载模拟、数据采集和数据处理，使结构试验技术的发展，产生了根本性的变化。计算机也加强了人们进行结构试验的能力。因此，结构试验仍然是发展结构理论和解决工程设计方法的主要手段之一。在结构工程学科的发展演变过程中结构试验本身成为一门真正的试验科学。
实践是检验真理的唯一标准。科学实践是人们正确认识事物本质的一个源泉，可以帮助人们认识事物的内在规律。在工程结构学科中，人们为了正确认识结构的性能和不断深化这种认识，结构试验也是一种已被实践所证明的行之有效的方法。
参考文献：
[1]王天稳.土木工程结构试验[m].武汉：武汉理工大学出版社.2006.
[2]易伟建，张望喜.建筑结构试验[m].北京.中国建筑工业出版社.2005.
行了分析。
关键词:有限元；可视化；可靠性
中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：
随着现代产品的结构日趋复杂，功能日臻完善，对可靠性的要求也越来越高，达到高可靠性的难度也大大增加,因此产品的可靠性评定等问题，已受到各产业部门的重视。为了保证机械产品的可靠性，人们往往采用基于工程经验的安全系数法进行设计，有可能导致可靠性不足或过于保守。为了使设计更符合实际，应该在常规方法的基础上进行概率设计。
目前国内许多用户在进行可靠性分析时,都是用人工处理有限元程序的计算结果文件，这样做不仅工作量大，而且相当繁琐，计算结果也不易直观观察. 针对这一情况，有效地开发出一种以有限元软件为平台的可靠性可视化分析系统，
自动处理有限元的分析结果，计算出结构各个构成单元和体系的可靠度数值，方便设计人员及时发现并改进结构的局部缺陷，提高可靠性。
因此在最新的理论方法基础上，开发一个结构可靠性分析及仿真软件,能计算常用产品的可靠性，并将分析结果可视化输出将具有十分重要的意义。
1 结构可靠性分析基本原理
1.1 结构可靠性分析的基本概念
结构的可靠度是产品在规定时间内和规定条件下，完成规定功能的概率。
设为影响结构功能的n个随机变量，R(t)为可靠度函数，则结构的可靠度可表示为：
(1)
如果把失效概率记做F(t)，显然有：
(2)
可靠性计算以概率理论为基础，考虑到直接应用数值积分方法计算结构失效概率的困难性，工程中多采用近似方法，为此引入了结构可靠指标的概念。对于 Z服从正态分布的情况，可靠指标的表达式为:
(3)
1.2结构可靠性常规计算方法
随着结构可靠性理论研究和工程结构设计方法的发展，近似概率设计方法已进入实用阶段。目前，通常采用一次二阶矩法、JC法、响应面法、梯度优化法及蒙特卡罗法等近似方法来计算结构的可靠度。其中一次二阶矩法、JC法需要较多的迭代求解且计算精度很差，响应面法随使可靠度计算得到简化，计算精度有所提高，但对于大型问题及随机因素较多的情况，效率较低。蒙特卡罗法为得到较高的计算精度需数万次的循环求解，耗时过多。
随机有限元法是进行结构可靠性计算的另一种思路，它是随机分析理论和确定性有限元法结合的产物。随机有限元法可分为两类: 一类是统计的方法,如蒙特卡洛法。另一类是分析的方法，就是以数学、力学分析作为工具，找出结构系统的响应与输入信号之间的关系，并据此得到结构内力、应力或位移的统计规律，及失效概率或可靠性。这一类随机有限元方法常见的有摄动随机有限元法、纽曼随机有限元法和验算点展开随机有限元法，本文采用计算效率较高的可靠性指标优化算法计算结构的可靠度。其基本原理如下：
根据结构可靠性指标的几何含义，可靠性指标的获得就是在功能函数面G(Y)上寻找一个点使该点与坐标原点的距离最短，由此可以得到可靠性指标计算的优化模型如下：
(4)
求解这一优化问题的方法很多，其中较为简便且高效的一种方法是梯度优化算法.其采用如下的显式迭代计算格式计算得到验算点:
(5)
式中: 表示第j次迭代计算的验算点；是的梯度向量；是沿负梯度方向的单位向量。经过几个循环的迭代，序列逐渐收敛于极限状态面上距离最近的点，即设计验算点，再根据公式得到结构的可靠性指标。本文即采用这种方法计算结构的可靠度。
2 结构可靠性可视化技术实现
2.1 图形用户界面有限元软件
现在数值模拟技术在上程中得到了广泛的应用，一批国际著名的有限元软件，如ANSYS,ABQUS等，已成为解决现代工程问题必不可少的上具。这些软件将有限元分析、计算机图形学等技术紧密结合，使用方便，计算精度高，并具有如下特点：
a.通用的数据接口。可与AutoCAD、Pro/ E等知名的CAD/ CA E软件共享数据。
b.友好的图形用户界面。用户通过这些界面可以方便地交互访问程序的各种功能、命令;建立或修改模型及计算结果等。
c.开放的二次开发功能。通过系统提供的语言编程可对有限元模型中相关的参量(如应力、应变等)实现定义参数、数学运算等操作。系统甚至还允许用户利用高级语言(如Fortran语言)编写子程序，与系统连接，以增加程序的灵活性。
由于目前知名的通用有限元软件大都具有如上特点，因此使用这些有限元软件对产品结构进行应力分析后，再结合随机有限元理论及有限元软件的二次开发功能，便可确定出模型上各单元的失效概率，并可视化显示。
可见，有限元软件为实现结构的可靠性可视化技术提供了有力的平台。
2.2结构可靠性可视化实现方法
如图1所示，结构可靠性可视化实现方法可分为如下几个步骤。
a 把CAD/ CAE系统下生成的几何模型传入有限元分析软件，并对其进行应力分析。
b根据应力计算结果，结合模型材料、尺寸数据及其概率分布，采用可靠度优化算法，利用ANSYS开放的二次开发功能编写求解可靠度的程序求出模型下各节点的可靠度及其概率分布。
C，二次开发ANSYS界面，使可靠度计算结果以云图的形式显示出来。
图1可靠性迭代程序框图
3结构可靠性可视化技术应用实例
采用上述的可靠性可视化技术，用VC开发了以ANSYS为平台的可靠性分析可视化分析模块。用户利用ANSYS对模型进行应力分析后，调用该模块便可以计算模型上的各节点的可靠度及其概率分布，并将计算结果以云图的形式显示出来。
图2(a)为用ANSYS对某汽车后桥进行静力分析的结果。图2(b)为利用本文开发的可视化模块计算的后桥失效概率分布云图。文中汽车后桥的材料为8mm厚的09SiVL钢板; 汽车的名义装载量m1＝4.0t，满载时后桥负荷m2＝6.0t，载荷作用于弹簧座处。
(a) 应力分布(b) 失效概率分布
图3某汽车后桥应力、失效概率分布
从图2不仅可以全面地获得该后桥的可靠度分布信息，而且还可以直观地了解结构“全场”的各项可靠性指标。根据这些计算结果，设计师可对该后桥的安
全性进行全面的评估及优化设计。
4 结论
介绍了图形用户界面有限元、结构可靠性理论及可视化实现方法。开发了基于ANSYS软件的可视化分析系统，对汽车后桥进行了可靠性可视化分析。本文的工作对工程中的结构可靠性可视化设计具有现实意义。
参考文献：
1．吴世伟．结构可靠度分析[M]，北京：人民交通出版社，1988
2．武清玺．结构可靠性分析及随机有限元法[M]，北京：机械工业出版社，2005
关键词：高等水工结构 课程内容 教学方法 改革与实践
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0175-01
随着社会和科学技术的进步，探究水利工程的理论、方法和手段不断更新，研究生课程的教学内容必须不断变化才能满足社会的需求。如何改革和完善高等水工结构（高等水工建筑物）的课程内容和教学方法，提高水工结构工程专业硕士研究生的课程教学质量，有待于深入探讨。本文在分析高等水工结构课程教学现状及存在问题的基础上，对高等水工结构课程的教学内容、教学方法进行了初步探讨，提出了一些建设性的意见。
1 课程教学现状及存在的问题
1.1 课程教学现状
目前全国各水工结构工程专业硕士研究生开设的高等水工结构一般在36～54学时，教学内容的组成形式主要有以下三种：一是专题讲座型，由一位或几位教师分专题授课，授课人将各自近年来的科研成果或研究进展归纳成若干专题作为授课内容。二是专业知识扩展型，以本科课程《水工建筑物》的主要内容为基础进行扩展和深化，将本学科具有前沿性的研究成果和研究进展按照水工建筑物的类型分章节，系统介绍水工建筑物的新结构、研究和设计的新理论和新方法等。三是现代知识集成型，将水工建筑物的新型结构、水工结构数值分析方法、水工建筑物的抗震设计、水工建筑物的可靠性设计等内容进行组合，作为授课内容。
在课程教学方面，许多研究生培养院校存在“重科研轻教学”的倾向，这种管理模式削弱了教师对课程教学的责任心以及对学生课程学习的要求，教师对课程教学投入的精力不够，备课不充分，课前缺乏对每堂课授课内容和授课方式构思，课堂教学以讲授为主，教学方式僵化、单一。
1.2 课程教学存在的问题
通过调查和分析国内高校水工结构工程专业硕士研究生高等水工结构课程教学现状发现，高等水工结构课程的教学内容存在一些问题，主要表现在以下几个方面：一是以专题讲座形式组织教学，教学内容主要是主讲人自己近期的研究成果，教学内容随意性和局限性明显，缺乏系统性，有些内容还不成熟状态，无法全面了解水利学科的发展动态，教学计划的执行力度和教学质量难以监管。二是以专业知识扩展形式组织教学，教学内容与本科课程水工建筑物的内容雷同较多，内容相对陈旧，滞后性突出，由于课时数的限制，对水利学科的近期研究成果和研究动态介绍得比较少，课程内容没有很好反映学科发展的前沿，也没有足够的广度和深度。三是以现代知识集成形式组织教学，教学内容比较零散，与水工结构工程专业硕士研究生培养目标的要求脱节，力学及数值分析方面的内容占的比重较大，而水工建筑物方面的内容较少。四是课程教学内容所反映的学科交叉与融合性不够。
在研究生学位和教育管理制度上，侧重于研究生发表的学术论文和毕业论文的水平，只注重研究生的科研能力培养而忽视课程教学这一重要环节。教师对上研究生的课不够重视，责任心不强，课堂上对学生要求不高，随意调课，尤其是讲授专业课的教师，另外，教学方法单一，缺乏对学生学习能力和创新思维能力培养的引导。这一系列问题，严重影响研究生对专业理论知识的掌握，阻碍了研究生学术水平和科研能力的可持续提高。
2 课程教学改革
2.1 教学内容改革
课程内容是实现课程教学目标的关键因素。课程内容改革应坚持“重构基础、突出现代、反映前沿、交叉综合”的原则，正确处理好经典内容与近期研究成果的关系。高等水工结构课程教学内容改革主要由反映学科发展动态部分，专业基础内容深化与扩展部分，反映学科知识交叉与渗透的力学与计算科学在水工结构工程中的应用部分等组成，形成符合研究生培养目标与质量要求的组合型课程内容体系。课程内容的组织从水利学科特点和发展趋势出发，体现“高、精、新、宽”的特点。在构建学科发展动态部分，将水工建筑物的安全耐久性与风险管理、水利水电工程对环境与河流生态影响及评价、中国坝工技术新进展、水工建筑物的前沿科学技术问题纳入授课范围。在构建专业基础内容与扩展部分，重点介绍高混凝土拱坝、高碾压混凝土坝、混凝土面板堆石坝和坝体防渗技术。在构建学科知识交叉与渗透部分，着重介绍混凝土材料、温度、地震荷载、水荷载及其耦合对坝体应力应变及稳定性的影响，将有限元理论和仿真计算在水工结构工程中的应用纳入到授课范围。
2.2 教学方法改革
研究生培养院校应当确立教学与科研并重的研究生培养观念，激发教师和学生参与教学的热情，不断完善教学形式。研究生教学不应停留在本科生教案式的教学方法上，而应当以学术研讨为取向的教学活动，在课堂讲授的基础上，运用讨论式、问题式等多种教学形式，启发研究生的创新思维，拓宽研究生的学术视野，培养研究生独立分析问题和解决问题的能力。在教学过程中，我们将高等水工结构课程教学分三个部分：理论教学、专题讨论、案例分析。理论教学部分为24学时，简单介绍学科发展动态；精讲高混凝土拱坝、高碾压混凝土坝、混凝土面板堆石坝和坝体防渗技术；对学科交叉与渗透部分的内容作一般性的讲授，提出一些问题，让学生自学，并要求学生利用ABAQUS有限元分析软件对指定坝体进行数值分析，研究外部环境因素对坝体应力、位移及稳定性的影响。专题讨论部分为8学时，分高混凝土拱坝、高碾压混凝土坝、混凝土面板堆石坝和坝体防渗技术四个专题。案例分析部分为4学时，就每位学生利用ABAQUS有限元软件对坝体应力、位移、稳定性的计算理论、计算方法和计算结果进行讨论分析。通过实践，取得了较好的教学效果。
研究生素质教育和创新能力的培养是研究生教育的首要任务。课程教学是研究生教育的基础性环节，只有从研究生培养目标出发，端正教学思想，深化课程教学改革，才能提高教学质量，为培养出高层次专门人才奠定坚实的基础。
参考文献
[1] 王根顺，郝路军.对当前我国研究生课程教学的反思[J].太原教育学院学报，2006，24（1）：4-6.
关键词：高层建筑，基础施工，建筑施工
引言
多数情况下多层房屋惯用的基础形式、设计与施工方法，不能简单地搬用于高层建筑，而必须在认识高层建筑地基基础工作特性的基础上选择和创造与高层建筑特性及要求相适应的基础形式、设计理论与设计方法。因此，本文主要对高层建筑中基础工程的地位、现状及进展进行了论述。
1高层建筑中基础工程的地位
基础是高楼正常使用和稳定与安全的根本。高层建筑基础工程需要保证建筑物具足够的稳定性，同时要求基础和地基具有足够的刚度使沉降和倾斜控制在允许的范围内。因此高层建筑基础工程设计与施工的情况更复杂，难度更大，技术要求更高更严、责任更重。由于它的高、重、大、深的特征，一旦考虑不周或处理不当，将导致远比一般多层房屋更为严重的不良后果。轻则产生难以纠正的过大沉降、倾斜和不均匀沉降，造成结构局部损坏或几乎永久地影响使用功能和美观；重则导致整个建筑的倾覆或破坏，造成比一般多层房屋大许多倍的经济损失。例如，上海某宾馆，地基为深厚软土，采用振冲碎石桩加固地基，箱型基础。由于这种加固方法在软土中的设计理论尚不够成熟，对施工质量与加固效果还缺乏完善的检测手段，加之承包商施工管理不严，偷工减料，致使该建筑物建成后产生不能允许的沉降与倾斜，裙房局部挤压损坏，不得不采取昂贵的地基加固措施。又如南美洲某大厦，设计时未查明地质情况，桩长不足，未达到坚硬土层，桩基承载力也不足，结果当结构施工到顶尚未装修时便开始倾斜，几天后，一夜之间整个大楼倾覆于地面。
很多高层建筑出问题的例子有力地说明了基础工程的设计与施工质量乃高层建筑安全之所系，设计、施工人员必须给予极度重视。此外，高层建筑基础工程的造价和施工工期在建筑总造价和总工期中所占的比例，与上部结构形式和层数、基础结构形式、桩型以及地质复杂程度和环境条件等因素有关。论文大全。除了钢结构和直接建造在基岩上的浅基础以及岩层埋藏很浅的桩基础以外，就钢筋混凝土结构和一般地质条件而言，采用箱形基础或筏基的高层建筑，其基础工程（包括基坑支护与开挖施工）的费用约占建筑总造价的1/10-1/5,相应的施工工期约占建筑总工期的1/5-1/4，因此在高层建筑中，基础工程设计与施工的合理与否对整个高层建筑工程总造价与总工期的影响是很显著的。可将高层建筑中基础工程的地位概括成两句话：基础工程的设计与施工是高层建筑正常使用与稳定安全的根本，其造价与工期对高层建筑总造价与总工期有举足轻重的影响。
2高层建筑基础施工发展现状
高层建筑是随着社会的经济发展与技术进步而发展起来的，而高层建筑基础工程则是随着现代高层建筑的大量兴起和设计理论研究的发展而产生的新兴科学。我国现代高层建筑是从20世纪70年代后期，随着改革开放和大规模的现代化建设的推进而迅速兴起的。在短短30多年的时间，千百幢各种类型的高层建筑在各大中城市中迅速地兴起。我国地域辽阔，各地区的地质条件差别极大、地震区覆盖面又很广，因而各地高层建筑的基础形式多种多样。有采用筏形基础、箱形基础及少数条形基础的，也有采用大直径嵌岩桩、中长混凝土预制桩和超长钢管桩的。建造在良好地基上采用筏（或箱）形基础的高层建筑已达52层170米（广东国际大厦）和67层190米以上（北京京城大厦）；建造在深厚高压缩性软层土地基上的箱形基础高层建筑达到14层41.6米（上海陆家宅高层住宅）。
近30余年来高层建筑在我国各地迅速发展的事实有力地说明，我国工程技术人员成功地解决了广大地域内各种地质条件下高层建筑基础工程的设计与施工问题，积累了丰富的经验。无论是设计理论还是试验研究，都有长足的进步，取得了丰硕的成果。论文大全。
近20年来在我国召开了多次有关高层建筑的国际会议。在全国性高层建筑学术会议上，基础工程总是讨论的重要议题之一，高层建筑基础工程的设计与施工问题也往往是人们最关注的热门话题，有关这方面的理论与试验观测的研究成果，以及新技术成果的报导从未间断过，显示出高层建筑基础工程是一个非常活跃的技术领域。
这些经验与成果已陆续反映到《建筑地基基础设计规范》《建筑桩基技术规范》和各地区的地基基础设计规范中，表明我国在高层建筑基础的设计与施工方面已逐步形成整套的理论与经验，并在今后将继续不断地发展。
3高层建筑基础设计的进展
地基基础上部结构相互作用，即地基、基础和上部结构三者实际上是相互联系成静力平衡、变形连续协调、彼此不可分离的整体系统来承担荷载而发生变形的，在这个整体系统中每一部分的刚度均对自身及其他部分的工作性状产生影响，每一部分的工作性状都是自身及其他部分（三者）共同作用的结果。高层建筑基础工程也是如此，它在上部结构荷载作用及上部结构刚度和地基压缩性及均匀性等因素影响下的力学性状（例如它的变形挠曲特征、基底反力和截面内力分布等）都与地基、基础及上部结构的相对刚度特征有关。
高层建筑基础的分析与设计不能不研究这个整体系统的共同作用性状并进行计算分析。共同作用分析就是把上部结构、基础和地基看成是一个彼此协调工作的整体，在连接点和接触点上同时满足静力平衡和变形协调条件下求解整个系统的变形与内力。只有这样才能揭示它们在外荷作用下相互制约、彼此影响的内在联系，从而达到安全、经济、合理和先进的设计目的。论文大全。
整体共同作用分析是相当复杂的，这意味着不但要建立能正确反映结构刚度影响的分析理论与有效的计算方法，而且还要研究选用能合理反映土的变形特性的地基计算模型及其参数。而且整体共同作用分析是一个高维与无穷维的超静定问题，只有在计算机技术与数值分析方法的迅、应变关系研究不断深入的当代，共同作用的分析研究才能得以开展受到重视。
4 结论
利用共同作用理论可根本上提高和改善高层建筑基础设计的水平与质量，取得比以往设计更大的经济效果。有效地利用上部结构的刚度，使基础的结构尺寸减小到最小程度。把上部结构与基础作为一个整体来考虑，箱形基础高度可大为减小；当上部结构为剪力墙体系时，有可能将箱基改为筏基。在一定的地质条件下，考虑桩间土的承载作用，得以加大桩距、减少桩数，合理布桩、减少基础差异沉降及内力，从而在整体上降低基础工程的造价。
参考文献
[1]咸大庆.基础工程事故的主要原因剖析[J]. 岩土工程界, 2004, (4) .
[2]田德武.地基基础工程事故分析[J].大众科技, 2006, (5) .
[3]徐海航.建筑结构地基与基础工程缺陷事故的分析与预防[J].内蒙古科技与经济,2006,(7) .
[4]田允寿,吴义梅.工程事故实例剖析[J]. 工业建筑, 1993, (7) .
[5]王雷,刘芳.地基基础工程事故分析[J]. 民营科技, 2009, (4) .
关键词：结构平面布置，结构自振周期，计算程序输入要点
异形柱结构是我国自主创新的一种结构体系。是根据建筑设计对建筑功能及建筑布置的要求，在结构不同部位采取不同形状截面的异形柱，异形柱的柱肢厚度及梁宽度与框架填充墙协调一致，避免框架柱在屋角凸出而影响建筑观瞻及使用功能。而住宅等民用建筑要求大开间，平面及房间布置灵活、方便，室内不出现柱楞、不露梁等。异形柱结构较好地满足了现代住宅建筑的要求，因而被广泛的应用于住宅、宿舍等民用建筑中。。异形柱框架结构体系可以用于八~十二层小高层住宅建筑(七层以下的住宅大多采用砖混结构)。目前常用TBSA、SAP84、
PK-PM等空间结构分析程序对该体系进行结构分析。
图1 结构标准层平面图
1、工程概况
该住宅楼共十一层，每层两个单元；设电梯一部。抗震按7度设防；基本风压0.55kn/m2。由于场地狭小且不规则，根据建筑平面布置及层数的要求，我们采用了异形柱框架结构体系（见图1）。。本文是该体系在本工程的实际应用总结及体会，可供同类工程设计参考。
2、基础设计
本工程建设场地位于沈阳市区，地形平坦，场区地貌属于浑河冲积阶地。据野外钻探揭露场地地基主要由第四系地层组成，场地土岩性特征依次为：杂填土、粉质粘土、细砂、中砂、中粗砂、砾砂，钻探未及基岩，最大钻孔深度为25m；
场地地下水为孔隙潜水类型，稳定水位埋深为6.1～7.5m。综合分析地质条件、结构荷载结合本地施工特点，采用人工挖孔灌注桩基础，桩端持力层为砾砂层，桩长约7.5m，桩端持力层为中、粗砂层，桩端进入持力层深度为1.0m，桩端阻力特征值qpa=1536Kpa。
考虑桩间距及柱距，本工程采用单柱承台及双柱承台，根据PK-PM系列中的SATWE后处理—图形文件输出的底柱、墙最大组合内力简图，分析得出各底柱最大荷载设计值，依次设定单柱承台的桩型尺寸直径800mm、1200mm、1400mm、1600mm，双柱承台的桩型尺寸直径2400mm、2600mm、2900mm，根据《辽宁省建筑地基基础技术规范》（DB21/907-2005）计算得出各直径桩的竖向承载力，满足上部结构传递的荷载。
3、上部结构设计
3.1结构平面布置
异形柱截面有较大的侧向刚度。为方便、经济，本工程异形柱采用了隔开间设置。这种布置方式下框架梁均采用500mm～600mm高，既满足了梁截面高度的最小高跨比，同时该梁又兼作窗过梁。柱数量减少后也使得部分桩基承台可设计成独立承台，从而降低了基础造价。
3.2结构自振周期
在异形柱截面满足柱轴压比要求的前提下，可以通过调整异形柱截面的大小来调整结构的自振周期，使结构的自振周期满足高层规范规定的范围。按文献〔1〕的有关公式计算控制适宜自振周期为小于1.16s，这样的结构比较经济合理。抗震规范规定需要考虑非结构构件等的影响对按弹性理论计算的周期予以折减，因为在程序计算时只计算了梁、柱、剪力墙的刚度并得到计算周期，而实际周期比计算周期小，如以计算周期按规范方法计算地震力，地震力会偏小，使结构分析偏于不安全。高层规范规定框架结构的基本自振周期折减系数为0.6～0.7，框-剪结构的基本自振周期折减系数为0.7～0.8。本工程在控制结构自振周期时考虑到墙体门窗洞开设面积较大，取基本自振周期折减系数为0.7，即用弹性理论计算的周期控制在1.16/0.7=1.66s以下。。在进行异形柱框架结构的变形控制分析时，没有考虑空心砖填充墙的刚度影响，这样偏于安全（参考文献〔2〕）。
3.3结构计算
3.3.1计算程序及输入要点
本工程计算程序采用PK-PM系列，其中用PMCAD建模，用空间有限元分析软件SATWE进行内力分析及配筋。在使用PMCAD建模时，异形柱的截面定义和布置有一些技巧，可见参考文献〔3〕。对肢长h大于4倍肢宽bw的异形柱在输入时应加以注意，参见参考文献〔4〕。为便于与高层规范衔接与统一，对h<3bw的墙肢建议以异形柱的型式输入，对h>3bw的墙肢建议以墙元型式输入。
3.3.2计算结果
SATWE结构分析
