工程结构分析论文范文

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1前言

21世纪是地下空间作为重要资源开发的世纪，人防工程不仅在战争时期是国家防御体系的重要组成部分，在和平时期的经济建设中同样有着十分重要的地位，但是长久以来地下建筑工程的渗漏已是建设者们伤透脑筋的大事，由于地下室不同程度的渗漏水限制了已建人防工程的开发利用，每年不得不投入大量人力、物力、财力进行维修，所以提高防水效果是当前人防工程建设中需解决的重点问题之一。2001年新修订的《地下工程防水技术规范》（GB50108－2001）把结构自防水明确规定为“应选”，而不是旧规范的“宜选”，体现了以结构自防水为主的思想，结构自防水是人防工程防水的治本措施，提高结构自防水质量是提高人防工程最终防水效果的关键。根据自己亲自参与人防工程设计、质监及施工的实践，谈谈提高人防工程结构自防水中应注重的几个问题。想对当前人防建设起到抛砖引玉的作用。

2影响人防工程结构自防水质量的主要因素

2.1工程地质方面。工程地质对基础的均匀沉降有重要影响，是影响人防工程防水效果的关键因素之一。湖南有些城区地质状况较复杂，岩溶和土洞均有不同程度的分布，属地质灾害发育的场地，如果工程地质状况未掌握清楚，地质钻探深度不到位或抄袭相邻的地质报告，工程地质报告未正确反映土层性质、地下水和土工试验情况，则会造成结构设计方案欠佳，施工措施不到位，可能导致基础不均匀沉降，出现人防地下室渗水现象。

2.2设计方面。在认识上，未真正树立以混凝土结构自防水为防水之本的设计理念，在实际工作中往往重防水材料，轻防水混凝土。在设计时，强调防水混凝土的强度等级，而对混凝土抗裂性能未引起足够重视。细部结构和配筋不合理，防水设计与工程结构设计未很好结合，结构形式设计过于复杂。同时，人防专业设计单位缺乏，非专业设计单位的设计人员掌握的人防工程设计知识参差不齐，造成人防工程设计问题较多，使工程质量受到影响。

2.3施工方面。原材料质量控制不良，坍落度控制不好，施工缝等细部结构处理不当，混凝土浇注后未按照施工规范要求进行养护。混凝土结构自防水施工是个精细过程，必须合理地选用配合比、水灰比、坍落度等参数，把好混凝土浇筑、振捣关，注意养护时间和条件，否则将导致混凝土内部出现空隙，结构表面出现裂缝。

2.4监督管理方面。对防水工程质量监督检查不严，未严格按有关规定进行工程全过程监督检查。图纸设计不够规范，设计审查不严。施工前未认真进行图纸技术交底，承包人未掌握防水施工要点，不少人防工程在建设的关键环节和关键部位上，现场监督没有完全到位。对监理公司的监督管理不严，素质和技术管理水平不高，甚至存在无专项资格的监理。

3提高人防工程结构自防水质量的措施

3.1选用合理的结构形式。结构自防水是利用结构本身的密实性、憎水性以及刚度，提高结构本身的抗渗性能，它要求结构本身必须具备一定的刚度，而合理的结构形式是提高结构整体刚度的关键。因此，在结构选型方面，应根据防护要求、平时和战时使用功能、工程地质和水文地质条件等因素综合确定，避免结构平面突变或断面刚度突变，尽量使结构平面选型规整，借以提升结构的整体刚度。

3.2科学设计防止混凝土开裂方案。提高混凝土结构自防水性能关键是控制钢筋混凝土裂缝的产生，在地下工程防水设计中，应特别注重防止混凝土开裂的设计方案，从混凝土强度设计及材料选用、钢筋及拉结筋布置、防止不均匀沉降等方面减少和控制混凝土开裂。

3.2.1选择适宜的主体结构材料强度。提到防水混凝土质量，人们自然想到如何提高强度和抗渗等级，混凝土设计强度、抗渗等级越高，单位水泥用量也就越多，水泥水化产生的热量也高，收缩变形加大，结果导致混凝土结构开裂。因此，要根据使用功能、防水等级、工程埋深等，考虑适宜的人防地下室工程主体结构材料强度，混凝土强度等级不宜低于C30，但也不应过高，抗渗等级应根据工程埋置深度在S6～S12范围内选用。

3.2.2合理选择混凝土原材料及配合比。一是正确选择水泥品种和用量。一般选用水化热较低的水泥，在保证混凝土强度和其他性能的前提下，通过优选砼配合比，尽量减少水泥用量。二是严格骨料质量，特别应重视粗骨料的选择，宜选用表面粗糙、质地坚硬、级配良好、空隙率和含砂率小的石料。三是掺用符合国家标准要求的粉煤灰替代混凝土中的部分水泥制成粉煤灰混凝土，降低水化热，增加密实性，增强砼后期强度，提高砼的抗掺性和抗裂性。四是掺入适量的膨胀剂，配制成补偿收缩混凝土。补偿收缩防水混凝土不但可以减少混凝土在各龄期的收缩值，而且使混凝土在硬化过程中推迟了收缩的产生时间，提高了混凝土抵抗收缩应力的能力，从而减少了收缩裂缝的数量。

3.2.3钢筋布置的设计。一是适当增加墙体水平构造筋。墙体受力钢筋过多，水平构造筋过少是墙体容易开裂原因之一。为了防止这些裂缝的产生，可以采用螺纹钢筋，并适当减少水平构造筋的间距，增加墙体水平构造筋，以提高混凝土极限拉伸强度。二是合理设计拉结筋结构。在设置拉结筋时，采用“梅花型”布置，尽量少而精。双面配筋采用统一的模数确定钢筋间距，保证双面钢筋交叉点连线垂直于钢筋网。在拉结筋中间焊接止水环，或将拉结筋与模板拉杆二者结合起来，合设一个止水环。

3.2.4防止基础不均匀沉降。在开始设计前，要取得全面、准确的工程地质情况资料。在设计时应注意上部结构的均衡布置，以减少上部荷载不均导致沉降差，地基基础设计以控制变形值为主，设计单位必须进行基础最终沉降量和偏心距离的验算。岩溶和土洞有不同程度分布的人防工程，应对持力层范围内的岩溶、土洞进行相应处理，在地基土的压缩性有显著不同处或在地基处理方法不同处设置沉降缝。

3.3提高防水混凝土的施工质量

3.3.1控制好原材料的质量。混凝土的原材料必须符合现行国家标准、施工及验收规范和设计的有关规定。在施工前进场材料必须现场抽样检验，达不到要求不得使用，重点控制好水泥的用量、强度，砂石含泥量及级配，要通过增加优质粉煤灰等来减少水泥用量，避免混凝土实际强度超过设计强度，提高抗裂性能。

3.3.2把好混凝土浇筑、振捣关。混凝土应分层浇筑、分层振捣，相邻两层浇筑时间应根据气温情况合理确定，以确保上、下层混凝土在初凝之前的牢固结合。混凝土泵送入模时，应使其水平均匀入模，并控制其自由倾落的高度。混凝土振捣前应先根据具体的结构物设计振捣点，振捣时间一般为10～30s，以混凝土开始出浆和不冒气泡为准,避免漏振、欠振和超振。

3.3.3选择合理的混凝土坍落度。实践证明，在同等条件下，混凝土坍落度越小，混凝土早期收缩越小，施工后主体结构出现的裂缝越少。用于防水的商品混凝土入模坍落度应控制在120±20mm，目前，人防地下室普遍采用混凝土泵送施工方法，为控制坍落度同时又保证可泵性，应选择质量好的混凝土输送泵，最好选用进口混凝土输送泵。

3.3.4设置、处理好细部构造。混凝土应尽量做到连续浇筑，不留或少留施工缝。施工缝的设置，主要考虑一次混凝土浇筑强度和有效控制混凝土的收缩裂纹，在施工缝处继续浇筑混凝土前，对接缝表面应进行凿毛处理,粘贴遇水膨胀止水条或中埋式止水带。因工程设计需要设置后浇带的地方应提高施工质量，采用补偿收缩混凝土，其配合比应经试验确定，施工前，应将接缝面用钢丝刷认真清理，凿去表面砂浆层，完全露出新鲜混凝土后再浇筑。

3.3.5重视混凝土拆模及养护工作。抗裂防水混凝土由于掺加了大量矿物掺合料，早期强度增长一般较为缓慢，后期强度有较高的持续增长，因此拆模时间和养护制度与普通混凝土不同，混凝土侧模的拆除时间一般比普通混凝土晚2d，严禁过早拆模。混凝土终凝后应进行养护，养护时间不少于14d，以防止在硬化期间产生干裂。

3.4加强质量监督管理，把好设计审查、施工监督、竣工验收关

3.4.1坚持标准，严把设计审查关。要选择有资质的设计单位，提高设计质量。抓好施工图设计审查，对不符合人防工程建设设计规范、强制性条文及行业标准的施工图，提出审查修改意见，由设计单位进行修改，经审核批准后方可施工。进行设计交底和图纸会审，使施工单位熟悉设计图纸，了解工程特点和设计意图以及人防工程施工的质量要求等。

3.4.2跟踪到位，严把施工监督关。人防工程质监部门要对建设、勘查设计、施工、监理单位在工程建设中作出的具体质量行为合法性进行监督检查，对每一项报监工程制定质量监督计划，对关键工序、关键部位、关键环节实行跟踪监督检查，采取法律、经济、行政手段及时纠正问题，严防不合格的工序质量形成或进入下一道工序。建设、施工单位要建立健全质量管理制度，设置工序控制点，把好工程材料进场关，加强施工过程质量控制，杜绝随意变更设计和不按审查批准的设计图纸施工现象的发生，确保设计、施工方案和质量保证措施在实际工作的落实。

3.4.3规范管理，严把竣工验收关。利用人防工程竣工验收备案这一强制手段，强化监督管理，检查设计、施工等环节的工作成效，对存在的问题要求及时整改，使得不合格的工程不能备案，更不能投入使用。

4工程实践

某综合楼地上十二层，地下二层，建筑高度约56m，总建筑面积约10.41万m2，该工程地下一、二层为汽车库及配套设备用房，其中，主楼地下二层设有部分人防地下室，防水等级为一级。近年来，由于结构裂缝影响人防工程地下室正常使用的问题越来越突出，该工程一开始就对结构自防水问题认真对待，确定“综合治理，以混凝土结构自防水为主”的防水原则，重点对结构自防水采取了以下措施：

4.1强化地质状况调查，采用合理的主体结构形式。根据该工程所在地的地质情况，对持力层范围内的岩溶、土洞进行了相应处理，设人防地下室的主楼基础形式通过采用复合地基和调整桩基的桩长、桩数、桩径等来调整各部分的沉降量。地下室布置规整，为现浇钢筋混凝土结构，从结构选型方面提高了结构整体刚度。

4.2优化配合比设计。混凝土配合比经与混凝土厂家反复试配后慎重决定。如C45、S8剪力墙1m3混凝土各种材料用量分别为：水泥340kg、河砂649kg、碎石1058kg、粉煤灰73kg、矿碴73kg、缓凝高效减水剂7.29kg、水180kg，即配合比为1：1.909:3.112:0.215:0.215:0.021:0.529。本配合比最大特点是通过掺入优质粉煤灰和矿碴(每m3混凝土掺入量达146kg)，减少了水泥用量，降低了混凝土最高绝对温升，同时节约了成本。

4.3严格施工工艺和方法。严格控制混凝土坍落度，当坍落损失后不能满足施工要求时，加入原水灰比的水泥浆或二次掺加减水剂进行搅拌，严禁直接加水。严格控制混凝土入模温度，避免在高温时段灌注混凝土。主体结构施工时，采用合理振捣方法，拆模时间不宜过早，混凝土养护及时到位，采用混凝土养护自动喷淋系统。

4.4加强工程质量的监督。对设计中存在的问题提出了审查修改意见，经再次审核批准后施工。制定了该项目质量监督方案，对关键工序进行重点监督抽查验收。

该人防工程地下室建成近一年来，工程质量完好，未出现渗漏水现象，取得了良好的效果。

5结语

以上是多年来自己从理论到实践从事人防工程设计、施工、质监工作中的点滴体会，是对人防工程结构自防水问题的研究和探讨，总的来说可以归纳总结出提高人防工程结构自防水质量的“一个理念、一个重点、四项手段”的解决方案。即树立“混凝土结构自防水为主，防排结合”的理念；以防止混凝土开裂为重点，提高人防工程防水耐久性；采取“四项手段”：一是选择规整的结构平面形式，二是从混凝土强度选择、优化配合比、钢筋及拉结筋布置、防止不均匀沉降等方面科学设计防止混凝土开裂的方案，特别是针对龙岩优质粉煤灰较多情况，在保证混凝土强度的前提下，减少混凝土中水泥用量，增加粉煤灰用量，三是提高防水混凝土施工质量，特别是在许可的范围内尽可能降低混凝土坍落度，把好混凝土浇筑、振捣、养护关，四是加强质量监督管理，做好防水混凝土施工前、施工中和竣工的全过程质量监督管理。希望能对提高人防工程结构自防水有所帮助，不当之外，请批语指正。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准.GB50038－2005，人民防空地下室设计规范.

[2]中华人民共和国国家标准.GB50134－2004，人民防空工程施工及验收规范.

[3]朱祖熹.浅谈地下工程防水规范实施中的若干问题.施工技术2003.（03）

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0前言

程结构跨度变得越来越大，结构的动力特性也就显得越来越重要，因此结构设计帅和上程技术人员也对它更加重视。方面，通过对结构动力特性优化设计，使结构处于良好的上作状态，保证了结构的安全可靠性，延长了结构的使用周期和减少了对环境的厂几扰:另一方而，通过结构的动力特性可了解复杂结构的结构性能和技术性能，从而作出科学的技术评定。运用结构动力特性解决程实际问题，需要有个桥梁—近20余年迅速发展起来的模态分析技术。模态分析是结构动特性分析的，种手段，通过分析L.程结构的模态特性可建立结构在动态激励条件下的响应，预测结构在实际五作状态下的工作行为及其对环境的影响。

1模态分析理论

1.l模态分析的实质

模态分析实质是一种坐标系统的变换，目的在于把原在物理坐标系统中描述的响应向量放到所谓的“模态坐标系统”中描述，这一坐标系统每一个基向量恰好是振动系统的个特征向量，利用各特征向量之间的正交性，可使描述响应向量的各个坐标互相独立而无藕合，于是，振动方程是一组互无祸合的方程，各个坐标均可单独求解。

1.2模态分析的方法

模态分析可分为实验模态分析与计算模态分析两种方法。实验模态分析是采用实验与理论分析相结合的方法来识别结构模态参数(模态频率、模态阻尼、振型)，用实验的方法来寻求模态振型以及描述响应向量的各个坐标，即模态坐标。它对程结构的动态分析及优化设计有实用价值。工程结构可视一系统，系统的动态特性是指系统随频率、刚度、阻尼变化的特性。它既可用频域的频响函数描述，也可用时域的脉冲响应函数描述。建立频响函数与模态参数之间的关系，以便识别模态参数，是模态分析的理论一项重要内容。

实验模态分析可分为两种不同的实验方法:

正则振型实验法(NMT):此法用多个激振器对结构同时进行正弦激励，当激振力矢量被调到正比f某一振型时，就可激励出某一纯模态振型，并直接测出相应的模态参数，不必再进行计算。该法的优点在于所得的结果精度高;但它需要高精度的庞大测试仪器和熟练的实验技能，费时长，成本高。

频响函数法(FRF):此法可只在结构的某一选定点卜进行激励，同时在多个选定点依次测量其响应。将激励和响应的时域信号，经FFT分析仪转换成频域的频谱。因频响函数是响应与激励谱的复数比，对已建立的频响函数数学模型进行曲线拟合，就可从频响函数求出系统的模态参数。该法的优点在于可同时激励出全部模态，测试的时间短，所用仪器设备较简单，实验方便，在产业和科研部门得到了一泛的应用。

1.3模态分析技术

模态分析技术的各主要环节如下图所示:

频响函数H表示系统的输出X与输入F的复数比，基木定义是

它的物理含义是:在频率山处输入(激励)—一单的正弦力，则系统将在同样的田处产生一正弦运动的输出(响应)，如下别所示:

而对于线性定常系统，任何输入/输出谱，都可以认为是正弦谱的迭加。故描述系统动态特性的频响函数(FRF)与用来测量的信号类型无关，可用同样应用于简谐激励、瞬态激励和随机激励。

模态分析中结构的各阶固有频率相差较大，而阻尼又较小的情况下，以某一固有频率激振时，该阶固有模态就占土导地位，在定的误差范围内即可当作纯模态响应看待，于是识别L:作可化为一个一个的单自由系统进行就非常方便。但是实际实验中要激出“纯模态”响应是不可能的，因为任何一种分布的激振力必将激出多个模态响应，实际测得的响应是多个响应的叠加。从能量的角度米看，各阶模态之间是正交的，各固有模态之间总是不祸合的，每阶固有模态表现为一种特定的能量平衡状态，各平衡状态之间没有能量交换也互不祸合，结构的能量就是各阶固有模态能量的总和。

模态分析最主要的应用是建立结构动态响应的预测模型，为结构的动强度设计及疲劳寿命的估计服务。模态分析的结果必将伴随着模态坐标的缩减，因为在实际中，我们总是只是取其中的若厂阶起土要作用的模态，而忽略其余阶模态。在物理坐标系中所表达的结构振动方程是按动力平衡观点或牛顿第，二定理来建立的，而在模态坐标系统中建立的响应计算模型或动力方程是从能量平衡观点建立的。局部物理参数的变化总能在模态参数中得到反映，但并非是很敏感的，有的局部变化甚至是不敏感。例如，在某阶振型的节点(该处振幅理论值为零)处附加质量，对该阶模态参数就不会引起变化，所以我们常常能够通过模态参数的变化来检测结构局部损伤，但不能检测非常小的局部损伤。实践说明，在结构动特性中，振型对局部损伤的敏感性大于其它参数的敏感性，而应变模态振型比位移模态振型更敏感。

众所周知，结构在脉冲激励下作自山振动时，由于结构阻尼的存在，其响应将逐渐衰减。理论，结构的动力响应可视为各阶模态按不同比例叠加的结果。对于结构位移响应而言，高阶模态的位移贡献相对较小，而低阶模态的位移贡献相对较大。因此当结构自由振动时，不少人认为结构的模态阶数越高，其响应衰减的速度就越快，最后保留的部分响应是以结构第一阶模态所作的自山衰减振动。目前，这直觉甚至被当作结论被L程界所接受，并在许多上程结构的动态测试中应用，特别是被用来确定结构的第一阶固有频率和阳尼系数。从结构的位移响应中获得的这直观结论，在振动理论尚未给予明确的回答。事实，并非所有程结构都表现为“结构的模态阶数越高，其对应的位移响应衰减的就越快”。

2工程实例

湖北省秘归县三峡库区一钢筋混凝上结构转体施1.拱桥(土跨105米)的成桥动力试验中，为了获取桥梁在车辆激励作用下的自由振动响应信号，在桥而一3/8处(点A1),1/8处(中点A2),3/8处(点A3),1/4处(点A1)，分别布置了加速度传感器(桥梁结构示意图如图1所示)。桥梁结构在不同速度的载重车辆的激励下，其振动的自由衰减响应信号由低频加速度传感器获取，经过电荷放大器、滤波器后，送数值信号采集分析系统作频谱分析。

A1点的加速度响应频谱如图2所示，结构的第1至4阶固有频率分别识别为2.12Hz,3.54Hz,4.781-Iz和G.44Hz;而由A2点的加速瓜响应频谱分析仅识别出结构第2阶和第4阶固有频率:3.54Hz和G.44Hz(对称点的响应信号无法识别出反对称的振动模态，即该结构的第1阶模态是反对称的)。如果将A1点的加速度自伯响应信号经过一定时间衰减后(截取信号的后部分，其类似d单自由度振动系统的自由衰减响应信号)，对其作余振波形分析，固有频率为3.SOHz;如果对其信号作频谱分析，识别的固有频率为3.54Hz,皆为结构的第2阶固有频率。其分析结果表明该桥梁结构的第2阶模态比第1阶模态衰减得快，即结构自由振动时各阶模态衰减的快慢并非一定按模态顺序排列。同时必须指出的是，在许多成桥动力检测中，目前仍然应用结构的余振波形来确定结构的第1阶固有频率和阻尼比，这样就很有可能将结构的高阶模态参数误作为第1阶模态参数，进而对结构的建造质量和技术性能作出错误的判断。

3结论

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一、在应用性课程中进行论文答辩的必要性

以笔者曾旁听过的结构分析II果程为例。结构分析in是阿尔伯塔大学土木与环境工程学院所开的一门专业课程，主要内容是钢结构的结构分析和构造设计，开课对象主要为三年级学生。在课程进行中，学生以4一6人为一个小组，要求各小组分别完成一个公路桥的设计，但并没有留出专有的课堂设计时间，一切作业皆在课余完成。在课程结束前的最后一周，教师会安排时间要求学生对自己完成的课程设计内容进行陈述并进行答辩。

结构分析II:陈程是关于钢结构的构造、计算等设计内容，但要求的课程设计题目比较概括，并没有严格的限制，所以课程设计涉及到了更为广泛的知识面。结构主体既有钢结构，也包括钢结构与钢筋混凝土组成的混合结构，其造型新颖，主体结构形式涵盖了梁式、拱式、桁架及悬索结构，提交的报告书内容包含了结构设计、施工方案及技术及经济上的可行性指标分析等。

在对答辩旁听的过程中，笔者感觉到学生进行的课程设计有着较高的水准。学生的知识面较广，独立学习的能力强，能够有效地将学习内容和掌握到的知识体系有机地联系和整合在一起，在课程的学习过程中不拘泥于教师要求的内容，会主动地学习和摄取其他与结构分析II]课程相关的内容，具有自我完善并构成完整的知识体系的能力。与国内高校的学生相比较，或许在纯理论基础上没有什么差异，但动手、实践及科研能力明显较强。

在阿尔伯塔大学进修学习的时间内，笔者注意到，国外的教师若仅以其在课堂上对知识点的讲解能力而言，并非比国内的高校教师更优秀，课堂教学手段也同样是辅助以幻灯和投影，但其课堂外的教学手段则显得更为灵活多变，学生的学习主动性和积极性较之国内的学生有着明显的优势。因此，即使受到中国目前教育条件和资源所限，发达国家教育体系中一些对基础设施和社会资源要求较高的手段我们无法直接借鉴，但我们也可挖掘自身的潜力、发挥自己的优势，在目前的环境条件下取得一个最大化的成果。就课程答辩这一环节而言，在我们的教学工作中就可以直接应用，并且从教学工作出发，也是相当有必要的。

提高学生的综合素质是中国高等教育急需解决的问题。在国内高校中，一般都没有课程答辩环节，但答辩对学生能力的完善却有着相当重要的作用。在一门课程的学习过程中，如果学生只是完成课程考试或仅是以设计或论文的提交即告结束，那么对相关知识的理解和认识必然就缺乏一个反馈的过程，要么没有从实用的角度得到总结，要么对于在自己学习或所写论文中没有涉及到的知识点难以得到更深层次的认识和理解。而通过答辩过程的实施，教师可以通过对提交论文的批阅掌握教学情况和学生学习情况，并在答辩过程中提出针对性的问题，以加强学生对相关知识的理解。更为重要的一点，就是学生不仅加深了对自己完成工作的认识，还可以在听取其他学生的论文答辩过程中了解和掌握自己没有涉及到的知识点。这是一个教学互动的过程，通过完成课程论文或设计并完成答辩，学生可以更为准确地把握课程的核心内容，并且通过独立地完成论文和答辩达到对课程知识点系统性的认识，培养了主动学习的能力。

二、在应用性课程中进行论文答辩的可行性

多媒体教学方法开始全面引入到大学的课程教学中，同时国内高校对多媒体教学手段的应用也趋于普遍化。先进的教学手段的使用，使得教师可以节省板书时间，而把主要的精力都放在概念的讲解上。但若仅是作如此调整，并不能够完全改变传统教学方式对素质教育的束缚，依然是教师主动地教、学生被动地学，不能完全发挥出先进教学手段的优势。因此，现在国内教学界对多媒体教学方式的采用仍然存在相当大的争论。从素质教育的根本出发，从培养学生综合能力的角度出发，最为重要的还是需要培养学生学习的主动性和积极性。

培养学生的目的是学以致用，使学生具有较高的综合素质，但学生在一些课程的学习中，由于单纯的课堂教学存在讲解呆板、枯燥的情况，学生学习积极性不高。其实即便学科的理论性再强，这些科目与实践工程和生活的联系都是很紧的，因此，教师可以直接从实际工程中取材，把教学工作与实践应用结合起来，设立课堂论文的环节。多媒体教学手段的应用在提高课堂教学信息量的同时，也可以大幅减少课堂板书的时间，节余的教学时间可以用于学生的论文答辩。

笔者在进行结构程序分析课程教学时，也探索性地使用了増设课程论文答辩的方式进行教学。

结构程序分析是一门基础专业课，学时数一共为54学时，其中理论讲解36个学时，上机实习18个学时，主要的教学内容是杆系有限元与平面有限元程序设计和分析其在结构工程中的应用。考核的方式为期末考试，课堂成绩占80%上机实习成绩占20%。由于其中涉及到大量的结构程序分析的内容，因此，在教学过程中，略显烦琐的矩阵分析和弹塑性的公式推导占据了教学的大部分时间。这种传统教学方式显得相对单调，学生在学习中普遍感受枯燥，主动性较差；而上机作业不时有抄袭的现象发生。

为了提高教学质量，改变教学工作以课堂讲授为主的模式，提高学生在学习过程的积极性、主动性，尽管结构程序分析课程学时数非常少，笔者还是在教学中大胆地引入了课程论文答辩环节。该课程一开始即要求学生以3—5人自由分组共同完成一个命题论文，安排了与该课程相关的并结合结构程序设计命题让学生选择。同时在课堂教学过程中，注重与工程实践的联系，引导学生关注与该课程相关的其他学科，要求其独立完成自己所选择的课程论文。

目前国内的教学条件与发达国家相比较，还有着较大的差距。就笔者的教学实践与阿尔伯塔大学比较，教学班的人数有着明显的差距。我校一个教学班，一般由2—3个自然班组成，学生人数可达到100人左右。因此，如此多的学生人数要完成课堂上的即席答辩，压力相当大。为了留出答辩时间，需要对课堂教学内容进行适当调整，加强重点概念的讲解而对一些易于接受的问题则只做出提示的方式；利用多媒体的教学工具，节约画图和板书时间。这样，将36个学时的理论讲解压缩到了30个学时，而在余下6个学时中，要求学生以小组为单位简短介绍自己的课程论文思路，完成情况，并由教师针对论文提出问题，由学生完成答辩。

学生对这样的教学安排有着非常高的热情，一改以前在完成课程作业过程的被动，而是主动地查阅资料，并针对一些具体问题积极地在该课程及相关学科中寻求答案。由于学生需要自主完成答辩的过程，基本上杜绝了抄袭现象，学习的积极性、主动性乃至上课时的精神面貌都有了很大的改善。

三、结语

在课程学习中増设课程论文或设计并完成答辩，是必要的，也是可行的。任何一门学科都必然与工程实际存在一定的联系，要提高学生学习的积极性和主动性，课堂教学必然要与课外学习相辅才能完成。

通过课程答辩，学生可以自己把握课程在实践应用中的重要性及课程在学科中所处的位置。课程论文的完成，不一定局限在单一的本学科内，学生可以应用到所有的相关学科，提高了学生学习的兴趣和主动性，也能让学生真正了解到自己当前的学习状况。课程答辩中的反馈与互动，还可以让学生弥补自己在日常学习中有所欠缺的地方。

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【中图分类号】R2 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）01-0024-02

材料结构分析技术是研究晶体结构及其变化规律的重要手段，是材料科学工作者必须掌握的基本知识。随着科学技术的不断发展，众多新型材料不断涌现，材料微观组织与结构分析在材料科学研究中所扮演的角色也越来越重要。因此，高校理工科专业开设有关材料结构分析相关课程，其必要性与重要程度不言而喻。

中南大学材料学院开设的“材料结构分析”一课是全院乃至全校示范性课程，其拥有一流的教师队伍，课程教学内容充实、教学方法先进，教学管理制度完善，教学团队还根据课程内容出版了一系列高水平教材和实验指导书籍。课程的主要内容是有关材料结构表征，以及相关分析仪器和测试技术的介绍，一直是金属材料工程、材料加工工程、粉末冶金工程、材料科学与工程等本科专业必修的专业基础课，并于2008年被评为湖南省精品课程、国家精品课程。在多年的教学实践中，各位任课教师和学者积累了丰富的经验，形成了一支科研业务强、教学水平高的一流团队，为学生创造出了一套完整、科学的理论和实践能力培养体系，在教学改革方面也取得了显著的效果。

一、以创新教育为核心，建立人才创新体系，培养高水平人才

本课程按照国家精品课程的标准和要求进行建设，在教师队伍、教学内容、教学模式、教学方法、教材建设和教学管理等方面争创一流，旨在培养学生的创新思维和创新能力。

学生通过本课程的学习，了解材料科学研究工作者通常关注的主要显微结构分析内容；掌握各种常见分析仪器的功能和基本原理，掌握材料结构分析的基本实验技术、样品制备方法；能与专门从事X射线、电子显微分析等材料结构分析工作的实验人员共同设计试验方案，正确分析检测结果，熟练选用材料结构分析手段开展相关科学研究。

通过扎实的基础理论学习和过硬的实验技能训练，培养学生从事材料科学研究必备的结构分析实验技能，提升从事材料科学研究的基本能力和综合素质，为后继专业课学习、开展毕业论文及科学研究奠定坚实的基础。

二、加强师资培养，形成了一支结构合理、水平较高的主讲教师队伍

本课程已有近五十年历史，近半个世纪的传承，经过经验丰富的老教师的传、帮、带，形成了一支由黄伯云院士担任教学顾问，教授/博导、副教授、讲师和高级实验师组成的高水平教学团队，具有博士学历者60%以上；知识结构和年龄结构合理，既有经验丰富的老教师，也有年富力强的中青年教师骨干；师资配置合理，主讲教师9人，讲授/辅导教师4人，实验教师5人。其中教授/博导6人，研究员1人，副教授4人，讲师/实验师6人，助教1人。其中具有博士学位的11人，留学回国人员10人。教学队伍师德优良，学术造诣高，教学能力强，责任心强，团队和谐，长期承担本课程和相关课程教学工作，经验丰富，特色鲜明，青年教师培养计划科学合理，卓有成效。

五年来，材料结构分析精品课程教学团队中45岁以下主讲教师3人晋升为教授，1人晋升为研究员，4人评聘为博导。获国家级、省级、校级教学成果奖10人次，1人获政府特殊津贴，2人被评为教育部优秀人才，1人被评为芙蓉学者，2人选为湖南省青年骨干教师培养对象。由45岁以下主讲教师参与、主持国家级教学改革项目2项，主持国家863项目4项，国家自然科学基金项目3项，军工配套项目2项，其它省、部级重大科研项目12项。期间，他们发表高水平学术300多篇论文，申请专利6项。

本课程教学队伍一直工作在教学科研第一线，具有多年从事教学工作的丰富经验和强烈的敬业奉献精神。经过多年的教学改革与实践，建立了长期的合作伙伴关系和友好的团队协作精神，是一支“强业务，高水平，爱岗敬业的年富力强”的教学团队。

三、精炼教学内容，形成特色体系

“材料结构分析”原理与技术是晶体学、结构化学、金属学、原子物理、微电子学等多学科的交叉与融合。本课程针对全校材料学、材料加工工程、材料化学、粉体材料、冶金工程、机械工程等不同专业的共性和个性，整合、优化教学内容，凝炼核心技术，科学设计课程体系，形成了自己的体系特色。

针对我校材料科学与工程专业本科人才培养目标和“材料结构分析”课程定位，在“以学生为本，融知识传授、能力培养、素质教育于一体”的现代教学理念指引下，本课程结合“材料结构分析”的基本原理和学科的前沿发展，立足于“重基础、宽口径”、“服务有色金属行业、拓展新材料领域”的大材料学科人才培养思想，精选“X射线衍射分析”和“电子显微分析技术”为主要教学内容，遵循现代教育教学规律，科学地设计了课程体系，实现了理论教学与实践教学的有机统一。

理论教学以材料结构表征、分析仪器及测试技术为主线，突出晶体X射线衍射、电子衍射等重点教学内容，恪守“表征为核心、仪器重操作、技术抓应用”的原则，注重先修基础课及后续专业课的衔接。且善于采用案例教学法，将主讲教师承担科研项目获得的典型实验结果（照片）引入课堂，既正确处理好了经典与现代的关系，又确保了教学内容的基础性、研究性和前沿性。

实践教学以其优越的条件为学生提供了一个应用理论来解决实际问题的平台。目前，我院拥有4台不同型号的X射线衍射仪，2台透射电镜，4台扫描电镜，仪器强件较多，而且全部实现了开放运行，有条件安排本科生上机练习。实践教学的主要方式是由实验老师配合课程授课内容，对照仪器讲解，介绍仪器结构、工作原理和操作步骤，学生在教师的指导下自己动手制备样品，操作仪器进行样品测试，实验获得图谱或照片也要求由学生进行自行分析，教师最后组织讨论和讲解。

实践教学针对“基本操作”、“测试手段”和“研究方法”三大训练模块开设了多层次、多方位的多种类型实验。其中“基础型”实验4项，主要针对X射线衍射仪、透射电镜、扫描电镜和能谱仪的结构、原理及操作方法进行训练，加深学生对“材料结构分析”理论的理解，让学生熟悉仪器构造和基本操作方法；“综合型”实验6项，主要包括为X射线衍射物相分析、点阵常数的精确测量、金属薄膜样品的制备及典型组织的观察、扫描电镜成分衬度像及高倍组织观察，让学生学会样品制备和实验结果分析，熟悉材料结构分析的基本应用，学会针对不同研究对象选择正确的分析方法，了解“材料结构分析”的应用；“设计创新型实验”3项，主要是结合学生课外创新研究课题及导师课题设计大型实验，运用已掌握的知识真刀实枪地解决材料科学研究中的实际问题，从而提升从事材料科学研究的基本能力和综合素质，为后继专业课学习、开展毕业论文及科学研究奠定坚实的基础。另外，我们制订并实施了引导学生参加课外科技创新实验和科学研究的方法与政策，并进行考核，形成了“课程实验+课外创新实验+毕业论文”四年不断线的实践教学格局。

四、启发式教学，以灵活的教学手段保证教学质量

在先进的教学理念指引下，创新了教学方法和教学设计，既重视发挥教师的主导作用，又尊重学生在学习活动中的主体地位，实行启发式教学，鼓励学生积极参与学校组织的本科生创新实验和科研活动。并将多种教学方法有机结合，改革考试考核办法，建立了完善的教学评价与考核体系，有效地调动了学生学习的主观能动性和积极性，极大地激发了学生的学习潜能。我们在教学手段和教学方法等方面进行了全面改革，完全淘汰了传统的黑板加粉笔式教学模式，将多媒体教学、网络教学、双语教学相结合，且取得了很好的成效。

在理论基础部分的教学过程中，通过多媒体课件和动画将理论公式的推导思路分步、形象、启发式地进行讲述，有效地促进了学生的积极思考，培养了学生思考问题、解决问题的能力；在有关仪器设备内容的教学过程中，通过模拟动画进行解剖和分析，使原来在黑板上难以讲深讲透的内容形象、生动地展示在学生面前，提高了学生的学习兴趣和学习热情，加深了学生对所学知识的理解和掌握，同时启发学生对现有设备提出结构改进意见，培养了学生的创新性思维能力。此外，利用留学回国教师和青年教师具有良好英语基础的优势，开展了双语教学。本课程“晶体基础”、“电子显微分析”部分采用英语课件，向学生推荐优秀的国外原版教学参考书，在传授专业知识的同时，提高了学生的外语学习兴趣和外语应用水平，同时为本课程与国际接轨奠定了基础。

网络教学环境学校的校园局域网及宽带网均与校内各教学楼、办公室、学生宿舍及教职工住宅区相通，并与国内外Internet网相联，网络教学软件资源齐备，硬件运行环境良好。 我们自行制作能满足本课程教学需要的一整套授课教案、电子课件以及一系列仪器设备模拟动画和录像等教学软件，并从日本引进了Jade 6射线衍射数据处理软件，可通过学校的局域网及宽带网经常保持更新，在教学过程中发挥积极的作用。在课程网站上建立了电子教案、教学指导、自测练习等，学生可以在网上自主学习，促进了教学效果的发挥。

重点、难点理论部分的教学采用“课前预习-学生发问-难点讲解-老师质疑-小组报告-学生汇报讲演”的“六步教学法”。通过学生自主学习，老师难点讲解的办法，逐步加深学生对教学重点、难点的理解，最后通过“汇报讲演”的形式牢固紧握。除此，本课程主讲教师都承担了大量的科研项目，在介绍材料结构分析方法基础知识后，结合科研案例讲解材料结构分析方法在材料研究中的具体应用，激发了学生的学习热情，加深了学生对所学知识的理解和掌握。

五、编纂特色教材，夯实教学基础

在教学条件保障上，所在学科为一级国学重点学科，该课程开设历史悠久，积淀深厚。自1980年以来，中南大学编写了《金属X射线衍射与电子显微分析技术》、《晶体X射线衍射学基础》（李树棠主编，冶金工业出版社出版）等教材，姜锋、尹志民主编的《材料结构分析》被纳入新世纪材料科学丛书选题；出版了《X射线衍射学实验方法》（李树棠主编，冶金工业出版社出版）及《金属材料科学与工程实验教程》（潘清林主编，中南大学出版社出版）等实验指导书籍，另外，尹志民主编了实验讲义《材料电子显微分析实验技术》，黄继武主编了网络讲义《Jade 5使用手册》。这些教材、实验教材及网络讲义等被全国多所高校选为本科教材和考研参考书，在国内产生极大的影响和反响。

精品课程建设旨在利用现代信息技术，发挥高校人才优势和知识文化传承创新作用，广泛传播国内外文化科技发展趋势和最新成果，展示我国高校教师先进的教学理念、独特的教学方法、丰硕的教学成果。经过课程建设，使本课程形成系统、完善的全方位、立体化的教学体系，取得高质量的教学研究成果的同时，将中南大学“材料结构分析”课程建设成教学资源网络共享、在全国具有示范作用的国家级精品课程。

参考文献：

篇5

 

在桥梁结构分析中，桥梁结构本身的自重时常占桥梁结构所受荷载的很大部分，准确模拟桥梁结构自重是常遇问题，桥梁中对等截面连续梁可看成均布荷载，但如果结构形状复杂—例如，变截面连续梁等，若沿桥梁轴线方向按均布荷载处理就不甚合理。本文用大型通用软件ANSYS模拟某连续刚构桥箱梁桥自重为例来说明ANSYS软件在这方面的应用。

1.ANSYS软件及其工作流程

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，对自然界四大场—力场、流场、热场、磁场实现全面分析；ANSYS用户涵盖了机械、航空航天、能源、交通运输、土木建筑、水利、电子、地矿、生物医学、教学科研等众多领域，ANSYS是这些领域进行国际国内分析设计技术交流的分析平台，是一个功能强大的有限元分析程序[1,2,3]。

ANSYS主要由前置处理(Preprocessing)、解题程序(solution)、后置处理 (Postprocessing)以及时间历程等组成，在前处理方面，ANSYS的实体建模功能比较完善，提供了完整的布尔运算，还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能[1,2,3]。论文参考。在此，采用了ANSYS对该桥的温度效应进行仿真分析。

ANSYS具有丰富的单元库和材料库，可以对任意结构形式的桥梁进行全桥仿真分析，较为精确的反映出桥梁在各种因素下的综合特征，如桥梁的应力应变分布、变形等等。

2.工程实例

某桥桥梁全长287.54m。主桥上部采用35m＋60m＋90m＋60m＋35m预应力混凝土刚构-连续箱梁体系；主桥主墩采用双薄壁式墩，主桥边墩采用板式桥墩。桥箱梁横断面为单幅箱梁，全宽12.0m。箱梁纵向为变截面，变截面部分箱梁梁高按二次抛物线（y=0.001829x2）变化，其余箱梁梁高为等高度；顶板、腹板厚为分段线性变截面。主墩墩顶箱梁梁高5.00m，跨中及边跨支点箱梁梁高2.00m，桥梁纵向线形图、支点和跨中断面结构尺寸详图见图2-1、图2-2和图2-3。

图2-1 桥梁纵向箱梁结构图

图2-2 支点横断面箱梁结构尺寸图（注：单位cm）

（注：单位cm）

图2-3 跨中横断面箱梁结构尺寸图（注：单位cm）

3.ANSYS仿真分析

3. 1建模

ANSYS具有丰富的单元库，常用单元有杆单元（link）、梁单元（beam）、板壳单元（shell）和实体单元（solid）。单元类型的合理选取很大程度上影响着能否科学合理的进行研究。论文参考。本例选用如图3-1所示的三维结构实体单元来模拟结构自重。

图3-1 ANSYS材料库中solid65单元图

定义实常数的时候，有三个自由度，包括三个位移自由度X、Y、Z三个方向，由于自重的方向是竖直向下的，因而输入Y为9.8（m/s2）。

应用ANSYS进行结构分析的时候需要定义材料特性，材料特性反映材料的基本物理力学特性，根据本例需要，现场实测的弹性模量为3.29×1010（Pa），密度取值为2.5×103（kg/m3）。论文参考。

ANSYS建模的时候，可以采用交互式界面输入，对于初学者，对比较简单的结构进行仿真分析的时候可采用这种方法；若结构外形尺寸比较复杂，ANSYS仿真分析的时候，可以采用命令流的方法。由于本例是变截面箱梁，故采用了命令流的方法，用ANSYS建立的模型如图3-2：

 

图3-2 ANSYS建立的模型图

用ANSYS进行有限元仿真分析的时候，建立模型后需要划分单元。本例中建立了桥梁的总体模型，为方便起见，用总体单元尺寸的命令流作自由式网格划分就能满足要求。划分完网格后的有限元计算模型如图3-3：

 

图3- 3 ANSYS建立的模型单元划分图

3. 2加载与求解

正确合理的加载是ANSYS仿真分析中的关键步骤，在不同的分析中，荷载亦不尽相同，如:位移、集中力、均布力、温度和电流、电压、水压、速度等。ANSYS中的荷载分为六类:DOF(自由度)约束力、力(集中荷载)、表面荷载、体荷载、惯性力以及藕合场荷载[1,2,3,4]。

两刚构墩底部受到基础各个方向的约束，所以进行d,all,all约束，在其他支座和桥台处受到竖直方向的约束，因而进行d,all,uy约束，在有限单元模型上施加约束后的图形如图3-4：

图3-4 ANSYS建立的模型施加约束图

对以上所有前处理过程进行核对无误后，进入求解程序进行计算求解。

3.3后置处理

ANSYS有着功能强大的后处理器，借助它可以将解题部分所得的位移、应力、应变等解答数据以各种不同的表示方式显示出来。

进行求解后得到的全桥在自重作用下的变形图如图3-5：

 

图3-5 ANSYS建立的模型求解后变形图

进行求解后得到的全桥在自重作用下沿桥梁纵向的应力图如图3-6：

 

图3-6 有限元求解后纵桥向应力图

从应力图中，可非常清楚地看出应力的分布情况及极值。

ANSYS还可以以列表的形式表示出各节点的位移或应力，同时给出相应的极值与节点编号，并且分析者可以以记事本的方式对文件命名另存。本例跨中节点位移及最大值如图3-7：

图3-7有限元求解后节点位移输出图

4.结语

由以上分析可知：用ANSYS分析软件进行桥梁结构重力的模拟是可行的；利用ANSYS进行桥梁结构自重仿真分析时，在科学合理的建立模型、合理的划分单元、正确施加荷载与约束的情况下，可以有效地对桥梁结构进行分析研究，并且可以获得直观而条理清晰的结果。

参考文献：

[1]. 唐兴伦，范群波，张朝晖，李春阳.ANSYS工程应用教程.北京：中国铁道出版社，2003

[2]. 陈精一，蔡国忠.电脑辅助工程分析ANSYS使用指南［M］.北京：中国铁道出版社，2006

[3]. 王富耻，张朝晖.ANSYS10.0有限元分析理论与工程应用［M］.北京：电子工业出版社，2006

[4]. 成全，张文焕.ANSYS软件对于结构自重的模拟. ［J］.山西农业大学学报，2006

[5].姚玲森.桥梁工程［M］.北京：人民交通出版社，1985

[6]. 项海帆.高等桥梁结构理论［M］.北京：人民交通出版社，2002

篇6

中图分类号： U448.25文献标志码： B

引言

作为建筑工程行业三维应用最流行的产品理念[1]，BIM在三维建模方面已经比较成熟，但仿真分析时很难在同一软件中进行，需要将模型转换格式或者重新建立计算分析模型，不能很好地实现设计建模与仿真分析一体化.

由法国达索公司提出的项目管理理念——产品生命周期管理（Product Lifecycle Management， PLM）已经在达索V6平台上得到发展和应用.[2]作为PLM中重要的一环——仿真计算分析（SIMULIA）不但起着承上启下的枢纽作用，而且与实际设计结合最紧密.SIMULIA主要将有限元分析软件Abaqus的功能引入V6平台，使得专业分析人员和设计人员能够共享模型数据，实现设计与仿真分析的协同一体化.本文以达索V6R2012x平台为应用环境，以一座悬索桥的桥塔为对象，探索从设计建模到计算分析的一体化进程.

1设计建模

以达索V6软件中知识或智能模板的功能为主要建模手段，搭建整体三维模型.知识或智能模板是对一类有类似性的构件或特征结合参数进行归集化建模所形成的模型.由于该模型可以依据不同的外部参考条件和自身参数的变化形成一系列的模型（该过程为知识模板的实例化），故被称为知识或智能模板（本文统称为知识模板）.利用CATIA知识工程的模板工具可以进行Part和Product模板的.[3]

知识模板所参考的外部条件即为骨架，它为知识模板的实例化提供关键的参考条件，知识模板随着骨架的变化而改变，二者之间是驱动与被驱动的关系，骨架驱动知识模板形成实际所需的模型.[4]

悬索桥的建模基于上述思路进行，在此不予赘述.悬索桥全桥骨架见图1，桥塔模型见图2.

图 1悬索桥全桥骨架

图 2悬索桥桥塔模型

2仿真分析

利用V6R2012x平台，在之前完成的桥塔模型基础上，进入Simulation模块进行相应的仿真分析步骤.在一次分析计算后，根据结果修改设计模型，并对修改后的模型再次分析计算.

2.1单元划分

仿真分析主要以有限元为基础，单元类型为线性实体四面体单元.为划分顺利和分析准确，对局部适当进行划分单元段数或尺寸指定，局部划分单元段数指定见图3，划分整体结果见图4.单元划分后进行材料属性的设置，主要用于分析计算的属性.桥塔材料指定为混凝土结构，具体设置见图5，单元划分质量分析见图6.

图 3局部划单元分段数指定图 4划分整体结果

图 5材料属性设置

图 6单元划分质量分析

2.2分析设置

在单元划分完毕后，进入结构分析模块进行分析条件设置，本文主要以静力分析类型为主.结构分析类型见图7.

图 7结构分析类型

依次施加约束和载荷.约束为塔底的固定约束，见图8；载荷为均布压力载荷和集中载荷，见图9.

图 8施加约束

图 9施加载荷

2.3结果查询

分析条件设置完毕后即可进行分析计算，位移分析结果见图10，第一主应力分析结果见图11，应变分析结果见图12.仿真分析的树结构见图13，可知，整体计算分析过程与建模过程，全部体现在左侧的树结构中，真正做到从建模到分析的一体化流程.

图 10位移分析结果

图 11第一主应力分析结果图 12应变分析结果

图 13仿真分析的树结构

2.4模型修改计算

为比较真实地进行模拟设计，对设计模型进行局部修改后再次分析计算，修改的部分为桥塔中横梁；假设原来中横梁尺寸偏大，位移小，设计保守，现将尺寸减小，使得位移适当增大.中横梁模型尺寸修改对比见图14，中横梁修改前、后位移结果见图15.

（a）修改前 （b）修改后图 14中横梁模型尺寸修改对比（a）修改前

（b）修改后

图 15中横梁修改前、后位移结果，mm

模型尺寸修改完成后，只需重新执行分析计算，结果自然更新，不需要再重复划分网格、添加约束和载荷以及指定分析类型等，大大提高效率.

3结束语

通过在达索V6R2012x平台上对桥梁工程中桥塔结构的分析，初步实现从结构设计建模到分析计算的一体化.充分利用前期的设计建模，通过分析计算，为设计模型的修改提供依据.在同一平台下，对修改后的模型进行重新计算分析，可以节省时间、提高效率，比较适合真实设计的流程；但实际的计算分析要比本文复杂得多，有时模型并不能一步到位，需要进行一定程度的修改.参考文献：

[1]龙辉元. BIM技术应用于结构设计的探讨与案例[J]. 土木建筑工程信息技术， 2010， 2（4）： 8993.

篇7

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

为了确保我们每天所生活的建筑物的稳定和安全，就需要确保建筑物的主要承重结构构件具有可靠的坚固性以及耐久性，实现安全正常的支撑作用。承重结构构件主要包括垂直构件和水平构件两类，其中垂直构件包括桩、柱、墙等等，水平构件包括如梁、桁架、网架等等。建筑结构设计专业技术人员在进行结构设计时，需要明确具体建筑物的基本功能需求，比选多种结构方案，从中优选最经济合理的方案，然后针对各个结构构件与结构体系，采用结构设计规范规定的安全系数，进行结构分析以及内力计算，准确分析计算各构件之间的连接方式和构造措施。

二、建筑结构设计安全度的定义

衡量建筑物结构是否安全是否可靠，我们需要看其三条性能，安全性、适用性以及耐久性，而这也是建筑结构设计的最终目标。而在建筑结构设计中，用来度量结构这三条性能的指标就叫做安全度。三条性能的具体阐述如下：

第一条，是建筑结构的安全性。最终建成的建筑物，在正常的使用条件下应当完全能够承受可能出现的各种外荷载作用，具体包括其自重、各种机械设施设备、各类家具、各种人流以及自然风雪和气温变化等等，同时，在某些特殊情况下，比如地震、火灾、飓风等等，也仍然能在一定程度的作用下，保持建筑物的整体稳定性，不至于轻易倒塌。

第二条，是建筑结构的适用性。最终建成的建筑物，在正常的使用情况下，应当拥有比较良好的工作性能，可以正常地发挥建筑物内部各组织的使用功能。

第三条，是建筑结构的耐久性。最终建成的建筑物，在正常的使用和维护条件下，应当实现足够长的安全使用寿命，也就是设计使用年限。

三、安全度表示法

建筑结构设计方法不同，相应地，其安全度表示法就有所差异。自上世纪5O年代，我国的建筑结构设计方法历经四个阶段，分别是容许应力设计方法、破坏阶段设计方法、极限状态设计方法以及概率极限状态设计方法。

在结构设计规范中，安全系数表示容许应力法的安全度，分项系数表示破坏阶段法的安全度，可靠指标表示概率极限状态法的安全度。建筑结构安全度即可靠度，与众多因素有关，都需要进行准确分析和计算，包括建筑结构的构造规定，构件荷载标准和材料强度的标准值、结构内力分析的精确度以及构件承载力的计算公式等等，这些数据根据结构设计方法的不同而有所不同。不同的安全度表示方法，有其不同的数据标准。设计时应当根据具体的建筑物选择恰当的设计方法和相对应的合适的安全度表示方法。

建筑结构可靠度理论也叫安全度理论，可有效地对建筑结构安全性进行分析计算。对此，我国已经实施了相关的建筑结构设计统一标准，进行建筑结构设计时，应当严格按照可靠度理论进行相关设计工作。可靠度理论中，是使用失效概率，以进行对结构可靠性的度量，可以将建筑结构自身的抗力和外荷载的各种作用效应互相独立。在此理论中，把随机过程转化成了随机变量，并且将经验数据当作校准点。我国现行的建筑结构设计规范中，这一理论被成功应用其中。不过技术在不断发展，这一理论仍然有待完善之处。在进行具体的建筑结构设计时，设计人员应当切实结合工程项目的实际情况，灵活地应用理论。

四、恰当地确定结构设计安全度

在进行建筑结构设计时，结构设计安全度的确定，也是一项很重要的任务。建筑结构设计安全度的高低，应根据建筑所在地的经济和地理环境所决定。一般来说，安全度的高低，可视为此区域经济、技术等各方面的综合反映，具体包括地区经济和资源状况，以及建筑施工各项技术的水平高低和建筑材料的质量优劣。进行实际确定时，应当根据概率论和统计学理论作为理论基础，参照本区域建筑的成功的经验数据，经过多因素分析和综合的考虑。但现实情况是，结构设计中太多依赖于结构工程师的实践经验，往往从结构选型、施工技术水平和建材的质量优劣等方面着手分析，一般都很少考虑工程项目所在地的经济发展水平以及资源状况，这样很容易造成安全系数确定得偏高或是建筑物造价设计得偏高，最终导致一些经济欠发达地区在财力上很难承受该工程的建设。

我国现阶段，整体上施工技术水平不高，建料质量参差不齐，各地区经济发展不平衡，现行的混凝土结构设计规范中，结构安全度刚刚能适应实际工程的需要，但与国际上通行的工程结构质量标准相比，仍有增长的空间。毕竟，国家经济实力在不断增强，施工技术也在不断提高，新材料新工艺得到了极大的推广应用，而且大跨度大空间结构是越来越多，因此，现行的结构设计安全度应当适当提高。我国混凝土结构设计规范中，与国外相关规范比，结构计算时所采用的荷载标准值和构件之间的构造要求，都低一些。

五、结构构件的耐久性问题

建筑物在其工作年限内必须实现足够的强度，足以经受各种外来荷载的作用，充分发挥其使用功能，即使再恶劣环境因素的强力作用下，也仍然能够继续保持建筑物的强度和整体性。在进行建筑物结构设计时，除了需要合理准确地确定建筑结构设计安全度，还应当重视结构的耐久性，主要是混凝土结构构件的耐久性。我国，现行的相关规范中，对混凝土结构设计和施工规范有明确规定，注重于结构构件在各种荷载作用下的强度要求，但是对于建筑物在恶劣环境因素作用下的结构耐久性，却没有给予足够的关注和重视。

调研报告和数据表明，诸多因素将影响混凝土结构构件的耐久性，可以将这些因素分为内部因素和外部因素两类。

一是，内部因素，主要包括氯离子含量、混凝土的水胶比即水灰比、混凝土的强度等级、水泥用量、骨料中的碱含量和外加剂用量以及混凝土保护层厚度等；外部因素就是混凝土结构构件所处的外部环境，包括地上环境和地下环境、水上环境和水下环境，包括温差、冻融和湿度、某些化学成分的含量、各种腐蚀性化学介质以及含酸碱地下水等等。而这其中，对混凝土结构耐久性的影响最为严重的，则是混凝土碳化、碱骨料反应以及钢筋锈蚀。外部恶劣环境可谓是对混凝土碳化和钢筋锈蚀起直接影响作用的主要因素，需要我们给予足够的关注和重视。

对于建筑工程和港口、桥梁等基础设施工程，其使用寿命和结构耐久性都十分重要。在对港口、桥梁、水利和建筑工程等混凝土结构工程，进行耐久性设计时，应当严格按照国家相关的规范规定，切实满足各项系数要求，确保此类工程在工作年限内的安全使用。

六、结语

建筑结构设计专业技术人员，在进行结构设计的时候，必须根据建筑物的基本功能要求，结合具体实际情况，在多种方案中，进行比选分析，择优选择出最经济、最合理的结构设计方案，然后要针对每个结构构件以及结构体系，进行合理的结构分析和准确的内力计算，最后还需要各构件之间的连接方式和构造措施进行正确分析和精准计算。在设计时，切记采用结构设计规范中所规定的各项安全系数，以切实保证建筑物结构构件和整体建筑能够安全使用。

参考文献：

[1]范涛 试论结构设计安全度 [期刊论文] 《科技信息》 2012

[2]王伟 建筑结构安全度设计思考的探究 [期刊论文] 《价值工程》 2010

[3]熊志军 浅议建筑结构设计安全度 [期刊论文] 《科技信息》 2010

篇8

Abstract: more than ten years, big span concrete filled steel tube arch bridge in our country is developing very quickly in engineering practice had been used widely, not only the number of building increase gradually, span also is growing larger, so to construction technology, construction control requirements are constantly improved. Based on the east lake bridge engineering background, the main research of concrete filled steel tube arch bridge construction control theory, this paper studies the coagulation steel tube arch bridge arch rib construction method, and analyses the concrete filled steel tube arch bridge arch rib construction method, and points out that the development of concrete filled steel tube from main problem is the construction problems. Combined with the construction of the east lake bridge concrete filled steel tube arch bridge construction method for the construction control of study to lay the foundation.

Keywords: arch bridge; Construction control; Construction management

中图分类号：TU71文献标识码：A文章编号：

1. 概述

在大跨度钢管混凝土拱桥的实际施工中，虽然可采用各种施工计算方法算出各施工阶段的位移值、挠度、预抛高值，但当按这些理论值进行施工时，结构的实际变形却不一定能达到预期的结果。这主要是由于施工中的测量误差、观测误差、安装误差等;或者是由于设计时所采用的设计参数，诸如材料的弹性模量、构件自重、施工临时荷载的条件等，与实际工程中所表现出来的参数不完全一致而引起的。这种偏差随着钢管混凝土拱桥拱肋施工长度的增加，会逐渐累积，必须进行有效的控制和必要的调整。否则，钢管混凝土拱桥的拱肋标高将偏离控制目标，从而会造成合龙困难，并会影响成桥后的线形和桥面行车等使用功能。再说，桥梁实际施工的施工因素造成的影响是设计中无法预见的，要针对具体的情况，在施工过程中进行适当和必要的调整，施工控制正是解决问题的有效途径。

同时，在施工过程中拱桥的安全是十分重要。据统计，拱桥的垮塌事故大多发生在施工过程中，所以，对于大跨度拱桥，包括大跨度钢管混凝土拱桥在施工过程中的变形及受力必须进行施工监控，避免结构在施工过程中出现失稳或过大的应力，而造成事故。大跨径钢管混凝上拱桥建成后，拱轴线是否与设计拱轴线相吻合，受力是否合理主要取决于:①施工质量;②施工控制技术;③设计质量。从某种意义讲，施工控制技术是大跨径钢管混凝土拱桥建设的关键之一，目前，正日益受到桥梁工作者的关注和重视。因此，桥梁在施工过程中必须加强现场施工控制工作。

2. 施工控制方法

2.1 闭环反馈控制

闭环反馈控制作为控制论的一个基本概念，是指被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。对于较复杂桥型，由于实际施工状态和计算采用模型的参数等状态之’间存在差异，随着结构复杂程度的增加、桥梁跨度的增大，在每个施工阶段的积累误差将越来越大，以至不可忽略，否则到施工结束时结构的内力和线形将较显著地偏离设计目标的成桥状态。因此，在施工中的每个阶段出现误差之后，就必须及时识别并加以纠正，而控制量的大小和纠正的措施是必须由误差经反馈计算所确定的，这就形成了一个闭环反馈控制过程。

2.2自适应控制

在闭环反馈控制的基础上，再加上一个系统辨识过程称为自适应控制，整个控制系统就成为自适应控制系统误差识别过程。当结构模型计算结果与测量到的受力状态不相符时，在参数辨识算法中输入误差去调节计算模型的参数，使模型的实际测量到的结果与输出结果相一致，得到修正后的计算模型参数，重新计算各施工阶段的理想状态，结构进行控制按反馈控制方法进行，这样，经过几个工况的反复辨识后，计算模型就与实际结构基本上相一致了，在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。该方法目前被广泛采用，并认为是较合理的施工控制方法之一。

2.3开环控制

对于结构和施工较简单的桥梁常采用开环控制，控制时，一般按照设计施工图进行施工，施工完成后的结构就基本上能达到设计和规范所要求的内力状态和线形。这种控制方法就是一个开环的施工控制过程，与闭环控制相比没有反馈。在开环控制方法中，控制是单向的，并不需要像闭环反馈控制那样根据结构的反应来改变施工中的内力和变形。在各构件的安装和制造精度高，或者结构安装和制造误差的影响不大时，这种方法是方便可行的，大部分中小桥采用的都是这种方法进行施工控制。但这种控制方法没有控制误差和修正误差的能力。

3. 桥梁施工控制结构分析方法

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引言

结构动力响应分析一直是学术界和工程界非常关心的问题，而问题解决的方法一直是国内外专家学者研究的焦点，至今尚无统一的标准。目前，大型结构分析方法主要以有限元法为主，在理论分析的基础上，大都需要再做模态实验进行验证，进行模态实验需要对庞大的数据分析，因此需要大量的人力、物力。这是一个现在广泛认同，但却无法回避的现实问题。寻找一种计算精确度高、计算效率好，并且能够减少或者避免进行模态实验的研究方法一直是国内外学者研究的奋斗目标。小波分析法作为近三十年来形成并发展起来的一种新的数学理论与数值工具已被广泛应用于信号分析、结构力学计算、等离子体物理化学工程和微分方程数值求解等众多领域。A.Kazemi Nasab等成功的将小波分析法用于求解Bratu和Troesch强非线性问题；刘小靖，王记增，周又和提出一种针对非线性梁弯曲问题的小波伽辽金求解方法。在此基础上，王记增等运用伽辽金方法定量分析了柔性梁的大挠度弯曲问题，通过将所得结果与其他方法所得结果比较，表明小波算法具有很好的数值精度，但是小波法存在需要将求解域进行分段然后将各段求解域逐步积分，随之产生累积误差，导致以后即使计算方法如何改善也不能克服这个固有缺陷。基于此，本文提出一种以径向基函数逼近为核心，结合加权余量配点法的结构动力计算方法。

1、径向基函数介绍

数学的根本任务是用函数及其性质来表示自然界的事物，由于事物的复杂性，一般来说确切地描述事物的函数时不能用函数表达式来表示的。我们面对的函数表达式一般只是具体事物的一个逼近，也就是说，我们总是预先选定一个函数空间，然后利用事物的一些已知的信息在这个空间寻找一个尽可能描述该事物的函数。而径向基函数（radial basis function，简称RBF）是一种比较简单的多元函数、这个多元函数事实上是由一元函数生成的，或者说是事实上的一元函数。是处理多元问题的一种有效方法，其实质是通过定义在 上的一元函数 与 上的Euclid（欧几里得）范数 来表示 元函数 ，其中以点 到节点 的距离为自变量， .由于RBF具有形式简单、与空间维数无关、各向同性等优点，数学界已对其进行了大量的研究，成功地运用于多变量插值中。熊正超在博士学位论文中构造新的径向基核函数，并给出了基于新的核函数的拟插值以及相关的误差估计，理论估计说明新的拟插值公式提高了逼近的阶数。径向基函数起初内容大多在神经网络方面，许楠、刘丽杰建立径向基函数混沌神经网络模型以及径向基函数混沌神经元模型，分析其产生混沌后收敛的原因。大连理工大学的李刚、孟增开始将径向基函数神经网络运用于结构可靠度的分析中，运用径向基函数分析结构问题目前已经变得越来越火热。大连理工大学的周林仁，欧进萍提出基于径向基函数响应面方法的参数型有限元模型修正方法，对某斜拉桥试验室物理模型进行有限元模型修正，在特征量误差上面有较好的改善。同济大学王莉华，褚福运，仲政运用径向基函数配点法成功克服了传统的配点法在求解动力学问题时会存在误差随时间积累的问题。近年来吴宗敏、Buhmann、Wendland等提出各自的正定紧支径向基函数，利于求解大型问题，为径向基函数用于结构分析提供了坚实的理论基础。徐绩青，李正良，吴林键等提出将“ 时间间隔”替换“空间距离”作为径向基函数的自变量，利用径向基函数逼近的思想，结合加权余量配点法，用于结构动力响应的数值分析，并且针对结构动力学的特点，发展了位移、速度、加速度联合插值的径向基函数表达式，提出了精密计算的概念和标准。

2、算法思路及算法实现

2.1 算法步骤

（1）、选择需要求解的方程；

（2）、确定计算区域和离散间隔大小，确定配点数目；

（3）、选择合适的正定径向基函数，其中各配点的支撑域半径以配点处时刻为中心，覆盖整个计算区间；

（4）、建立任意位置的径向基函数表达式；

（5）、对任意时刻位移的径向基函数表达式求一阶导数、二阶导数、三阶导数；

2.2 MATLAB编程实现

根据上面的计算步骤，本文利用可视化通用数值分析软件MATLAB来进行编程运算，无论是结构非线性问题还是常微分方程等都能得到非常好的计算结果。

3、结论及展望

结构动力响应分析计算方法目前主要分为空间离散和时间离散两种方法。空间离散现在主要采用有限元分析法，如果结构刚度太大将导致高频响应运算不准确，同时，许多应用软件不具备能量泛函分析功能；时间离散需要逐步积分，运算复杂。运用有限元方法进行分析时，需要以单元为基础，每次计算都需要剖分网格，工作量大。近年来配点法逐步得到发展，配点法具有实现简单、求解过程快的优点，其稳定性和收敛速度可以达到航空航天的要求，最近逐渐成为国外学者研究的新宠。相比较之下，国内研究在结构动力响应分析上面还相对较少，对于无网格法的运用还不是很成熟，大多尚停留在有限元方法层面，国外研究相对深入一些，目前可查阅的国内文献资料显示，这类方法运用在结构动力问题上的研究还相对较少，本文结合国内外参考资料，在MATLAB程序的帮助之下将无网格法做进一步阐述，希望能和其他感兴趣的学者做更加进一步的探讨研究。

参考文献：

[1] A. Kazemi Nasab， Z. Pashazadeh Atabakan， and A. KJlJ?man.An Efficient Approach for Solving Nonlinear Troesch’s and Bratu’s Problems by Wavelet Analysis Method[J].Hindawi Publishing Corporation Mathematical Problems in Engineering[J].2013.

[2] 刘小靖，王记增，周又和.一种适用于强非线性结构力学问题数值求解的修正伽辽金方法[J].固体力学学报.2013.

[3] 吴宗敏.函数的径向基表示[J].数学进展，1998.

[4] 徐绩青，李正良，吴林键.基于径向基函数逼近的结构动力响应计算方法[J].应用数学和力学，2014，35（5）：533-541.

[5] 熊正超.径向基函数逼近中的若干问题研究[D].复旦大学博士学位论文.2007.

[6] 许楠，刘丽杰.径向基函数混沌神经元系统及其应用[J].计算机工程与应用，2014，50（4）；73-76.

[7] 李刚，孟增.基于RBF神经网络模型的结构可靠度优化方法[J].应用力学和数学，2014.

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二、《工程结构可靠度》教学体系探讨

《工程结构可靠度》教学体系，应包括可靠度分析的基本方法，可靠度方法在不同地区、不同行业的实施情况，即规范，可靠度研究的进展情况，让学生对可靠度在土木行业的应用和研究有较深入的理解，为学生的研究开阔视野。具体分析有以下几点。

1.教学目的。《结构可靠度分析》是为土木研究生开设的课程。本课程主要介绍结构分析中的可靠度理论、方法和应用。目前我国工程结构设计，已从传统的安全系数的方法转变为基于可靠度理论的状态设计方法。传统的设计方法没有充分考虑设计参数的不确定性，而可靠度理论则较充分地考虑了参数的随机变异性，广义可靠度则还能进一步考虑模糊不确定性和未确知性，是结构设计理论与实践发展的必然方向。课程目的是通过教学让学生学会从随机概率分析的角度来处理力学和结构问题。

2.教学内容选择。工程结构可靠度教学采用的教材是《工程结构可靠性设计原理》，参考教材是《结构可靠度理论》，内容包括：工程结构可靠度研究历史简介，传统设计方法和半概率设计方法，中心点法———次二阶矩理论之一，验算点法———次二阶矩理论之二，荷载及抗力的统计分析，近似概率法的应用，材料性能的质量要求和控制，以及工程结构可靠度理论发展中的几个问题。本课程学习的重点是一次二阶矩理论、概率极限设计实用表达式和结构体系可靠度。由于是研究生课程，在讲授时增加了结构的稳健性与抗倒塌设计，既有结构可靠性评估，又有岩土工程可靠度等内容，为学生科研提供参考。

3.教学方法。当今教育注重知识讲授与能力培养的统一。知识是能力的基础，能力是已获知识应用的手段和体现。

（1）在课堂教学方法上，采用小班教学，课堂教学方式相对比较灵活。根据教学内容的不同可采用讲解、回答问题、讨论、自学等多种教学方式。

（2）将多种教学手段引入教学体系。除常规教学手段外，还可采用多媒体技术，比如ppt、视频、动画，以形象直观地展示教学内容，使学生理解更加容易，另外，由于土木工程的普遍性，还可以采用带学生现场参观的形式，拉近课堂与现实的距离。这些教学表现形式的多样化，大大提高了教学效率和质量。

（3）提升学生的科研意识。课堂上重视科研现状和科研前沿的介绍，让学生了解相关方面的研究情况。

4.重视应用网络。在互连网发达的今天，学生上网几乎成了习惯。充分利用这个条件，让学生从网上搜集资料，自己了解和解决一些对他们相对有难度的问题。培养学生搜集、查阅资料、综合资料的基本科研能力。

5.提高教师素质。教师的素质直接关系着教学的质量和效果。深厚的基础理论和广博的专业知识，一定的生产实践经验，相当的科学研究能力，是对现代大学教师的时代要求。教师须注重调整知识结构体系，努力学习新技术，才能保证在教学中有效地提高讲授的质量，较好地提升学生的工程意识和科研意识。当然，作为教师的一般素质要求的提升也不可懈怠，比如表达能力、与学生互动的能力、敏感捕捉学生疑惑点的能力等。教师自身素质的提升，是保证土木《工程结构可靠度》良好教学效果的动力和源泉。

三、《工程结构可靠度》教学实践总结

结合教学实践，下面是对《工程结构可靠度》的教学实践总结。

1.精心组织教学，全力保证教学质量。在学生掌握结构可靠度教学目的的基础上，让学生学会如何把结构可靠度用于自己的研究领域；利用多样化的教学手段，培养学生理解、解决实际问题的能力。

2.拓展课堂教学，开展多层次多种形式的教学活动。对于可靠度相关的概率、数理统计、随机振动等数学知识，采用重点讲解与学生自主学习相结合，对于规范现状及发展趋势，科研现状及发展趋势，在课堂讲解时穿行，开设与教学内容相关的专题讲座，开拓学生的视野，对可靠度有较深入的了解。结果表明：通过学习拓展、前沿讲解和专题讲座，学生巩固了所学知识，开阔了视野，丰富了结构可靠度的教学内容。

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中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2013）08-0105-03

近20年来，发达国家都在从观念、目标、教育内容到教育方法对工程教育进行整体改革。环顾欧美各科技强国不难发现，科技发展的加速化、综合化、产业化、国际化和一体化，对各国的工程教育改革提出了更新、更高的要求。

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO的愿景是为学生提供一种强调工程基础的、建立在真实世界的产品和系统的构思-设计-实现-运行（CDIO）过程的背景环境基础上的工程教育。通过精心规划项目的CDIO，可以引导学生对核心专业课程产生浓厚的学习兴趣，从而达到能力培养、综合发展的目的。

CDIO工程教育模式与以往培养计划的不同点之一是：通过开设导论性的基础课程，从起始阶段就将工程实践引导入门，激发学生兴趣，让学生尽早领略工程技术的精华，并且让他们亲手制造一些简单的东西。

大学生在进入大学之前，绝大部分只是凭专业名称或十分简单的专业介绍对所学专业有一个直观理解，对自己专业认识较少，甚至不知道所开设的课程对从事本专业工作有何作用，导致入学时找不到学习方向和目标，对专业课程的学习缺乏动力。而现有高校的教学计划中，很少有学校开设引导类的课程，帮助学生全面了解所学专业，提高学习兴趣。

在新生入学时开展专业引导教育，开设《专业导论》课，通过相关核心工程学科的应用激发学生的兴趣，明确学习动机。同时，学生CDl0教学大纲要求的主要能力发展也能有较早的起步。广东白云学院从2010年开始，在高职“2+1”人才培养模式改革的基础上，为培养高级应用型人才创出一条新路，对机械设计制造及其自动化专业实施基于CDIO工程教育理念的人才模式改革试点工作，开始了对《专业导论》课程教学及考核方式改革的研究与实践。

《专业导论》课程的教学内容

根据CDIO教学大纲中对导论课程的教学要求，其教学内容和项目的设计建立在对学生的引导及激发学习兴趣上，结合专业人才培养目标要求，坚持理论联系实际、学以致用的原则，在学生入校时即对学生进行全方位的专业知识教育。将《专业导论》课程的教学分为理论教学和项目制作实践两个部分。

理论教学内容的设计 《专业导论》课程强调教学的系统性、全面性、前沿性以及与国际化，强化学生工程能力的培养。通过精心设计，理论部分内容通过开设10次学科前沿及发展的讲座，让学生了解所学专业的最新发展及应用领域。讲座主要内容如下：机械工程发展简史、工程图学概论、工程材料概论、机械设计概论、机械创新设计、机械制造概论、模具技术发展、机电一体化技术发展、机械工程师职业能力素质要求等。在开展讲座的同时有针对性地带学生去相关企业参观见习，进一步了解和认识专业。

项目制作实践内容的设计 项目制作实践让学生初步体验机械产品的设计制造、装配调试过程及工程图的表达方法，为学生了解本专业、深入学习本专业的知识打下必要基础。对模具方向的学生引入模具结构测绘项目，让学生以模具实物为载体，通过对模具的拆装及测绘，完成简单模具二维装配图和零件图的输出；对机械设计制造方向的学生以齿轮泵、二级齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器为载体，测量并绘制典型零件图和装配图。这样，以工程图学基础理论和实验装置为依托，以工程绘图为载体，对实物装置进行结构分析和研讨，在实践中互动，在讨论中争辩，激发了学生创新意识，达到了新旧知识优化和创新思维综合训练的目的。学生在完成项目的过程中，掌握本专业所需掌握的工程语言——机械制图及零件测绘，直接培养学生对工程图的识图、绘图能力，并对模具结构、常用的机械产品结构有了初步的认识，培养学生的工程意识。

教学方法与教学手段

CDIO改革并不是要淡化理论课程的学习，而是要改革教学方法，采取能激起学生兴趣的教学方法，理论课程的教学不能采取传统的“满堂灌”的教学方式，而应采取基于问题的学习、师生互动主题研讨、案例教学、论文研究、项目训练等教学形式，着力培养学生的自主学习、发现问题、解决问题和创新思维能力。主要通过以下几种方式提高学生的学习兴趣和学习效果：

一是实施教学和研究互动、课内和课外互动、寓学于研的培养模式，设置基于课程的科研训练项目和自主科研训练项目两类，资助学生开展研究工作。基于课程的科研训练项目由研究型教学课程责任教师组织课程教学团队教师指导。自主科研训练项目一般为学生进入高年级后，在导师的指导下自主选题，经学院审批后开展科研训练工作，并以小组的形式参加创新设计大赛、机械设计竞赛、力学竞赛、挑战杯等科技竞赛活动。较好地完成科研训练项目的学生可以取得实践教学环节学分，鼓励学生以科研训练项目研究成果为内容撰写毕业论文，完成毕业环节。

二是在知名企业建立学生实践基地。学生可优先获得去该类企业实习的机会，并鼓励其在企业中开展科研训练项目的研究工作。

三是通过组织科研训练团队、社会工作等途径培养学生的组织、沟通、协调等领导能力。

四是定期组织开展学术讨论。在导师的指导下对各自研究的课题，发表各自观点，营造良好的学习交流氛围，激发创造力，提高学生的表达和沟通能力。

CDIO人才培养模式下的课程考核方式

理论教学部分的考核方式 学生结合10次讲座所讲授的内容，独立查阅中英文文献，开展市场调研，撰写不少于5000字的调研报告或课程论文，并制作讲授课件，参加课堂上模拟的“21世纪制造业前沿国际论坛”，对调研报告或论文内容进行讲授。教师根据学生调研报告或论文撰写质量和课堂讲授的表现，以及平时教学活动全部环节的表现，确定此部分的分数。

项目制作实践部分的考核方式 （1）项目制作实践的组织形式及成果提交。项目制作实践时学生以4～6人为一个项目小组，每个小组配备一名指导教师。项目制作实践以小组为单位，在理论课堂外执行；项目组内活动方式有：座谈式交流研讨，专题式讲解介绍，边做边探讨式互动，系统性总结等。组间活动主要采用总结介绍方式。项目完成后团队需提交的成果资料有：零件图，总装图，工作原理介绍，项目工作总结或课程论文等。（2）项目制作实践考评方式与标准。项目制作实践的成绩分为优（>90分）、良（80～89分）、中（70～79分）、及格（60～69分）、不及格（

课程教学的成效

《专业导论》课程教学及考核方式改革的研究与实践主要取得了以下成效。

培养了学生的自主学习、团队协作、动手能力等，提高了综合素质 在 “模具结构测绘”实践项目教学环节，要求学生完成后提交的资料有：项目工作报告（装配体的工作原理、拆装顺序、装配简图等）；全部零件（标准件除外）正式零件图；装配图（每人一张）。据统计，采用实践项目教学后，在学时与原来相同的情况下，45名学生共完成零件图119 张（A4～A1 不等），A1 装配图39张、A2装配图6张，比往届多绘制了装配图，并且零件的种类结构形式也有所增加；学生首次对典型模具机构进行了拆装和测绘。学生解决问题的能力和实际动手能力有明显的提高，促进了实践过程与工程实际接轨。虽然学习难度和工作量增加了，但由于学生自主学习的热情被激发出来，在项目团队的协作和交流中，大大促进了学生的思维能力、沟通能力、动手能力及合作精神，其综合素质得到较好的培养，成绩明显提高。

以项目小组为单位的答辩环节，提高了学生的口头表达能力、团队意识和集体荣誉感 项目制作实践在最后环节进行以项目小组为单位的答辩，采用答辩方式，不仅可以锻炼学生的口头表达能力，还可以培养学生的团结协作精神和集体荣誉感。在答辩时，回答问题的不是“个人”，而是代表团队，每个成员都可以抢答或补充回答，以体现团队的真实水平。该实践教学环节的成绩首先是团队的成绩，然后是在此之下的个人成绩，每名学生的成绩都和自己团队的表现息息相关。

教师的教学能力得以提高 基于CDIO工程理念的课程教学，其主要理念是通过项目制作实践环节，让学生在项目制作的过程中掌握理论知识。这就意味着教师决不可以袖手旁观，而是正好相反，对教师的要求也更高。教师要根据每个项目组学生工作的进展情况给予引导和适当的指导，帮助学生学会如何进行自主学习，使学生面对不同的情况和对象，会灵活选用和综合运用各种知识、手段。教师还要根据各组不同的工程项目，分别对学生讲解必须注意的问题和必要的解决问题的方法及基本原则，介绍一些可供参考的途径和技巧等。

结语

《专业导论》课程教学，根据不同专业方向的人才培养需求，分别设置了模具结构测绘、齿轮泵、二级齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器等项目实践，测量并绘制了典型模具的零件图和装配图，典型零件图和装配图；以工程图学基础理论和实验装置为依托，以工程绘图为载体，对实物装置进行结构分析和研讨。在实践中互动，在讨论中争辩，激发了学生的创新意识，达到了新旧知识优化和创新思维综合训练的目标。

根据课程特点，建立了基于CDIO工程教育理念的课程考核方式，对课程教学中的理论教学部分，以课程论文代替传统考试；在项目制作实践部分，将学生的成绩与团队成绩挂钩，学生成绩由个人和团队两部分成绩组成，采用团队成员之间互评、团队之间互评及导师评价三部分组成，通过课程考核方式的改革，培养了学生的合作意识、团队沟通和协作能力，提高了学生的综合素质。

参考文献：

[1]顾佩华，沈民奋，陆小华.重新认识工程教育：国际CDIO培养模式与方法[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]陶勇芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006，（11）：81-83.

[3]杨善林，潘轶山.专业导论课——种全新而有效的大学新生思想教育方法[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2004，18（4）：1-3.

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结构力学课程是工科专业非常重要的专业基础，既是专业课程学习的基础，又是工程应用的必要知识。为配合专业人才培养方案的实施，加大力学课程改革的力度势在必行。作为应用型本科院校，结合专业人才培养的宗旨和特点，我校力学课程改革的基本方针为坚持深化力学课程改革，加强基础理论与专业知识的联系，帮助学生建立相对完整、全面的知识体系，加强综合素质训练，提高人才培养质量。

我校创建于1952年，是一所以水产和海洋学科为特色，以水产养殖、海洋工程、水产品加工三大体系为支撑，涵盖农、工、理、管、文、法、经等学科的多科性高等院校。我校的力学课组面向全校十余个工科专业开设理论力学、材料力学、工程力学、建筑力学、结构力学、弹性力学、结构动力学等多门力学课程，年授课班级近70个班级。

一、提高认识，调整改革思路

随着教学改革的不断深入，我们认为，充分认识力学类课程在专业人才培养中的重要作用，解放思想，开拓思路，是深入进行教学改革的前提；加强力学师资队伍的建设，增强教师的专业背景和工程实践经验，是深入进行教学改革的基本保证；力学作为传统学科，改革应与时俱进，将传统理论内容逐步推向工程化、应用化，为专业人才培养服务，是深入进行教学改革的主攻方向；结构力学教学应服务于人才培养，着重训练学生掌握基本理论与分析方法的同时，应强调其工程应用，培养满足社会需求的高素质应用型人才是深入进行教学改革的最终目的。

二、精炼内容，建立课程平台

为满足各专业人才培养的不同要求，对结构力学课程教学内容进行整合，形成比较科学、具有特色的力学类课程平台，加强重点，突出特色。课程平台分为两种，分别适用于多学时及少学时专业。

多学时专业：

机械、热动、船舶与海洋工程专业：理论力学、材料力学（共152学时），主要讲授物体的机械运动规律和变形分析；土木、港工、道桥专业：理论力学、材料力学、结构力学（共224学时），除讲授物体的机械运动规律和变形分析，还进行结构分析方面的训练。

少学时专业：

给排水、工程管理专业：建筑力学（104学时）），简要讲授物体的机械运动规律、变形计算和结构分析；轮机、工业工程、环境工程、制冷、建筑环境、海洋技术专业：工程力学（64学时），简要讲授物体的机械运动规律、变形计算。

根据统计，国内大学工科专业的结构力学课程教学比重一般较低，尤其是学时压缩以后，情况更为明显。如多学时专业力学课学时所占比例为6%---9%，少学时专业力学课学时所占比例为3%---5%。如何在较少学时的情况下，加强结构力学课程的教学，保证与提高教学质量，为专业人才培养服务，是目前必须解决的关键问题。

三、提升内涵，建设优质课程

力学课教师经常走访用人单位、与专业教师研讨、深入专业教学课堂、参加专业课程设计与毕业设计，吸纳各方面建议，明确改革思路，按照社会需求和专业培养要求，调整方案，凝练内容，提升内涵。

四、加强渗透，服从专业要求

1.加强力学教学与生活实际相结合，加强结构力学的实际背景。

在教学中提倡案例式教学方式，将专业课程内容前置，增加力学课程的工程背景与实践应用介绍，提升了教学深度。同时，形成力学课程与专业课程的联动，帮助学生提高对基本教学内容的理解和实际应用的掌握，学以致用，激发钻研精神和创新精神。

在结构力学课程讲述弯矩图时，以某百货大楼现浇钢筋混凝土雨篷为例，拆模时突然发生从雨篷根部折断的质量事故。结合钢筋混凝土结构中钢筋应配置在弯矩受拉一侧，分析事故的原因为受力筋放错了位置所致，将结构力学知识点与后续专业课的相互渗透。

在结构力学拱的计算中，以著名的赵州桥为例，分析拱的结构与受力特点，并将赵州桥（建于610年，石材）与新安济桥（建于1984年，混凝土）相比较，已有1400多年历史的石拱桥仍在使用，而才建成几十年的新安济桥却因质量问题被限行。通过对拱力学性能的分析，指出石材与混凝土材料力学性能的不同及混凝土开裂的主要原因。

2.提倡案例式教学方式，从灾难性工程事故分析挖掘基本教学内容的深度，将专业课程内容前置，增加力学课程的工程背景与实践应用介绍，提升了教学深度。如楼房倒塌事件，进行基础强度分析，引起同学很大兴趣。

3.加强力学教学与后续专业课程的联系，提高结构力学的应用性。

结构力学课程知识点与后续课关系

4.加强实验平台建设，提高技能训练

其中，材料力学开设了综合性、设计性实验；理论力学开设了一般演示性实验和工程应用二个实验平台。

五、以点带面，形成连带效应

结构力学课程的教学质量将直接影响后续专业课程的教学质量和毕业生工作后的发展空间。

1.以结构力学课为龙头与突破口，带动其他课程及环节的改革，形成整体效应。

在土力学课程授课中，安排现场教学，实地观察、了解各类地基与基础的类型、性质、适用条件等，实现理论知识与工程实践的结合，为后续基础工程课程教学奠定良好基础。开设抗剪强度实验Ⅱ（固结实验Ⅱ），巩固概念与理论，加深认识，培养综合运用能力，积累必要的工程实践经验。

在建筑材料课程中， 采用实际工程背景题目，增加综合性、设计性实验，鼓励同学进行新技术、新材料的尝试，如高性能混凝土的配合比试验研究。鼓励同学注意观察实际工程，提出问题，查阅资料，结合理论学习，撰写科技论文。通过参观房展会、建材展、建筑材料展室等实践活动，在理论学习中寻求答案，在实践中验证和补充理论内容。

在水力学与流体力学课程中，模拟实际工程中的给水系统，设立综合性实验，为专业课（给水工程、泵与泵站）及工程设计中涉及到的有关水箱、水泵、水塔的选型与计算打下基础。

2.利用学生科技创意实习基地，开展各类科技活动。