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早在上世纪七十年代,姚治平先生首次明确的提出了土建工程中的结构控制概念,并在论文“土木工程结构减震概念”以及以后的论文中都相应的指出了:应用结构的控制系统是一个解决土木工程这种安全性问题的可替代的方法,这为结构理论在土木工程中防震问题中提出了全新的方向。在近三十年的发展历程中,国内外的相关学者在土木工程的结构控制的方式、实验以及工程的应用方面都取得良好的研究成果,工程结构控制概念可以解释为:通过对工程结构施加相应的控制体系,通过控制体系和结构来共同承担受震的作用,以此来调节和降低工程结构中的振动效应。
二、隔震控制技术
(一)隔震控制技术原理
在土木工程的建设当中,隔震控制技术就是对由地震所产生的振动对建筑的整体结构的隔离作用。工程中的防震体系基本都设置在工程结构的最底部和基础工程顶面之间,使得上部的结构和基础相分离。通过隔震体系来隔离地震波所产生的向上冲击力,延长工程结构的基本周期,从而降低建筑物的地震反应,是的工程整体的加速度变下,通过隔震系统来分担地震所产生的能量,以此来达到减震的作用。通过地震的反应图谱可以看出,随着周期的变大,加速度的反应谱慢慢的减小,通常在底层建筑的刚度很大,所以说周期变短,在发声振动的时候,输入其中的加速度很大,要是采用相应的措施来增加和延长工程结构的基本自震周期,让其还礼场地中的卓越周期,让工程结构的基频处在地震产生高能量的频段以外,通过这种方式可以有效的降低建筑物输入的加速度。通过地震的反应谱可以看出,当周期变大的时候,反应的位移将会增加。
(二)对橡胶支座的运用
当前用在建筑防震中的橡胶支座是由橡胶片与薄片增强钢板,通过粘合和硫化加工而成的,通过现代化橡胶的化工技术的加工制造。它在水平方向上的刚度比较低,而在垂直方向上的刚度很高。这种规格的橡胶支座最早是在桥梁施工中被应用。建筑和桥梁施工所应用的橡胶支座在结构上基本是相同的,都有相同的结构动力学的标准和要求,也同样的具有耐久性、稳定性以及包含防火在内的耐受性等,在地震产生的能量冲击下,橡胶支座会隔离建筑体在水平方向的运动分量,而在垂直方向上基本保持不动。通过这种方法不但可以隔离因为地铁或者是公交所产生的高频率的振动,同时还可以防止工程结构不会受到地震或者是其他原因产生振动的影响。
(三)铅芯橡胶支座运用
土木工程中铅芯橡胶支座主要应用在叠层上,橡胶支座中间的圆形孔当中加入铅之后制成的,这是对橡胶支座技术中的一大改进。因为铅具有较低的屈服点以及很高的可塑性能力,可以使铅芯橡胶支座中的阻尼比达到25%~35%之间。铅芯它具有提升支座吸收能量的能力,保证支座具备湿度的阻尼,同时还具有增加支座的原有刚度。控制风反应能力以及抵抗微震的作用。
三、耗能减震技术
(一)耗能减震技术原理
土木工程中的结构耗能减震技术主要是在结构中的某部位安装耗能设施,经过耗能设施产生的摩擦,产生弯曲的弹性滞回的形变耗能或者是吸收地震中输入结构的能量,以此来降低主体结构当中的地震反应,有效的预防了结构产生的损坏或者是倒塌,以此来达到减震和控震的目的。而在装有耗能装置的底部结构我们称之为耗能减震结构。工程中的耗能减震结构都具备明确的减震机理、减震的效果较为明显。安全性能较高、经济较为合理、技术较为先进以及试用的范围较为广泛等特点。
(二)常用的摩擦设施
摩擦耗能器是依据摩擦做工所产生的能量的原理而制成的,当前应有很多种的不同的构种类的摩擦耗能器,例如Pall型的摩擦耗能器、限位摩擦耗能器以及摩擦筒制震器,摩擦滑动对应的摩擦节点在剪切铰耗能器等多种耗能器,摩擦阻尼的种类非常多,但是都具有较强的滞回的特性,滞回环为矩形,耗能的能力较强,工作的性质相对稳定。
(三)钢弹可塑性耗能器
运用软钢具备优良的屈服性能,运用其进入弹性的可塑范围之内的优良滞回特性,当前我国已经研发出来很多种的耗能装置,比如加劲阻尼设施、锥形的钢耗制震器、圆形或者是方框形的钢耗制震器、双环耗能节能器,加劲圆环状耗能器以及低屈服点的钢耗制震器等等,这种耗能器具备优良的滞回性能以及稳定性能,耗能的能力较大,长期稳定可靠而且不会受到环境和温度的影响。
(四)粘弹性阻尼器
所谓的粘弹性阻尼器就是通过粘弹性以及约束性钢板相互交替结合而成的,它是一种主要和速度相关联的减震装置。比较常见的粘弹性阻尼器主要是由两个T型的约束钢板,通过一块矩形的钢板夹在其中而成,T型的约束性钢板和中间的钢板产生了相对性的运动,使得弹性的材料产生一种往返型剪切滞回形变来提升结构中的阻尼,消耗输入其中的振动能量,以此来减小结构当中的振动反应。当前。消能减震技术有着非常广泛的应用,它不但适用在新建的结构中,同时又可以用已经存在的建筑抗震的加固和维修当中。到目前为止,已经逐渐开始采取消能减震的技术,其中涉及到的国家有二十多个,比较早的在土木工程中运用消能减震技术的国家有新西兰、美国等发达国家。在最近几十年以来,各个国家对土木工程中的结构减震的控制和实验研究一直在不断的进行,并且在隔震支座的功能和改进方面有着较好的效果,并研制出了较多的隔震系统中的新型材料和部件,并通过大量的实验证明了结构减震控制是可以有效的起到隔震的作用。
四、结语
毕业设计是培养学生综合运用学过的各种理论知识来分析和解决实际问题的能力,是本科教学过程中不可或缺的一环。毕业设计的目的应该着眼于提高学生的能力,例如培养分析问题和解决问题的思路,扩展所学专业的知识面,加强巩固所学的理论知识等。隧道工程专业毕业设计的主要目的有:
1.通过毕业设计可以让学生把所学的理论基础如结构设计原理、结构力学等和专业知识有机的融会贯通,并在指导老师的帮助下,进一步完善自身的专业素养,弥补自身的不足,巩固所学知识;
2.毕业设计是学生毕业前的最后一次完成的综合性作业,它能够让学生重温本科阶段的各科内容,对隧道工程及相关专业知识有一个整体的把握,为毕业后的工作和深造提供更加扎实的理论基础和专业知识;
3.学生独立完成毕业设计,可以培养独立自主的意识,提高独立分析问题和解决问题的能力,通过独立完成文献的查阅和资料的搜集培养学生亲力亲为、敢为人先的精神;
4.隧道工程的实际工程中,仍然有很多需要创新的地方,毕业设计可以培养学生求真务实,勇于创新的精神;
5.检验学校在本科四年的教学成果,从中发现教学过程中的不足。土木工程涉及广泛、内容庞大,毕业设计是学生所学知识的大综合大贯通,毕业设计的好坏直接关系到学校教学质量的好坏和学生本身专业素养的好坏。提高学生的毕业设计质量对于提高高校的教学品质和学生的就业竞争力具有十分重要的意义。
二、毕业设计存在的问题
(一)毕业实习方面
毕业实习是学生在毕业时通过动手去亲自体验和实践本专业的专业技能和专业知识,但如今很多高校的毕业实习已经背离了这个基本思想。以隧道工程为例,我们可以指出的有:首先,出于安全、经费等多种因素的考虑,大部分高校的隧道工程系不让学生亲自参与,而仅仅局限于现场参观,他们毕业实习基本上都是在已经建好的隧道中进行参观,指导教师现场讲解,对于正在施工的部分基本上是不会允许学生进去的。这样对学生来说没有现场见过隧道的施工就没有一个直观的感受,就不能根据现场所见的到各种施工情况联系书本上的相关知识,从而提出自己的疑问,显然这不利于学生把所学知识运用于实践中去。其次,很多学生本身没有意识到毕业实习的重要性,他们认为即将进入工作岗位,以后有的是时间去实践。而把毕业实习更多的看成去完成学校交给的一个任务。同时在这段时间很多学生忙于找工作而忽视了毕业实习。最后,学校在毕业实习的投入不足。由于经费投入到教学科研方面的投入产出相对较高,很多高校把经费投入到教学科研中而忽视了毕业实习的投入,导致学生的实习地点不具代表性,没有经验丰富的工程人员现场指导甚至没有动手的机会,这也无形中使学生认为学校也不重视毕业实习,学生本身就会更加怠慢。
(二)指导教师方面
指导教师主要存在以下几个方面的问题:
(1)很多高校在教学和科研方面更加倾向于后者,甚至学校会给老师下达任务,如必须发多少篇论文,必须争取到多少科研经费,必须获得多少奖项等,这就导致了很多老师把工作重心放在了自己的科研项目上,而很少投入精力去检查学生的毕业质量。
(2)隧道工程中很多老师都有自己的工程项目,所以他们一般都把时间精力放到自己的项目中去了,甚至根本无暇顾及学生毕业设计。
(3)部分老师没有实际工程经验,有部分隧道工程老师甚至没有参与过隧道的设计和修建等,另外部分老师缺乏指导毕业设计的经验,在指导学生毕业设计时显得力不从心,导致部分学生毕业设计的质量不高。三是许多老师把往届毕业设计的题目稍加修改甚至不改就给本届学生,这就使得学生在做毕业设计时存在侥幸心理,认为即使做不出来也可以去会抄往届的设计,而不会独立的去思考和解决毕业设计中的问题。
(三)学生方面
学生方面的问题主要体现在以下几个方面:
(1)前期准备工作不足。
(2)学生缺乏主动思考的能力。很多毕业设计几乎都是一个套路,很少有创新的地方。
(3)学生在做毕业设计时往往会忽视相互交流的重要性。由于每个人的题目都有部分差别,因此大部分都是自己埋头苦干而忽视了同学间相互交流的作用。
(4)缺乏把知识相互串联起来的能力。
(5)很多学生的毕业设计都存在抄袭问题。部分学生平时不认真学习,完成毕业设计有困难,就在其他学生做完毕业设计后抄袭别人的。
(6)对毕业设计的认识不清楚。很多学生认为毕业设计是能拿到学位证和毕业证的前提,他们是为了拿证而去被动地完成毕业设计,认为只要设计合格了就可以毕业了。而对毕业设计的质量好坏不关心,仅仅只是能过通过答辩就行。
三、提高毕业设计质量的方法与思路
(一)培养学生严谨求实用于创新的学习态度
指导老师在指导学生毕业设计时应该着力于培养学生的学习态度,鼓励学生尝试不同的方法来完成设计。在毕业设计遇到问题时,老师不应该有问必答,而是鼓励学生通过互联网图书馆等资源去寻找答案。指导老师应该避免高高在上德高望重的思想,积极和学生探讨所遇到的问题,适时引导学生思考问题,对学生在毕业设计中浮躁错误的态度及时进行批评并督促学生改正。
(二)提高指导教师素质,改善指导方法
指导教师素质参差不齐,应对毕业设计指导老师进行提前培训,讲授怎样定题怎样辅导等问题。各老师也可以分享往年指导毕业设计的经验供其余老师扬长避短。同时应进行岗前的思想培训,提高老师对设计的认识程度和重视程度,以良好的工作作风来帮助学生完成毕业设计。老师在指导过程中应不断总结学生在毕业设计中的问题,思考出现这些问题的原因和解决方案,为后续指导提供经验指导。另外还应注意学生在设计过程中的通病,指导过程中着重强调该类问题。对待不同学生采用不同的指导方法,因材施教、因人而异。尝试不同的毕业设计指导方法,例如,有条件的情况下可以让经验丰富的设计人员定期进行隧道设计讲座、可以让学生自由组队对同一工程进行多方案的设计,来多方面探索最适合本届学生的指导思想。指导老师在指导学生毕业设计时应重在引导而不是直接告知。直接的告诉答案会让学生形成一种依赖心理,这不利于培养他们自己寻找资料和答案的能力。老师可以在大方向上为学生导航,而要求学生自己去查阅相关文献资料,培养学生独立解决问题的能力。
(三)提高毕业设计的管理能力
毕业设计不仅仅是指导老师和学生的事情,也是学院乃至学校的事情。学院和学校的教学管理部分应该加大对毕业设计的管理,制定科学的管理模式。例如,在毕业设计时,应该随时抽查指导教师的指导情况和学生毕业设计的完成情况。必要时可以邀请除指导老师以外的隧道工程系老师进行提问抽查。管理部门同时应该认真听取老师、专家和学生的意见,不断完善对毕业设计的管理和评价体系。毕业答辩是检验学生设计好坏和老师指导好坏情况的最终体现,院校应该切实深入实际,把握答辩这个最后的关卡,在最后这道线上做好毕业设计的质量控制。答辩之前应制定科学合理的答辩评判标准供老师和学生参考,答辩时一旦发现某个设计达不到要求的标准,应该认真彻查找出问题并认真修改设计,直到达到能够通过答辩的水准。
(四)多带学生去现场
1.1土木工程施工人员的专业能力低
目前,在我国土木工程施工过程中施工人员并不具备较高的专业能力水平,缺乏设计、检查和研究等方面的经验,土木工程监理人员的工作态度不够认真,施工人员的学历比较低,年龄上也存在很大的差异,这给土木工程质量也造成很大的影响。例如,在土木工程施工过程中,施工人员对于土木工程施工设计图的认识存在问题,一部分施工人员甚至完全看不懂施工设计图,所以在施工中就有可能出现预留缝不够的、建筑物水电线位置没有空出来的情况,这会对其他工作的开展造成很大的困难,由于这些施工人员缺乏专业的能力,对于施工安全、施工现场管理的认识也不够,比较容易出现安全事故。土木工程施工管理不到位,很大程度的影响土木工程的质量,对施工人员能力的考察也是施工管理工作的重要内容,针对我国目前建筑业面临的现状,必须严格对土工工程的施工管理,从根本上保证土木工程的质量。
1.2土木工程施工过程中安全意识淡薄
随着建筑业的发展,以及近几年的房价飙升,在我国出现了很多小商品房建筑,这些房地产为了牟取私利,对施工安全的认识极为淡薄,施工人员的安全得不到充分保证。在土木工程建设过程中文明施工和安全施工的文化不被施工人员认识,施工人员在施工过程中不按照规定正确戴安全帽,甚至有一部分施工人员认为夏天太热,戴安全帽不舒服,所以直接不戴安全帽就开始施工,这对于他们的生命安全造成了极大的威胁。小商品房的建设过程中出现了很多问题,例如,施工过程中防护措施搭建不到位,施工人员从建筑上摔下来,出现受伤或者其他更严重的情况。由于施工人员安全意识淡薄出现的安全事故也比较多,曾经某城市在一座高层建筑物施工过程中死亡19人,出现事故的原因是施工人员要乘坐电梯到高层建筑物上进行施工,电梯中承载19人,甚至还包括一部分施工工具,电梯在严重超重的情况下直接从最高层直接掉到地面,施工人员当场死亡。这个事故就说明施工人员的安全意识淡薄,电梯最大只能搭载10-13人,严重超载这种安全意识没有深入到他们的认识中去,施工中就比较容易出现安全事故。其实,土木工程中包含很多安全隐患,有一些甚至不容易被人们发现,但这些都容易对工程本身或者施工人员造成巨大的伤害。施工人员安全意识淡薄在土木工程施工中是十分危险的,因此,施工管理中要加强施工人员的安全意识。
2加强土木工程施工管理的办法
2.1完善土木工程质量检查制度
土木工程质量的检查有重要意义,只有对土木工程中每一项内容都进行详细的质量检查,并保证质量检查符合规定,才能为土木工程的建筑质量提供保障。所以,在土木工程施工管理中要完善质量检查制度。首先,加强施工管理质量检查中每一个参与人员的职业素质,避免在材料采购中出现采购人员收取回扣,材料质量低劣的现象;其次,在质量检查环节,要严格检查工作,对土木工程中的每一项内容都要详细检查,保证每一个环节的质量,避免出现“豆腐渣”工程,或者损害用户生命安全;最后,要将质量检查的每一项规定写到制度中去,以制度监督的严格方式,保证土木工程施工管理工作的顺利进行,从而提高土木工程的质量。
2.2提高施工人员的专业能力
对于土木工程中施工人员存在的问题,首先,要严格施工人员的专业能力,平衡施工人员的年龄和学历水平,避免施工过程中,施工人员不清楚施工过程和施工目的的现象出现。其次,对监理人员要提高工作态度,保证他们在施工监理过程中能够发挥作用;最后,可以以知识培训的方式,提高施工人员的专业能力,从而保证土木工程的质量。
2.3强化施工人员的安全意识
施工人员具备安全意识,不仅能够保证土木工程的质量,也能够为施工人员自身的生命安全提供保证。所以,在土木工程施工中,要加强施工人员对施工安全的认识,通过开展安全知识讲座和安全宣传的方式,提高施工人员的安全意识。
3结束语
在混凝土施工中,养护工作同样是一项非常重要的工作。一般建筑主体在完成现浇混凝土浇筑施工之后的12h之内就要对其采取一定的养护措施。养护方法可采取覆盖毛毡等方式也可以采用经常浇水的方式,只要保持混凝土表面处于湿润状态即可。对于建筑主体这样大型的混凝土结构,最好采用浇水养护措施。养护时间一般都要超过一周以上。由于建筑主体体积较为庞大,不可能一次将所有的主体结构都浇筑施工完成,而是需要一层一层的完成施工。需要注意在下层强度未达到要求之前,不得上人,也不得安装模板或支架。只有强度已经足够承受上述荷载时,才能进行下一层建筑主体的施工作业。另外,对已经振捣成型的混凝土结构要进行有效的覆盖,尤其是在雨季,更要做好成品保护工作,以免混凝土在未初凝前被雨水冲刷。只有做好相应的养护工作,才能保证混凝土主体结构的施工质量。
2模板拆除的质量控制
当混凝土养护一段时问后,混凝土的强度达到了可以拆模的程度,就要进行模板拆除。在此过程中最需要注意的问题就是成品保护。首先,在拆除一些非承重模板时,要确保混凝土的强度已经达到了技术要求才能拆除。拆除时不能过于急躁,也不可用力过猛,尤其是在一些棱角的部位,更要注意轻巧的拆除。另外,在人多或者需要运送材料的通道部位,要保护。
3加强现场混凝土施工管理的主要方法
3.1加强混凝土配合比的管理
对混凝土的原材料进行管理与控制时,应尽量科学合理,避免出现混凝土贮存环境和搅拌后存放时间过长导致其材料破坏的问题,质量下降从而导致整个建筑工程施工质量下降。在进行混凝土适配时,尽量选择高品质、质量好的产品,以保证混凝土的质量安全,在管理过程中,应制定相应的管理制度,提高施工人员的质量安全意识和技术水平,增强建筑施工的质量。在进行混凝土材料比例配置前,检查相关材料的质量安全和完好程度,注意水灰比,外加剂,塌落度的实际控制,按照施工技术的相关要求进行材料的配比,保证混凝土质量达标,从而保证建筑工程的质量。
3.2合理控制混凝土的温度
大体积混凝土的浇筑是混凝土施工的质量控制重点。随着体积和面积的增大,水化热不易散发,温差变形和干缩变形的累积将对混凝土的施工质量产生很大的影响。为避免发生裂缝进而影响工程质量,大面积且厚度不十分大的混凝土板浇筑通常采取设置施工缝的方式来吸收变形,待施工缝两侧混凝土强度达到设计强度100%以上时,用微膨胀混凝土填充施工缝。对于面积和厚度都较大的混凝土构件,通常采用分层浇筑的办法。每层的灌筑厚度不得超过振捣器的工作能力和作用范围,使新旧两层能互相粘结成为一体。为降低水化热的影响,常从以下几方面着手:1)降低原料温度,如冲洗粗骨料、使用地下水或加冰屑的水等;2)使用降低水化热或减慢固化反应的外加剂;3)加强振捣,一次抹面;4)养护过程中加强温度控制,通过预埋冷却水管、增加遮蔽、定时洒水等措施,将构件的表里温度和温度变化控制在规范许可的范围内。在实际施工中,施工荷载也是我们不能忽略的因素。混凝土在固化前几乎不具备承载力,与钢筋间的握裹力随着固化而逐渐加强,在浇筑上层的混凝土时,下层的构件往往尚未达到设计强度,完工前构件的受力情况也常常与设计迥异。加之有此设计人员对于施工工艺不够了解,构件的配筋和构造往往不能适应施工荷载。因此,在施工组织设计中,应充分考虑施工荷载的作用,利用模板和支撑系统转移荷载。
4总结
无损检测结果的评价具有对比性或相关性,即先对受检对象进行无损检测,然后对其进行破坏性检测,再建立两种检测结果之间的相关关系,才有可能对无损检测结果做出较为正确的评价。这一点必须引起足够的重视,否则,如果不做这样的检测对比,则不管检测的灵敏度有多高,所作的评价将没有任何意义。即便如此,由于无损检测受诸多因素的影响,其检测结果仍不一定十分可靠。所幸的是,无损检测方法具有互容性,即对同一受检对象可以采用不同的检测方法。因此,还要采用不同的方法进行检测并综合比较,以提高检测结果的可靠性。鉴于此,每个国家都相应的编制了各种结构或检测方法的检测鉴定标准与规范。
2常用的无损检测技术
2.1回弹法
回弹法是表面硬度法的一种应用,主要通过测定混凝土表面硬度来推定抗压强度。回弹仪由瑞士的E.Schmidt于1948年发明,其原理是用一个弹簧驱动的重锤,通过传力杆弹击混凝土表面,测出重锤的回弹值来推定混凝土强度。英国的Kolek论证了混凝土强度与压痕直径的关系,并用试验验证了回弹值与压痕直径的关系。而现在主要是通过试验归纳直接建立混凝土强度与回弹值之间的经验关系曲线。回弹法在我国的应用始于20世纪50年代,后经大量的研究与实践应用,提出了适合我国实情的测强曲线及技术规程。该方法仪器构造简单、测试方法易于掌握、携带便利、费用低廉、检测效率较高。因而广泛应用于检验混凝土的均匀性、对比混凝土质量是否达到特定要求、初步判断混凝土质量出现问题的区域、推定混凝土的强度。
2.2超声波检测法
超声波是以波的形式在弹性介质中传播的机械波,其频率高于20kHz,具有指向性好、对各种材料的穿透力强等特点,因此能应用于绝大部分材料。Sokolov于20世纪30年代开始了超声波检测的研究,40年代脉冲回波探伤仪器的问世,标志着超声波检测技术的应用成为现实。我国超声波检测技术应用于土木工程领域,始于20世纪50年代从英国引进UCT-2型混凝土超声检测仪。超声波在传播过程中,随着传播距离的增加,其能量将逐渐减弱,即超声波衰减,其衰减程度与材料性质有关,如晶粒大小、缺陷密集程度等等。此外,在两种介质界面超声波将发生反射、透射和散射。因此,这些反射、透射或散射波在一定程度上携带有受检对象厚度、内部缺陷及其所在位置等等信息。再有,超声波在介质中的传播速度(声速)与介质的密度、配比(混凝土材料)等强度因素有关,所以声速又与材料的强度联系在一起。超声波检测技术应用于土木工程,必须解决两个关键问题:超声波的发射和接收(超声换能器);寻找接收信号与检测项目的相关性(数据处理)。国内外学者和工程技术人员为此做了大量研究工作,取得了丰富的研究成果,形成了比较成熟的测试技术,编制了相应的检测鉴定标准与规范。总体上可以概括为以下三个方面:
(1)超声波
的类型和产生超声波技术的发展。目前可以根据需要发射不同类型的超声波如纵波、横波、瑞利波或兰姆波(导波),而超声波产生技术也由压电陶瓷发展到电磁超声、激光超声、相控阵列、磁致伸缩超声技术[5]。Wardany等用超声瑞利波检测了建成于1959年位于加拿大东部的两个水工混凝土结构近表面的损伤情况,两者使用了不同的混凝土粗骨料材质。李东生等则用超声兰姆波检测了钢筋混凝土结构界面脱粘分层情况,并分析了界面分层长度与兰姆波能量衰减之间的关系。
(2)数据处理与储存方法的发展
早期只是对声速参量进行相关性分析,检测数据也不易存储,随着数字技术、计算机技术的发展,信息数据的存储极为方便,超声成像技术也有了快速发展,并把振幅、频率或波形逐渐纳入相关性数据分析的行列。
(3)检测技术的综合应用
结合其它检测方法对材料、构件或结构厚度、强度、缺陷等进行检测。Kheder等利用纵波超声回弹综合法对混凝土构件强度进行了现场检测。Beatrice等综合超声检测、硬度计、湿度计等方法对那不勒斯的一座建于19世纪初的古老建筑的木屋架构件的刚度、强度、内部缺陷等进行了检测。Machado等则用超声波间接法实现了对营运中的海上木结构构件弯曲刚度和强度的检测。沈先华利用超声波检测技术结合斜率法对某混凝土孔灌注桩缺陷进行了定性与定量评价。周茗如等联合应用超声检测、人工敲击和应变分析法对大型钢管混凝土结构中混凝土与钢管壁粘结情况的检测评价。
2.3声发射法
声发射现象指的是物体因受外力或内应力的作用,在其内部缺陷处将产生应力集中而发生塑性变形,储存大量的应变能,一旦裂纹产生或裂纹扩展,部分应变能就会以瞬时弹性应力波的形式向外释放的现象。因物体内部裂纹的产生或扩展而产生的声发射现象的弹性波频率低,人们就做了大量的工作去研究如何能“听”到这些声发射现象,不仅要能“听”到,而且要能知道在哪个地方发生、原因是什么、什么时间发生、危害有多大?这就是声发射检测。声发射检测起源于20世纪50年代德国凯赛尔的研究,他首先发现金属材料在变形中会产生声发射现象,提出了声发射不可逆效应即凯赛尔效应。随后,其他国家的研究人员进一步探明了塑性变形的声发射机制———位错。1964年,美国率先将声发射检测技术应用于北极星导弹舱的检测并获得成功,此后该项技术得到快速发展。我国于1973年建成第一套声发射试验装置,并先后研制了多种型号的声发射检测仪。直到80年代,随着其它基础性研究和计算机技术的发展,基于小波分析和神经网络的声发射检测技术才得以迅速发展。Rusch于1959年开启了对混凝土声发射信号研究的大门,并指出了混凝土材料凯赛尔效应的极限应力范围。1970年Green对混凝土的弹性模量、泊松比和劈裂抗压强度等进行了声发射实时监测,并提出了可以应用声发射技术对混凝土破坏的全过程实施监测。我国的董毓利等对混凝土受压全过程声发射特性进行了研究,并分析了声发射信号首次产生及其后的强弱与试件应力变化之间的关系。陈兵等依据声发射信号振幅分布特性,将声发射信号划分为不同区段,建立了声发射信号与混凝土内部不同破坏机理之间的关系。如今,声发射已应用于建筑、桥梁等混凝土结构的动态检测和完整性评价,并在市政工程、桥梁、房屋建筑等工程中,声发射技术也已成功地应用于混凝土框架、板的检测。声发射技术不仅在声发射理论及数据处理方面有了大的发展,而且声发射仪也从早期的模拟式单通道声发展到目前的全数字化、全波形的多通道声发射仪。然而,由于混凝土材料自身的复杂性,依然还有很多问题未能解决,如混凝土声发射的机理、声发射信号与混凝土力学参数间的相关性、混凝土的凯赛尔效应等等。
2.4声振检测法
声振检测法是指在外激励作用下受检对象产生机械振动,通过对振动特性参数的分析来评价其力学特性的检测技术。在实际工程应用中,又分化出两种方法:声波反射法(低应变法)和冲击回波法。声波反射法根据检测测量方法的不同也存在不同的应用,但在土木工程中应用较多的是单点激振单点测量的整体响应检测。这种检测方法的检测原理是一维杆应力波理论,因而适用于对棒状结构如梁柱等的检测,土木工程中则多用于对基桩的完整性检测。单点激振单点测量的整体响应检测方法的优点是既经济又简便易行,缺点是:
(1)不能检测出基桩的水平缺陷。
(2)只能对缺陷做出定性的评价,很难做到定量评价。
(3)只能检测等直桩,对变截面桩、扩底桩易引起误判。
(4)数据处理难度大,如降噪和反演分析。另外,这种检测方法应用于对基桩的完整性检测还有几个问题亟需解答:
(1)弥散效应和横向惯性效应
一维应力波理论的边界条件要求弹性应力波波长要大于两倍的杆径及杆的长径比大于5,否则会由于弥散和横向惯性效应而产生三维问题。
(2)桩土相互作用对检测结果影响
一维应力波理论要求杆是自由的,而实际工程中,桩是处于半无限的土体介质中,如果依然用一维应力波理论进行数据分析,检测结果是否可靠。
(3)多处缩径桩的检测
截面的变化,就会引起广义波阻抗的变化,弹性波会在该截面发生反射,所以对多处缩径桩,弹性波就会在缩径截面间来回反射,声振检测技术的另一种应用形式是冲击回波法。1983年美国Cornell大学的Sansalone与美国国家标准局(NIST)的Carino首次提出冲击回波法应用于对混凝土结构的缺陷检测。在1984年的国际混凝土无损检测会议上,加拿大的马尔霍察认为冲击回波法是“最有发展前途的现场检测方法之一”。此后,Sansalone等利用FFT方法进一步将冲击回波法由时域分析转换到频域分析,推进了冲击回波法的应用与发展。如今,冲击回波法已广泛的应用于混凝土和沥青混凝土结构的内部缺陷和厚度探测,特别是扫描式冲击回波测试系统的问世。冲击回波法是一种单面反射检测技术,具有方便、快捷和直观的优点。其检测原理为:在受检结构的表面施加冲击力,以产生瞬态低频应力波(含有纵波、横波和面波),应力波向结构内部传播,遇到缺陷和外部边界时来回反射,引起结构表面产生相应的微小位移响应,并由安装在表面的拾振器来采集这种响应数据,最后通过对信号的频谱分析(主要是纵波)来测定受检结构的弹性波速或结构厚度。冲击回波法能精确检测厚度在2m以内的混凝土厚度及其内部缺陷(如空洞、蜂窝、离析等)。此外,它还可以检测钢筋混凝土结构保护层厚度、内部缺陷的位置、开放性表面裂缝深度及混凝土强度等。我国对冲击回波法也做了大量的应用研究。如周先雁等用冲击回波法对桥梁箱梁孔道灌浆质量进行了检测,根据P波在钢绞线和空洞处的不同反射特性判断孔道内部是否存在缺陷。傅翔等对隧洞混凝土衬砌厚度进行了冲击回波法测量,并对混凝土的固结灌浆效果和分层浇注黏结质量进行了检测。
2.5红外热成像检测法
20世纪60年代,美国就已经开始对红外热成像技术应用进行研究,20世纪70年代末,红外热成像技术已被用于诊断建筑物的热损耗、屋顶渗水、围墙缺陷以及查找路面的次表面缺陷等。我国在这方面的研究起步较晚,到90年代初才有学者将红外热像诊断技术和土木工程结合起来,对建筑物的热损耗、建筑材料缺陷的探测和建筑外墙施工质量等进行了初步的应用研究[24]。红外线是介于可见红光和微波间的电磁波,它的波长范围在0.76~1000μm之间,而其中只有3~5μm和8~14μm的波段能很好地透过,红外探测仪正是利用这个波段来实现探测。任何高于绝对零度的物体都会辐射红外线,而物体内部存在的裂缝或缺陷会改变物体的热传导,使物体表面的温度分布不均匀。红外热成像技术是借助红外热像仪探测物体各部分辐射的红外线能量,由物体表面的温度场分布情况形成热像图来直观的显示材料、结构物等内部缺陷的一种非接触式的无损检测技术,也被称为红外扫描测试技术。它可以检测出物体内部缺陷的位置,并具有快速、非接触、大面积地扫查检测物表面,而不损伤检测物,且结果直观形象,易于实现自动化和实时观测的优点。红外热像检测应用于土木工程,前景十分广泛,研究的热点集中在对红外热像获取的热源的改进、缺陷深度、大小的定量化研究以及如何把研究成果运用到复杂的实际工程当中,并发展了一些新的技术,如锁相热成像和红外断层成像技术。
2.6雷达检测法
工程探地雷达是用频率介于10~2000MHz的宽频脉冲电磁波来确定工程结构或介质分布的技术。雷达监测的工作原理是利用发射天线向受检体发射宽频带短脉冲形式的电磁波,该电磁波进入介质内部后,经内部界面反射后回到表面,再由接收电线接收回波信号。由于电磁波在介质中传播时,其路径、电磁场强度及波形随所通过的介质的电性性质及几何形态发生变化,因此反射回波携带有受检体内部结构信息,就可依据接收到的反射回波的双程走时、幅度、相位等信息对目标介质结构进行准确描述。探地雷达无损探测技术可用于混凝土内部缺陷、钢筋的分布检测,公路工程中路面结构层厚度检测,裂缝和裂缝扩展的识别。其优点是:探地雷达法可迅速对被测结构进行扫描,适用于结构物大面积快速扫测。
2.7其它检测技术
由麦克斯韦的电磁感应理论可知,钢筋混凝土结构中的钢筋能够影响电磁场,因此可以利用磁测法来检测钢筋的位置或混凝土包覆层的厚度。文献介绍了英国相关标准对磁测法的认识:磁测法对配筋少的混凝土构件,能得到满意的结果;而对于配筋多的构件,其它钢筋的影响不能忽略,而当温度低于0℃时,效果相反。相应于磁测法,还有电测法。电测法主要是用来估计现场混凝土中钢筋锈蚀程度和测量混凝土路面厚度的一种无损检测方法。文献还介绍了微波吸收技术。微波是一种电磁波,具有电磁波的反射、衍射和吸收等性质,而水对微波有吸收性,因此被用于测定混凝土的湿度。
3总结与展望
应用于土木工程中的无损检测方法很多,各自都有其优缺点,在选择时要根据场地、条件、材质及施工工艺,并能对缺陷的种类、性质等有充分的估计后,才能选择出合适的检测方法。同样的。对检测结果的评价,要尽量综合更多的信息,要清晰无损检测结果只能作为评定质量或剩余抗力的依据之一,不能仅凭检测结果做出片面的结论。伴随着建筑业的发展,土木工程领域不断面对新结构、新材料和新施工工艺,这给无损检测技术在土木工程中的应用提出新的挑战,概括起来有四个方面:
(1)无损检测理论的发展要适应实际的需要;
(2)绿色、环保、节能;
(3)检测仪器的数字化、智能化;
实践模块也是应用型技能人才培养教学计划的核心部分,是地方高校转型发展的关键,使学生熟悉和掌握专业技能的课程体系。实践模块是学生理论知识与毕业就业工作之间的纽带,是应用型技能人才培养的核心。该模块包括金工实习、专业课程设计(五门左右)、认识实习、土木工程基础实验、测量实训、企业生产实习以及毕业设计等。该模块共50个学分左右。职业技能训练是教学计划的辅助组成部分,是为学生职业生涯作准备的教学环节。该模块要求学生在上学期间考取专业证书如施工员、造价员、材料员等专业相关证书,并为二级建造师、造价工程师、监理工程师打好基础。该模块共4学分。
二、专业模块建设
专业模块建设作为教学计划的核心部分之一,对于学生了解专业背景,理解专业理论起着决定性作用。本着为土木工程生产一线培养应用型技能人才的原则,专业模块建设必须与行业相结合。与行业规范要求相结合。土木工程从项目策划、结构设计、施工到竣工验收,都有国家、地方及行业规范约束。特别是结构设计类课程,学生毕业后参加工作主要就是按照规范要求利用软件设计,所以一些较难的理论如可靠度分析计算等可简单介绍,由于教材建设的滞后性,教材中一些过时的规范内容要及时删除,使学生熟悉并学会使用现行规范。所以在结构类设计课程中,教师要自带结构设计规范,引导学生遵循规范要求,学会使用规范做好设计。部分课程甚至可要求学生自带规范,熟练掌握规范使用流程。与职业技能要求相结合。土木工程专业学生参加工作后,要考取一、二级建造师、注册结构工程师、造价工程师、监理工程师、招标师等证书。课程教学要与证书考取相结合,如土木工程法规、工程项目管理、工程经济学等课程,要结合历年考题讲解,从历年考题中提取案例分析,实现案例教学与考证要求相结合,同时也能使学生直观理解课程的重要性及特点,为学生主动认真学好课程提供思想保障。与工程建造过程相结合。土木工程生产一线主要是施工、监理、材料、资料、造价等工作岗位。在土木工程中,每一单项工程都包含若干单位工程,又可进一步细化为分部分项工程。建设过程实际上就是各分部分项工程的累加。所以可以实现项目式教学,利用教学方法让学生体会分部分项工程的实现过程。
三、实践模块建设实践
模块作为教学计划的核心部分之一,是学生学习和就业的纽带,是应用型技能人才培养的关键。考虑到土木工程专业的特点,项目组做了以下工作。理论实践一体化课程建设。工程建造过程实训是本项目的理论实践一体化教学试点。将传统的土木工程施工技术、土木工程施工组织课程合并,结合中国建筑科学研究院软件PKPM施工模块,将课程教学内容分为土方工程模块、临时设施模块、混凝土工程模块、钢筋工程模块、资料模块、施工组织设计模块等,将理论教学融入实践教学中,实现现学现用。学生在完成该课程后,即可以对一些小的工程完成施工组织设计、脚手架专项方案设计、降水专项方案设计、混凝土工程专项方案设计等。企业生产实习。考虑到土木工程行业特点,一项工程不可能大量接收实习学生,集中实习很难实现。从2011年起,土木工程系开始实施分散实习,即由学生自主联系实习单位,由企业与学院教师联合指导。分散实习,既能解决学生的实习单位联络问题,同时也能为学生就业工作打好基础。近两年来,学生实习时间不仅包含暑假,为了适应企业需要,2014年实习学生于6月初即进入实习场地,实现了实习入场与用工高峰期的结合。分散实习的指导与管理工作,土木工程系通过三年的探索,走出来一条以专题教学引导学生的路子,学生实习效果得到了逐步的提高。企业实习考核采用小组答辩和答辩委员会相结合的形式,即由小组答辩确定较优秀和较差学生,由答辩委员会组织公开答辩和二次答辩确定学生是否获得优秀实习生或通过企业实习答辩。毕业设计。毕业设计结合企业实习,学生可利用企业实习工程资料,由指导教师稍作修改,即可实现一人一题。同时考虑到学生基础,只要求少量同学选择结构设计类题目,大部分学生选择施工组织设计、施工专项方案设计、造价文件编制、招投标文件编制等现场应用型题目。学生可在企业完成毕业设计,但是企业必须有副高级职称以上人员指导。同时加强过程监控,对出现问题的毕业设计强化管理,提前预防。土木工程基础实验是将传统的工程力学实验、土木工程材料实验、土力学实验结合在一起。根据施工现场钢筋进场验收、地质勘查报告、混凝土试块实验、砂浆试块等,模拟流程,模拟环境,模拟角色,模拟表格,使学生通过实验就能熟悉施工现场,确保与施工现场的无缝衔接。其他实践教学。课程设计、认识实习、土木工程基础实验等其他实践课程紧紧围绕为生产一线服务的原则展开,结合工程实际问题,提出解决思路。模拟生产一线流程、场景及管理模式,使学生提前适应生产需要。
四、结语
随着我国经济社会的不断发展,科学技术水平的不断提高和进步,世界各国在贸易、金融以及投资方面都进一步融合,世界一体化程度日益受到重视。这种世界范围的产业结构调整和经济结构的转型,给了土木工程这一基础专业无限的发展机会。工程监理制度和注册师制度的建设,使得我国建筑行业逐步与国际建筑业接轨。随着改革开放的步伐不断加大,国外各个行业都有大公司或大企业进入我国,尤其是建筑行业,这给我国相关行业带来了一定的冲击。企业要生存,要发展壮大,离不开科技,更离不开人才。建筑行业更是如此。建筑行业的竞争就是实力的竞争,其实也就是人才的竞争。企业要想发展,要想在世界建筑行业有所作为,就必须要提升自身竞争力,凭借自身实力去参与国际项目的竞争,赢得市场。人才的不断发展使得土木工程行业也在不断向前,推动着行业技术的不断进步。传统工程模式的发展已经不能完全与现代工程技术要求相适应,土木工程行业人才变得更加务实,不仅要发展研究型技术人才,还要有能够深入一线,掌握大量实用技术的应用型人才。这就要求在教育方面也要有所不同,有所侧重,在不同的教育层次培养不同类型的人才,使得人才能够各尽其用,在不同的岗位上发挥各自优势。高等教育既要培养研究型、学术型人才,继续搞好精英教育,又要培养技术应用型人才。作为高等教育的一个重要组成部分,高等职业教育是一种大众化的教育形式,其培养学生的目标就是要为一线、为基层培养具有一定技术能力的应用型人才。有研究表明,土木工程专业学生走上工作岗位后,主要从事的工作有三个层次:第一个层次就是基层,最一线的掌握一定技能的应用型人才;第二个层次就是能够从事工程施工管理或者建筑设计方面的高层次人才;第三个层次就是专门负责行业研究的高级研究型人才。作为高等职业教育来说,其培养目标就是要为建筑行业培养具有一定专业技术的,在一线从事生产的应用型人才,所以,高等职业院校在办学方面也就要紧紧围绕这一思路来对学生进行教育和培养。当前从建筑行业岗位分工来看,生产一线的工作人员主要有工长、技术负责人、技术员、预算员、现场监理、档案员和项目经理等职位。因此,高等职业教育的培养目标就应该以上述岗位能力要求为目标,拓展办学思路,在学生技能培训中重视相关技能的培养,使学生从上学开始就有学习目的,带着目标去学习,争取在毕业后就能胜任相关岗位,进而开展工作。
二、高职教育中土木工程人才培养模式与定位
通过研究和分析国内外相关高职院校土木工程专业的人才培养模式,笔者认为,要适应当前经济社会的发展,要不断提高高职院校土木工程专业人才技能,在人才培养模式方面,必须要坚持以“面向社会、立足岗位、注重素质、突出应用、强化实践、培养能力”为指导思想的“技术岗位型”的人才培养模式。教学体系的建立必须要以实战为目标,并且要注重实际应用,使得学生能够拿得出、用得上,能够踏踏实实完成相关工作,以此来构建教学体系。从培养目标方面来讲,高职院校的土木工程专业一定要适应现代化建设的需要,具备土木工程专业的相关知识和应用能力,能够适应生产施工一线的工作,具备从事工程预算、土木工程施工管理、建设监理以及项目投资开发与管理等相关工作的能力,能够在工程中解决实际问题并且处理相关问题,促进企业的良好运行和发展。在这一人才培养目标的基础上,高职院校土木工程专业人才培养模式的定位包括以下几点。
(一)以专业技能教育为主
高等职业院校培养的学生面向的是建筑施工第一线,从事的是施工预算或管理等基础性工作,因此,在培养模式上要坚持宽专业、多方向的培养模式,而不能拘泥于“大土木通才”的培养模式。作为具有掌握实用型技术的一线人才,高职院校开设的土木工程专业,在学科基础上要体现大土木工程学科平台的要求,其在专业方向上的培养要精,但是选择方向上要多,不能紧紧拘泥于严密的理论要求,而是要将重心放在实用性上面。
(二)以解决问题的工程技能为主
高等职业院校在学生培养方面要注重实践,加强实训方面的教学,提高学生分析实际问题,解决工程现场问题的能力。从意识上加强学生工程方面能力的锻炼,强化扎实的专业基本技能,淡化学术化教育,使学生熟练掌握解决一线问题的实战技能。
(三)以素质教育培养为主
高等职业院校培养的学生是要面对工程现场一线,而工程一线的工作环境相对复杂,人员众多。要解决这些复杂的问题,作为施工人员就必须具备相关的组织协调能力,能够做好组织运营、系统管理及评价,以及人际关系的和谐,具备相关的法律和经济方面的能力和素质。因此高等职业院校在学生培养方面也要从相关素质方面进行教育。
(四)以职业针对性和岗位适应性培养为主
随着经济技术的快速发展,企业对毕业学生的要求也日渐增高。很多建筑企业要求学生毕业就要具备相应的专业技术,能够从事相应的工作,甚至要独当一面。因此根据这些行业需求,高职院校在学生培养时期就要立足职业教育的针对性和岗位要求的适应性去培养,让学生提前适应所从事的职业的特征和要求,缩短学校教育与需求企业之间的差距。
三、高职院校教学改革的设想与建议
土木工程材料种类繁多,各类自成体系,教学内容大多数是叙述性和分析性内容;同时,土工工程材料发展迅速,新材料层出不穷,以致学生在土木工程材料课程学习中难以抓住重点,出现什么都学、什么都学不好的情况。为了进提高土木工程材料课程的教学质量,增强学生课程学习效果,笔者从教材编写、授课内容编排、课时分配等三个方面对土木工程材料课程的教学内容进行改革。
(一)教材编写
2013年,南昌大学与其他兄弟院校编写出版了教材《土木工程材料》。新编教材充分考虑到现有教材的不足,强化混凝土章节内容,增加了轻质混凝土、高性能混凝土、纤维混凝土、再生混凝土、大体积混凝土、喷射混凝土、活性粉末混凝土等新型混凝土的相关知识;根据实际教学情况,弱化部分章节,将石材、木材、合成高分子材料等章节内容进行相应删减;紧跟土木工程材料发展趋势,增加建筑节能材料章节;设置案例,在各章节中多设案例,引导学生用理论知识分析问题,与实践相结合。
(二)授课内容编排
根据土木工程材料课程特点,对授课内容进行重新编排,力求做到以下几点:突出重点内容,授课时以水泥、混凝土、沥青、沥青混合料为主要重点,以土木工程材料基本性质、气硬性胶凝材料、建筑钢材、新型墙体材料、建筑节能材料为次要重点,同时兼顾建筑功能材料、合成高分子材料、砂浆、石材、木材等;体现专业特点,注意授课内容与不同专业方向的有机融合,土木工程工民建方向专业重点突出水泥与混凝土的内容,土木工程道桥方向专业则要求掌握沥青混合料的配合比设计;水利水电工程专业则要求详细讲解大体积混凝土及其施工;紧跟土木工程材料发展趋势,更新教学内容,授课时将土木工程新材料(如新型混凝土、新型墙体材料)、新技术(如隧道盾构技术、大型混凝土构件预制技术)以及教师自身科研课题成果引入课堂教学中;结合工程应用,将国内外典型工程(如新型混凝土技术在三峡大坝、杭州湾跨海大桥应用)融入课堂教学中。
(三)课时分配
土木工程材料课程是一门理论性、实践性、实验性都非常强的课程,而土木工程材料课程的学时有限,在教学中合理分配课时是保证土木工程材料课程教学质量的关键。南昌大学的土木工程材料课程共48学时,其中课堂授课32学时,实践2学时,实验14学时。
二、教学模式的构建
目前,土木工程材料课程的教学模式一般包括理论教学和实验教学两部分。笔者在重视理论教学的基础上,强调提高学生的实验实践能力。在土木工程材料课程中,除进行理论教学和实验教学改革外,还适当增加了实践教学环节。
(一)理论教学
土木工程材料课程需要让学生了解并掌握土木工程材料的组成、结构、生产、工艺、性能与应用的基本理论知识,为此,有必要将木工程材料课程的基本理论知识重组为土木工程材料的组成与结构、生产与工艺、性能与应用三大块进行统一讲授。同时可采用多媒体结合板书的方法进行理论教学,以达到缩减课时、增强教学效果的目的。
(二)实验教学
土木工程材料课程中现有的实验项目基本上是验证性实验,难以激发学生的学习兴趣和研究热情,因此在实验教学改革时,除了开展水泥实验、砂石实验、普通混凝土实验、沥青实验等验证性实验外,还设计了综合性实验和创新性实验。综合性实验是在设定原材料的基础上,进行不同强度等级、不同坍落度要求的高性能混凝土实验。创新性实验是让学生自选材料和自行设计实验。创新性实验前先将学生分为3~4个组并确定实验题目,要求小组同学查阅资料、集中讨论后完成创新性实验,比如减水剂与水泥相容性实验、缓凝剂对混凝土凝结时间影响实验、不同等级矿物掺合料对混凝土强度影响实验等。通过开展综合性实验和创新性实验,激发学生的研究热情,提高学生的自学能力。
(三)实践教学
在理论教学和实验教学的基础上,积极进行土木工程材料课程实践教学的探索与实践。组织学生到预拌混凝土搅拌站了解混凝土的生产运输过程,认知新拌混凝土的和易性,熟悉混凝土配合比设计,或组织学生到施工现场见识混凝土的浇注养护,了解建筑钢材的性能和加工,实现理性认识到感性认识的提升,从而大大提高了教学效果。
三、教学方法的改革
在教学方法上,土木工程材料课程教师在课堂上一般采用多媒体和板书相结合的授课方式进行教学,学生基本上都是被动接受知识,很少对土木工程材料进行更深入的思考。鉴于这一缺陷,笔者在课堂教学中,增加视频播放与课堂讨论环节,提供了网络辅助教学,完善考核方法。
(一)视频播放与课堂讨论
为让学生对土木工程材料的研究和发展有更深入的了解,特别是引导学生对土木工程材料进行更深层次的思考,笔者充分利用多年从事教学和科研工作的优势,特别制作了一段50分钟左右关于材料在仿生、智能领域研究和发展的视频资料,要求学生提前自行观看,同时在课堂上也组织学生利用1个学时观看视频资料,之后用1个学时让学生走上讲台发表观后感想。
(二)网络辅助教学
网络辅助教学是高校数字化建设的重要体现,也是教师授课质量评价的重要组成部分。网络辅助教学为学生与教师之间搭建了一个很好的交流平台。教师可将很多相关的文档、幻灯片、视频资料上传到网络辅助教学平台上,让学生自行下载。学生也可在网络辅助教学平台向教师提问,教师可定期查看和回答学生问题。在教学方法上,网络辅助教学是对课堂授课方式的一种补充。
(三)考核方法
土木工程材料课程考核方法采用课堂考勤与课堂讨论、实验实践(报告)、期中考试(开卷)、期末考试(闭卷)四种形式相结合的全程考核方法,其中四种形式占总成绩的比例分别为15%、15%、20%和50%。四种形式相结合的全程考核方法,注重培养学生的自主学习能力和独立思考能力,全面评价学生的学习水平和课程的教学效果,对改变传统的一考定成绩、加强教学过程管理、分阶段检验教学效果、改革考试方法具有积极的意义。
四、教学改革的效果评价
土木工程材料课程经过上述教学内容、教学模式、教学方法的改革,可以让学生更好地掌握土木工程材料的理论知识,强化学生的自学能力,增强学生科研动手能力,提高学生创新能力,取得了良好的效果。
(1)授课内容
教师讲课内容有主次之分,学生学习理论知识不仅简单轻松,而且也更有针对性。对此教师可以适当减少理论课时,让学生有更多的时间进行实验实践。
(2)上课形式
在课堂上播放相关视频并进行课堂讨论,引导学生自主学习并积极发言,既能提高学生的表达能力,也能帮助学生对土木工程材料发展进行更深层次的思考,激发学生的创新思维,有利于学生养成独立思考问题的习惯。
(3)实验实践环节
除了部分验证性实验项目之外,还增设了综合性实验和创新性实验。综合性实验可以让学生在最短的时间内见识到各种不同要求的混凝土,创新性实验可以激发学生的研究热情。
(4)考核方法
采用上述四种形式相结合的全程考核方法,提高了学生上课的积极性,也有利于全面评价学生的学习水平和课程学习效果。
五、结语
土木工程生产实习中存在的问题
(一)参加实习的学生多,指导教师数量不足
西南石油大学土木工程与建筑学院建筑工程方向,2006-2008级参加实习的学生人数均达到100人以上,2009级更是将达到134人,尽管学校和学院都非常重视土木工程专业生产实习,教研室指定的实习队也非常认真地组织实施生产实习教学,但每年参加生产实习的老师也只有3-4人,所以,老师亲自指导实习的时间就很少,实习的质量就受到影响。
(二)实习单位接收容量有限,实习单位联系困难
我校的生产实习都是安排在每年暑假,这一时间段几乎所有土木工程专业的学生都在实习,特别是应用型高职专科学校的学生,他们到工地的时间早,实习时间长。而每一个施工项目由于在这一时间段都是在赶工期,施工安排的很紧凑,建筑工程施工场地本身就比较狭小,学生到工地后由于没有任何经验且给工地带来一定的安全隐患,所以,施工项目部一般都不愿接受较多的学生实习(一般一个项目部只接受3-4人实习),甚至是不接受学生在这一时间实习,或者要求实习的时间增加到3个月或者半年,这样,施工项目部经过短暂的培训,学生上手后也能为企业做出一些贡献。因此,每年建筑工程方向实习要联系的实习工地就多达20-30个,这给实习队老师前期联系实习单位增大了难度。
(三)实习时间太短,学生实习真正参与生产的机会少
按照教学计划,西南石油大学土木工程专业生产实习的时间为4周,对实习接收单位来讲,实习4周的时间太短了,学生在实习期间基本上只能到实习单位熟悉施工项目的基本情况,跟着施工人员在现场参观该工程的一些基本施工情况,所以大部分学生在实习工地也只能是以参观者的身份去实习,而不是土木工程培养计划所要求的亲自参与实践锻炼,甚至顶岗实习,因此也就谈不上学生动手能力的培养。而应用型人才培养要求学生参与现场实习的时间一般都在半年甚至是一年的时间,因此企业就能有针对性地安排现场技术指导来培养学生的工程实践能力,学生一般也能完整地参加一个项目的施工和管理,学生可以深度参与到施工和管理活动中去,动手能力得到极大的锻炼,对整个项目的施工管理也非常清楚,真正达到了生产实习的目的。
生产实习教学改革探讨
(一)人才培养方案实践环节改革
人才培养方案是指导人才培养的大纲,现有的土木工程人才培养方案中,实习教学时间为4周,在现有的社会环境和企业体制下是远远不能达到土木工程专业对学生实践性能力培养的目标的,一方面希望学生在较短的时间内掌握一定的土木工程实践技能,一方面企业生产需要提高劳动生产率,需要现场得到安全保障,就不希望有其他外界因素干扰,因而企业不希望接受学生实习。笔者通过今年指导生产实习发现企业不愿意接受学生实习的真正原因有以下几点:第一,学生到工地实习,有安全风险,现在项目的管理都是安全责任一票否决制,而学生没有经过一定的现场安全培训,如果接受必然给管理带来一定分不确定因素;第二,学生实习的时间短,即使项目上安排一名指导人员指导学生实习,让学生能得到一定的锻炼,但学生刚刚上手能干一点实际工作时,学校的实习时间就结束了,企业花费人力物力培养学生,得不到任何回报,对于那些小企业更是如此;第三,现在学生在工地上没有吃苦耐劳的精神,愿意主动参加实践锻炼的人很少,安排的任务不能完成。根据我校前几年生产实习反馈的信息可以知道,学生认为在实习期间所进行的工作重复性很强,没有必要跟着项目的进度去完成实习,这刚好是企业所不希望看到的。实事上,很多企业只要学生能遵守纪律,吃苦耐劳,勤学好问,他们还是愿意做出一定的奉献来培养土木工程的接班人。为了更好地配合企业生产来达到锻炼学生实践能力的目的,应该从土木工程人才培养方案入手,加强学生实践能力的培养,特别是增加学生参加生产实习的时间,提高实习效率,这样实习接收单位能很好地安排学生参加生产实习,学生也能完整地参加一项工程的施工和管理工作,全面接受土木工程实践锻炼。在实习的安排上要让学生建立完整工程概念。学生将来在市场激烈竞争的现实中面对的是完整工程,而学生所学习的知识是分散在每门课程里面,对一门课程来讲是完整的,但对一个工程来讲是局部的,所以要让学生在工程实践中将所学的各门课程的知识串起来形成完整的知识体系,充分理解各门课程之间的联系,同时让学生能在实践中体会实际工程是一个系统工程,让他们形成完整的工程概念。因此,需要建设一个良好的工程训练环境,让学生在一个工程的环境中学习和生活,让学生在耳濡目染中感受工程、接受工程,在潜移默化中增强完整工程概念,积累工程实践经验。学生通过这样的实习一定能很好地锻炼动手能力和解决工程实际问题的能力。
(二)加强校企合作建立长期稳固的实习基地
1906年,美国的辛辛那提大学首次推出“合作教育”,即:一部分专业和一些教育项目的学生,一年中必须有1/4的时间到与自己专业对口的公司或企业等单位去实习,以获得必要的知识。近百年来的实践证明,合作教育方式具有强大的生命力。目前,美国开办不同层次,不同类型和不同形式合作教育项目的院校已有1000多所,参与全美国高等教育合作教育的大公司和企事业单位已达5万多家[2]。教育部新近推出了卓越工程师培养计划,明确了人才培养的目标定位,提出了采取“3+1”模式实施应用型人才的培养,该模式必须实行校企合作的办学机制,才能确保人才培养质量稳步提高[3]。长期稳定的实习基地,是开展实习工作非常重要的基础。我校现有土木工程的实习基地有3个,但真正能长期合作,给学生提供实习平台的不多,这就要求实习队临时去联系大部分实习工地。临时联系实习工地一方面大大增加了指导教师的前期准备工作,而且企业也不是很愿意接收,即使接收学生实习很多单位也是敷衍了事,没有真正安排现场指导人员让学生参与生产实践,与教学要求相差甚远,也就很难达到实习的目的。长期稳定的实习基地可以加强学校和企业的联系和沟通,能让企业更加理解学校对土木工程人才培养的需求,让企业更加愿意接收学生实习,更好地安排学生进行现场顶岗实习,学生完全以项目施工技术人员的身份参与到工程施工的实践中去,从工程的施工技术、施工组织、工程质量控制、施工管理等方面进行实践锻炼,从实践中学习知识,把理论和实践更好地结合起来,并跟随一个完整的工程施工全过程,建立整体工程的理念,学生通过长期与现场技术人员的沟通交流锻炼了学生分析和解决工程实际问题的能力,又培养了吃苦耐劳的精神,强化了学生的责任感和团队合作精神。长期稳定的实习基地非常有利的是能满足灵活机动的实习要求,企业往往会有多个项目同时在施工,而且每个项目的施工进度是不一样的,学校可以根据专业课程的进度灵活地安排学生在实习基地的施工现场进行短暂的现场参观等实习活动,这样可以加深学生在理论学习是对抽象概念的认识,做到理论和实际的有机结合,增加学生的学习兴趣;学生还可以通过在现场实习也更加深刻认识到土木工程需要他们具备什么样的能力,以促进学生自觉学习。所以,学校应该进一步探索与建筑企业合作建立长期实习基地的模式,建立更多的、有效的实习基地,为实习教学奠定良好的基础。
(三)校企合作制定培养计划和任务
校企合作可以让学校从与企业的交流中掌握目前土木工程人才市场对学生能力的需求,从而更加有针对性地制定相关的人才培养计划,更好地执行人才培养计划,学校也可以与企业共同制订专业培养方案,根据建筑企业生产、管理的实际不断更新教学内容,让土木工程专业的培养方案更加贴近企业的需求,让学生具备更高的市场竞争力。在校企合作模式下,学校主要承担土木工程理论教学的任务,而实践教学主要由企业承担,学校只是参与实践教学管理和指导。结合土木工程专业毕业生所必须具备的能力与素质,系统地制定学生在企业学习阶段的培养目标、任务及实施计划,确立可操作性强的企业培养方案。其主要内容应包含建筑企业文化学习,施工技术训练和施工管理。学生通过在企业实习认识企业文化、深入了解企业发展战略和管理模式,如何培养企业文化。施工技术训练,这是培养计划的主题,培养计划应包含建筑工程各个施工工序的操作技能培训,让学生通过在企业参加实习,建立完整的工程概念,对各个工序的施工技术和施工组织有深刻的认识,达到能独立组织项目施工的目标。项目施工管理先行,培养计划应该让学生参与到施工管理中去,让学生深入掌握项目管理的内容、程序和规律,学生通过实习初步掌握项目施工组织编制能力,掌握工程量清单编制,初步了解工程成本控制、合同管理和进度控制等项目。
(四)校企合作加强教师实践经验的培养
专业教师在拥有丰富的学科知识的同时,还要提高学生需要的在经济建设一线工作的专业技能,要善于研究所授内容在专业培养目标中的作用以及所教内容与学生工作实践的结合[4]。企业技术人员长期从事工程实践,实践经验非常丰富,因此可以加强校企合作让高校教师有目的地到企业锻炼,丰富教师的实践经验。教师的实践锻炼可以根据教师承担课程分别到设计单位和施工单位,让他们参与完整的工程设计和工程施工。教师参加工程设计应该更深入地掌握工程设计的程序、设计的关键方法和技术、设计软件的使用和注意事项、设计规范的应用等诸多工程设计问题。教师参加工程施工应该从施工组织、施工技术和施工管理等方面全面掌握现场施工实践技能。教师通过到企业锻炼实践经验得到丰富后,在理论课的授课中必然更加生动、具体,也更加有针对性,从而提高教学质量。