土木工程結(jié)構(gòu)試驗生產(chǎn)性環(huán)節(jié)的教學(xué)改革與實踐

毛江鴻，陳才生，徐亦冬，崔 磊，沈建生，陸 君

(1.浙江大學(xué) 寧波理工學(xué)院，浙江 寧波 315100；2.浙江大學(xué) 結(jié)構(gòu)工程研究所，浙江 杭州 310058)

土木工程結(jié)構(gòu)試驗生產(chǎn)性環(huán)節(jié)的教學(xué)改革與實踐

毛江鴻1，陳才生2，徐亦冬1，崔 磊1，沈建生1，陸 君1

(1.浙江大學(xué) 寧波理工學(xué)院，浙江 寧波 315100；2.浙江大學(xué) 結(jié)構(gòu)工程研究所，浙江 杭州 310058)

針對土木工程結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)過程中生產(chǎn)性試驗的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置較少，存在生產(chǎn)性概念不清晰、試驗系統(tǒng)性不足、規(guī)范的利用率低等問題，該文以鋼筋混凝土耐久性檢測與評估為例詳細闡述土木工程結(jié)構(gòu)試驗課程中生產(chǎn)性環(huán)節(jié)的實踐過程。實踐表明，通過在教學(xué)過程中引入生產(chǎn)性試驗環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生進行生產(chǎn)性試驗的能力。

土木工程；結(jié)構(gòu)試驗；生產(chǎn)性試驗；實踐環(huán)節(jié)；教學(xué)改革

土木工程結(jié)構(gòu)試驗是以實驗技術(shù)為手段，量測反映結(jié)構(gòu)實際工作性能的有關(guān)參數(shù)，為判斷結(jié)構(gòu)的受力性能和安全儲備提供技術(shù)依據(jù)，是一項實踐性很強的土木工程專業(yè)課程[1]。土木工程結(jié)構(gòu)試驗分為生產(chǎn)性試驗和科研性試驗，其中生產(chǎn)性試驗用于施工質(zhì)量鑒定、已建結(jié)構(gòu)可靠性檢驗、剩余壽命估算、受災(zāi)結(jié)構(gòu)事故鑒定內(nèi)容。實際課程教學(xué)過程中，存在試驗環(huán)節(jié)設(shè)置獨立性太強，試驗內(nèi)容及所用知識不具備連貫性，容易造成學(xué)生認知方面的局限性，影響學(xué)生學(xué)習(xí)積極性等問題[2]。特別是土木工程結(jié)構(gòu)試驗課程教學(xué)往往忽略生產(chǎn)性試驗環(huán)節(jié)的作用，較少做到理論聯(lián)系實際[3]。

本文在教學(xué)過程中引入生產(chǎn)性試驗環(huán)節(jié)，通過設(shè)置項目委托、初步調(diào)查、詳細調(diào)查、制定方案、現(xiàn)場試驗以及數(shù)據(jù)整理與分析等完整環(huán)節(jié)，使學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)進行生產(chǎn)性試驗的能力。最后，以鋼筋混凝土耐久性檢測與評估為例進行詳細闡述土木工程結(jié)構(gòu)試驗課程中生產(chǎn)性環(huán)節(jié)的實踐過程。

1 現(xiàn)有教學(xué)環(huán)節(jié)及其存在的問題

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)內(nèi)容主要包括結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計、結(jié)構(gòu)試驗荷載、結(jié)構(gòu)試驗測試技術(shù)、結(jié)構(gòu)靜力試驗、結(jié)構(gòu)動力試驗、既有結(jié)構(gòu)的無損檢測、試驗數(shù)據(jù)處理與分析等內(nèi)容[4]，以浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院土木工程結(jié)構(gòu)試驗的《結(jié)構(gòu)試驗指導(dǎo)書》為例，設(shè)置了如下試驗內(nèi)容，如表1所示。

表1 土木工程結(jié)構(gòu)試驗的實驗環(huán)節(jié)設(shè)置

其中，環(huán)節(jié)1至環(huán)節(jié)4為土木工程結(jié)構(gòu)試驗的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，要求掌握基本的應(yīng)變、撓度等測試方法，是進行部分生產(chǎn)性試驗的基礎(chǔ)。環(huán)節(jié)5至環(huán)節(jié)7是針對生產(chǎn)性試驗設(shè)置的實踐環(huán)節(jié)，然而在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，上述試驗方案存在如下3個問題。

1)生產(chǎn)性概念不清晰。試驗手冊為基本原理、使用方法等內(nèi)容介紹，試驗過程僅是理論課程的深化，學(xué)生無法認識到生產(chǎn)性試驗的意義[5]。

2)試驗系統(tǒng)性不足。試驗項目設(shè)置較為單一[6]，相互聯(lián)系不夠緊密，無法讓學(xué)生認知所測物理量在結(jié)構(gòu)評估體系中的作用及使用方法。

3)規(guī)范的利用率低。試驗過程中僅以試驗手冊中給定的判據(jù)進行評估，學(xué)生沒有參與相關(guān)規(guī)范和規(guī)程的檢索、閱讀和整理[7]。

2 生產(chǎn)性環(huán)節(jié)的設(shè)計與要求

基于上述問題，本文提出應(yīng)該在傳統(tǒng)試驗的基礎(chǔ)上，增設(shè)完整流程的生產(chǎn)性試驗環(huán)節(jié)，具體技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 土木工程結(jié)構(gòu)試驗課程中生產(chǎn)性環(huán)節(jié)設(shè)置

2.1 理論環(huán)節(jié)及常規(guī)性試驗環(huán)節(jié)

要求學(xué)生掌握常規(guī)試驗設(shè)備的原理，掌握結(jié)構(gòu)靜載試驗，了解結(jié)構(gòu)動力試驗，掌握無損檢測技術(shù)，開展試驗后獨立撰寫試驗報告，教學(xué)環(huán)節(jié)主要是進行課堂理論教學(xué)和常規(guī)性試驗教學(xué)兩種形式。

2.2 生產(chǎn)性試驗的教學(xué)環(huán)節(jié)與要求

生產(chǎn)鑒定性試驗是針對實際結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，一般在比較成熟的設(shè)計、計算理論基礎(chǔ)上，通過試驗來檢驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否符合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范及施工驗收規(guī)范的要求[1,4]。因此，在教學(xué)過程中有必要對完整流程進行展示，生產(chǎn)性試驗的一般流程及對應(yīng)的教學(xué)環(huán)節(jié)如表2所示。

表2 土木工程結(jié)構(gòu)試驗的生產(chǎn)性試驗流程的教學(xué)方案

3 木工程結(jié)構(gòu)試驗生產(chǎn)性環(huán)節(jié)的實踐

3.1 實驗室介紹

浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院結(jié)構(gòu)工程學(xué)科為寧波市重點學(xué)科，2010年建成科技部“混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究國際科技合作基地”，2011年成功申報寧波市創(chuàng)新團隊一層次平臺——“沿海工程結(jié)構(gòu)安全與耐久性科技創(chuàng)新團隊”，在鋼筋混凝土耐久性方面形成了鮮明的研究特色。

實驗室現(xiàn)有HC200鋼筋銹蝕測試儀、CKT-1000混凝土電導(dǎo)率測試儀、PS200型鋼筋探測儀、RCM非穩(wěn)態(tài)電遷移法氯離子擴散系數(shù)測定儀、RCT氯離子濃度測定儀、PS-268B電化學(xué)測量系統(tǒng)等一批鋼筋混凝土耐久性檢測技術(shù)。實驗室具備開展鋼筋混凝土耐久性檢測與評估的條件，可開展的生產(chǎn)性試驗內(nèi)容及依據(jù)的規(guī)范如表3所示。

表3 實驗室可開展的生產(chǎn)性試驗內(nèi)容

3.2 生產(chǎn)性環(huán)節(jié)實踐案例——混凝土氯離子含量檢測

影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最普通、最嚴(yán)重的原因是氯化物侵蝕引起的鋼筋銹蝕[8-10]，該現(xiàn)象在浙江沿海地區(qū)非常普遍[11]。因此，對混凝土中氯離子含量進行檢測，是對結(jié)構(gòu)安全及耐久性進行評估，對受損結(jié)構(gòu)的修復(fù)及加固提供依據(jù)。

RCT快速氯離子含量檢測法是根據(jù)氯離子溶液產(chǎn)生的電位差與其濃度成正比的原理得出的，具有操作簡便、便于在現(xiàn)場檢測、試驗時間短、試驗結(jié)果符合現(xiàn)場檢測精度要求等優(yōu)點[9]。同時，RCT測試技術(shù)需要的材料成本較低，適合作為學(xué)生生產(chǎn)性試驗課題。文中通過實地調(diào)查、制定方案與現(xiàn)場檢測、試驗結(jié)果整理與分析3個環(huán)節(jié)介紹實踐案例。

1)接受委托、實地調(diào)查。對浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院附近區(qū)域的某橋梁進行檢測，學(xué)生通過實地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)處于水位變動區(qū)的鋼筋混凝土橋梁承臺，由于受到海水干濕循環(huán)作用，加速氯離子侵蝕速度，因此該區(qū)域是氯離子侵蝕的重災(zāi)區(qū)。學(xué)生與橋梁主管部門溝通共同確定現(xiàn)場檢測區(qū)域。

2)制定方案與現(xiàn)場檢測。學(xué)生依據(jù)規(guī)范調(diào)研結(jié)果及現(xiàn)場條件，確定采用RCT測試技術(shù)檢測橋梁承臺氯離子含量，檢測過程包括鉆孔、取粉、稱量、配置溶液、標(biāo)定、測試。

圖2 氯離子濃度分布圖

4 結(jié)束語

本文針對現(xiàn)階段土木工程結(jié)構(gòu)試驗課程教學(xué)中存在的不足，提出將生產(chǎn)性實踐環(huán)節(jié)引入結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)中，得到如下的結(jié)論。

1)本文總結(jié)了傳統(tǒng)土木工程結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)過程中存在的生產(chǎn)性概念不清晰、試驗系統(tǒng)性不足、規(guī)范的利用率低等問題，提出應(yīng)該在傳統(tǒng)試驗的基礎(chǔ)上，增設(shè)完整流程的生產(chǎn)性試驗環(huán)節(jié)，加深學(xué)生對完整環(huán)節(jié)試驗流程的理解，進入社會后更好地適應(yīng)工作崗位。

2)生產(chǎn)性試驗教學(xué)應(yīng)包括課堂教學(xué)及現(xiàn)場實踐環(huán)節(jié)，通過實地調(diào)查、制定方案、現(xiàn)場檢測等實踐環(huán)節(jié)的設(shè)置，增強學(xué)生自主動手實踐水平，培養(yǎng)學(xué)生獨立發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題的能力。

3)實踐案例表明，依托試驗室現(xiàn)有的檢測設(shè)備，學(xué)生可以進行一系列短周期、便于操作、符合工程實際精度要求的檢測項目，既讓學(xué)生有效地將所學(xué)試驗內(nèi)容運用到工程實際，又對實際工程進行力所能及的檢測，達到了大學(xué)培養(yǎng)人才及服務(wù)社會的兩大目的。

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Teaching Reform and Practice on Productive Experiment Link for Civil Engineering Structural Testing

MAO Jianghong1, CHEN Caisheng2, XU Yidong1, CUI Lei1, SHEN Jiansheng1, LU Jun1

(1.Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University, Ningbo 315100, China;2.Institute of Structural Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

Due to the fact that the teaching content is few in productive experiment courses during civil engineering structural testing teaching process, there are some problems, such as the unclear production concept, the insufficiency of the test system, the low utilization rate of the standard, the example of the reinforced concrete durability testing and evaluation.Aiming at these problem, this paper takes the durability of concrete testing and evaluation as an example to elaborate on civil engineering structure test course of the practical aspects of the production process.Practice shows that, through the introduction of the production process in the teaching process, we can improve the students' ability to learn independently, to develop students the ability of productive experiments.

civil engineering; structure test; productive experiment; practical link; teaching reform

2015-03-19；修改日期:2016-11-25

浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院校級教改項目(NITJY-201529)；寧波市重點學(xué)科(20900854301)；寧波市科技創(chuàng)新團隊(2011B81005)。

毛江鴻(1985-)，男，博士，副教授，主要從事結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)和鋼筋混凝土耐久性研究。

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.01.026