陳孔亮 王小蔚 曾慶響
摘?要:針對橋梁荷載試驗(yàn)技術(shù)的課程教學(xué)情況,探討了荷載試驗(yàn)技術(shù)教學(xué)的不足以及原因。結(jié)合企業(yè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),以人才培養(yǎng)以及檢測技術(shù)提升為目的,提出橋梁荷載試驗(yàn)技術(shù)教學(xué)改革的方法,通過改善量測技術(shù)、優(yōu)化教學(xué)試驗(yàn)方案,夯實(shí)相關(guān)的基礎(chǔ)理論以及與企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)等教學(xué)改革措施,能有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及實(shí)踐意識,提升教學(xué)效果,為相關(guān)課程教學(xué)提供參考借鑒。
關(guān)鍵詞:橋梁;荷載試驗(yàn);檢測技術(shù)
隨著經(jīng)濟(jì)與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展,大規(guī)模的橋梁工程進(jìn)入服役使用,為保障橋梁的安全運(yùn)營,現(xiàn)對橋梁檢測技術(shù)以及檢測人員提出了更高的要求。橋梁的承載能力和結(jié)構(gòu)安全是橋梁結(jié)構(gòu)正常服役的關(guān)鍵,但由于交通量的增大、重型汽車的增加或者自然環(huán)境的影響,我國現(xiàn)役部分橋梁的劣化程度較嚴(yán)重,橋梁檢測成了結(jié)構(gòu)功能和安全服役的重要保障和重要手段,通過檢測可以及時(shí)了解到橋梁的運(yùn)營狀況,為橋梁維護(hù)及加固等工作提供必要保障,從而確保橋梁結(jié)構(gòu)安全服役。橋梁檢測是橋梁專業(yè)未來發(fā)展的一個(gè)重要方向,而荷載試驗(yàn)技術(shù)為橋梁檢測技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容,因此通過本教改研究,探討提升檢測人才培養(yǎng)質(zhì)量的方法,為相關(guān)課程教學(xué)提供借鑒。
1?荷載試驗(yàn)的重要性
1.1?荷載試驗(yàn)?zāi)康?/p>
橋梁荷載試驗(yàn)[1]是通過對橋梁結(jié)構(gòu)[25]進(jìn)行加載試驗(yàn),了解橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的工作性能,從而對新建以及既有橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和使用性能做出客觀的評價(jià),并總結(jié)受力規(guī)律。對承載力不足的橋梁,采取針對性措施提升橋梁使用壽命,并及時(shí)檢修加固橋梁以降低安全隱患,為橋梁結(jié)構(gòu)的管理養(yǎng)護(hù)維修提供科學(xué)依據(jù)。
1.2?測試內(nèi)容的綜合性
橋梁荷載試驗(yàn)測試包含靜載測試以及動載測試,靜載試驗(yàn)有控制斷面的應(yīng)力應(yīng)變、撓度、支點(diǎn)沉降,以及梁體裂縫的出現(xiàn)和擴(kuò)展情況試驗(yàn)項(xiàng)目;動載試驗(yàn)測定橋梁的受迫振動特性,測試內(nèi)容包含橋梁結(jié)構(gòu)的固有振動頻率、阻尼比、振型等,可通過跑車、跳車、剎車等。通過這些測試內(nèi)容,可從宏觀的角度判斷橋梁的整體剛度與使用性能。荷載試驗(yàn)的流程如圖1所示,通過收集資料,建立有限元實(shí)橋模型進(jìn)行分析,通過數(shù)據(jù)對比分析,檢查是否滿足規(guī)范要求,如數(shù)據(jù)不滿足要求,則可能需要調(diào)整模型,調(diào)整模型后試驗(yàn)數(shù)據(jù)如果不滿足,則有可能是該橋不滿足規(guī)范要求,則需要進(jìn)行下結(jié)論評估,提出相應(yīng)評估意見。
如圖1的試驗(yàn)環(huán)節(jié)中,有限元模型計(jì)算分析以及數(shù)據(jù)采集對比分析這兩個(gè)環(huán)節(jié)是荷載試驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn),如果這兩項(xiàng)內(nèi)容學(xué)生能夠理解透徹,則荷載試驗(yàn)技術(shù)教學(xué)基本能達(dá)到預(yù)期的講授效果。有限元模型計(jì)算涉及力學(xué)中的影響線的知識點(diǎn),數(shù)據(jù)采集分析對比涉及應(yīng)變計(jì)布置、位移點(diǎn)布置以及數(shù)據(jù)采集處理等內(nèi)容。其中有限元計(jì)算的結(jié)果為理論結(jié)果,現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集為實(shí)測結(jié)果,這兩個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)需進(jìn)行對比分析,若現(xiàn)場數(shù)據(jù)不能較好吻合理論數(shù)據(jù),那就會導(dǎo)致檢測的評估結(jié)果不能反映橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài),因此這部分內(nèi)容的講授要必須要通過現(xiàn)場試驗(yàn)環(huán)境才能達(dá)到預(yù)期的效果。
2?橋梁荷載試驗(yàn)技術(shù)的教學(xué)現(xiàn)狀
2.1?教學(xué)內(nèi)容不能與實(shí)踐較緊密聯(lián)系
荷載試驗(yàn)檢測技術(shù)以前通常采用“以講為主,其他方法為輔”的教學(xué)模式,這種教學(xué)模式已經(jīng)較難調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和啟發(fā)性。橋梁荷載試驗(yàn)部分內(nèi)容涉及力學(xué)、橋梁工程、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理等課程的相關(guān)知識點(diǎn),如果這些基礎(chǔ)知識也不夠扎實(shí),那也難以將專業(yè)理論知識與實(shí)體工程緊密結(jié)合。此外,還要求檢測人員具備一定的組織能力,已服役的橋梁的荷載試驗(yàn)檢測過程中會涉及封閉交通,因此現(xiàn)場的試驗(yàn)流程需處理好,不然會導(dǎo)致檢測時(shí)間過長和檢測成本增加。
2.2?實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱
受多方面的原因限制,本部分內(nèi)容實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容安排難度較大,造成了學(xué)生荷載試驗(yàn)實(shí)踐鍛煉機(jī)會較少等問題。實(shí)踐教學(xué)的減弱,使學(xué)生在課內(nèi)上接觸的理論知識難以和工程項(xiàng)目相結(jié)合,對橋梁荷載試驗(yàn)的流程缺乏更深入的認(rèn)識,這都影響到課程后續(xù)內(nèi)容的講授及相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)的開展。與此同時(shí),荷載試驗(yàn)的現(xiàn)場檢測較難在課內(nèi)實(shí)現(xiàn),因?yàn)檫@有依賴于實(shí)際橋梁的檢測以及實(shí)際的加載車等,這是目前較難實(shí)現(xiàn)的。圖2為橋梁模型試驗(yàn),圖3為實(shí)橋試驗(yàn),這兩者差別較大。
2.3?量測技術(shù)相對落后
量測技術(shù)、儀器設(shè)備等是橋梁荷載試驗(yàn)的技術(shù)保障。在選用儀器時(shí),應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)的要求來選用合適的儀器,科學(xué)客觀地處理數(shù)據(jù)有助于準(zhǔn)確地評價(jià)橋梁的實(shí)際狀態(tài)和承載能力,實(shí)測數(shù)據(jù)還需進(jìn)行多次測量,減少誤差,有時(shí)還需根據(jù)具體情況對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。目前儀器的更新較快,若干年前購買的儀器部分已經(jīng)相對落后,這些儀器也較難滿足現(xiàn)在檢測技術(shù)的教學(xué)要求。因此,落后的教學(xué)儀器應(yīng)及時(shí)更新,以保證課程的教學(xué)質(zhì)量。
2.4?理論基礎(chǔ)不夠扎實(shí)
荷載試驗(yàn)測試所包含的理論較多,其中較復(fù)雜的內(nèi)容有影響線加載以及結(jié)構(gòu)動力學(xué)的相關(guān)知識,還有橋梁工程中的橫向分布系數(shù)的計(jì)算等知識點(diǎn),這些都是相對復(fù)雜的內(nèi)容。若這些前期相應(yīng)的知識點(diǎn)沒有掌握好,那相應(yīng)的教學(xué)效果就很難達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。若僅僅逗留在掌握檢測儀器使用的層面,那教學(xué)效果還難以進(jìn)一步提高。因此,理論基礎(chǔ)在荷載試驗(yàn)測試中是非常重要的,沒有扎實(shí)的理論基礎(chǔ),就較難掌握多內(nèi)容綜合的知識點(diǎn)。
2.5?數(shù)據(jù)后處理方面較為薄弱
荷載試驗(yàn)結(jié)果的需要處理并整理成相應(yīng)的報(bào)告。這部分內(nèi)容的是教學(xué)中較為薄弱的環(huán)節(jié),同時(shí)也是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的較為薄弱的方面。數(shù)據(jù)的后處理需要用到較多的專業(yè)知識,而且還涉及多種相關(guān)的軟件,如Auto?CAD、Excel以及圖形處理軟件等,因此這部分內(nèi)容的教學(xué)有待提高。
3?橋梁荷載檢測技術(shù)的教學(xué)改革
3.1?改善量測技術(shù)