《現代工程測試技術》課程實驗方案設計與實踐

華北水利水電大學土木與交通學院　　汪志昊　　錢曉軍　　王麗娟　　李曉克

《現代工程測試技術》課程實驗方案設計與實踐

華北水利水電大學土木與交通學院汪志昊錢曉軍王麗娟李曉克

筆者參考高等學校土木工程本科指導性專業規范相關要求，密切結合國家現行工程結構檢測規范與標準，根據筆者所在學校工程力學專業《現代工程測試技術》的課程要求、教學目標，設計制定課程配套實驗方案，明確各實驗項目實驗目的與能力培養要素。經過連續三年的實驗教學探索與實踐，《現代工程測試技術》課程取得了較好的教學效果，提升了學生的綜合創新與實踐能力。

工程測試技術 工程力學 試驗 檢測 實踐

筆者所在學校自2013年開始在工程力學專業開設《現代工程測試技術》課程，其主要起源于高等學校土木工程本科指導性專業規范基礎知識領域核心知識單元“工程結構試驗”，以及實踐領域核心知識單元“土木工程測試技術”與“土木工程專業實驗（土木工程相關方向的檢測技術）”。

該課程緊密圍繞相關規范標準，講授現代傳感、測試、數據分析與處理在土木工程結構試驗與檢測中的應用。該課程的核心內容包括工程材料（結構）的強度、耐久性、結構缺陷（損傷）、結構靜動力性能等方面的測試、檢測與安全評定等，具有較強的綜合性與實踐性，屬于工程力學專業畢業生必須掌握的專業知識和專業技能。

一、課程背景

1.教學目標

通過課程理論知識的學習與相關實踐環節的訓練，學生可以掌握土木工程測試、試驗與檢測方面的基本知識和技能，培養正確應用規范和儀器、正確分析實驗結果的能力，提高分析與解決實際工程問題的能力，使學生在學好專業知識的基礎上，能根據工程結構設計、施工和科研任務的需要高質量地完成工程結構的檢測、監測、評定與科學試驗研究工作。

具體教學目標有：

（1）學生了解與掌握土木工程質量無損檢測技術與設備（混凝土回彈測強、混凝土缺陷檢查、混凝土保護層厚度測定、鋼筋定位等）；

（2）學生理解與掌握工程結構靜載和動載試驗的準備及組織（方案設計），掌握常用量測儀表的工作原理、選用與操作；

（3）學生了解綜合無損、靜動載檢測技術進行工程結構（房屋、橋梁等）的檢測、監測與評定等實際工作；

（4）學生會用數學方法統計與分析試驗數據，熟悉試驗、檢測報告的編寫。

2.理論教學主要內容

理論教學的主要內容為，介紹現代工程測試技術在土木工程領域應用的基本方法、程序，重點講授工程結構的靜動載檢測方法、現場實施指南以及檢測報告編制等。

授課教材選用王立峰、盧成江編著的《土木工程結構試驗與檢測技術》，主要教學參考書有胡向東編著的《傳感器與檢測技術》等。課程共32學時，其中實驗8學時。理論教學的24學時教學模塊分為：

（1）結構無損檢測技術（4學時），主要包括混凝土回彈測強、混凝土缺陷、混凝土保護層厚度測試等；

（2）結構靜載測試（6學時），主要包括結構靜載試驗量測儀器、程序與試驗準備工作、試驗荷載、加載方案、結構靜力性能評定等；

（3）結構動載測試（6學時），主要包括動載量測儀器、加載方法與設備、動載測試的方法與程序、實驗模態分析、結構動力性能評定等；

（4）試驗數據的整理與分析（4學時），主要包括誤差分析及計算、ORIGIN軟件數據處理與圖形繪制等；

（5）現代測試技術工程應用案例分析（4學時），主要包括房屋建筑結構檢測與監測、橋梁結構檢測與評定等。

3.實驗教學必要性

土建類專業教學過程中，實踐（實驗）教學與理論教學密不可分?，F代工程測試技術是一門與工程實踐緊密結合的課程，通過實驗環節的訓練有助于加深學生對土木工程測試與檢測技術的全面認識，培養學生正確應用規范和儀器、正確分析實驗結果的能力，為學生畢業后從事工程結構檢測評定、運營維護與科研試驗研究等工作打下基礎。

通過實驗環節培養，預期達到以下三個目的：

（1）學生熟悉、驗證、鞏固所學的土木工程測試與檢測理論知識；

（2）學生了解所使用的儀器設備，掌握結構無損檢測、靜載以及動載試驗方法；

（3）學生進行科學研究所需的試驗能力基本訓練，培養綜合分析問題和解決問題的能力。

二、實驗方案

1.開課時間確定

《現代工程測試技術》學習設計有《材料力學》《結構力學》《結構動力學》《土木工程材料》《混凝土結構設計原理》《鋼結構設計原理》《橋梁工程》等先修課程知識。

筆者建議該課程設置在大三第二學期后八周或大四第一學期。筆者所在學校具體安排在大四第一學期，以便更好地使其與該學期末開設的專業《實驗技能訓練》課程實現對接。

2.實驗項目設置

參考現行高等學校土木工程本科指導性專業規范，學校設置的課程實驗項目與學時安排見下表。工程力學專業學生學習《混凝土結構設計原理》課程時已開展了四個學時的鋼筋混凝土適筋梁正截面承載力實驗，該實驗屬于典型的結構構件靜載試驗。

因此，本次實驗安排主要圍繞工程結構無損檢測、動力試驗展開，靜載試驗僅涉及靜載量測技術與方法訓練，不再開設結構構件靜載試驗。

實驗項目與學時分配

3.實驗項目目的

（1）量測設備的參觀與操作練習：學生了解與掌握各種儀器設備的工作原理、選用原則（適用范圍）與使用方法、步驟等；

（2）電阻應變片粘貼技術：學生掌握電阻應變片的工作原理、選用原則、粘貼步驟以及粘貼質量控制與檢查，了解電阻應變片橋路連接方法等；

（3）回彈法檢測混凝土抗壓強度：學生掌握回彈儀的構造與工作原理，掌握回彈儀檢測結構混凝土強度的步驟、方法、數據處理等；

（4）混凝土保護層厚度測試與鋼筋定位：學生掌握混凝土鋼筋檢測儀的構造、電磁式探測法工作原理與使用方法等；

（5）三層鋼框架結構模態分析測試：學生掌握拾振器的選用原則與檔位設定方法，掌握動態信號采集與系統的使用方法（通道參數設置、采樣頻率等），掌握用自由振動法、環境振動法測試工程結構振動頻率、阻尼比等自振特性參數的方法，掌握結構動載試驗的數據處理方法（時域分析、頻率分析）等。

三、實驗教學成效

通過連續三年的實驗教學實踐，教師在理論教學過程中穿插實驗環節，有助于增強工程力學專業學生對土木工程測試與檢測技術的感性認識，能提高學生的學習積極性，提高學生的綜合實踐與創新意識及能力。

依托該課程，筆者指導工程力學專業本科生在中文核心期刊《建筑結構》發表學術論文《某面粉廠房樓板的振動控制》，完成的“某面粉廠生產樓板的振動分析與減振研究”作品獲河南第十二屆“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽三等獎。筆者指導工程力學本科生完成的“擺式調諧質量阻尼器的頻率調節新方法”獲河南第十二屆“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽二等獎，撰寫的學術論文《擺式調諧質量阻尼器頻率調節新方法》被《振動工程學報》錄用。

[1]GB/T50152-2012，混凝土結構試驗方法標準[S]．

[2]JGJ/T 23-2011，回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程[S]．

[3]JGJ/T152-2008，混凝土中鋼筋檢測技術規程[S]．

[4]GB/T50269-2015，地基動力特性測試規范[S]．

[5]屈 鋒，程火焰，陽國鋒．土木工程專業實驗教學改革與創新[J]．高等建筑教育，2011

[6]汪志昊，劉 飛，吳澤玉．某面粉廠房樓板的振動控制[J]．建筑結構，2015

ISSN2095-6711/Z01-2016-11-0210