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中图分类号:G643;TU37 文献标志码:A 文章编号:10052909(2017)02003105
硕士研究生阶段的教育在教育目标、教育主体定位和教育形式等方面,都与之前的本科阶段、中学阶段和小学阶段具有本质的区别。从教育目标来看,研究生阶段教育的目的是将研究生培养成为具有独立科研能力的科研工作者和职业工程师,强调自主科研和工作的能力[1]。从教育主体定位来看,研究生在整个教育过程中处于主体地位,与本科及之前阶段以教师教学为主的定位有很大差异[2]。从教育形式来看,研究生阶段的教育更加强调自我培养和自我教育,绝大部分的教育过程需要研究生通过自主学习完成,研究生导师一般只发挥引导和指导作用[3]。
因此,能否在两到三年的研究生学习阶段实现良好的自我培养,就成了研究生教育成败的关键。近年来,随着专业硕士研究生制度的实施和研究生教育从精英教育向大众教育的转变,研究生数量迅速增加,生源质量良莠不齐。很
多研究生对研究生教育阶段强调自我培养的特点认识不足,在研究生学习阶段仍然是本科甚至高中时期的学习态度和方式,以致培养效果难以令人满意。
究其原因,除了对研究生阶段自我培养的特点认识不足之外,一个很重要的原因是对自我培养的目标和方法缺乏理性的认识,需要进行深入的指导。为解决这一问题,本文拟从研究生培养工作的实际出发,对土木工程类硕士研究生自我培养的目标、方法和途径进行讨论,旨在为土木工程类研究生的培养提供理论上的参考和建议。
一、 研究生自我培养的必要性和可行性
所谓研究生的自我培养,是指以研究生自身为教育主体,在自我意识的支配下,根据社会需求和自身发展的需要,发挥主体能动性作用,把自己作为教育的实施者和接受者,不断进行自我开发和自我教育,优化知识结构和能力水平,最终实现研究生阶段培养的目标,成为满足社会需求的科研工作者和技术工程师[4-5]。
研究生阶段教育的最大特点就在于研究生的自我培养和自我教育[6],这是由研究生阶段的培养目标决定的。研究生阶段教育的最终目的,是培养一批能够独立进行科研工作的科技工作者,以及能够在企事业技术岗位解决实际问题的技术工程师[7]。要想获得独立的科研能力和工程实践能力,就必须具备自主发现问题和解决问题的能力。而这些能力的培养,必须也只能通过自主科学研究和自主工程实践获得[8]。此外,是否具备基本的自主科研能力和工程实践能力,也一直是各高校衡量研究生培养质量的重要标准。部分高校甚至直接以这两项能力作为研究生毕业和获得硕士学位的基本条件[9]。因此,以培养自主科研能力和工程实践能力为目标进行自我培养,是研究生阶段教育的必然要求。
研究生阶段的学习和生活呈现出很大的自主性和独立性[10]。研究生导师在研究生教育过程中的定位,是科研工作上的指导者和合作者,并以此为基点,对研究生的学术道德和价值观进行引导[11]。除此之外,研究生自主把握工作和学习的各个阶段,有足够的时间和空间自主规划,自我学习,为研究生的自我培养提供了主体条件上的可行性。事实上,是否能够有效利用这种自主性,抓住机会进行自我培养,一直都是研究生培养成败的关键。
二、 土木工程类专业硕士研究生自我培养的目标和内容
土木工程类专业硕士研究生培养的最终目标,一是使研究生具备基本的科研能力,以满足业之后以一个独立的科研工作者的身份从事本专业科研工作的需要;二是具备一线的工程实践能力,以满足毕业之后从事结构设计或现场施工工作的需求;除此之外,还必须培养一定的人际交往能力。因此,具体而言,土木工程类专业硕士研究生应当着重在专业知识水平、基础科研能力和实践工作能力等三个方面进行自我培养。
(一)专业知识水平的培养和提高
具备深厚的专业基础,了解本专业的研究特点、研究方向以及基本理论和方法,是顺利开展研究生阶段学习和科研工作的前提条件,这也是研究生入学考试和面试衡量学生是否具备入学资格的重要标准。但是,随着近年来硕士研究生数量的迅速扩张,新入学研究生的专业知识水平并不能令人满意。以某校土木工程和防灾减灾工程专业硕士研究生的面试为例,一位面试教师提问了一个基本的结构力学问题,即力法基本方程的实质是力的平衡方程还是位移协调方程?就这么一个二选一的问题,参加面试的数十位学生回答正确的不到一半,绝大多数都是仅凭字面意思勉强回答甚至完全是瞎蒙胡猜。另一位教师提问地震烈度的概念,能将这一概念与地震震级区分开并解释清楚的更是寥寥无几。带着这样的专业基础知识开始研究生阶段的学习和研究,效果如何可想而知。
因此,研究生阶段自我培养的第一课,就是夯实专业基础,把本科阶段没有学好而研究生阶段又显然会用到的高等数学、结构力学、结构设计等课程查漏补缺,提高到本科毕业生应该有的水平。在此基础上,还要把研究生阶段开设的数学分析、有限元方法、结构动力学、弹塑性理论等专业基础课学好学透,为后续即将开展的科研工作做好准备。
除了课堂学习之外,研究生阶段的学习还应该包括一个很重要的方面,即自学能力的培养。与本科生阶段主要依靠教师传授专业基础知识、培养专业思维能力不同,研究生阶段最重要的是要学会如何发现问题和解决问题。当今时代是一个知识大爆炸的时代,是多种学科融汇交流的时代。研究生在开展科研工作的过程中,必然会遇到很多以前没有接触过的知识,甚至不同的专业和学科的知识。这就只能通过各种渠道查找资料,自我学习,不断积累,培养自我学习的能力和习惯,实现自我教育,最终解决所遇到的问题。而终身学习和自我教育,正是作为一名科研工作者所必须具备的基本素质之一。
(二) 基础科研能力的培养
一般而言,科研能力的根本是科学思维能力和科学研究方法,这也是研究生阶段需要着力培养的目标之一。所谓的科学思维能力,是指应用专业知识发现问题、研究问题和解决问题的科学思维方式。所谓科学研究方法,是指采用理论研究、试验验证、统计分析对科学问题进行研究的方法。科研能力的培养是一个抽象的潜移默化的过程。这就需要研究生集中精力,刻苦钻研,全身心地投入研究生阶段的研究和学习,一点一点地积累提高,最终实现科研能力的全面提升。
科研能力的培养包括很多方面,本文仅就开展科学研究所必须具备的一些基本工作能力进行深入讨论。这些基本工作能力一般包括办公软件的使用能力、专业软件的使用能力、文字表达能力和专业英语水平等。
办公软件的使用能力是进行一切文字工作的基础。在研究生进行开题报告、中期考核、毕业答辩的过程中,必然会用到以下软件:word、PowerPoint、Excel。这些软件看上去很常见,但很多本科毕业生都只停留在会打开、输入、关闭的水平,远远达不到研究生利用这些软件完成论文写作任务的目标。研究生阶段使用word,目标就是撰写论文。要做到会用word排版,正确处理标题、目录、图表、段落、参考文献等,按照要求写出格式规范、排版合理的毕业论文。PowerPoint是研究生用于做报告和答辩的必备软件,要求做出来的幻灯片界面美观,条理清楚,能准确无误地表达研究生的全部科研成果。Excel是一个功能强大的软件,科研论文所需数据的汇总和统计、图表的设计和制作都可以用它来完成。
专业软件的使用是当代研究生必须具备的能力之一。对于土木工程类专业的研究生来说,AutoCAD是最基本的制图工具,其重要性自不必多说。除此之外,还需要掌握本专业广泛使用的各种专业软件,如结构设计所需的Sap2000、理正工具箱,结构分析所需的ANSYS、ABAQUS,编程所需的Matlab等。当今时代,用专业软件解决问题已经成为科研工作的基本要求,不会使用这些基本的工作软件,就无法开展科研工作。
文字表达能力是研究生撰写论文和进行学术交流
必备的另一项能力,而这一点又恰恰是很多土木工程类专业研究生的短板。土木工程类专业一般属于纯工科专业,大部分学生从高中毕业后就很少接受文字表达能力的训练。特别是本科毕业做的是毕业设计,没有写过毕业论文,失去了一次重要的科技文献撰写能力的培养机会。造成的结果就是文字表现能力较差,往往需要走很多弯路才能达到撰写科技论文的水平。因此,土木工程类专业的硕士研究生需要在研究生学习阶段有意识地培养语言文字表达能力,特别是要熟悉和掌握撰写科技论文所需要的特有的客观理性的文字表述方式。
科研工作基本能力的第四个方面,是专业英语水平。阅读英文专业文献、用英语撰写论文是科研工作的基本需求。我国的英语教育从初中甚至从小学就开始,到研究生阶段至少经过了10年的学习,但实际的效果却并不能令人满意。很多研究生在写论文时用到英文题名和摘要,第一反应就是利用网络上的翻译软件。部分研究生论文的英文题名和英文摘要甚至是用翻译软件直接翻译一下就粘贴上去了,错漏百出,笑话满篇。因此,提高专业英语水平,是研究生阶段必须保质保量完成的一项重要学习任务。
(三)工作能力的培养
研究生阶段学习的最终目标是要进行工作实践,很多研究生一毕业就会进入设计和施工单位工作。因此,工作能力的培养也是研究生阶段自我培养的重要内容之一。
在研究生阶段培养实践工作能力具有得天独厚的优势。在这一时期,研究生是作为一个基本独立的科研工作者来完成自己的课题,与导师和其他同学是交流与合作的关系,因而攻读研究生的过程也就自然而然成为工作能力的培养过程。
对于研究生来说,工作能力包括科研能力、实践能力和工作素质等多个方面。其中科研能力和实践能力都需要在工作和学习中逐渐积累和培养。本文仅就个人工作素质进行简单探讨。
个人工作素质的第一点,是工作中的自我定位。工作是有分工的,在任何一项工作中,都会有人主导,有人配合,有人把控大局,有人执行细节。在工作中摆正自己的位置,是一切工作得以顺利完成的保证。如果人人各行其是,最终的结果必然是一事无成。研究生阶段的学习是研究生科研工作的起点,在后续的科研和实践工作中,都必须保持谦虚谨慎的态度,尊重导师,尊重身边的同学和同事,积极主动地向他们学习。只有这样,才能不断提高自己的水平,实现研究生阶段自我培养的目标。
个人工作素质的第二点,是要有责任心,勇于担当。做事情有始有终,是研究生应当持有的基本工作态度。接受任何工作任务之后,应该以积极主动的态度考虑如何保质保量地完成。遇到困难要学会利用学校和单位提供的各种资源积极解决,而不是稍遇挫折便打退堂鼓。最不可接受的态度是,稍遇困难不仅止步不前,还不积极与导师或上级沟通,工作任务搁置半个月甚至一两个月,直到再次被问起才告知遇到问题未能继续。这样消极负面的工作态度,在任何工作单位都是不能被容忍的,在研究生阶段必须绝对避免。研究生应珍惜和抓住研究生阶段学习的大好时机,培养优秀的工作素质,是研究生阶段自我培养的又一重要任务。
三、 土木工程类专业研究生自我培养的基本途径
从2014年开始,辽宁省学位办加大了对硕士论文的抽检力度,2015年抽检数量为2014年的3倍,这在一定程度上引起了相关培养单位的重视。根据2014年辽宁工业大学硕士学位论文抽检评价结果显示,在此次抽检中被抽到的两本建筑与土木工程专业学位硕士论文中,一本论文的评价结果为良好,一本的论文的评价结果为一般。从反馈的信息来看,评审专家主要从论文的选题、文献资料的阅读、论文的成果与创新性、研究手段与技能、基础理论与专门知识的掌握、综合分析能力实验或计算能力及写作能力与态度等方面进行了评定。从检查的结果来看,建筑与土木工程专业硕士学位的论文质量还有待于提高,主要缺点体现在:近几年的文献资料和参考文献较少;开展有针对性的试验比较少;缺少对实验的针对性分析;缺乏数值模拟结果与工程实例或实验室数据的对比等等。我们土木建筑工程学院为此专门组织了研讨会,将评审专家的意见反馈给我们的专业指导教师。在会上,指导教师们对反馈回来的意见进行了认真的分析和总结,希望对我们今后建筑与土木工程专业硕士论文的质量的提高提供借鉴。我们除了参加省学位办对硕士论文的抽检之外,还把我们的专业硕士论文送到一些兄弟院校进行同行评审,评审的结果也同时作为学校评价专业硕士论文质量和专业指导教师能力的依据。
二、师资队伍建设
(一)校内专业导师队伍的建设
校内导师队伍的建设主要是通过加强硕士导师的遴选工作,使得专业素质过硬,工程实践能力强的指导教师走上硕士生导师的岗位。辽宁工业大学制定了《硕士研究生指导教师考核办法(试行)》,该办法规定了一名合格的专业硕士生导师应该达到诸如学术道德、学术论文抽检情况、毕业论文完成情况、研究生就业情况、科研指标等方面的标准,凡是达不到硕士导师考核要求的教师将被取消其研究生导师资格。另外,学校定期进行硕士生导师的遴选工作,吸收符合条件的教师进入到硕士生导师队伍中来。通过督促硕士生导师加强自身的学术水平,来提高对硕士生的指导能力。比如,学校规定一个硕士导师在一个聘期内(一般为三年)导师应该完成的科研任务:获得的纵向课题的数量和质量;发表核心期刊论文的数量和质量;完成的横向课题进款;获得的省部级奖励的数量及奖励等级;国家发明专利和实用新型专利的数量等等。建筑与土木工程全日制专业学位的硕士生导师要求具有较强的工程实践能力,所以辽宁工业大学在考核专业指导教师的时候着重强调了导师的工程素质,如果达不到上述要求的标准,专业导师将被暂时停止招生或取消专业研究生导师资格。上述采取的措施,在一定程度上激励了专业导师加强自身的工程素质、在指导专业研究生时投入更多的精力。
(二)校外专业导师队伍的建设
聘请具有丰富实践经验的并具有副高级以上职称的土木行业的专业人员作为校外研究生指导教师,并开展联合培养制度,即双导师制。与学术型导师相比,专业型导师的能力体现在工程实践的丰富性和对土木工程技能掌握的熟练性上。我们所聘任的校外专业导师,来自辽宁省内的土木工程行业,如锦州市建筑设计研究院的总工程师,东北电力工程公司的高级工程师,锦州市第一建筑安装工程公司的高级工程师,锦州宝地集团的高级工程师等等,这些导师都是建筑企业的技术骨干,都具有很强的实践专业技能,他们指导的研究生涉及到的土木工程专业领域包括设计、施工、土木工程检测与加固、工程管理等等,符合三师【1】型人才的培养目标。这些校外研究生指导教师善于在工程实际中发现问题,并有很强的解决实际问题的能力,对专业学位研究生的论文题目的选择有很大的帮助,并且有能力指导研究生解决实际工程当中出现的复杂的技术问题。校外专业研究生指导教师的工程实践能力虽然很强,但是敬业和投入问题也是当前的一个让各个专业硕士培养单位很困惑的问题。校外导师和培养单位之间的责权利关系不明确,校外导师的人事关系又不隶属于培养单位,培养的学生学位论文质量出现了问题,校外导师是没有什么责任的。而且,培养专业学位的研究生成才,对于校外指导教师来说也没有带来实质上的利益,因此他们缺少投入精力的主观能动性。因此如何解决校外导师的精力投入问题,是建筑与土木工程专业硕士当前面临的一个难题。难题的破解需要各培养单位、硕士生专业导师和研究生共同努力,比如采取专业硕士研究生毕业之后到其导师所在的企业就业、或是专业研究生的研究成果和企业共同分享、或是培养单位和企业联合报奖等,这些均是可行的办法。
三、实践基地的建设与维护
建筑与土木工程专业硕士的实践教育基地的建设与维护对于建筑与土木工程专业硕士研究生的培养质量起到至关重要的作用[2]。依托辽宁工业大学的实践教育平台,加强与校外实践基地的合作,建立辽宁工业大学建筑与土木工程领域校外实践基地。建筑与土木工程专业硕士专业实践基地建设是一项长期工作,需要重视实践基地开发工作,规范实践基地建设的管理,加大投入保障建筑与土木工程专业硕士专业实践基地建设,积极维护和发展与专业实践基地的关系。辽宁工业大学土木建筑学院负责研究生工作的领导定期对签约的实践基地进行走访,在了解企业需求的同时,也了解到在基地实践的专业硕士的学习情况,督促他们加强在实习基地的学习和实践。同时,也是对研究生校外指导教师的一个促进。通过建设专业硕士实践基地,达到学校和实践基地所在企业互惠的目的,从而使专业硕士实习基地成为学校和企业之间的联系纽带。在对企业进行走访的同时,也邀请企业的负责人和相关专业硕士指导教师来学校座谈,为培养建筑与土木工程全日制专业硕士献计献策。
四、加强对建筑与土木工程的全日制专业学位硕士生实践考核与成绩评定
辽宁工业大学建筑与土木工程专业学位硕士研究生必须在培养基地进行至少连续半年时间的实习、实践环节训练。一般时间定在第三学期,参加实践的研究生按期提交实习、实践计划及报告,实习完毕以后,土木建筑工程学院组织专门的工程实践应用能力答辩会,专业研究生参加由学院答辩委员会(校外指导教师参加)组织的答辩会,对实践基地的实践内容接受委员会的答辩。答辩成绩采取两级分制,分为“合格”或“不合格”。对于考核不合格的专业学位的研究生,督促其按照答辩委员会提出的问题进行修改,一段时间之后再组织答辩。通过这样的考核,使专业硕士研究生认识到在企业实践的重要性,加大在专业实践活动中的精力的投入。
五、结论
在国家级实验教学示范中心建设过程中,福州大学提出“理实结合、教研互动、严谨求实、鼓励创新”的实验教学理念,重视创新能力培养和实验室队伍建设,自主研发仪器设备,注重理论与实践结合,加强校际间交流与合作,采取多种措施提高学生的综合素质,取得了喜人的成果。
陈宝春,博士,教授,博士生导师。福州大学土木工程学院院长,兼任福州大学土木工程本科实验教学中心主任。长期从事本科教学工作,负责福建省精品课程桥梁工程的建设与主讲,主编和参编教材多本,主持或参与教改课题多项,发表教改论文多篇,2010年被评为福建省教学名师,2011年获宝钢优秀教师奖。
承担了硕士和博士研究生课程各1门。所指导研究生中,已毕业硕士24人,博士11人,其中3人获得卢嘉锡优秀博士生奖,4篇论文被评为福建省优秀博士论文。
致力于组合结构的研究与应用推广工作。钢管混凝土拱桥的研究居国际领先水平,出版《钢管混凝土拱桥》等专著。主持国家与省部级科研项目和重大横向项目数十项,获国家和省部级科技奖励十余项。
:教育部自2005年启动“高等学校实验教学示范中心建设和评审工作”后出台了一系列文件,对高校教师转变实验教学思想产生了重要影响。您认为贵校领导和实验教师在教育理念方面有哪些转变?
答:自2009年福州大学土木工程实验教学中心成为国家级实验教学示范中心建设单位以来,学校领导和中心教师始终围绕着教育部的实验教学示范中心建设目标来管理和发展,并结合福州大学的实际发展状况,提出了“理实结合,教研互动,严谨求实,鼓励创新”的实验教学理念,以适应培养创新型、复合型高素质工程技术人才的需求。
主要的教育理念转变有以下几个方面:
(1)定位实验教学和理论教学同等重要的地位。要培养学生的创新意识、实践动手能力,实验教学具有理论教学不可替代的重要作用,因此将实验教学提高到与课堂教学同等重要的地位,并提出“培养实验基本技能和项目设计能力,培养提出问题、解决问题能力,培养团队精神,促进个性发展”的实验教学方针。
(2)重视创新能力培养,构筑开放性实验室环境。学校抓住旗山校区建设的契机,以校园网为平台,投入180多万元为各实验中心建设开放式实验教学管理系统,对实验教学的各环节实行网络化管理。
(3)重视实验室队伍的建设。实验室队伍的业务水平直接决定了中心建设的质量,学校设立实验教学关键岗、重点岗以及实验教学弹性编制,吸引了科研工作中成绩突出、勤于思考、有敬业精神的学术骨干和中青年教师参与到实验课教学工作中来。
(4)加强理论和实践的结合,优化实验教学内容。从土木工程专业人才培养出发,开展对实验教学体系的深层次改革和建设,构建“三层次、三平台、三基地”的土木工程实验教学体系,使实验教学内容与科研、工程和社会应用实践密切联系。
:我们了解到贵中心自主开发了许多教育设备,这些设备在教学和科研中均有卓越表现,请您从中选取2~3件自制设备,介绍它们在实验教学过程中显现出来的突出特点。
答:(1)新型水泥基材料抗裂性能测试仪
中心教师设计和自制了集新型环形约束收缩测试装置、养护箱以及应变采集系统(包括数据采集电缆线、应变采集仪和普通计算机)于一身的新型水泥基材料抗裂性能测试仪(如图1所示)。其具体技术参数主要有:控温范围:10 ℃~60 ℃。控温精度:±0.2 ℃。控湿范围:30%~95%。控湿精度:±3%。搁架性能:一次可放置6个约束收缩试件;分为6层搁架,每层搁架间距250 mm,每层搁架的面积大于600 mm×600 mm,从而具有占地面积小的优点。
采用在混凝土环中插入隔板的方法,诱导一条裂缝在隔板处产生。增大隔板处混凝土环向拉应力,产生应力集中,加快混凝土环裂缝的产生。
通过对内钢环应变数据的分析,可以获得混凝土环内部微裂缝产生和发展等损伤信息。提出的评价方法,即使在裂缝不可见的情况下,也能对混凝土抗裂性能进行快速评价。
本装置及相应的评价方法可将混凝土结构裂缝的事后修补变为事前预测和评估。当发现混凝土配合比不满足抗裂要求时,通过调整混凝土配合比,可减少混凝土开裂的概率,延长建筑物使用寿命,具有非常好的经济效益、社会效益和广阔的应用前景。
该自制设备已推广到广西大学等高校,获实用新型专利和发明专利各1项,发表学术论文若干篇,在福州大学本科生科研训练计划(SRTP)“再生细骨料的性能研究”和“新型引气剂对高性能混凝土抗裂性能的影响”中得到应用。
(2)大型量水堰
该设备属薄壁量水堰,是一种使用最早且精度较高的测流设施,广泛用于水力学、水工实验室及灌排渠道上,长7 m,宽1.2 m,高3 m,最大可量测流量为0.6 m3/s(如图2所示)。该设备可单独使用,也可与渠系建筑物配合使用。薄壁量水堰在铁制堰板上设置缺口,使水流由缺口通过时具有锐缘堰流的性质。在距堰板上游3~4倍最大过堰水深处设水尺,根据水尺读数(水面超过堰顶的高度),即可由事先绘制好的水位流量图表得到流量。
图2 大型量水堰
为了提高测量精度,采用自由溢流。按缺口量水堰形状,薄壁量水堰可分为三角形堰、梯形堰、矩形堰及曲线形堰等数种。实验是在标准条件下进行的,因此堰的装设及堰前渠道的流态也应符合标准条件,使之成为具有标准工作状态的标准堰。
该自制量水堰已在土木工程创新型实验研究计划(IRP)“高扩散、低收缩差动式挑坎体型优化研究”和“锯齿形丁坝与普通丁坝的实验对比”等项目中得到应用,其中“高扩散、低收缩差动式挑坎体型优化研究”项目获得第二届全国大学生水利创新大赛二等奖。
【关键词】高强钢骨混凝土;应用与发展;桥梁工程 三向应力
1. 高强钢骨混凝土综述
HSRC结构是在钢筋混凝土内部埋置型钢或焊接钢构件,并使钢骨与混凝土组合成为一个整体共同工作,而形成的一种组合结构。其特点如下:
图1 高强混凝土箱梁
图2 PCI研究用T梁(1)与钢筋混凝土结构相比,由于配置了钢骨,使构件的承载力大大提高,从而有效的减小了梁柱截面尺寸,尤其是抗剪承载力提高、延性加大,显著改善了抗震性能。
(2)与钢结构相比,钢骨高强混凝土构件的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲,提高构件的整体刚度,显著改善钢构件出平面扭转屈曲性能,使钢材的强度得以充分发挥。同时,外包混凝土增加了结构的耐久性和耐火性。
(3)钢骨高强混凝土结构比钢结构具有更大的刚度和阻尼,有利于控制结构的变形和振动。
钢骨高强混凝土充分发挥了钢与混凝土两种材料的优点,在桥梁工程中得到了广泛的应用,但到目前为止,国内外对其研究的成果多集中于构件的强度、刚度等方面,在施工方面经验不多,可供参考的资料很少。而施工现场的施工质量又严重影响着这种组合结构性能的充分发挥。笔者结合试验过程及具体的工程实践提出确保钢骨高强混凝土桥梁抗震延性的施工质量控制措施。
2. 典型高强钢骨混凝土桥工艺参数分析
苏州建园建设工程顾问有限公司以苏州地区典型桥梁做研究。高新区寒山桥是此研究工程项目之一。此桥的特殊之处是东西两侧分别采用强度为70~100N/平方毫米高强钢骨混凝土梁(图1)和强度为35~40N/平方毫米T梁(图2)。对不同混凝土进行造价比较。经比较,对于常规混凝土跨径37m的梁,当采用高强钢骨混凝土时跨径可达44m。
图3 最优造价曲线 高强钢骨混凝土具有较高的强度,因此可加大跨径或当跨径不变时可采用较小的梁高。同时,高强钢骨混凝土抗渗能力较强,因而氯化物的渗入可减少一半,从而提高结构的耐久性。在桥梁结构中采用高强钢骨混凝土,效果十分明显。苏州建园建设工程顾问有限公司对常用的预应力混凝土梁进行优化设计。进行经费用户效益分析如(图3), 对于图3所示的曲线分三部分讨论:
2.1 针对跨径小于27.4m的梁。此类梁的控制条件为预加应力阶段的初始预应力。由于预加应力阶段的恒载长久起作用,对于所述跨径采用高胆混凝土无实际意义。
2.2 针对跨径27.4~30.5m,混凝土强度41~55MPa和跨径27.4~33.5m,混凝土强度≥55MPa的情况。由于采用高强钢骨混凝土,梁距可以加大。在此范围存在着梁距加大带来的节约及由此引起单位桥面费用增加的平衡点。
2.3 针对跨径大于30.5m,混凝土强度在41~55MPa和跨径大于33.5m,混凝土强度大于55MPa的情况。这个范围代表了所分析断面高强钢骨混凝土的最优效益。图3还反映出:
(1)随着梁混凝土强度的递增,最优造价曲线右移。这意味着在单位造价不增加的情况下,梁的跨径增大了。
(2)梁混凝土强度超过 69MPa效益减小心高强钢骨混凝土用于较小跨径时无明显效益。
近些年来,苏州市交通局和苏州建园建设工程顾问有限公司对采用高效预应力高强钢骨混凝土在桥梁工程中的应用进行了较为深入的研究。以图4断面为例,由表1可以看出,苏州地区采用高性能混凝土空心板较普通PC空心板可节省混凝土 35%以上,可节省钢铰线15%以上,在16~30m跨径范围内,材料费用节省20%。因此对于公路桥梁工程中大量使用的空心板采用高性能混凝土井进行优化设计,其经济效益十分可观。
图4 L=16m中板优化断面
图5 焊接顺序 3. 提高钢骨高强钢骨混凝土质量的施工措施
施工现场的施工质量严重影响着这种组合结构性能的充分发挥,笔者结合工程的调查分析对组合结构中钢骨柱施工质量的缺陷及原因进行分析, 结果显示钢骨高强钢骨混凝土柱施工质量缺陷主要表现在焊接质量差、H 型钢柱不垂直、纵向产生弯曲、钢牛腿标高出现偏差四个方面。其中焊接质量差、H 型钢柱不垂直,是影响钢骨高强钢骨混凝土柱延性的主要原因。为此我们提出如下改进工艺:
3.1 提高焊接质量的施工工艺措施。
(1)焊接前应先进行工艺试验,以取得最佳工艺系数,达到工艺合格、质量可靠和降低成本的目的。
(2)在焊接时改手工焊为采用ZXGI000R自动埋弧焊机,焊接时在其焊缝的两端配置引入板、引出板,做到引入板、引出板与被焊件的坡口形式相同,其长度大于60 mm ,宽度大于50 mm ,焊缝引入、引出的长度大于25 mm ,焊缝焊接完毕后用气割割除,并修磨平整。
(3)焊接时在专用的焊接胎膜上作全自动埋弧焊,按焊接工艺要求的焊接顺序进行施工,减少焊接变形。焊接顺序见图5 。
(4)施焊时,每条焊缝原则上要连续操作完成,不得不在T 字口和构件边缘停弧或换焊条时,施焊后的焊缝应立即覆盖岩棉材料给予保温,延长焊件降温时间。
(5)配置超声波探伤人员跟班检查焊接质量,不合格者应及时返修。
3.2 减少焊接变形的方法。
(1) 采用拼装模架将H 型、十字型钢板拼装成型,拼装模架如图6所示。
图6 拼装模架(2)拼装后的几何尺寸经检验合格后进行定位点焊,定位点焊的焊缝长度为60 mm ,焊缝的间隔为200 mm ,焊缝高度为6 mm。
(3)对埋弧焊电流、电压、焊接速度参数进行监控,电流:600 A~650 A ,电弧电压:35 V~38 V ,焊接速度: 0. 42 m/ min。
(4)为防止受热不均匀造成过大变形,施焊前应进行预热,预热区域应在焊缝的两侧各100 mm ,使其产生相应的反变形。
(5)划线下料应考虑焊接收缩量,以满足组焊成型后设计尺寸,使吊装就位后保证柱顶、孔眼标高一致。
4. 结论与建议
(1)钢骨高强钢骨混凝土组合结构是钢与混凝土的优点结合,是建造高层与大跨度结构较好的途径,在我国具有广阔的前景, 施工现场的施工质量严重影响着这种组合结构性能的充分发挥,探讨它的施工方法和施工工艺具有深远的意义。
(2)采用高强钢骨混凝土梁板断面高度可以降低,从而较少工程投资,这对于新建和重建桥梁均具有重要意义。
参考文献
[1] “高强钢骨混凝土的研究及应用” 谢剑学 甘肃工业大学硕士研究生毕业论文,2000.