橋梁荷載試驗(yàn)技術(shù)教學(xué)改革研究

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(shí)，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(píng)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(dòng)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(dòng)載試驗(yàn)測定橋梁的受迫振動(dòng)特性，測試內(nèi)容包含橋梁結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)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(píng)估，提出相應(yīng)評(píng)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(shí)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(huì)導(dǎo)致檢測的評(píng)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(dòng)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(shí)點(diǎn)，如果這些基礎(chǔ)知識(shí)也不夠扎實(shí)，那也難以將專業(yè)理論知識(shí)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(huì)涉及封閉交通，因此現(xiàn)場的試驗(yàn)流程需處理好，不然會(huì)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(huì)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(shí)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(shí)，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(píng)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(dòng)力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，還有橋梁工程中的橫向分布系數(shù)的計(jì)算等知識(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，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)