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绪论:在寻找写作灵感吗?爱发表网为您精选了8篇土木工程研究方法,愿这些内容能够启迪您的思维,激发您的创作热情,欢迎您的阅读与分享!
关键词:土木工程 结构 识别 方法
中图分类号: S969.1 文献标识码: A 文章编号:
前言:对大多数土木工程结构而言,一定程度的带伤工作是允许的,故而现有的结构安全评估工作多半是属于结构可靠性评估的研究,涉及土木工程结构缺陷识别原理和检测方法的研究开展的还比较少。虽然,目前己经发展了一些比较先进的结构检测方法并且研制出了相应的测试仪器,但是,这些方法都是一些可视或局部的试验方法,比如,裂缝检测的声发射或超声发射方法、裂缝分析的磁方法、混凝土缺陷检测的雷达技术、混凝土微裂缝检测的X一射线技术和温度测量的远红外成像技术等。
1.基于频率观测的结构识别方法
在长期的试验观测中,人们发现结构物理特性的变化将导致结构频率的改变,这一现象直接推动了模态测试在结构损伤识别和健康监控中的应用。仅利用结构频率的改变来判断结构是否存在局部损伤或结构模型是否存在误差的识别方法,由于不需求解反演问题,因此称为直接法。当需要同时判断结构损伤或模型误差的位置和程度时,就需要求解反演问题,这种方法叫做反演法。
1.1基于频率观测的直接法
直接法的基本思想是:首先,假定结构物理参数的可能状态,通过数值模拟计算出在各种可能状态下的结构频率响应;然后,将观测的频率数据与结构的预测频率进行对比,认为预测频率与实测数据最为接近的状态就是结构的实际状态。以海洋石油平台为背景,根据结构观测频率的改变,采用直接法研究了石油平台的损伤识别问题,得出如下结论:频率是结构特性的全局量,对结构的局部损伤不敏感;环境因素对结构的频率观测产生较大影响,因此,如果单独使用结构频率的改变来识别结构损伤,会出现较大的识别误差,难以在实际工程中应用。
1.2基于频率观测的反演法
基于频率观测的反演法在结构识别中可以确定结构模型误差或损伤单元的位置和程度。这种方法在频率观测的基础上,通过求解反问题来识别结构。基于频率观测的反演法主要采用解析法和灵敏度分析的数值法。研究表明,当观测模态数少于损伤参数时,使用灵敏度方法识别结构损伤就会出现很大的困难。产生困难的原因在于这时系统显著地欠定,没有足够的独立信息来确定所有的刚度降低系数,在这种情况下,使用广义逆得到的解答会变得病态。
2.基于振型观测的结构识别方法
频率观测数据无法提供关于结构特性的空间信息,因此在结构识别的研究中引入了振型数据。可能是使用振型信息对结构损伤定位进行系统研究的第一个学者。在研究中不再使用先验FEM模型,而是使用模态保证标准(MAC)来确定观测振型数据在损伤前后的相关性水平,在振型数据分块的基础上,根据MAC的分块计算结果来确定损伤位置。在基于振型观测的结构识别解析法的研究中,根据这种模型,利用裂纹应变能函数导出了两部分的相容条件,相容条件最终可以写成与裂纹长度和位置有关的振型和频率的方程组。通过模态测试,至少获得两个位置的振动幅值数据和一阶频率数据,然后使用Newton.Raphson方法求解方程组来确定裂纹参数。
3.基于位移观测的结构识别方法
早期基于位移观测的结构识别方法研究的都是观测数据完整、不考虑观测噪声的理想情况。
Sheen提出了一种根据无噪声静态观测数据来改进结构模型的方法,这种方法首先假定一些特定的位置上的位移是可以观测的,并且使用样条函数进行插值而得到那些非观测点上的位移预测值,然后通过调整刚度矩阵的所有元素,使得在满足观测位移约束的条件下的结构实际刚度矩阵和有限元分析模型刚度矩阵的差异达到最小,从而确定结构的待估计参数。sanayei和scamPolils建立了结构识别的方程误差法。方程误差方法是一种采用优化策略来最小化外部荷载和内力之差的方法,这种方法受到必须在外部载荷作用点上进行位移观测的限制。使用静力缩聚技术改进了方程误差方法,弥补了必须在外部荷载作用点上进行位移观测所带来的不便。Hajela和soeir对一些结构识别技术进行了分类,将参数估计方法划分为方程误差方法、输出误差方法和极小偏差方法三大类,并且分别采用这三类方法,利用静态位移观测和动态观测数据估计了结构单元刚度的变化,而且还对大型结构提出了参数估计的子结构和降阶技术。Banan等研究了基于静态位移观测的参数估计方法,在文中使用基于梯度的约束非线性优化算法求解结构的本构参数,建立了静态位移参数估计的统一框架,提出了参数估计的力误差模型和位移误差模型,并且进一步研究了参数的分组方法、求解器初始值的选取和参数变量的尺度变换方法。
4.基于时域观测的结构识别方法
结构在动力荷载激励下,直接观测得到的是动力响应数据,基于模态参数的结构识别方法需要对时域观测数据进行进一步的变换,要对传递函数做出一些限制性的假定,这样,许多信号特征在变换过程中会被歪曲或滤掉.直接基于时域观测响应的结构识别方法能够避免基于模态方法在这方面的缺点。尽管在结构时域识别方面己经取得了这些研究成果,但是,输入未知、观测不完整和观测噪声仍然是时域结构识别技术发展所面临的最大困难,不完整和有噪声观测条件下的时域识别的研究进展将会促进这一技术在结构无损检测中的应用。
结语:
随着计算机技术、结构测试技术、数字信号处理技术、模态分析技术以及以有限元为代表的数值分析方法的迅速发展,结构识别的研究也在蓬勃兴起,正在不同的领域不断取得新的理论成果与应用进展。土木工程中存在大量的结构识别问题,虽然针对不同的具体问题,己经发展了许多有效的识别方法。
参考文献:
[1]冯新.土木工程中结构识别方法的研究[D].大连理工大学.2010.11.
[2]李国强 周晶.土木工程结构健康诊断中的统计识别方法综述.地震工程与工程振2005.02.
关键词:土木结构;裂缝;方法
中图分类号:TV543+.6 文献标识码:A 文章编号:
1、引言
裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象,它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力,影响建筑物的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影响建筑物的承载能力。建筑结构在使用状态下允许出现裂缝,结构建筑影响混凝土裂缝的因素有很多,例如混凝土材料的收缩性能,混凝土的变形模量、抗拉强度以及徐变等力学性能,但是不能超过结构裂缝的最大间距,(如表1)所示,超过最大间距的裂缝,会对结构的安全性产生极大的影响,不仅在美观,实用等方面,甚至影响结构的安全性,在地震作用下容易最先发生破坏,以至于倒塌。因此,本文主要研究土木工程结构中裂缝的控制的相关方法, 为混凝土结构的设计者提供一定的技术依据。
2、影响混凝土结构裂缝的因素
裂缝产生的原因主要是变形作用,如温度变形、收缩变形、基础不均匀沉降变形等多因素,此类裂缝占全部裂缝的80%以上。对于变形作用引起的裂缝控制研究还很不成熟,缺乏相关规范及规程,它涉及结构设计、地基基础、施工技术、材料质量、环境状态等诸多因素,特别是泵送混凝土施工工艺的发展,使得混凝土裂缝控制的技术难度大大增加。
3、混凝土结构控制裂缝的方法
3.1合理设计结构平面布置
建筑平面宜规则,避免平面形状突变。当平面有凹口时,凹口处外横墙宜与内横墙拉通对齐,并肩在凹口处边缘设置拉粱,其戳面及配筋不宜太小、;凹口周边楼板宜适当加厚并加强配筋,宜考虑该处楼板负筋拉通,使能抵抗在此处集中的温力及混凝土收缩应力。由于建筑标准对通风、采光、日照、明厅、明卫的要求,因此建筑平面不规则,凹凸布局比较普遍。在凹口处,楼板宽度减少很多,温度应力和混凝土收缩应力很容易在此处集中,导致该处楼板贯穿性拉裂。特别是结构层面中部凹口处,按“长墙及地基板的温度收缩应力”理论,水平应力最大,楼板结构配筋设计应予以构造性加强。
对于连续长度较长的外墙,建筑上可以考虑设置大的落地门窗和八角窗以减小墙端部处温差应力,避免楼板切角裂缝的产生。转角窗处楼板宜加设暗拉梁。减少外墙和室内楼板的温差一般很难做到,根据裂缝控制“放”的原则,通过减小外墙的连续长度来减小温差应力。
当楼房长度大于60m时,可在房屋中部设置收缩后浇带或设置沉降缝,以减小混凝土收缩应力及温度应力的影响。当建筑物地基可能具有不均匀沉降时,也可设置后浇带或设置沉降缝,避免沉降裂缝的产生。根据“长墙及地基板的温度收缩应力”理论,在房屋中部处,由混凝土收缩和温度变形产生的纵向拉应力最大,在此处设置后浇带或设置沉降缝,可减小相应影响。
3.2根据具体情况设置后浇带
现行规范的伸缩缝规定控制开裂与否的唯一因素是结构长度。然而根据大量现场调查,引起结构裂缝的原因是综合性的,结构长度只是影响温度收缩应力综合因素之一,而不是唯一的因素。仅就长度而言,结构长度与应力呈非线性关系,如结构长度小于规范的规定,似乎结构内力影响很小,伸缩缝或后浇带可以有效地控制裂缝。但是对于承受很大温差和收缩作用的现浇楼板、大截面梁、剪力墙及长墙等约束度较高的结构,裂缝的概率仍然很高。此外,由于综合因素的关系,有些工程长度超过规范的规定并没有开裂。从防水角度分析,由于近代建筑规模日趋宏大,超长、超宽、超厚结构都日趋增多,永久性的变形缝(包括伸缩缝、沉降缝、抗震缝)给工程的防水质量带来严重不利,止水带渗漏是常见而又难以处理的质量缺陷。所以,后浇带的应用是一种进步,但并不是在任何条件下都能奏效。利用后浇带取代永久伸缩缝时应当注意以下两个问题:
(l) 后浇带中清理垃圾困难,接缝不密实,防水质量差,后期可能形成两条裂缝,因此后浇带的构造很重要;
(2) 后浇带的间距不宜过长(30m左右),填充封闭时间不宜过短,以能将总降温及收缩变形进行一半以上的时间为佳,从目前混凝土的收缩量来看,估计3-6个月方能取得明显效果,最短不少于45d;在软土地区,填充时间在结构封顶以后,方可有效地释放差异沉降的应力。如通过地基处理解决差异沉降问题,为此目的而设的后浇带可以不设。根据现场实践经验,裂缝分为有害的及无害的两类,
3.3按照要求设计混凝土构件厚度
对现浇楼板板厚宜)L/30-L/35(L为单向板跨度或双向板短向跨度),一般设计厚度不宜小于100mm(厨房、浴厕、阳台板不得小于90mm),屋面板厚度宜大于等于120mm。对现浇剪力墙结构,外墙墙厚宜大于160mm,其中地下室外墙墙厚宜大于250mm。就现浇混凝土楼板的最小厚度问题,GB5O010-2002在考虑钢筋锚固、耐久性等因素而确定的最小厚度,对于民用建筑单向板仅要求为60mm,对于双向板仅要求为80mrn。楼板厚度越薄,相应产生的混凝土干缩应力亦越大。根据工程设计经验,厚度低于100mm的楼板的温度—收缩裂缝很难控制。从构造角度,并考虑经济合理的原则,提出混凝土现浇楼板的适宜厚度。
3.4减少施工因素带来的影响
施工因素产生的裂缝主要有以下几个方面:模板及其支撑不牢固、产生变形或局部沉降、拆模不当引起开裂、养护不好引起开裂、混凝土和易性不好、浇筑后产生分层产生裂缝、冬季施工拆除保温材料时温差过大引起裂缝、烈日曝晒后突然降雨产生裂缝、大体积混凝土的水化热使内部与表面温差过大产生裂缝、大面积现浇混凝土由于温度收缩产生裂缝、主筋位置严重位移使结构受拉区开裂、混凝土初凝后又受到振动产生的裂缝等等。
4、结论
在实际工程中,经常会出现因为设计、施工、环境的原因,使结构物出现裂缝,从而影响正常使用,工期拖延,给社会造成了巨大经济损失。随着建筑规模的扩大和结构形式的复杂化,加上工程进度的加快,裂缝问题日益严重。混凝土裂缝问题一直严重困扰着混凝土的施工质量,在混凝土生产以及施工过程中有针对性地采取预防措施,尽可能采取有效的设计措施、材料措施、以及施工措施从源头上防止裂缝的发生,使结构尽量不出现裂缝,或尽量减少裂缝的数量和宽度,特别是避免有害裂缝的出现,以确保工程质量,使建筑物具备良好的耐久性和结构稳定性。
参考文献
[1] 王铁梦.工程结构裂缝控制 北京:中国建筑工业出版社,1998.
[2] 陈萌.混凝土结构收缩裂缝的机理分析与控制.武汉理工大学博士论文,2006.
[3] 赵国藩、李树瑶、廖婉卿、文明秀、来玉普、王键等.钢筋混凝土结构的裂缝控制 北
京:海洋出版社,1991.
土木工程专业中实践教学环节主要有实验(如土力学实验、流体力学实验、土木工程材料实验、工程力学实验等)、实习(包括认识实习、测量实习、工程地质实习、生产实习、毕业实习)、课程设计(如道路勘察设计课程设计、混凝土结构设计原理课程设计、基础工程课程设计等)、毕业设计等。课程设计和毕业设计是土木工程专业实践教学的重要组成部分,其中课程设计时在课程理论教学完成后进行,时间为1~2周,毕业设计一般安排在大学的最后一个学期,时间约为13周。课程设计和毕业设计是完成教学计划、达到本科生培养目标的重要环节,主要培养学生分析问题和解决问题的能力。土木工程专业的课程设计和毕业设计大部分需要绘制图纸,要将自己所设计的内容通过图纸的形式表达出来,涉及到非常多土木工程制图的知识。因此,土木工程制图在课程设计和毕业设计中起着举足轻重的作用。
2课程设计和毕业设计图纸中存在的问题及原因
学生在课程设计和毕业设计的图纸中存在的主要问题有:图框及标题栏的绘制不规范、线型线宽错误、中心线缺失、图名和比例缺失、字体大小及图样布置不合理、尺寸标注错误、剖面图标注错误等。土木工程制图是一门非常严肃的课程,必须遵循制图国家标准,主要包括《技术制图》、《房屋建筑制图统一标准》、《建筑结构制图标准》、《道路工程制图标准》、《水利水电工程制图标准》等。课程设计和毕业设计图纸中出现的问题反映出教师和学生对制图标准的重视程度不够,学生没有形成严谨的态度。从教师而言,土木工程制图课教师、其他专业课教师、毕业设计指导教师对图纸的重视程度不够。土木工程制图的教授过程中,对工程实例的要求相对较少,造成学生对制图标准的认识和识图能力有限。很多课程设计甚至毕业设计的任务书中比较看重结构计算的内容,忽视了制图国家标准的要求,造成学生注重计算书而忽视图纸。从学生而言,学生从思想上对制图标准不重视,认为只要图纸上能表达清楚就行。汉字写得“龙飞凤舞”,不按制图课上要求的仿宋体书写;数字随意倾斜、潦草,大小不合适;绘图时不按照步骤执行,图样布置不合理。另外,很多学生认为以后的工作中计算机绘图很重要,忽视了手工制图的环节,导致学生对工程图样的表达方法、制图标准和读图绘图基本技能相对欠缺,对平面图形缺乏认识。此外,还存在一些客观原因。土木工程制图课程一般开设在大一的第一个学期,中期课程设计没有严格按照制图标准执行,大四第二个学期做毕业设计时很多标准中的要求都已经忘记,导致图纸的质量很差,不能符合国家标准要求。
3教学方法探讨
(1)分两个学期、小班授课。
土木工程制图课程内容多,其中画法几何和制图基础部分包括工程制图基本知识、多面正投影、轴测投影、标高投影等章节;专业工程图则包括房屋建筑施工图、建筑结构施工图、路桥工程图、水利工程图等。由于大一新生具备的土木工程专业的知识较少,在专业工程图讲解时需要介绍背景知识,否则会造成学生的专业工程图识读障碍。例如,在讲解建筑结构图中的钢筋混凝土构件图时,需要较详细介绍钢筋混凝土相关的知识,这样学生才能更好地理解房屋建筑、桥梁工程、水利工程中钢筋混凝土构件的表达内容和方法。将画法几何与制图基础、专业工程图与计算机绘图分为两大部分,分两个学期授课,更有利于学生对教学内容的理解和吸收。土木工程制图课程作业较多,尤其是在画法几何和制图基础部分,每次课后都有作业,每个同学出现的问题可能不同;在专业工程图的识读过程中,学生的理解角度可能存在差异。因此,需要针对不同的问题进行专门的讲解和辅导,小班授课有利于教师与学生的交流,教学效果较好。
(2)增强学生对课程的兴趣。
土木工程制图课程讲解时,由于内容多、教师需要不停地讲,会造成学生听觉疲劳。而理论部分的前后连贯性很强,如立体的截切与相贯要用到线面相交以及面面相交的知识,前面知识没有理解,后面学习就很困难。因此,增强学生对土木工程制图课程的兴趣,对于知识的掌握非常重要。在理论部分的教学过程中,可采用多媒体与板书、讲与练相结合方式,讲完一个知识点后立即让学生做练习,提高学生的成就感,缓解听觉疲劳。此外,可根据学生作业的情况,让学生讲解自己的解题思路和方法,让其他同学评判,调动学生的积极性。在专业工程图部分,可采取“找茬游戏”方式,让学生交换绘制好的图纸,遵照规范找错误,加深对规范的理解。另外,还可采取参观工程实例的方法,比如讲到直纹面的投影时,带学生寻找直纹面的工程实例,增强学生的感性认识。
(3)注重实际工程图的识读。
在教材及习题集中,由于受篇幅所限,专业图纸只是某项工程中的部分图样。由于图纸不完整,学生无法从宏观上认识工程图。为培养学生的实践能力,最好的方法是让学生在专业实践中锻炼。为此,在教学过程中,教师可收集典型的、相对简单的实际工程案例,给学生识读。比如,在房屋建筑图部分,可选取居住建筑或公共建筑施工图;在路桥工程图部分,可选取结构形式简单的桥梁工程图。首先对房屋或桥梁的整体情况做出讲解,然后让学生分组读图,从而达到从整体到局部再到整体、逐步读懂图样的目的。通过实际工程图的识读,在绘制图样时,也会自然而然地遵照规范的要求来实施,绘图的规范性也就得到了加强。
(4)注重土木工程制图实践能力的考核。
画法几何与制图基础部分的考核可采用平时成绩+闭卷考试的方式。平时成绩主要考查学生完成作业的情况,闭卷考试主要考查学生对基本理论的理解和应用。专业工程图和计算机绘图部分的考核可采用平时成绩+开卷考试的方式。平时成绩主要考查工程图样的补绘和抄绘等,针对问题及时纠正和指导,一般为单个图样。开卷考试可采取绘制工程图方式,由教师结合工程实例制定指导书,将学生分成小组,每个小组完成一整套图纸。在绘制过程中,要求学生以设计者的角度,充分理解整套图纸中各部分重点表达的内容,各部分的内在联系等,以此提高学生绘图能力。
(5)加强制图课程与课程设计及毕业设计的联系。
土木工程制图课程教师在授课时,应强调其作用和地位,还可将往届优秀的课程设计和毕业设计图纸向学生展示。课程设计和毕业设计教师在布置任务时,要强调规范作图的重要性,在任务书参考资料中增加相关制图规范,增加图纸质量的成绩比重,并加强易错点的讲解。只有加强土木工程制图课程与后续专业课程、毕业设计等环节的联系,才能让学生逐步积累、提升识图和绘图水平,增强实践能力。
4结语
【关键词】土木工程概预算 问题 解决方法
【中图分类号】TU723.3 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2015)18-0104-02
前言
《土木工程概预算》是土木工程及建筑专业的一门非常实用的专业课,专业性、实践性及综合性较强,也可以作为学生的一个就业方向。它主要是研究建筑产品与生产过程中的资源消耗及合理的建筑产品价格的一门科学,学习和实践好该门课程对于学生来说能更好的适应社会需求和增强竞争力。如何能更好的获得好的学习方法和效果,是我们在教学过程中不断摸索和探究的问题。
1、学校《土木工程概预算》现阶段存在的问题
1.1理论不能与实践相结合
目前本校该门课程的学习重点是施工图预算造价的编制,而预算造价的编制方法较多,不管哪种方法来计算造价,工程量的计算是基础。但是通过学生课程设计过程中对工程量计算缓慢、计算数据的选用犹豫不定等可以看出,其对理论课学习掌握不容乐观。
1.2人才培养大纲过旧,不能培养应用型人才
我校人才培养大纲仍然停留在手工计算概预算造价阶段,而目前计算机技术的飞速发展,用人单位都采用计算机办公和电算造价,这比过去的人工计算省时省力,效率较高。通过比较,我校的人才培养计划已远远跟不上发展的步伐,需要及时调整培养大纲和计划。
1.3学时量偏少
土木工程概预算是一门专业技术课程,该门课大纲要求48学时完成。目前的课程内容包括了概述、定额原理介绍、各种预算文件的编制、主要的重点是施工图预算造价的编制基础,需要讲建筑面积及工程量的计算规则。往往完成了理论课程的学习后,基本没有时间去学习预算软件,可是预算软件的学习是适应社会发展的需要,必须要进行学习并且要掌握,而一个预算软件的学习不是短短几个课时就能学习掌握的。
2、教师、学生在教学、学习过程中存在的问题
2.1教学过程中存在的问题
师者,传道授业解惑!教师对课程内容的把握准确与否直接影响到学生学习知识的正确性,但是教师往往是充满了理论知识,而实践性很弱,有时遇到了实践性强的问题,教师也不一定能正确解决。第二,现在的课堂上利用传统的教学方式授课已不能满足传授较大信息量的新内容,必须要结合多媒体手段。可是教师在PPT制作上往往力不存心,只能最简单的将知识展现出来。这种纯粹的PPT展示,不能激起学生学习的兴趣。
2.2学生学习过程中的问题
从授课过程中发现,学生对该门课的学习主要存在以下几点问题。第一,对课程认识不到位。学生学习这门课只能单纯想拿到该门课的学分而已,不是把它作为一种专业技能的培养来学习。学习的目的不同,对学习效果就大打折扣。第二,学习存在盲目性。在第一个问题的基础上,学生的学习态度就不会很端正。从讲课过程中及布置的课后作业情况来看,学生的学习存在盲目性,没有自己的理解。盲目性主要表现在自己没有理解教师讲的内容,对于布置的作业只是盲目的抄袭课本或其他同学的。另外,学生在上课过程中不注意听讲,一味的接受书本上的内容,对教师更正过的错误还是继续出错。这些都是导致该门课学习效果不佳的原因。
3、解决方法
就现阶段我校《土木工程概预算》课程设置、教学过程中发现的问题均是影响该门课教学效果及学生学习效果不容忽视的一些关键问题。从教学过程中总结了一些解决方法如下:
3.1改革课程结构体系及内容,增强学生就业竞争性
学院应该重新修订人才培养计划及教学大纲,培养社会实用性及适应性人才。所以,建议将教学内容应该进行重新的调整,增大实践教学和软件课时,注重实践锻炼和上机操作,将理论内容的学习作为辅助软件计算原理的补充。或者将预算软件开设为专业选修课,课后由学生自主选择学习。例如可以将定额原理的学习内容改为如何查阅定额手册更为实用。学生不需要了解这是定额数据是怎么计算得到的,而是需要掌握这些数据在定额中是什么意思,如何运用即可。增加上机的学时,通过预算软件的学习,学生可以独立进行建设项目的绘图、套用定额、并正确的计算工程造价。掌握一门软件的应用,可以增加学生的就业机会,增大社会竞争力。
3.2改善教学方法及手段
对于教师而言,不仅要加强理论知识的学习,更要结合实践,才能不断提高自身经验积累。在教学过程中通过听课,不断积累好的教学经验和方法,提高自己的教学水平。如果利用多媒体等教学手段辅助教学的话,尽量提高PPT的质量,好的课件不仅只展示课程的内容,而且可以提供更多、更新、更广的知识点,开阔视野,激发学生学习的兴趣。
3.3加强实践教学,提高学生动手能力
课程设计依然是加强学生动手能力的重要手段。通过课程设计,学生掌握了工程定额的使用、工程量的计算等,一个课程设计是学生对该门课程的理论知识的综合应用能力的反应。而且课程设计还可以提高学生对预算软件的应用水平,通过课程设计就可以将预算软件中的各个主要功能进行掌握,为今后的工作打下坚实基础。
3.4激发学生学习兴趣
通过以上的学习实践,学生们普遍掌握了概预算的编制方法并且能够准确计算工作量,具备了一定的解决问题的能力。学院可以通过开设课外辅导班等,鼓励学生报考相关的预算员资格考试,为毕业后顺利工作奠定了基础。另一方面,学院可以开展相关的知识、技能竞赛等,通过对比激发学生自主学习的兴趣。例如利用预算软件可以实现手工算量和软件算量结果的对比,激发学生主动分析两者存在差异的原因,为学生进一步的工程实践打下一定的基础。
4、总结
随着我国建筑市场进一步发展,对工程预算人员的需求也是大量的,但是在满足量的要求同时必须要保证质的要求。而要做到这一点,就必须树立正确的人才观念,进行《土木工程概预算》课程教学的改革,只有这样才能提高教学质量,培养出适应社会经济发展需要的实用型及社会适应性人才。
参考文献:
[1]马芸.《建筑工程概预算》课程教学改革的探索[J].郑州航空工业管理学院学报(社会科学版).2009,28(3):176-177.
关键词:卓越工程师;土木工程专业;实验教学方法;
作者简介:张婷婷(1983—),女,山东平度,博士,讲师,研究方向为低碳建筑材料,作者简介:王宝民(1972—),男,山东,博士,教授,博士生导师,研究方向为混凝土材料及其耐久性等.
1研究型大学与卓越工程师教育培养计划
“卓越工程师教育培养计划”(简称“卓越计划”)是教育部贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》实施的高等教育重大计划,旨在培养造就一大批卓越工程师后备人才,为建设创新型国家,实现工业化和现代化奠定坚实的人力资源基础。根据教育部《关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》(教高[2011]1号),“卓越计划”的实施是为了树立全面发展和多样化的人才观念,树立主动服务国家战略要求、主动服务行业企业需求的观念,改革和创新工程教育人才培养模式,创立高校与行业企业联合培养人才的新机制,着力提高学生服务国家和人民的社会责任感、勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力[1]。
“卓越计划”是一项教育教学改革工程,在实施“卓越计划”过程中需要找到一个行之有效的载体、切入点和最终落脚点。与“卓越计划”相适应和匹配的培养体系最终要落实到具体的课程建设和教学活动上,对应的教学效果对卓越工程师人才培养目标的实现起着举足轻重的作用。
目前我国高校有研究型、研究教学型、教学研究型和本科教学型等类型,不同类型高校的人才培养层次也不相同,在实施卓越工程师教育教学改革中的特点因之有所不同。
作为研究型大学,如何利用其优势学科和大型工程科研资源,以“卓越计划”为引导,在理论教学和实践教学上进行合理的知识体系构建和教学内容、教学方法的改革并有所突破,对提高学生的工程应用能力、创新能力和人文素养有重要意义[2]。
2“卓越计划”重点需要解决的问题
在“卓越计划”的实施中,培养计划应实行“工程教育不断线、创新实践不断线、企业合作不断线”的课程配置体系,改革传统的专业知识结构,加大实践环节和企业学习的内容,注重工程系统的思维训练[3-4]。培养方案将继承工程教育的优良传统,以行业企业需求为导向,以工程实际为背景,以工程技术为主线,凝练人才培养目标,调整现有课程体系,深化校企合作人才培养模式改革,加强实践性教学环节建设,做到目标明确、措施得当、保障有力。
在实施过程中,需要重点解决以下问题:
(1)教学内容和知识体系与卓越工程师人才培养脱节的问题。
(2)课堂与实践教学方法和手段与卓越工程师人才培养不匹配的问题。
(3)教师缺乏工程师背景的问题。
(4)企业在卓越工程师人才培养中,尤其在课程教学中的参与度及作用薄弱问题。
(5)土木工程专业教材建设机制与卓越工程师教育不匹配的问题。
3土木工程专业主干课程实验特点及社会需求
根据《高等学校土木工程本科指导性专业规范》(2011年),“钢筋混凝土”、“建筑材料”(或“土木工程材料”)、“土力学与地基基础”等主干课是土木工程专业重要核心课程,其实验主要分验证性、设计性和研究性3种类型。验证性实验需要学生通过基本实验操作来验证性质、现象、特征等;设计性实验需要学生通过设计、计算及多次实验操作、修改,最终得出成果;研究性实验可以培养学生进行科学研究的能力。这些专业实验多具有实践性、综合性和应用性强的特点,对培养学生理论联系实际能力、动手能力、工程应用和创新能力有着非常大的促进作用和效果,是土木卓越工程师人才培养中的重要内容之一。
在科技进步的背景下,工程技术得到了拓展和创新,社会对土木工程专业毕业生的要求也趋向重动手能力、重技术、重创新能力。为了适应多样化、现代化和科技化的行业发展特点[5-6],研究型大学充分开展工程实验和实践教学也是大势所趋。
4研究型大学土木工程专业实验教学方法设计
大连理工大学作为“985工程”大学,目标是建设成为国际知名的研究型大学,也是首批实施“卓越计划”的高校,并在2012年研究完成基于卓越工程师计划的新一轮培养方案。大连理工大学土木工程专业是国家首批卓越工程师教育培养计划专业,已经研究并完成大连理工大学教学改革基金课题重大项目“土建类卓越工程师教育培养体系研究与国家级工程实践教育中心建设”,完善了土木工程专业培养方案和具有国际视野的土木工程国际班培养方案,批准建立了2个国家级工程实践教育中心。
4.1开发工程虚拟实验
这种实验教学模式适用于一些验证性的实验。验证性实验可以深化对专业理论知识的理解,多数简单易懂,为学生创新思维与能力的培养奠定基础。但这部分只是有一定的独立性,逻辑联系不紧密,实验过程中留给学生发挥的空间不足,实验结果雷同,不易激发学生的学习兴趣[7]。同时,土木工程专业的基础验证性实验类型比较多,而实验课的课时又有限,为了解决节省时间和空间的问题,在计算机技术和网络技术高度发展的情况下,由教师开发出相应的虚拟实验软件和平台供学生使用,将实验过程虚拟化、图形化,并借助多媒体技术来充分展示,既可以使实验更直观,也可以弥补学生实际操作时可能有实验现象未被观察到的问题。
工科课程虚拟实验既增加了课程的趣味性,也灵活地解决了在重视综合性实验而不得不适当压缩验证性实验数量的问题。比如建筑材料课程中的水泥、砂石性质实验,土力学与地基基础中的土的物理性质实验、钢筋混凝土课程中的钢筋混凝土简支梁受弯性能实验,都可以设计成虚拟实验。
4.2开发综合设计性实验
综合设计性实验要求学生根据课程资料,完成实验的构想、设计、验证、撰写报告的过程,教师可以给出实验的整体框架和思路,在实验实施过程中给予引导和指导,使学生真正处于教学的中心位置,培养学生的创新思想和创新能力。这种实验一般是分小组进行,还可以培养学生的团队协作精神[8]。
4.3结合多课程的综合性和设计性实验
土木工程专业主干课程具有相关性,为了加强各课程之间的联系,将知识“由点到线,由线到面”有机地组合,可以将多门课程的重点实验内容进行整合设计,增加实验的设计性、综合性和先进性,这样做既有利于学生对各课程内容的全面理解,增加学生对整个学科的认识,同时也可以更好地培养学生的观察能力、综合分析能力和创新能力。这种想法已在一些院校得到了实现,比如中原工程学院已完成了“钢筋混凝土梁综合性实验”、“岩土工程勘察综合性实验”等综合性实验,“混凝土配合比与拉压弹性模量测试”等设计性实验的设计[9]。“结构试验”中的“简支梁在静载作用下的试验”综合了“混凝土配合比设计”、“钢筋配置”和“静载试验”的内容[10]。
4.4鼓励学生参与教师科研项目
教师可根据教学内容将自己的科研课题转化为科研项目提供给学生,使教学与科研相互促进。教师吸收学生参与实际科研课题,充当科研助手,让学生有机会了解科研过程,学会数据采集方法和实验技术,懂得利用网络电子资源收集文献资料,培养学生初步的探索性研究能力[11],训练学生初步的科研能力[12]。
4.5鼓励学生参与实际工程实习并撰写小论文
培养学生的工程素养是“卓越计划”中重点要解决的问题之一。研究型大学还应鼓励并组织学生参与到实际工程中实习,并给出一些课题供学生选择,通过工程实际中的问题来深刻理解和运用所学知识,且能够接触到最新的工程技术、规范规程及行业标准等,有利于学生毕业后更快进入工作角色。
4.6开展科技创新项目和科技竞赛
科技创新项目或科技竞赛活动作为课程实验教学活动的延伸,所涉及的领域不仅包括课程内的知识领域,还可包括学科前沿[13]。学生参与到项目完成的整个过程中,完成文献调研、制定研究方案和方法、进行实践操作、数据整理和分析、得出实验结果等环节。混凝土结构设计大赛、混凝土配合比设计大赛等竞赛已在我校开展多年,得到学生的广泛欢迎和认可。
4.7充分利用校内外实验基地开展实验教学活动
依托重点学科和实验室建立的校内实验中心和与企业合作的校外实践基地展开实验教学活动,培养具有工程素养、实践能力、创新能力的土建类卓越工程师。
“卓越工程师教育培养计划”是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措。该计划的实施目标是培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才,为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。“卓越工程师教育培养计划”具有三个特点:一是行业企业深度参与培养过程;二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才;三是强化培养学生的工程能力和创新能力。教育部将在五个方面采取措施推进该计划的实施:一是创立高校与行业企业联合培养人才的新机制;二是以强化工程能力与创新能力为重点改革人才培养模式;三是改革完善工程教师职务聘任、考核制度;四是扩大工程教育的对外开放;五是教育界与工业界联合制订人才培养标准。
2010年7月,华南理工大学成为全国第一批“卓越工程师教育培养计划”实施高校。土木工程“卓越全英班”是该计划的重要组成部分,是为探索个性化创新型人才培养模式而开办的。注重培养学生掌握力学、结构基本理论和设计方法、先进施工技术及工程管理知识,突出外语、计算机应用能力。大部分课程采用全英教学,注重和加强实践和创新教学环节,配备高水平教师担任导师进行专业学习和科研实践指导。开设科技前沿专题讲座,参与国际工程实践。培养具有良好的人文、科学与工程的综合素质,具有国际视野和国际交往能力的土木工程优秀创新人才,力争与国际土木工程领域的培养模式接轨。
研究性教学是一种符合工程能力培养规律和综合素质形成逻辑的教学组织形式和教学方式,得到“卓越工程师教育培养计划”的大力提倡和着力推广。该文着重介绍采用研究性教学方法进行土木工程专业道路工程方向的一项探索性试验设计过程及其效果。
1 典型的研究性教学方法
研究性教学是以探究为基础的教学,它以学生的发展为本,把学习与研究相统一,引导学生发现问题、思考问题和解决问题,使学生成为教学活动的中心,成为自我反思和自我发展的主体[1]。作为一种教学方法体系,研究性教学主要有案例教学、基于问题解决的学习和基于问题的学习等三种典型的教学方法。
1.1 案例教学法
案例教学法是一种使得学生处在面临问题的决策者角色的教学方法。在案例教学法课堂,无论是教师和学生必须以不同的方式被激活。教师和学生相互依赖、互相学习。教师一般都是专家,但他们很少直接告知学生专业知识。
案例教学法主要是用在商业学院和公共政策学院教学活动中。例如,1908年已被用于在哈佛商学院和公共政策学院。教学案例研究是全球顶尖的商学院进行核心功能。他们常常组织比赛确定最佳的新的教学案例。商业案例是模仿或模拟真实情况下的文档。案例陈述的现实让读者参与其中。案件往往说明企业或政策形势需要解决问题,还包括课堂讨论和研究的其他信息。在没有明显的解决方案的情况下,提供了充分的事实基础上激发学生获得一切可能的结果。作为现实的模拟,案例必须具有三个特征:一个重要的业务问题或问题。没有问题的情况下,没有教育价值;充分的信息基础;没有明确的结论。
在案例教学过程中,教师的作用是选择和组织案例,这也是实现教学目标的关键。
1.2 基于问题解决的学习
基于问题解决的学习方法是1980年美国数学教师协会正式提出来的[2]。它将学习内容设计成问题,或由学生提出问题,让学习者通过解决问题来获得相应的知识和能力。
让学生提出高质量的问题是这种教学方法的关键。要求学生将问题具体化和形象化,构造成模拟实际生活的故事情节。学生在原有知识和经验的基础上,通过分析解决问题,发现更加复杂和深入的问题。
因此,学生提出问题的多少、思考问题的广度和深度等是基于问题解决的学习方法的重要的评价标准。
1.3 基于问题的学习
基于问题的学习是一种以学生为中心的教学方法。学习的目的是获得解决问题的经验、思考策略和该领域的知识[3]。基于问题的学习的目标是帮助学生形成灵活的知识、有效解决问题的能力、自主学习、有效的协作能力和内在动机。
基于问题的学习是一个主动的学习方式[4]。在工作过程中,学生发现他们已有的知识,需要知道什么,以及如何和在哪里获得新的信息,可能会有益于该问题的解决。教师的作用是为了促进学生的学习、支持、指导和监控学习过程。导师必须建立学生对解决问题的信心,并鼓励学生,同时也拓展他们的理解。
Barrows定义了基于问题的学习模型为[5]:
(1)以学生为中心的学习。
(2)学习是学生小团体做的,理想的6~10人。
(3)教师指导学生而不是教学。
(4)以问题为基础组织和激发学生学习。
(5)问题是设置是提高学生解决问题能力的基础,是刺激的认知过程。
(6)学生通过自我导向学习获得新的知识。
基于问题的学习要求教师的教学风格达到几个主要标准:首先,要有一个与教师科研相关的“学习中心”,所有的学生都需要围绕该中心。第二个标准是必须有一个驱动问题,学生通过完成项目获得问题的答案。这个问题也不能有一个预定的结果,它应该要求学生使用的先验知识来所有可能的结果。其他标准包括建设性的调查研究、学生的自主权等。
基于问题的学习的主要教学过程包括提出问题、分析问题、形成假设、验证假设、修正假设。
2 土木工程探索性试验设计
近年来华南理工大学开展了“探索性实验”教学项目建设工作,引导教师将科研项目成果转化为计划内实验教学内容,从而深化实验教学内容和体系改革,推进实验室开放共享;通过科研与教学融合,切实促进学生实践创新能力的培养。
下面介绍用研究性教学方法设计所申报的“探索性实验”教学项目“沥青混合料多轴加载试验”。
2.1 提出问题
最新版的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中沥青混合料的试验方法主要包括:单轴压缩、单轴拉伸、小梁弯曲和劈裂试验等。试验过程中,沥青混合料试件处于单轴或双轴应力状态。而实际沥青路面中,沥青混合料处于多轴受力状态,承受压缩、拉伸、剪切的交互作用。因此,现有沥青混合料的试验装置与方法无法模拟实际沥青路面材料的多轴受力状态。
2.2 分析问题
为了模拟实际沥青路面材料的多轴受力状态,采用如图1所示的试验装置。通过转动的橡胶轮胎带动圆柱体试件转动,试件受到橡胶轮胎的表面摩擦力F和铅垂方向的压力P作用。同时,在试件水平方向施加压力Q。从而模拟实际路面材料多轴受力状态,使得试件承受压缩、拉伸、剪切的交互作用。
2.3 试验步骤
(1)试件制作。采用击实法、静压法或旋转压实法制作的圆柱体试件;或在轮碾法制作的板块状试件中钻取的圆柱体试件;或在路面中钻取圆柱体的芯样。
(2)安装试件。将试验室的环境温度控制在试验温度±0.1 ℃范围内。加载前,保温时间为90~120 min。
(3)水平方向加载。通过水平加载油缸对试件施加水平方向拉伸或压缩荷载。
(4)铅垂方向加载。通过铅垂方向加载装置在橡胶轮上施加荷载,从而在试件中部上方施加铅垂方向荷载。
(5)启动橡胶轮驱动马达,使得橡胶轮单向旋转,转速为1~100 r/s。
2.4 试验结果的分析与讨论
试件转动一定次数后,量测试件中部加载位置的直径,计算直径变化率。加载后试件中部直径的变化百分率计算公式为:100%×加载一定次数后加载位置试件直径/加载前试件直径。
同时,量测试件长度,计算加载后试件长度的变化率。加载后试件长度变化百分率计算公式为:100%×加载一定次数后试件长度/加载前试件长度。
教学过程中,共15位同学参与该项试验,分为3组,每组5人(表1)。
3 教学效果
采用研究性教学方法,有助于把学生纳入教师的科研项目,驱使学生调查研究,组织讨论会,分析问题,解决问题,完成工作任务。
授课教师与同学们一起通过该试验项目掌握了实际路面材料的受力状态,并创新性的设计了“沥青混合料多轴加载试验”方法。依托研究成果申报了2项实用新型专利和2项发明专利。在国外SCI源刊投稿论文2篇。
4 结语
研究性教学是一种符合工程能力培养规律和综合素质形成逻辑的教学组织形式和教学方式,得到“卓越工程师教育培养计划”的大力提倡和着力推广。本文着重介绍采用研究性教学方法进行土木工程专业道路工程方向的一项探索性试验设计过程及其效果。主要结论如下。
(1)采用研究性教学方法,与教师的研究课题相结合,将土木工程专业实验教学中部分传统的验证性实验改革为探索性实验是培养和提高学生创新能力的重要举措。
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[6]李文,王树伟,卢召红,周英明.《土木工程概预算》课程教学改革研究[J].价值工程,2013(09).
[7]王树伟,李文,卢召红,周英明.土木工程专业实践教学改革的几点思考[J].价值工程,2013(10).
【关键词】土木工程;自动化;当前现状;发展动向
引言
结合社会进程的各个阶段发展情况分析,土木工程建筑都起着重要的推进作用。就我国目前经济建设情况而言,国民经济中土木工程的作用日益重要。结合土木工程的发展历史来看,无论是在实际应用还是科技研究方面都取得了喜人成绩,特别近几年的飞速发展,促使土木工程建设方面有了重大飞跃,本文作者结合目前土木工程建设现实科研与未来发展情况分析未来土木工程的发展形势,结合作者观点全面分析土木工程发展未来。
1、就目前发展形势,分析土木工程当前形势
目前土木工程研究的对象主要集中在以下几个方面:
1.1高层建筑拥有全新的发展时期
目前在土木工程修建过程中,不仅原料、构造方法、施工技术等方面有所变化,自动化的施工方法也被普遍应用,建筑规模也有所增大,建筑的数量不断增多,而且高度也有所提升。我国很多城市的建筑水平已经在世界排名中位于前列,高层建筑的发展形势拥有了一个全新局面。
1.2目前土木工程发展情况,设计结构方面必然会有所变化
在许多情况下风荷载和地震荷载已成为结构设计的控制因素,因此大型复杂结构体系抗风抗震的设计理论及其相关问题正在被极大的关注。相关的研究课题将包括设计地震动及灾害性风荷载的作用机理,特大跨度桥梁的结构体系及抗风抗震。同时,“以柔克刚”的抗震思想在结构振动控制技术中将进一步得到体现,现代振动问题正在向着自适应控制、智能控制、吸震减震技术研究方向发展,土木工程结构健康检测、灾害结构相应控制等基础性的研究将会进一步加强。
1.3土木工程发展关注重心将转移地下施工建设与开发方面
随着人口数量的不断递增,在世界范围内都出现空间资源利用紧张,所以开发利用地下资源将成为缓解空间紧张最有效的方法,无论是在其他国家还是国内的发展城市中,地下施工建设和开发都成为城市发展的重点。目前,国内城市应用地下工程建设技术已经能够达到世界先进水平,这必将带来地下空间合理利用的又一个起点。
2、科技信息化为土木工程发展带来新的契机
随着科技信息化的不断进步,也带动了其他行业的发展,这也是目前新形式下国家发展的方向。科技信息化就是利用科技设备实现现代科技提升工程效率,并且最大限度的降低工程成本。通过科技信息化建设过程,使现代化的建设理念贯穿土木工程发展全过程,甚至在以往工程建筑技术难以完成的建筑工程。通过科技信息化在土木工程方面的扩大应用,不仅提升了建筑工艺,也扩大了建筑领域,为土木工程的发展带来了崭新的机会。
2.1土木工程中的“三S”系统应用与推广
遥感技术(RS)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)的集成综合,构成整体,实时,动态的对地观测,判别,分析应用,在土木工程界已发挥了巨大的作用,并具有广阔的前景。近年来提出的“数字城市”的要领就是在“三S”系统的基础上发展起来的,即综合应用GIS、遥感、遥测、网络、多媒体、及虚拟仿真对城市的基础设施、功能机制进行自动采集,动态监测管理和辅助决策服务,显然,“数字城市”是以数字化信息处理技术的网络通信技术为背景的技术服务系统。这一系统的使用和全国推广,必将把我国的城市规划建设与运营提升到一个新的水平。
2.2技术控制方式现在以及未来发展形势
对于一个大型的复杂工程项目,可能需要多个成员甚至多个设计部门的参与和设计,也需要其他的在线咨询与协同工作,或由分布在不同的地域的设计人员,设计分支机构,协作单位或部门使用不同的软硬件平台和不同的设计手段在同一规定的时间段完成。针对电子数据与数据管理系统的方便应用,目前国外以开发出系列化的双向无线电通讯设备,用于工地的联络,以及利用GPS技术的人机通讯设备。信息技术的发展,已使得国际承包商可以克服地域的壁垒。
2.3土木工程的应用离不开对于现实模拟技术
在传统的土木工程中,人们不得不用一些平面图纸,用特定的符号传递大量的信息和数据,这种方法受到信息接收者的行业、知识结构和经验等的限制,而且随着新时代土木工程的复杂程度的不断提高,使得使用这种方法交流起来比较困难。虚拟现实技术为土木工程中的交流提供了一种新的前景和手段。另一方面,它在结构设计中的计算、施工过程的模拟等复杂计算过程中更有其独特的优势。通过计算机三维图形技术实现可视化计算,可以将设计参数变化以后的结果直观的显示出来,在结构的优化设计等方面也会出现一个很大的飞跃。通过虚拟技术的应用,将设计时间和施工时间相对缩短,空问相对缩小,通过计算机计算和人机交互,对最佳方案的选择使得获得最佳工期、最低费用和对资源的最有效合理利用成为可能,对工程施工的质量把握的更为准确、科学。
土木工程能够使用的时间,以及在不同空间内的发展,都成为科技人员重视的研究问题,环境对于建筑影响,以及结构在不同空间内有什么变化,也是未来一段时间的研究方向。而模拟技术的扩大应用,使这些热点研究问题得到很好的控制和解决,土木工程的发展趋势因为模拟技术应用而实现了更广阔的空间。
结束语
无论是国家的发展,还是一个城市的建设,都离不开建筑业的支持,就土木工程的发展趋势而言,不仅是国家建设的迫切需要,也是缓解空间资源紧缺最有效的方法,虽然,土木工程建筑在过去人类文明进程方面,已经取得了卓越成绩,文中介绍了目前土木工程所涉及的几个方面,也结合科技信息化下土木工程的发展趋势有所介绍。结合土木工程这一专业现实情况而言,新技术与信息化所带来的不仅是技术方面的革新,同时也是发展领域拓展与实现,如何能够在国家发展与社会建设的大形势下,土木工程行业的发展也出现革命性的转机,这是每一位土木工程专业人员所肩负的责任与任务,希望本文能够对有相关需要的读者有所帮助。
参考文献