信息化背景下道橋工程專業實驗教學改革研究

仇成竹

遼寧科技大學 土木工程學院道橋系 遼寧 鞍山 114051

我校道橋專業實驗分為道路與橋梁兩個方向，目前，橋梁方向實驗內容為橋梁無損檢測，其檢測的對象為橋梁結構或構件，而我專業目前并沒有實際的橋梁結構或構件，之前檢測實驗基本是到市內某城市橋梁進行檢測，但是這樣做檢測環境非常受限，由于橋梁較高，不便于實驗，存在安全隱患。針對這種情況，本實驗進行了實驗教學改革，基于實際板橋構件制作了縮尺的板橋主體結構，并進行數值模擬、無損檢測等后續工作，保證了道橋專業橋梁無損檢測實驗的開展[1]。

1 專業實驗教學改革的實施

1.1 專業實驗能力培養目標

專業實驗是對專業課程學習的檢驗和有益補充，兩者聯系緊密，理論聯系實際，提高學生的綜合專業能力和素質。其主要目標有：①專業計算能力：建立的板梁構件混凝土配合比、鋼筋長度和數量均有學生根據專業知識來計算。②信息化數值軟件應用能力：針對制作縮尺板梁構件及連接，運用信息化數值軟件Midas來建模分析，提高學生的軟件信息處理能力。 ③實驗動手制作能力：學生根據模型尺寸，親自動手立模板、綁扎鋼筋、澆筑混凝土等操作，極大地鍛煉了自己的實踐動手能力，防止了眼高手低現象的出現。④結構優化設計能力：針對板梁實驗的數據從判斷出其存在的不足和缺點，然后有針對性地進行修改，將修改結構反映在結構數值模型上面，從而實現了對結構模型的整體優化。⑤信息化數據分析與處理能力：本數值模擬數據眾多，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力、撓度、變形等相關信息，為我們分析結構提供了充足的信息依據。

1.2 實驗教學改革計劃與實施過程

結合實驗教學目的和要求制定了實驗教學改革實施步驟。整個實驗教學改革過程如下：

針對鞍山市千山中路七號橋進行數據搜集，整理出板梁構件結構尺寸和鏈接構造措施；

鋼筋混凝土板橋構件制作及連接構造制作，靜置一個月左右；

（3）利用檢測設備進行鋼筋定位、內外裂縫檢測；

（4）利用橋梁有限元軟件MIDAS建立數值建模；

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

（6）對數值模型進行加載，對比實際梁體和建模梁體的力學性能，評價數值模型準確度。

（7）在數值模型評價基礎上，調整梁體配筋來提高混凝土梁的承載性能。

實驗人數為36人，分成兩大組，每組學生進行實驗分工，分為構件制作組、數值模擬組、實驗加載組、檢測組和結構分析和優化組，各組分別制定實施計劃、進度控制和保障措施，形成書面文字。在教師指導下按計劃實施本實驗，取得了滿意的結果[2]。

2 實驗教學改革的效果分析

經過師生的共同努力，為期四個月的實驗教改項目完成了。通過此次改革，建立了板橋的縮尺模型，數值模型，安全地進行了橋梁無損檢測，并對數值模型進行了結構優化設計。

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

（2）學生在檢測實驗中掌握了四種實驗設備的使用，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，掌握了應變片的粘貼技術，熟悉電阻應變儀的操作方法，掌握了利用電阻應變片和電阻應變儀測量構件應變值的電橋組橋方法，提高了對現代化檢測設備的應用能力；

（3）建立數值模型數量高達30個，學生們應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，在經過同組研究和教師指導下最終克服重重困難，建立了精度高、可靠性好的板橋數值模型，為數值模擬部分的順利完成打下了基礎；

（4）在實驗改革中，因為有學生參與，對其實施過程的安全性提出了較高要求，教師從安全入手，對實驗可能遇到的有危險之處進行逐一排查，有針對性地提出保障措施，比如針對使用切割機對鋼筋的切割等操作，采用了佩戴防護面罩措施加以保護，保證了安全的同時也體現了以學生為主的實驗教學理念[3]。

3 結束語

本次實驗改革，師生共同參與、謀劃，在實驗中事無巨細，才保證了實驗改革的成功。

（1）本實驗安排學生采用工程材料制作鋼筋混凝土梁，并在加載前、后利用檢測設備和儀器對其進行檢測，一方面提高學生實際的動手能力，一方面提高了學生對檢測知識、檢測方法和技術的應用能力；

（2）用數值模擬方法建立梁體的模型，并加載查看相關指標，在確保模型準確基礎上。通過模型配筋調整來優化梁體模型，達到最優設計的目的，培養了學生對工程經濟合理性的理性認識；

（3）本綜合實驗充實了實驗內容，體現了實驗宗旨，實現了實驗課程目標，為后續畢業設計打下了良好的設計基礎；

目前，國內土木工程專業課程實驗教學中很少系統采用數值模擬試驗方法，我們提出數值模擬試驗方法并在有關課程中進行了一些嘗試和探索，為學校的數值模擬試驗系統形成做出探索。