地下结构抗震课程教学实践与探索
温卫平，籍多发，翟长海   
（哈尔滨工业大学，结构工程灾变与控制教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨150090）
(哈尔滨工业大学，土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室，黑龙江哈尔滨150090)
(哈尔滨工业大学，土木工程学院，黑龙江哈尔滨150090)

摘要：“地下结构抗震”课程是城市地下空间工程专业一门重要的专业课，是理论与工程实践密切联系的一门课程，要求学生通过学习，能够掌握地下结构抗震研究发展现状及趋势、地下结构的典型震害机理、地震工程的基本知识、地下结构抗震的设计理论和方法。本文通过对比分析“地下结构”和“地面建筑结构”的异同以及本科生先修专业基础课方面的不足，提出针对“地下结构抗震”课程的讲授方法，从形象化展示地下结构与地面建筑结构的区别、教学重点和教学方法调整、培养学生解决实际工程能力、坚持教学与科研一体化，相互促进、协调发展等四个方面详细展开，旨在改革传统的教学方法，有效提高教学质量。。
关键词：地下结构抗震；教学探索；城市地下空间工程       教育教学论坛
中图分类号：TU375       文献标志码：A
Teaching practice and exploration for “Seismic Design of Underground Structure”
WEN Weiping, JI Duofa, ZHAI Changhai
 (Key Lab of Structures Dynamic Behavior and Control of the Ministry of Education, Harbin Institute of Technology, Harbin, 150090, China)
(Key Lab of Smart Prevention and Mitigation of Civil Engineering Disasters of the Ministry of Industry and Information Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin, 150090, China)
(School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China)
Abstract: "Seismic design of underground structure" is an important course for the students with major in urban underground space engineering, which is also closely related to practical engineering. The students are required to know the development and tendency of study, damage mechanism and basic knowledge on the seismic design of underground structure. By comparing and analyzing the similarities and differences between "Underground Structures" and "Ground Structures", this paper puts forward a teaching method for " Seismic design of underground structure" considering the inadequacy of relevant courses for students majoring in urban underground space engineering. This paper discusses the following aspects in detail, i.e., the visual display of the differences between underground structure and ground building structures, adjustment of teaching emphases and methods, training students to solve practical engineering, combining the teaching and research, in order to reform the traditional teaching methods and improve teaching quality.
Keywords : Seismic design of underground structure; teaching exploration; urban underground space engineering

 

自1906年美国旧金山大地震以来，对地面建筑结构的抗震研究已有100年的历史。在很长一段时间中，科学家和工程师们均认为地下结构由于其被周围土体所包围而不存在地震破坏的情况。然而，在1995年日本阪神地震中，大量地下结构出现破坏甚至坍塌，地下结构的抗震安全问题才真正引起科学家和工程师的重视，相应的研究也逐渐增多。我国是全世界地震灾害最为严重的国家之一，同时我国正进行着大规模地下结构建设，因此地下结构的抗震问题对于我国城市地震安全至关重要。
《地下结构抗震》课程是城市地下空间工程专业一门重要的专业课，是理论与工程实践密切联系的一门课程，使学生能够掌握地下结构抗震研究发展现状及趋势、地下结构的典型震害机理、地震工程的基本知识、地下结构抗震的设计理论和方法。
一、形象化展示地下结构与地面结构的区别
城市地下结构包括地铁隧道、地铁车站、地下室、地下商场、地下停车场等，其与地面建筑最大的区别在于所处的位置不同，进而导致地下结构在地震作用下的破坏机理与地面建筑有很大的不同，最终导致地下结构的抗震设计理论方法与地面建筑截然不同，因此让学生首先理解并掌握地下结构与地面结构的区别、并在此基础上掌握地下结构的典型震害机理至关重要。地下结构与地面结构的区别若只在绪论中简要介绍，并不能为学生建立起一个对地下结构典型震害机理的认识。应在授课中以PPT图片形式形象地展示出地下结构与地面结构的异同。首先，在绪论的讲授中，对比给出地铁隧道、地铁车站、地下商场等城市地下结构的截面、位置与地面房屋建筑结构基本构件截面的区别。
二、依据培养方案，调整教学重点和教学方法
城市地下空间工程专业的培养方案对毕业生的培养目标为：能够从事城市地下空间工程的设计、施工、研究开发等工作的复合型高级工程技术人才。地下结构抗震作为城市防震减灾的重要组成部分，学生毕业后应具有地下结构抗震的基本设计知识，能够对地下结构抗震安全问题做出地判断，掌握地下结构抗震设计方法和构造措施。
因此，在授课过程中，教学重点为学生对地下结构在地震作用下各类构件可能出现的问题及破坏规律的掌握，理解横断面、纵断面抗震设计方法的基本理论与步骤，并不要求学生机械地记忆计算公式，了解地下结构抗震构造措施的目的，而不是机械地记忆构造措施的内容。在教学方法中避免灌输式教学方法，对不同类型地下结构在抗震设计中存在的共性问题给予概念性讲解，培养学生对工程抗震问题的认识、分析、解决能力。同时，在授课过程中强调，地下街结构抗震设计的答案不是唯一的，任何一项设计都有多种方案可以选择。在课堂中，多设置开放性问题，鼓励学生踊跃参与，启迪智慧、激发思考，鼓励学生与老师之间发生学术观点碰撞。
三、充分考虑学生先修课程的特点，在课堂上培养学生解决实际工程的能力
城市地下空间工程专业本科生的先修课程中只有材料力学、结构力学、土力学等，并没有系统学习过结构工程的动力学问题，而地下结构抗震本质上则是动力问题，因此需要在课堂上采取合适的方式补充动力学问题方面的知识。同时，由于地下结构抗震设计不仅涉及结构本身，还涉及到地震作用、周围土体介质的非线性问题等，因此地下结构的抗震设计还需要用到有限元知识和软件，本科生所学的有限元知识也不足以支撑地下结构抗震设计所需。
四、坚持教学与科研一体化，相互促进、协调发展
地下结构抗震课程组承担了大量的国家和省部级的科研任务，取得了大量研究成果。多年来，教师努力做到科研成果和科研平台反哺教学，坚持教学、科研一元化，实现教学与科研相互促进、协调发展。近年来，主余震序列对结构所致累积损伤逐渐引起了工程师的关注，多次地震对结构的累积损伤效应不仅体现在地面建筑结构，很多时候也体现在地下结构。结合教师的最新研究成果，在课堂上通过简单有趣的方式让学生了解科研中的最新研究成果，培养学生发现问题的能力，提高学生的创新能力。
五、结语
由于地下结构抗震的重要性，地下结构抗震课程是一门重要的理论密切联系实践的工程类课程。地下结构抗震问题的复杂性为该课程的讲授带来了较大的困难，通过对比分析“地下结构”和“地面建筑结构”的异同以及本科生先修专业基础课方面的不足，形象化展示地下结构与地面建筑结构的区别。在本课程的教学过程中，根据毕业要求，调整教学重点和方法。充分考虑学生先修课程的特点，在课堂上培养学生解决实际工程的能力。坚持教学与科研一体化，相互促进、协调发展，努力做到科研成果和科研平台反哺教学。
 
参　考　文　献
[1]  郑永来, 杨林德, 李文艺, 周健. 地下结构抗震. 同济大学出版社.2011
[2]  陈国兴. 岩土地震工程学. 科学出版社. 2007.
[3]  张克绪, 谢君斐. 土动力学. 地震出版社. 1989.
.