信息化背景下道橋工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

仇成竹

遼寧科技大學(xué) 土木工程學(xué)院道橋系 遼寧 鞍山 114051

我校道橋?qū)I(yè)實(shí)驗(yàn)分為道路與橋梁兩個(gè)方向，目前，橋梁方向?qū)嶒?yàn)內(nèi)容為橋梁無損檢測，其檢測的對象為橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，而我專業(yè)目前并沒有實(shí)際的橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，之前檢測實(shí)驗(yàn)基本是到市內(nèi)某城市橋梁進(jìn)行檢測，但是這樣做檢測環(huán)境非常受限，由于橋梁較高，不便于實(shí)驗(yàn)，存在安全隱患。針對這種情況，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，基于實(shí)際板橋構(gòu)件制作了縮尺的板橋主體結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行數(shù)值模擬、無損檢測等后續(xù)工作，保證了道橋?qū)I(yè)橋梁無損檢測實(shí)驗(yàn)的開展[1]。

1 專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)施

1.1 專業(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)目標(biāo)

專業(yè)實(shí)驗(yàn)是對專業(yè)課程學(xué)習(xí)的檢驗(yàn)和有益補(bǔ)充，兩者聯(lián)系緊密，理論聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生的綜合專業(yè)能力和素質(zhì)。其主要目標(biāo)有：①專業(yè)計(jì)算能力：建立的板梁構(gòu)件混凝土配合比、鋼筋長度和數(shù)量均有學(xué)生根據(jù)專業(yè)知識(shí)來計(jì)算。②信息化數(shù)值軟件應(yīng)用能力：針對制作縮尺板梁構(gòu)件及連接，運(yùn)用信息化數(shù)值軟件Midas來建模分析，提高學(xué)生的軟件信息處理能力。 ③實(shí)驗(yàn)動(dòng)手制作能力：學(xué)生根據(jù)模型尺寸，親自動(dòng)手立模板、綁扎鋼筋、澆筑混凝土等操作，極大地鍛煉了自己的實(shí)踐動(dòng)手能力，防止了眼高手低現(xiàn)象的出現(xiàn)。④結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能力：針對板梁實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)從判斷出其存在的不足和缺點(diǎn)，然后有針對性地進(jìn)行修改，將修改結(jié)構(gòu)反映在結(jié)構(gòu)數(shù)值模型上面，從而實(shí)現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)模型的整體優(yōu)化。⑤信息化數(shù)據(jù)分析與處理能力：本數(shù)值模擬數(shù)據(jù)眾多，在信息化軟件中，有效提取有用信息能力必不可少，Midas軟件信息化程度較高，可在分析后提取截面應(yīng)力、撓度、變形等相關(guān)信息，為我們分析結(jié)構(gòu)提供了充足的信息依據(jù)。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革計(jì)劃與實(shí)施過程

結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的和要求制定了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)施步驟。整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革過程如下：

針對鞍山市千山中路七號(hào)橋進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集，整理出板梁構(gòu)件結(jié)構(gòu)尺寸和鏈接構(gòu)造措施；

鋼筋混凝土板橋構(gòu)件制作及連接構(gòu)造制作，靜置一個(gè)月左右；

（3）利用檢測設(shè)備進(jìn)行鋼筋定位、內(nèi)外裂縫檢測；

（4）利用橋梁有限元軟件MIDAS建立數(shù)值建模；

（5）對矩形鋼筋混凝土板梁按設(shè)計(jì)的作用進(jìn)行加載，測試其承載情況，并利用檢測設(shè)備進(jìn)行檢測其性能（裂縫、撓度等）；

（6）對數(shù)值模型進(jìn)行加載，對比實(shí)際梁體和建模梁體的力學(xué)性能，評(píng)價(jià)數(shù)值模型準(zhǔn)確度。

（7）在數(shù)值模型評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，調(diào)整梁體配筋來提高混凝土梁的承載性能。

實(shí)驗(yàn)人數(shù)為36人，分成兩大組，每組學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分工，分為構(gòu)件制作組、數(shù)值模擬組、實(shí)驗(yàn)加載組、檢測組和結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化組，各組分別制定實(shí)施計(jì)劃、進(jìn)度控制和保障措施，形成書面文字。在教師指導(dǎo)下按計(jì)劃實(shí)施本實(shí)驗(yàn)，取得了滿意的結(jié)果[2]。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的效果分析

經(jīng)過師生的共同努力，為期四個(gè)月的實(shí)驗(yàn)教改項(xiàng)目完成了。通過此次改革，建立了板橋的縮尺模型，數(shù)值模型，安全地進(jìn)行了橋梁無損檢測，并對數(shù)值模型進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

此次改革解決了學(xué)生橋梁無損檢測無構(gòu)件可檢的狀況，建立的板梁縮尺模型可以持續(xù)地為后續(xù)學(xué)生提供檢測用途，并具有很好的針對性；

（2）學(xué)生在檢測實(shí)驗(yàn)中掌握了四種實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用，包括裂縫觀測原理及裂縫測寬儀、鋼筋位置測定原理及混凝土鋼筋檢測儀的使用，掌握了應(yīng)變片的粘貼技術(shù)，熟悉電阻應(yīng)變儀的操作方法，掌握了利用電阻應(yīng)變片和電阻應(yīng)變儀測量構(gòu)件應(yīng)變值的電橋組橋方法，提高了對現(xiàn)代化檢測設(shè)備的應(yīng)用能力；

（3）建立數(shù)值模型數(shù)量高達(dá)30個(gè)，學(xué)生們應(yīng)用信息化軟件的興趣比較濃厚，在建模中也遇到了很多困難，在經(jīng)過同組研究和教師指導(dǎo)下最終克服重重困難，建立了精度高、可靠性好的板橋數(shù)值模型，為數(shù)值模擬部分的順利完成打下了基礎(chǔ)；

（4）在實(shí)驗(yàn)改革中，因?yàn)橛袑W(xué)生參與，對其實(shí)施過程的安全性提出了較高要求，教師從安全入手，對實(shí)驗(yàn)可能遇到的有危險(xiǎn)之處進(jìn)行逐一排查，有針對性地提出保障措施，比如針對使用切割機(jī)對鋼筋的切割等操作，采用了佩戴防護(hù)面罩措施加以保護(hù)，保證了安全的同時(shí)也體現(xiàn)了以學(xué)生為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念[3]。

3 結(jié)束語

本次實(shí)驗(yàn)改革，師生共同參與、謀劃，在實(shí)驗(yàn)中事無巨細(xì)，才保證了實(shí)驗(yàn)改革的成功。

（1）本實(shí)驗(yàn)安排學(xué)生采用工程材料制作鋼筋混凝土梁，并在加載前、后利用檢測設(shè)備和儀器對其進(jìn)行檢測，一方面提高學(xué)生實(shí)際的動(dòng)手能力，一方面提高了學(xué)生對檢測知識(shí)、檢測方法和技術(shù)的應(yīng)用能力；

（2）用數(shù)值模擬方法建立梁體的模型，并加載查看相關(guān)指標(biāo)，在確保模型準(zhǔn)確基礎(chǔ)上。通過模型配筋調(diào)整來優(yōu)化梁體模型，達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)的目的，培養(yǎng)了學(xué)生對工程經(jīng)濟(jì)合理性的理性認(rèn)識(shí)；

（3）本綜合實(shí)驗(yàn)充實(shí)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)宗旨，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)，為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了良好的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；

目前，國內(nèi)土木工程專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中很少系統(tǒng)采用數(shù)值模擬試驗(yàn)方法，我們提出數(shù)值模擬試驗(yàn)方法并在有關(guān)課程中進(jìn)行了一些嘗試和探索，為學(xué)校的數(shù)值模擬試驗(yàn)系統(tǒng)形成做出探索。