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土木工程的建设由来已久。 由原来的伐木采石,模仿天然掩蔽物建造居住场所,到现在的美轮美奂的超高层建筑、雄伟的水利水电工程和超高超长跨度的桥梁,土木工程经历了一个漫长的发展历程。 在这个漫长的发展历程中,无论是土木工程结构的理论方法、力学分析、施工手段, 还是土木工程的地基基础处理, 都有了非常大的突破和发展。
二十一世纪的今天随着经济的日益发展和人民生活水平的日益提高,人们对土木工程的发展提出了新的要求。 因此,详细探讨二十一世纪土木工程发展新方向显得十分必要。
一、土木工程发展历史
公元前 5000 年开始至 17 世纪中叶时期, 称为古代土木工程阶段。土木工程的古代时期是从新石器时代开始的。人们在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料从事营造活动,后来出现了砖和瓦这种人工建筑材料,使人类第一次冲破了天然建筑材料的束缚。 砖和瓦的出现使人们开始广泛地、大量地修建房屋和城防工程等。 由此土木工程技术得到了飞速的发展。直至 18~19 世纪,在长达两千多年时间里,砖和瓦一直是土木工程的重要建筑材料,为人类文明作出了伟大的贡献,甚至在目前还被广泛采用。历经漫长的古代大型土木工程的发展,土木工程建设内容更加丰富,建设工具有了新的发展,同时人们积累了丰富的土木工程建设的经验,为大型土木工程建设的发展打下了坚实的基础。
2、近代土木工程
产业革命的开始是近代土木工程发展的开端。随着近代工业的发展,人类的生活需求也不断增长,这些不仅反映在吃穿行上,还反映在房屋建筑及市政工程方面。而电力的应用,使高层建筑实用化成为可能;电气照明、给水排水、供热通风、道路桥梁等市政设施与房屋建筑结合配套,开始了市政建设和居住条件的近代化;在结构上要求安全和经济,在建筑上要求美观和适用。
随着大型土木工程近代工业化的进一步发展, 在 19 世纪中叶为满足科学技术发展和分工的需要,土木和建筑开始分成为各有侧重的两个单独学科分支。工程实践经验的积累促进了理论的发展。材料力学、静力学、运动学、动力学等学科逐步形成,各种静定和超静定桁架内力分析方法和图解法得到很快的发展。这为大型土木工程建设的理论提供了很好的交流平台,有利于促进土木工程建设理论的进一步发展。 理论上的突破,反过来极大地促进了工程实践的发展,这样就使近代土木工程这个工程学科日臻成熟。
第一次世界大战以后,近代土木工程发展到成熟阶段。 这个时期的一个标志是道路、桥梁、房屋等大规模建设的出现。另一个标志是预应力钢筋混凝土的广泛应用。
3、现代土木工程时期
第二次世界大战的结束刚好是现代土木工程发展的开端。第二次世界大战结束后,社会生产力出现了新的飞跃,现代主义运动取得了全面胜利。 现代科学技术突飞猛进,土木工程进入一个新时代。 在近 40 年中,前 20 年土木工程的特点是进一步大规模工业化,而后 20 年的特点则是现代科学技术对土木工程的进一步渗透。
首先,现代主义的高层建筑在理论计算方面有了新的发展,高层建筑结构的分析计算已基本告别传统的手工计算而采用计算机程序计算,基本上都采用三维空间结构分析计算程序。
其次,高层建筑由于对抗震、抗风的要求高,且建筑多样化,层数、
高度日益提高。再者,现代主义的高层建筑反对外部包装、建筑含义和历史风格,强调形式追随功能和技术,技术上升到艺术层次。
二、土木工程理论、材料及技术的发展
通过多年来实践探索,土木工程的发展日臻完善。在科学理论方面,理论研究精密化,计算力学、结构动力学、动态规划法、网络理论、随机过程论、滤波理论的成果,随着计算机的普及而渗进了土木工程领域。 结构动力学也已发展完备,荷载不再是静止的和确定性的,而被作为随时间变化的随机过程来处理。 静态的、确定的、线性的、单个的分析,逐步被动态的、随机的、非线性的、系统与空间的分析所代替。 电子计算机使高次超静定的分析成为可能,进而使得高层建筑中框架-剪刀墙体系、 筒中筒体系空间工作和大跨度的桥梁得以实现。 大跨度建筑的形式层出不穷,薄壳、悬索、网架和充气结构覆盖大片面积,满足种种大型社会公共活动的需要。 从材料特性、结构分析、结构抗力计算到极限状态理论,在土木工程各个分支中都也得到了充分发展。 理论研究的日益深入,使现代土木工程取得了许多质的进展。
在工程材料方面,标号为 500~600 号的混凝土已在工程中普遍应用,而轻质、高强化的混凝土成为大跨、高层、结构复杂的工程的新要求。 高强钢材与高强混凝土的结合使预应力结构得到较大的发展,先张法和后张法的预应力混凝土屋架、吊车梁和空心板在工业建筑和民用建筑中广泛使用。 同时铝合金、镀膜玻璃、石膏板、玻璃钢等工程材料以现代科学技术的进步为背景发展迅速,为大跨、高层、结构复杂的工程建设提供了全新的支持。
在施工技术方面,种种现场机械化施工方法发展得特别快。 同步液压千斤顶,滑模,直升机安装天线,用一群小提升机同步提升大面积平板的升板结构等一系列施工方法广泛应用。 此外,钢制大型吊装设备与混凝土自动化搅拌楼、输送泵等相结合,形成了一套现场机械化施工工艺,使传统的现场灌筑混凝土方法获得了新生命,在高层、多层房屋和桥梁中部分地取代了装配化,成为一种发展很快的方法。
精密化的理论研究、全新的工程材料和先进的施工技术,使得大跨、高层、结构复杂的大型土木工程的建设成为可能。
三、土木工程发展新方向
飞速的经济发展, 使得大城市及超级大城市的数量急剧上升,人们对空间的概念日趋强烈,寸土寸金普遍成为人们的共识。 因此为了满足人们对日益发展的空间需求,高层、超高层建筑的建设得到普遍重视。 同时高层、超高层建筑的建设也是解决人们空间日趋紧张问题的重要途径。
飞速经济的发展不仅仅是空间需求的问题,更有电力、能源等多方面的需求。 大型水利水电工程的建设,大型矿山资源的开发,石油、天然气等重要能源的运输等都成为影响经济发展的重要因素。 因此,大型公益土木工程的修建,显得极为重要。
引言
土木工程是指房屋、公路、铁路、桥梁、水工、港工、地下等工程的总称。土木工程对国家的经济建设和人民生活的影响非常明显和重要。土木工程密切关系到人类赖以生存和繁衍的四大基本要素:衣、食、住、行,为人类提供住宅、宾馆、公寓、衣料生产贮藏基地、食品冷库、公路、机场、铁路、港口、码头、厂房、实验室等现代人类生活和发展的必要场所空间。
1 土木工程的历史
1.1中国土木工程的历史:远在上古时期,中国古人类就在野处穴居,为了避免野兽侵袭,有巢氏(中国的传说中的巢居的发明者),才教古人离开天然岩洞、构木为巢,居于树上。我国古代土木工程多采用土、石、木等材料建造,建造技术和艺术造型达到当时极高的成就。像长城、赵州桥、都江堰等都是具有代表性的中国古代土木工程的杰作。
1.2 世界土木工程发展历史:在欧洲,大约8000年前已开始采用晒干的砖;凿琢自然石的采用,大约在5000~6000年前;至于在建筑中采用烧制的砖,亦有3000年的历史。世界古代的伟大建筑,以公认的七大奇迹最为引人注目,它们都建于公元前600年~公元前200年,且均为石材建造,大都用于宗教、军事和航海。且都是建于当时经济和科技非常发达的地区,说明土木工程的发展与经济繁荣和科技进步是密不可分的。
2土木工程的现状
2.1世界现状:随着19世纪中叶钢材及混凝土在土木工程中的开始使用,以及20世纪20年代后期预应力混凝土的制造成功,建造摩天大楼、大跨度建筑和跨海峡1000m以上的大桥成为可能。目前,世界上最高建筑是中国台北的101大厦,总高度为508m。近代体育事业的蓬勃发展也使得大跨度房屋在世界各地如雨后春笋般涌现。
2.2 中国现状:回顾20世纪特别是改革开放20年来,我国建设取得举世瞩目的辉煌成就。改革开放后在我国大陆建造了许多高层建筑,目前我国最高的建筑是世界排名第4的上海金茂大厦。其他具有代表性的高层建筑还有深圳的地王大厦。在特种结构方面,我国有4所电视塔排在世界前十位,其中1995年建成的上海东方明珠电视塔以468m的高度排在世界第三位。为迎接2008年的奥运会,北京将建设一大批大跨超长建筑,像国家体育场“鸟巢”结构、国家游泳中心“水立方”、国家大剧院等。无论在工程结构的改革、建筑功能使用、新技术和新材料的采用上及合理组织施工方面,还是在抗震分析和计算机程序应用上及有关抗震控制试验研究上,我国均达国际先进水平。
3未来土木工程的发展
3.1指导理论的继续发展。在可以预见的将来,土木工程工程技术理论的核心部分仍然是力学,新的分析方法和新的数值处理方法将是土木工程中力学的突破方向。在对复杂结构、流体介质等情况下的受力分析和近似上,现有的方法仍然具有很大的局限性。更加专门化的数学在将来也应该有很大的发展,用以处理土木工程技术中复杂的数值问题。更先进的电子计算机的应用,使得对复杂的情况的模拟更有把握,更接近于现实。力学也会突破宏观框架,向微观发展,控制论,虚拟现实等技术也在力学中加深影响。另一方面,土木工程学科将向周围继续发散,与材料,环境,化学,电子信息,机械。城市规划,建筑等相关学科进一步的交叉,融合,互相支持,互相服务。土木工程内部的次级学科也同时会在现实需要的推动下产生出新的学科。
3.2工程实现的变化。土木建筑的最终目的是建设出合乎设计要求的工程构造物,从设计到成果中间需要一个很长的工程实现的过程。这也是土木工程一个重要的组成部分。甚至可以说是土木工程最重要的方面,有了好的理论和设计,没有好的工程实践,一样不会产生一个优秀的作品。
信息时代正在迎面走来,其他学科和其他方面的新观点新技术,必然的也会影响到土木工程。并且为这一传统学科注入新的活力。包括控制理论,施工技术,新材料,环境工程,经济理论等等。
全过程信息化。信息化的特点将更深的渗透到未来的土木工程中,重点不仅仅限于CAD方面,也包含对工程进度的管理、运行中数据资料的收集,分析,整理;对建筑物结构,强度,可靠性的分析和相应对策的决策等。这些也是主动控制和智能化实现的基础。
可持续发展和人性化。这两个要求是与社会经济的发展相适应的,社会的发展要求更加充分地合理的利用资源,社会生活水平的提高也提高了对土木建筑设施人性化的要求。整个土木工程过程是建立在对资源和能源的不断消耗上的,在可持续发展成为整个社会的主题的时候,土木工程也必然地要面对这个问题。对资源和能源的节约,包括在建设中的和使用过程中的,成为土木工程以后的一个方向,这要求有良好的设计和有效的运作管理机制,土木工程构筑物在它的整个寿命周期,从规划,设计,建造到建成后的使用,维护,拆除都要尽量的将对环境的影响降到最小,同时尽可能大发挥它的社会经济效应。这对土木工程提出了新的要求。
3.3主动控制技术。迄今,绝大部分的土木工程建筑都是被当做一个静态的,被动的物体。对周围环境的影响,如风动,温度变化,突发事件等只能依靠自身的结构进行被动的抵御。显得缺少灵活性和应变能力。今后土木建筑设施的一个发展方向之一就是主动控制技术在建筑构造物中的应用。运用计算机技术和模糊控制技术,以及一些预设的控制结构。使得建筑物能够对各种环境因素做出适当的反应。
4结束语
土木工程当今的发展是人类智慧的成果,土木工程是为了人类存在而存在.坚持可持续发展道路,努力创新,土木工程定会走向新的高峰!
参考文献
[1] 丁大均,蒋永生.土木工程概论[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2003
[2] 黄梦平,李晋栓. 中国赵州桥[M].上海:上海科技出版社,1981
[3] 贝伦·加西亚编. 刘伟庆,欧谨译.世界名建筑抗震方案[M].北京:中国水利水电出版社,知识产权出版社,2001
[4] 刘西拉.从结构工程学科的演变看传统学科的革新[J].科技导报,1992
[5] Concrete Structure for the Future.Proceedings of IABSE Symposium [J].Paris-Versailles,1987
中图分类号:S969.1 文献标识码:A
建造一项工程设施一般要经过勘察、设计和施工三个阶段,需要运用工程地质勘察、水文地质勘察、工程测量、土力学、工程力学、工程设计、建筑材料、建筑设备、工程机械、建筑经济等学科和施工技术、施工组织等领域的知识 ,以及电子计算机和力学测试等技术。因而土木工程是一门范围广阔的综合性学科。
远古时代人们就开始修筑简陋的房舍、道路、桥梁和沟澶,以满足简单的生活和生产需要。后来,人们为了适应战争、生产和生活以及宗教传播的需要,兴建了城池、运河、宫殿、寺庙以及其他各种建筑物。
在土木工程的长期实践中,人们不仅对房屋建筑艺术给予很大注意,取得了卓越的成就;而且对其他工程设施,也通过选用不同的建筑材料,例如采用石料、钢材和钢筋混凝土,配合自然环境建造了许多在艺术上十分优美、功能上又十分良好的工程。古代中国的万里长城,现代世界上的许多电视塔和斜张桥,都是这方面的例子。
土木工程发展趋势具体地表现在以下几个方面。
一是建筑材料。高强轻质的新材料不断出现。比钢轻的铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)已开始应用。但是这些材料有些弹性模量偏低,有些价格过高,应用范围受到限制,因而尚待作新的探索。另外,对提高钢材和混凝土的强度和耐久性,虽已取得显著成果,仍继续进展。
二是地质地基。建设地区的工程地质和地基的构造及其在天然状态下的应力情况和力学性能,不仅直接决定基础的设计和施工,还常常关系到工程设施的选址、结构体系和建筑材料的选择,对于地下工程影响就更大了。工程地质和地基的勘察技术,目前主要仍然是现场钻探取样,室内分析试验,这是有一定局限性的。为适应现代化大型建筑的需要,急待利用现代科学技术来创造新的勘察方法。
三是工程规划。以往的总体规划常是凭借工程经验提出若干方案,从中选优。由于土木工程设施的规模日益扩大,现在已有必要也有可能运用系统工程的理论和方法以提高规划水平。特大的土木工程,例如高大水坝,会引起自然环境的改变,影响生态平衡和农业生产等,这类工程的社会效果是有利也有弊。在规划中,对于趋利避害要作全面的考虑。
四是工程设计。人们努力使设计尽可能符合实际情况,达到适用、经济、安全、美观的目的。为此,已开始采用概率统计来分析确定荷载值和材料强度值,研究自然界的风力、地震波、海浪等作用在时间、空间上的分布与统计规律,积极发展反映材料非弹性、结构大变形、结构动态以及结构与岩同作用的分析,进一步研究和完善结构可靠度极限状态设计法和结构优化设计等理论;同时发展运用电子计算机的高效能的计算和设计方法等。
五是工程施工。随着土木工程规模的扩大和由此产生的施工工具、设备、机械向多品种、自动化、大型化发展,施工日益走向机械化和自动化。同时组织管理开始应用系统工程的理论和方法,日益走向科学化;有些工程设施的建设继续趋向结构和构件标准化和生产工业化。这样,不仅可以降低造价、缩短工期、提高劳动生产率,而且可以解决特殊条件下的施工作业问题,以建造过去难以施工的工程。
未来土木工程的发展是指导理论的继续发展。在可以预见的将来,土木工程工程技术理论的核心部分仍然是力学,新的分析方法和新的数值处理方法将是土木工程中力学的突破方向。在对复杂结构、流体介质等情况下的受力分析和近似上,现有的方法仍然具有很大的局限性。更加专门化的数学在将来也应该有很大的发展,用以处理土木工程技术中复杂的数值问题。更先进的电子计算机的应用,使得对复杂的情况的模拟更有把握,更接近于现实。力学也会突破宏观框架,向微观发展,控制论,虚拟现实等技术也在力学中加深影响。
土木工程当今的发展是人类智慧的成果,土木工程是为了人类存在而存在。坚持可持续发展道路,努力创新,土木工程定会走向新的高峰!
参考文献:
多年以来,人类面对频繁发生的自然灾害始终无能为力,受到地震、洪水、干旱、泥石流等自然灾害的影响,人类社会的生产和生活活动都受到了不同程度的影响;与此同时,交通事故、火灾、爆炸等人为灾害也同样威胁着人们的生命和财产安全,对于国民经济的发展也产生了一定的影响。灾害的破坏力是我们无法控制的,但是很多灾害的发生却是可以通过一定的技术手段来预测,如果能够对灾害的发生有一定的预见,做好相应的防灾减灾工作,便能够极大的降低灾害带来的损失,这就需要我们不断的探索和实践。目前,防灾减灾已经被列为土工程学科中的二级学科,这也说明了土木工程在防灾减灾工作中的重要性。
一、灾害的涵义
1.灾害的定义
灾害指的是为人类社会的生存和生产带来破坏性影响的行为或者是事物,而根据国际卫生组织的相关规定,将灾害定义为:“任何能引起设施破坏、经济严重受损、人员伤亡、健康状况恶化的事件,如其规模已超出事件发生社区的承受能力而不得不向社区外部寻求专门扶助时,应可称其为灾害。”从某种意义上说,灾害不仅包括自然灾害,同时也包括人为产生的破坏性影响,灾害最显著的两个特征就是破坏造成的损失是巨大的,而且其已经超过的社区的承受能力。
2.灾害的分类
灾害按形成原因可以分为自然灾害、人为灾害两类。其中,自然灾害有地貌灾害(滑坡、水土流失、泥石流、山崩、沙漠化)、地质灾害(海啸、地震、地下毒气、火山爆发)、气象灾害(洪涝、暴雨、冰雹、龙卷风、热带气旋、雷电、冻害、高温、干旱)、天文灾害(太阳活动异常、宇宙射线异常、天体撞击)、生物灾害(病虫害、有害动物)等。人为因素引起的灾害有工程灾害(有害物质失控、爆炸、工程塌方)、生态灾害(环境污染、人口过剩、资源衰竭)、社会生活灾害(战争、火灾、暴力、社会动乱、恐怖活动、交通意外)等。
3.灾害的发展
在人类社会多年的发展历程中,灾害无时无刻不在威胁和影响着人们的生命和财产安全,往往一次巨大的灾害就会导致成千上万的人受到影响。同时,灾害自身所具有的突发性使得人们在没有任何准确的情况下遭受巨大的损失,如汶川地震的发生,带来巨大经济损失的同时,也造成了大量的人员伤亡,这对于国家和经济的发展都产生了严重的影响。而从全国范围来说,我国是世界上自然灾害较多的国家之一,每年由于自然灾害造成的损失约占国民生产总值的30%左右。可见,灾害对于人类社会带来的影响无疑是直接的和巨大的。与此同时,由于人为引起的灾害也在不断的增加,火灾、交通事故、工程塔防的频繁发生,也为国民经济的发展产生了巨大的阻碍作用。
二、土木工程在防灾减灾中的重要性
1.土木工程的特性
土木工程本身具有较多的特性,这也决定了其在人类社会的发展过程中所发挥的重要作用,可以从以下几个方面来分析:
第一,防护性。土木工程对人类的防护作用自远古时代开始已经延续至今。最早的土木工程建筑的出发点是为了抵御自然灾害,简单的遮风挡雨、躲避野兽。而随着人类生活环境的日渐复杂,土木工程逐渐用于各个领域中,如军事防护等等,被赋予了越来越多的复杂功能。现代土木工程技术的发展使得土木工程的防护性日渐增强,在很多高科技领域中都发挥了重要的作用,如核反应需要重混凝土为主体的反应堆来保证其安全性。
第二,超前性。防护作用的体现在于其在灾害发生之前的保护作用,人们必须要事先做好相应的防护措施才能抵御风雨和野兽的侵袭,必须要事先挖好人防工程才能抵御敌方的炮火,所以说,土木工程所具有的超前性也是发挥其特性的重要体现。从古代的万里长城,到如今的人防工事,无疑不是在对灾害的预计基础上所采取的防护措施。因此,土木工程在各行各业中所发挥的作用也日渐重要,正是由于其本身所具有的超前性,使得其防护作用能够获得充分发挥。
第三,基础性。土木工程建设的部分通常情况下都是基础工程,无论是道路、桥梁,还是房屋建筑,其所涉及到的无一不是基础性的工程,同时土木工程的基础性也表现在其建设周期长、资金投入大等特点,正是这些特点也决定了其具有很长的服役周期,很多公元前的土木建筑在现代社会中仍然发挥着重要的作用,如隋朝的大运河,至今仍然在通航。
第四,普遍性。土木工程的普遍性体现在其不是单一的在某个行业中发挥作用,而是在各行各业中都发挥着巨大的作用,每个行业离开土木工程都无法顺利的运转。而从土木工程自身的发展来说,其需要不断的提高和进步,才能适应不同行业的应用需求,促进其作用更好的发挥。
第五,持久性。人类社会的发展经历一个漫长而持久的过程,而土木工程在人类社会的发展过程中也是恒久的,对于自然灾害我们无法完全消灭,但是可以通过修葺防护措施来预防和降低灾害的破坏,所以在这个过程中,土木工程所承担的任务也仍然持续,也可以说,土木工程的持久性与人类社会的发展是相互依存的。
2.土木工程在防灾减灾中的作用
土木工程自身所拥有的多个特性决定了其在防灾减灾工作中的重要性,无论在任何一种灾害面前,土木工程都承担着其重要的作用。我们可以通过防震结构的设计来降低地震灾害的破坏力,通过防洪工程来阻挡龙涝灾害,利用渠道水库的作用来缓解自然干旱等,正因为土木工程所具有的特性,才能使其在各个行业中都能发挥重要的作用。近些年来,随着科学技术的不断发展,我国土木工程的建设方面也不断取得新的进展,在工程建筑结构的设计与优化方面更加适应其防护作用的发挥,同时在防震减震、提高建筑稳定性等方面都有了技术性的突破。在桥梁等交通工程中,也充分利用防震支架灯,通过分离作用来降低灾害的作用,保证各项生产活动的有序进行。总的来说,土木工程的特性决定了其在防灾减灾工作中的重要地位,我们应当不断提高土木工程的建设技术,从而促进其作用更好的发挥。
结束语:
自然界的灾害是人类无法控制的,但是我们可以通过必要的防护措施来降低灾害带来的损失。土木工程结构是现代建筑领域中一种常见的结构,其在防灾减灾工作中发挥着重要的作用,而随着建筑工程事业的不断发展,更加需要对土木工程进行科学和合理的运用,未雨绸缪,做好灾害的预防工作,将灾害发生的损失降到最低,以此保障人民群众的生命和财产阿全,促进国民经济健康发展。
参考文献:
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[2]崔京浩.灾害的严重性及土木工程在防灾减灾中的重要性[J].工程力学,2006(02)
一、纤维增强塑料筋的优点
纤维增强塑料筋(Fiber Reinforced Polymer rebar,简称FRP筋),这种复合材料是由纤维材料与基体材料按一定的比例混合, 经过特别的模具挤压、拉拔而形成的高性能型材料。以往的土木工程,基本采用钢筋与混凝土,这种材料由于经受不了长时间的空气水分的侵蚀考验,导致一些土木工程出现严重的质量问题,在人们都在为工程建筑感到烦恼的时候,20世纪80年代,国外研制出了纤维增强塑料筋,它具有超强的耐腐蚀性、自重轻、抗疲劳等诸多特点,深受土木工程建设的好评,我国也在90年代开始对纤维增强塑料筋进行具体的研究与分析,也逐渐总结出了纤维增强塑料筋的诸多优点,找到了不同纤维增强塑料筋适应的建筑领域,在研究的同时,也发现了纤维增强塑料筋的一些缺点,并在及时进行研究,努力改正其缺点。据不完全数据统计,在美国的建筑物中,将近50万座桥梁中,有四分之一是因为钢筋锈蚀而严重受损,而国家也为此付出了巨额的费用。为了避免工程的损失,也避免国家支付不必要的费用,专家积极的研究高性能的新型材料,纤维增强塑料筋的出现,解决了土木工程建设中的许多重大问题。在目前的土木工程建设中应用的纤维增强塑料筋主要是碳素纤维增强塑料(CFRP)、玻璃纤维增强塑料(GFRP)和芳纤维增强塑料(AFRP),这几种新型材料被广泛的应用于土木工程的建设中。纤维增强塑料筋有自己独特的优点,例如抗拉强度高,纤维增强塑料筋的抗拉强度是一般普通钢筋的2倍到10倍,有数据显示广泛应用于土木工程中的碳素纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料和芳纤维增强塑料与普通钢筋和高强钢丝的抗拉强度(MPa)分别是:普通钢筋的抗拉强度是400,高强钢丝的抗拉强度是1860,碳素纤维增强塑料的抗拉强度是1650-2601,玻璃纤维增强塑料的抗拉强度是1380-1720,而芳纤维增强塑料的抗拉强度是1200-2070,这些数据充分显示,纤维增强塑料筋在土木工程应用中的抗拉强度优势。其次纤维增强塑料筋有很好的抗腐蚀性能,特别是碳素纤维增强塑料和纺纤维增强塑料在极其恶略的环境下,都能有很好的抗腐蚀性。纤维增强塑料筋还具有无磁性,尤其是表现在阴雨环境中,由于这种优势,纤维增强塑料筋也被使用在一些特殊的领域。另外纤维增强塑料筋的抗疲劳性能也很好,尤其表现在碳素纤维增强塑料和芳纤维增强塑料,它们的抗疲劳性是钢材的3倍。纤维增强塑料筋具有低松弛性,它是用于预应力混凝土结构中时可以减少由于预应力筋松弛而引起的预应力损失。纤维增强塑料筋的优点还有很多,这也是它被广泛应用于土木工程中的原因,而纤维增强塑料筋在土木工程中的应用,也一直是国内外土木工程界的前沿课题之一。我们只有不断的改进与更新技术,才能让我国的土木工程建设得到更好的发展,推动我国工程的整体发展,使我国在土木工程建设领域中更上一层楼,走在世界的前端。
二、纤维增强塑料筋的缺点
纤维增强塑料筋在土木工程的建设中表现出来了很多的优点,也同样表现出了一些缺点,这也是我们需要研究的地方,只有尽量改进纤维增强塑料筋的缺点,才能更好的应用于土木工程的建设中。纤维增强塑料在土木工程建设中表现出的缺点如下,纤维增强塑料筋的弹性模量较小,有数据显示,普通钢筋的弹性模量是210,高强钢丝的弹性模量是200,碳素纤维增强塑料的弹性模量是150-220,玻璃纤维增强塑料的弹性模量是50-65,芳纤维增强塑料的弹性模量是50-120,在以上数据可以看出,与钢材相比较,大部分的纤维增强塑料筋产品弹性模量小,所以纤维增强塑料筋结构的设计通常由变形控制。其次与钢材相比较,纤维增强塑料筋的抗剪强度较低,它的强度仅为抗剪强度的5%-20%,所以纤维增强塑料筋产品在进行连接的时候,要使用特殊的衔接工具进行安全工作,这为我们的连接工作提出了一个很大的难题,但这同时也是我们重点进行研究的问题之一。纤维增强塑料筋的长期耐温性能较差,它不能够在高温下长期使用。以上的一些缺点都是我们在土木工程的建设中,一点一滴总结出来的,我们应该及时发现,及时改正,对纤维增强塑料筋的产品进行进一步的研究,争取克服重重困难,攻克一个一个的难关,改掉缺点。只有这样才能让纤维增强塑料筋在土木工程的建设中发挥自身最大的能力,为土木工程的建设做出最大的贡献。
三、纤维增强塑料筋在土木工程中应用
现在,纤维增强塑料筋被广泛的应用在土木工程中,并在其他的建设领域也得到了广泛的发展,例如在建筑工程中应用,纤维增强塑料筋被作为新建结构的框架,来提高结构性能,还被大量的应用于对古代建筑的维修工程中。纤维增强塑料筋被大量应用于岩土建筑中,由于纤维增强塑料筋的耐腐蚀性特点。在长期潮湿阴暗的条件下,纤维增强塑料筋比钢材的耐腐蚀性强,多被应用于潮汐变化的干湿交替的挡土墙等。纤维增强塑料筋还被应用于桥梁的建设中,由于本身具有较低的松弛型,它是用于预应力混凝土结构中时可以减少由于预应力筋松弛而引起的预应力损失,所以可应用与预应力混凝土桥中的预应力筋,甚至可以用于整个的桥梁建设中去,在桥梁补强加固方面又有一定的应用。碳素纤维增强塑料就被很好的应用于预应力混凝土高速公路的桥梁建设中,而芳纤维增强塑料则被很好地应用于预应力混凝土桥的建设中。此外,在德国的一些桥梁应用了玻璃纤维增强塑料。纤维增强塑料筋不只是在土木工程,在港口、码头的建造结构中也被广泛应用,由于地理位置的特殊性,对于材料要求就更加的强烈,以往的混凝土结构,不适应海洋结构,即便我们采用最后的混凝土层,它的防腐蚀时间也只能维持15年,这与永久和半永久的海洋结构不相符合,而采用纤维增强塑料筋,这个问题就迎刃而解了,因为它具有很强的防腐蚀性,对于海水的长时间侵蚀,有很好的防范效果。
综上所述,纤维增强塑料筋在土木工程中得到了很好的应用,它的一系列优点,使土木工程的建设更加的完善,也被广泛的应用于一些特殊的场所,帮助全世界的土木工程建设解决了很多的难题。它超强的腐蚀性,被广泛的应用在码头、港口的建设中,打败了钢材的低抗腐蚀性,它超强的抗拉强度也远远的超过了钢材,在土木工程的建设中起了很好的作用。纤维增强塑料筋的优点很多,但在土木工程的建设中也同样体现出了一些缺点,它的弹性模量度比较低,尤其是玻璃纤维增强塑料和芳纤维增强塑料,所以它的结构设计通常是由变形控制,还有就是他的抗剪强度较低,所以在进行连接工作的时候,要运用专业的连接工具,这些纤维增强塑料筋的缺点还需要我们一同努力去解决。由于纤维增强塑料筋的独特性能,它以广泛应用在许多的国家,在欧美和日本也已成为研究的热点,纤维增强塑料筋在土木工程中的广泛应用,也同时得到了很多人员的关注与研究,使其发展的越来越好,纤维增强塑料筋的应用,也一定会为我国的建筑领域带来不可小视的综合效果,它也必定会成为一种常用的建筑材料,应用越来越广泛,有很好的发展前景。
1.土木工程概述
土木工程的说法,存在许多种解说,可是其根本内容是不变的,土木工程即是公路、桥梁等等建造各种工程的总称。它是在科学技术范畴内的一种工程方面的表现,即土木工程与科学技术是息息相关的。土木工程还能够是一门艺术。不少处于艺术巅峰的修建都是依靠土木工程的技术支持。总而言之,关于土木工程,它是咱们如今生活所必须的依靠。土木工程在中国有着明显的年代特征,不一样的年代有着不一样的特征,最显著地表现即是修建特征的改变。所以,使用土木工程的这些特色,对古代修建的研讨也是极其重要的。
2.分析土木工程施工管理中存在的问题
2.1 管理人员的施工质量管理意识较低
土木工程施工阶段对于质量管理人员是十分重要的,管理人员管理意识的高低很大程度上决定了工程的施工质量。如果在土木工程的施工质量管理中现场的或是质量管理责任人的管理意识较低,缺乏发现问题的敏感性,在出现了质量问题后也不能及时的发现并采取措施解决,在后期的施工中,出现的质量问题一定会对工程的整体质量产生影响。土木工程的施工尤其特有的特点,土木施工中的材料很多在使用后就不能在重新使用,因此如果不及时发现问题,后果是不堪设想的。另外对于细小问题不够重视,累积后在完工阶段也会发展成为大的问题,如果影响施工验收,不能定期交工,对于建设方造成的经济损失是不可估量的。
2.2 对施工人员的管理缺乏完善的管理体系
土木施工中施工人员是施工建设的主体,施工人员的素质对于工程的质量有较大的影响。如果施工人员的素质较低专业技术水平较低在施工阶段就会出现较多的质量技术问题,给施工质量管理带来较多的麻烦,影响施工的进度。在施工的准备阶段如果没有对施工人员的专业技术水平进行考核和岗前培训,将技术质量较差的人员引用到队伍中也会对施工质量起到负面的影响作用。
2.3 对施工材料管理不善
土木工程的施工质量管理中,对于施工材料的管理不到位也是常见的问题。在土木工程的施工阶段使用的施工材料的质量对于工程的质量也有较大的影响。如果材料管理人员对于一些需要控制温度和湿度的材料随意的进行堆放,如果材料受到影响发生变质后被应用到工程中后果是非常严重的,如果是承重或是防水材料产生的后果更加严重。同时材料的质量同样受到采购人员的影响,如果采购人员的技术业务水平低,没有分辨材料质量高低的能力,将劣质的材料购进使用在工程中也会对工程质量产生一定的影响。另外如果采购人员为了一己私利购回劣质的材料也会影响工程的质量。甚至影响竣工验收。
3.加强土木工程管理重要性的措施分析
3.1以技术推动施工管理水平的提升
随着信息技术的发展,土木工程施工管理的信息化水平也有了相应的提高,将计算机急速与施工管理有机结合,能够极大的提高管理的效率。施工管理中,通过信息网络技术的应用,将工程施工过程中的管理要素进行数据化分析,建立施工管理数据库,使得各项数据能够通过内部管理网络实现共享。这种网络的建设极大的提高了相关数据的传递速度和利用效率,有利于提升管理的效率和水平,对于工程质量的控制也有着积极的意义。先进技术的应用,使得工程管理措施更具科学、合理的依据,有利于各项工作的有序开展,能够极大的提高施工管理的效率和质量。
3.2对施工材料进行科学的管理
在土木工程的施工阶段材料的质量很大程度上决定了整个工程的整体质量因此如果想进一步确保土木工程的施工质量,对施工时使用的材料进行科学的管理是十分必要的。在土木工程的施工阶段进行施工材料的质量管理应该做到以下两方面的要求。前提是要在监理人员的监督下进行。第一,选择优质材料的供应商作为企业的长期合作方,采购优质的施工材料。同时在采购的阶段要有专业的技术人员进行抽样检测,符合要求后方能进场使用。对于不合格的材料一律不得使用。保证所购材料符合工程建设要求,防止次级材料进入施工现场。要建立个人负责制,严格规范材料采购人员行为,使其不因一己私利而忽视材料的质量。二是对施工现场材料进行管理,做好材料的储存,尤其是在储存环境要进行重点管理,在温度上和湿度上重点把握,一旦发现存储环境影响到材料的质量,要及时更换存储环境,确保土木工程施工材料的质量,也才能够确保土木工程施工的质量,提高土木工程施工质量的管理水平。
3.3不断提高施工企业全员的安全意识
领导阶层要率先起到模范带头作用,建立健全相关的安全管理制度,落实责任监督管理体系和奖惩措施,激发施工人员安全生产的主动性。定期组织施工安全知识的学习和宣传,对企业全员的施工安全认知程度和技能水平给予不定期测评,不断提高施工企业技术人员的专业素养。防止腐败风气在施工企业中的蔓延,提高土木工程主要负责人的道德意识,避免其由于金钱的诱惑而将工程的质量、施工人员的生命安全作为谋取暴利的牺牲品。承担工程建设的企业和技术人员必须持证上岗,在进入施工现场之前必须使其充分了解工程建设的具体情况,同时做好安全施工知识的培训。
3.4注重专业人员的培养和应用
在施工管理中,专业人员的配备能够使得各项管理功能有序开展,并且使得监管工作的重点得以明确,能够显著的提升施工管理的整体水平。对于企业而言,要注重具备专业知识和实践经验的人员的应用,并且加强施工管理知识的培训,使其专业水平和综合素养都得以提升,以更好的满足工程施工管理的要求,提高施工管理的水平。根据工程施工的性质和阶段的不同,配备具有相应资格的人员,使其能够更好的工程管理与监理工作的开展,及时发现施工中可能存在的一些问题,使工程质量得到有效控制的同时也保证了工程的工期。
结束语
总而言之,文章通过介绍土木工程施工管理中存在的相应的问题,进行一定的分析研究后提出了对应的解决措施。土木工程施工的过程是比较复杂的同时存在的质量问题也较多,这些问题的存在,严重的制约了土木工程施工的顺利进行,影响到土木工程竣工之后的良好使用。因此,施工管理人员应该及时的发现施工中存在着的质量问题,并且采取有效的措施进行解决,不断的提高施工管理质量的技术水平,确保土木工程施工的质量,有助于促进土木工程项目的良好施工和竣工。为土木工程行业的健康快速发展保驾护航。
参考文献
[1]标.浅谈当前我国土木工程施工管理存在的不足及对策[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2010(09).
经济的快速发展带动了现代建筑工程的快速发展。现代建筑工程的快速发展,直接导致了对现代建筑工程的施工技术要求不断规范化、不断严格化。其施工质量关系到整个工程的质量,因此,我们有必要对土木工程的施工技术进行探讨,找出其中的关键控制点,以提高土木工程的施工质量。
1 土木工程建筑施工的重要性
1.1 推动工程生产效率的发展
通过建筑土木工程施工技术智能化、自动化以及机械化等多样性的影响下,能够很好地降低诸多不必要的机械费用、人工费用以及管理成本,并且可以促使建筑工程施工技术在科学技术发展影响之下,实现经济效益的最大化,将科学技术这一生产力要素渗透现场施工的每一环节之中,从而切实提升建筑土木工程的生产效率。
1.2 生态能源节约的重要方式主要通过建筑土木工程施工技术的推动
在建筑土木施工中,生态化俨然已经成为了发展的主要方向,因而关于建筑土木工程施工技术的改进及其发展与创新也应顺应充分符合这一方向。在建筑项目土施工过程中,通过相关施工技术可以充分利用现有资源,使用节能环保建筑材料,应用自动化的施工技术,防止在建筑土木工程项目施工中出现环境污染以及生态破坏等不利因素,努力降低能源的排放量,从而实现生态的平衡。
2 土木工程建设施工技术特点
2.1 施工技术出现的历史性
施工技术应该说自从有了人类以后就产生了施工技术,各种窑洞、土房的建设都说明了施工技术出现经历了非常漫长的发展历程。距今已有1400多年的历史,至今都保存完好,可见我国古代施工技术水平非常高。
2.2 土木工程施工的复杂性和易受干扰性
工程建设的技术复杂,管理难度大,易受气候、周围环境等外界因素干扰;一般投资大、生产周期长。
2.3 土木工程施工的固定性和流动性
固定性体现在工程的不可移动性上,流动性包括作业空间上的的流动和施工队伍的流动。
2.4 土木工程施工的多样性
每个工程各不相同,即便外观结构看似相同也会因水位地质条件和其他施工条件不同造成施工时的差异。
2.5 土木工程施工的协作性和综合性
工程的施工需要建设、设计、施工、监理、材料供应商等多家不同单位配合协作完成,各单位沟通协作对工程的实施影响很大,同时,每个工程都由多个分部工程构成,涉及专业很多,综合性较强。
3 土木工程技术施工的要求
3.1 基坑土方的开挖
进行基坑的开挖时应遵循如下原则:“分层开挖,先撑后挖”,先进行开挖顺序以及分层厚度的确定,然后进行连续施工,以防地基土出现扰动现象。整个开挖过程都必须认真进行检查,进行地下水位以下的挖土施工应进行科学降水。
3.2 土方填筑及其压实
首先进行土料的选用过程中应注意如下问题,一是碎石类、砂土及其含水量同压实要求相符的黏性土可选为填筑土料。二是淤泥,膨胀性土,冻土及有机含量超过8%、含硫酸盐超过5%的土等不应做为填筑土。压实过程中必须注意压实功、土的含水量以及每层铺土厚度。填土应由低到高,由下向上整个宽度分层铺填碾压或夯实。填方应分层进行并尽量采用同类土填筑。应在相对两侧或四周同时进行回填与夯实。当天填筑应在当天压实。
4 土木工程建设的施工技术
4.1 浅基坑的开挖及其支护技术
首先,土方的边坡应以当地的土质、开挖的深度及其方法、边坡的留置时间、坡顶的荷载情况、排水及降水状况以及当地的气候条件等因素为依据进行确定。其次,在土质均匀及湿度正常,基坑或管沟地面的标高高于地下水位,且敞露时间较少时,在挖土深度一定的情况下可不进行放坡和加支撑。再次,土质及其湿度适宜,且地质情况相对较好的情况下,当基坑或管沟的底面标高高于地下水位时,开挖深度应不超过5m,且可不加支撑。此外,对于永久性的挖方边坡而言,应根据设计的相关要求进行放坡。最后,在山体整体稳定的情况下,临时挖方的边坡若相对使用时间较长且高度低于10m时,可以以实际条件设计坡度。浅基坑的土壁支撑技术一般包括灌注桩、板桩、横撑、深层搅拌桩及地下连续墙等。
4.2 深基坑的开挖及其支护技术
在深基坑的开挖过程中,为了保证坑基开挖过程中土壁的稳定性,通常采用临时支挡来确保深基坑土壁的稳定性。对于透水挡土支护结构而言,可采用工字钢桩加横挡板、预制桩、双排灌注桩等进行挡土;对于止水挡土结构而言,主要包括了钢板桩、地下连续墙、化学注浆桩以及深层搅拌水泥土墙等结构;对于支撑部分的结构而言,可采用悬臂、锚拉式支护,或土层锚杆、型钢水平支撑等结构。
4.3 软土地基施工与石方爆破施工
软土地基施工特点:往往不能满足承载力和变形能力的要求,施工时如果采取措施不当,往往会发生路基或建筑物地基失稳或严重下沉,造成建筑物破坏或不能正常使用,需要进行加固,加固方法:换土垫层法、强夯法、振冲法、砂桩挤密法、深层搅拌法、堆载预压法、化学法等;土石方爆破施工:适用环境:开挖时遇到岩石,施工现场地下障碍物的清除、旧建筑物和构筑物的拆除,施工的工序:打孔放药、引爆、排渣;特点:施工费用低、效率高、有震动和粉尘危害,对旧建筑物、构筑物的拆除,还可以采用静力破碎等配合施工工艺,是拆除在低震动、低粉尘、无公害的情况下进行。
4.4 灌注桩施工与墩式基础施工
4.4.1 灌注桩施工是在施工现场的桩位处用机械或人工成孔,然后在孔内放入钢筋笼、浇筑混凝土(或者直接浇筑混凝土)而成的一种施工方法,主要工艺过程是:成孔D放入钢筋笼D浇筑混凝土。成孔工艺:干作业成孔、泥浆护壁成孔、套管成孔、人工成孔、爆扩成孔等。其特点:能适应地层的变化、施工时振动小、噪声低、工艺要求较高、施工后混凝土需要养护且不能立即承受荷载。
4.4.2 墩式基础是在人工或机械成孔的大直径孔中浇筑混凝土(或者放钢筋笼、浇筑混凝土)而成的大直径基础。目前,我国多用人工挖孔,故又称为大直径人工挖孔桩。墩式基础特点:端部直接支撑在岩石或坚硬土层上,桩的强度和刚度都很大,有较大的承载能力。
4.5 沉井基础施工
沉井是由刃脚、井筒、内隔墙等组成的呈圆形或矩形的筒状钢筋混凝土结构,多用于重型设备基础、桥墩、水泵站、取水结构、超高层建筑物的基础等,施工过程:施工时首先制作井筒,然后在井筒内挖土,使井筒靠其自重沉入土中。井筒的最下端为刃脚,形状如刀刃,在沉井下沉过程中使沉井切入土中。沉井的外壁为井筒,在下沉过程中起挡土作用,同时靠其自重可以克服筒壁与土之间的摩阻力和刃脚底部的土阻力,使沉井能在自重作用下逐步下沉。
总之,土木工程施工技术在不断的实践探索中也在不断的创新发展,并在工程建设中得到了运用,取得了良好的经济社会效益。我们要始终保持创新活力,开发和应用新技术,不断提高土木工程施工技术。
一、前言
土木工程专业是一门覆盖面广,与其它学科关联较多、融合紧密的实践性较强的学科。结合土木工程专业的特点,在人才培养定位上,要体现高等教育与社会发展的关系,要突出“适应性宽、动手能力强、富有创造性”的特点,这就要求学生具有丰厚的理论基础,开阔的知识视野,能跟上未来科技发展的步伐。为了实现这一培养目标,培养新时代需要的土木工程人才,广东工业大学土木与交通工程学院始终以培养高素质的创新型土建专业人才为育人目标,通过打造学生创新实践平台、构建科技活动体系、发挥学术竞赛作用,联合企业社会力量,着力培养学生的创新思维与实践能力,培育“善创想、敢创新、能创业”的适应时代要求的学生,人才培养特色鲜明,成效显著。
二、广东工业大学土木工程专业人才培养要求
广东工业大学土木与交通工程学院对土木工程专业本科学生的培养要求是:“既有扎实基础,又有知识拓宽能力的工程应用型人才。”本专业立足于广东,面向全国,主动服务地方经济社会发展,培养具有扎实的理论基础和专业知识,具有较强的应用能力,掌握现代化土木工程技术,具有创新精神的土木工程高素质应用型人才。在人才培养方案设置方面,充分体现了“厚基础、宽专业、强能力、高素质、能设计、会施工、懂管理、适应广、后劲足”等土木工程专业应用型人才特征的要求,重视创新创业意识与综合素质的培养,为实现大众创新万众创业创造条件。
三、人才培养目标的实现路径
为了实现土木工程专业的人才培养目标,我院始终坚持第一课堂和第二课堂相结合,同时把学生思想工作纳入人才培养体系,形成了立体式的人才培养路径。
(一)第一课堂:培养学生宽厚的专业知识
1、掌握扎实的基础知识,发挥学科潜力。从事土木工程的人才必须具备较强的数理化、外语、材料性能、结构、计算机科学基础知识。二十一世纪是一个信息时代,知识积累以及技术发展的速度都很快,学生在校短短几年时间里所学到的知识远远不够,加之目前有些课本教材内容的滞后性,使大学生在学校学习的知识可能面临老化的危险。为开放国内建筑市场的需要,建设部对建筑工程勘察设计及施工质量验收规范进行重大调整,国家大力提倡绿色建筑设计、施工,为了解决能源,在民用建筑工程领域进行建筑节能强制性设计,加强工程建设标准化工作,与国际建筑市场接轨,而这些较新的知识内容学生通过教材是学习不到的,这就需要通过讲授专题,扩大学生学习的知识内容,培养学生的创造性。所以,在制定培养目标时,要求学生不但专业基础知识扎实稳固,而且具有分析问题、解决问题及技术创新能力,有在实践中发展工程技术学科的潜力,更好地在高科技发展中立足,适应市场经济的发展。
2、明确工程技术应用方向,构造专业知识结构。拓宽专业知识,是多年来教育界不断研讨的课题。土木工程专业具有广泛的知识覆盖范围和知识内涵,因此,在培养目标上要确立宽窄合适的技术应用方向,并建立与之相适应的教学体系。从专业结构模式方面探讨,可以结合土木工程设计、施工、管理等知识,综合分析研究课程设置,拓宽土木工程知识面和生产施工工艺过程。尤其是目前我院土木工程专业的毕业生大部分分配去了施工单位的现实情况,更应该加强学生对施工技术和施工组织设计等方面内容的学习,在施工技术的教学上,应当考虑到教材内容的滞后性,增加大学生去施工现场从事实践活动的教学环节,培养大学生的动手能力和实际操作能力,从而激发大学生的创新能力。
3、拓宽知识面,培养实用型人才。由于社会经济发展和对土木工程专业人才要求,土木专业人才在社会中角色随时间发展而改变。一份报告表明“土木工程学生毕业后的5~10年内可能从事技术工作,10~15年后从事经济管理方面工作的会占较大的比重,20年以后社会问题的重要性将会突出出来”。在市场经济的背景下,土木工程技术人员不仅要直接从事管理工作和经济活动,而且要具有一定社会活动能力,这就需要在专业调整中考虑到工科和文科知识的兼容,紧跟时代的发展和根据中国同世界经济接轨的需要,培养学生具有独立应付未来环境变化的能力,使学生具有复合型知识结构,成为社会发展所需要的实用型人才。
(二)第二课堂:培养学生扎实的创新能力
1、联动师生,打造平台培育创新意识。学院以学生为主体,以专业教师为主导,以组织化的管理与创新氛围的营造为支撑,成立了学生创新工作室,延伸课堂教育,打造专有平台培育学生的创新意识,提升创新基础能力。学生创新工作室脱胎于学院的兴趣社团“创想工作室”,聚集了具有科研兴趣与实践热情的学生,形成一定的群众基础。学生创新工作室接受本科生与研究生创新创业团队进驻,为学生提供办公设备与实验条件,便于学生开展课题研究或者项目研发。通过指导教师的教育、启发与引导,学生之间的相互启迪、促进与竞争,激发学生的研究兴趣与创造潜能,锻炼学生的创新思维,树立创新品格与团队协作精神。
2、构建体系,丰富活动强化创新能力。学院积极承办学校学术科技节活动,并始终以“专业特色显、科技含量高、文化氛围浓”为导向,学院策划举办了一系列学生学术科技创新与创意文化活动,通过整合提升,创办了系列活动品牌“鲁班节”,以我国古代著名的土木工匠、发明家鲁班命名,旨在弘扬善于发明创造的“鲁班精神”,鼓励广大学子培育科学创新精神,增强实践动手的能力。经过这几年的发展改革,“鲁班节”科技创新系列活动已形成力学架构大赛为核心,多项与专业相对接的比赛并存的活动体系。
3、以赛代培,拓展渠道孵化创新项目。除了搭建课外科技活动平台,营造浓厚的创新实践氛围,学院还鼓励学生积极参与各级各类科技创新比赛,例如全国周培源力学竞赛、“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛、全国大学生结构设计竞赛、全国测绘工程测量技能大赛、中南地区高校土木工程专业结构力学竞赛、“广厦杯”粤港澳高校结构涉及信息技术大赛、广东省大学生结构设计竞赛等国家级、省级竞赛。学院以参赛为契机,检验育人成果,拓展育人途径,进一步提升同学们运用理论知识,实际动手操作,凝练创新成果等方面的能力,全面增强综合素质。依托各类比赛,学院开展赛事宣讲、专业辅导、优秀作品展示与评比表彰等,有效提升各项赛事的群众基础。此外,选拔一批创意好、技术含量与实用价值高的学生作品,组织专家教授进行重点技术指导与资金资源支持,参加“挑战杯”竞赛等重点国家级竞赛,以赛促学、以赛促教、以赛促创的人才培养模式成效显著。
4、协同校企,聚集资源助推创新成果。学院积极开拓途径,与行业龙头企业开展广泛合作,建立多个校外学生创新实践基地,协同社会力量,开展产学研合作,提升学生的整体创新与实践能力,吸收企业资金赞助,用于支持学生参与学术科技创新实践活动,表彰优秀学生等。在我院的推动下,学校与广东中山环宇实业有限公司共同建立了国家级工程实践教育中心(校外实习基地),中心成立十多年来,为教师进行实践教学、学生开展实习实训、参与科技竞赛等提供了活动场地、实验设备、学习模具、企业导师、后勤服务等环境与人员保障,成为我院开展实践性教学活动的重要平台。组织学生参与各类企业实践实习活动,或依托企业生产需求开展科研项目,邀请企业技术及管理人员为学生做主题讲座或项目指导,通过多项举措引入企业加入学生创新培养,引导学生开展贴近生产及研发需求的科技创新活动,进一步增强学生与企业的沟通,解决学生创新资源及活动不足的难题,开创学生、学院与企业共建共赢的良好局面。
(三)基于专业特色的思想政治教育
对土木工程专业学生开展思想政治教育,我们强调学生应做一个“又土又木”的专业人才。一方面,要求学生学好“土木”专业课程,另一方面要求学生在为人处世上也要体现“土木”特色。其中,以“土”为本,要求学生要接地气,少一些花哨的“洋气”,多一些脚踏实地的“土气”;以“木”为魂,要求学生要懂得“木讷”的精髓,孔子曰“君子讷于言而敏于行”,土木专业的“木”就是要做一个“木讷”的人才,即“纳言、敏行”。
四、人才培养取得的成效
我院通过“第一课堂+第二课堂+思想政治教育”的立体式人才培养,学生培养取得了较为显著的成效。近年来,我院本科生成功申报了“大学生创新创业训练项目”100多项,学生积极参加“挑战杯”、全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛、数学竞赛、力学竞赛、结构设计大赛、结构设计信息技术大赛等各种竞赛中等课外科技竞赛和实践活动,综合能力得到了良好的锻炼和提高。学院重视对学生实践能力和创新能力的培养,先后在相关大型企业建立了多个校外教学实习基地。始终立足学生的成长成才需要,与专业相关的行业领域保持紧密联系,充分利用社会资源,优化职业生涯规划教育,创新就业服务形式,增强就业工作成效,助力广大同学充分挖掘自身优势,顺利走上工岗位,开创美好未来,总体就业率连续五年达到99%以上。
参考文献
[1]唐艳娟等.“专业竞赛”在土木工程实践教学中的应用研究-以石河子大学水建学院为例[J].中国西部科技,2013,(01):105-106.
[2]付云松等.土木工程专业应用型人才培养基本规格探究[J].大学教育,2015,(10):134-136
1 现代无金属结构的基本概念
地铁建筑属于近代土木工程的范畴,受中华传统土木工程理念和技术的影响不大。随着我国经济实力的逐渐强大,高科技应用带来明显经济效益,也给中华民族优秀传统观念的工程应用提供了有利条件。本文将就中华传统土木工程理念和技术与地铁建筑结构相结合进行初步研究。
土木,“谓建筑之事也,如筑屋,架桥,筑堤,开路等工事是也(国语晋语九)。也就是说土木工程结构本意就与金属无关,是无金属结构,符合中华古代“五行”理念。
在中国古代,万千年来为什么土木工程中不用金属,最重要的原因之一就是金属不耐腐蚀工程如果使用了金属必然是短寿的。
在近代,钢铁、合金等金属材料大量应用于土木工程,使中华“营造法式”落伍了,但是,“有金属建筑结构是短寿的”却得到了充分地证明。《建筑结构设计统一标准》规定的建筑设计基准期仅为50年,因此,现代土木工程工作者所从事的是大都是“半百年大计”,这明显“今不如昔”。另一方面,在土木工程中的水坝建设上,大多是不用金属的,但其尺寸显得十分笨大。
地铁技术明显属于发达国家输出的城市交通技术,其建筑结构必然以大量钢铁为主要材料,然而并不能保证很“长寿”,因为使用钢铁带来很多弊端。
我们研究纤维增强聚合物(FRP,Fiber Reinforced Polymers)应用已有五个年头,经过这一阶段的研究,开始继承中华民族土木工程传统理念,大力倡导现代无金属结构。所谓现代无金届结构,就是用FRP替代结构中的金属,或仿制、增强非金属材料,得到新型无金属结构。其概念明显含有民族科学文化内涵,具有广阔的应用前景。
十年前,“冷战”结束,FRP得以民用开发,国内外大都用于土木建筑补强加固,其建筑加固市场实小,但可见营造市场巨大。经我辈努力研究,已建成两处无磁建筑,“现代无金届结构”在新世纪开始已有实物(见图1)。
现代无金属结构中“现代”是区别于“古代”和“近代”所采用的。2001年6月央视《东方时空》公开征集山西应县木塔维修方案,因此我们献策现代无金属结构的纳米FRP技术修复,很受各界重视。
图1 FRP替代钢筋的地下纤维混凝土建筑正在施工
现代无金属结构基本上有三类主要形式,即(1)纤维混凝土结构,(2)纤维砌块结构仿木结构。在地铁建筑结构中,前两种形式更为重要。
纤维混凝土结构是针对替代钢筋混凝土结构和钢结构提出的,因而可使其变成五金属结构。基本方法就是用复合纤维材料替代钢筋或钢丝,得到新型占构,且具有更强、更轻、加工更简便的特点,其中钢筋绑扎问题可用尼龙绑扣替代,钢材焊接问题可用高强环氧树脂胶粘结解决。
纤维砌块结构是针对替代砌体结构提出的,砌体结构不再采用圈梁和构造柱,不再用水泥砂浆砌筑,而是利用复合纤维复合之机直接进行砌筑,这不仅更分布均匀地起到了圈梁和构造柱的加强整体性作用,其砌筑缝隙的强度将明显超过水泥砂浆,甚至砌块本身的强度。
纯复合纤维结构可以仿制或替代木结构,也可以仿制或替代型钢、钢索等结构,因此,这些现代无金属结构主要形式一般可以覆盖替换现有各种有金属结构形式,使将来结构形式发展到只有无金属结构一类,完全恢复“土木工程”名符其实的合理面目。
2 现代无金属结构在地铁建筑中应用的建议和讨论
地铁建筑结构中的钢筋混凝土结构应该用纤维混凝土结沟来代替。
地铁建筑结构中的钢结构应该用纤维混凝土或纤维仿木结构来代替
地铁中的砌体结构应该用纤维砌块结构来替代。
2.1高强度、大跨度的问题
现代无金属结构应用于地铁结构的明显优势就是纤维的强度高。我们曾经在天津和北戴河地下工程采用了纤维混凝土结构进行建造,其碳纤维的抗拉强度为4 000MPa左右,经过环氧树脂复合成碳纤维棒材的抗拉强度为3 000MPa左右,我们取用的没计值比较保守,为2000MPa,这—抗拉强度约是普通钢材的20倍。考虑到碳纤维的比重是1.8 t/m3,约是钢材的四分之一,所以,目前看来,一吨碳纤维可以等效于40 t钢材。强度高必然引起体积小、重量轻,而用纤维替代钢铁的重量仅为原来钢铁的2.5%,在土木工程中显然这一重量是可以忽略不计的。
结构构件的重量轻,首先为安装构件带来了方便,可节省大量的安装费用。更重要的是重量的减轻,可明显减少地震力,或者在强度不变的条件下明显提高结构抗震等级能力。正是由于重量轻,如果用于结构加固,就基本不会改变结构原设计的重力荷载,因此这一优点备受结构补强加固者的
青睐。
在地下结构中,由于荷载大,配筋率也很高,有时混凝土浇注后很难振捣到位。为了保证不超筋,就要加大混凝土构件的体积,若我们采用现代无金屑结构,用复合纤维替代钢筋,就可以轻而易举地解决这个问题。
体积小、重量轻的现代无金属结构显然是地铁建筑中大跨度结构的首选结构形式,尤其是在箱体的顶盖或高架桥中的应用。
2.2 耐腐蚀问题
土木工程结构腐蚀问题是—个很普遍的问题,在地面以上能够看到的结构中金属的腐蚀已是触目惊心,在地面以下的地下结构工程腐蚀必然会更加严重。现代无金属结构中的复合纤维具有明显的优势,其耐腐性能明显强于混凝土或砖、石。因此在地铁中采用现代无金属结构会明显延长地铁的寿命,为提高地铁建筑的设计基准期提供了难得的前提,必然将中华土木工程的理念与现代的地铁建筑相结合,这是地下铁道土木工程的重要发展战略。
由于地铁建筑金属腐蚀的另一特点是地铁机车由电力牵引,这就带来了结构钢筋的电解腐蚀
了防止这个破坏结构的现象,我们常常在底板中加入辅筋,这无疑造成了浪费,并且也无法检测
果我们使用了现代无金属结构,这一问题就不存在了。
天津经济技术开发区就建立在“盐滩”上,地下结构中的金属腐蚀极为严重,女贿强地震发生,必将引起重大损失,明知如此,我们却没有很好的溯卸力怯,只能“听天由俞’,如果采用现代五金属结构进行建造就不存在金属腐蚀的灾害问题了,那么,天津的地铁就可以长寿的驰骋在天津经济技术开发区。
西部大开发,盐湖地区的化工原料的开发前景是十分诱人的,但历史上为什么没有得以大规模开发?原因之一就在于盐湖对建筑的腐蚀作用,不仅钢铁会受到盐的强腐蚀,甚至混凝土也禁受不起盐的强腐蚀,因此采用现代无金属结构解决盐湖中建筑的抗腐蚀问题,就不能采用混凝土包裹和保护纤维棒材的形式,而应采用纤维片材包裹和保护混凝土的形式。这样一来,西部的地铁和城市轨道交通才能不惧盐碱地段,西部大开发发展战略才能真正落在实处。
海洋潮汐是取之不尽的能源,结构防腐问题未解决,尚不能大规模开发。现代无金属结构为结构防腐带来了新契机,在地铁建筑中尝试使用现代无金属结构进行防腐,总结经验,这也会为大规模向海洋进军做良好的准备。
转贴于 2.3 防火、防水问题
美国“9·11”事件最说明钢结构怕火的致命缺点,火克金。地铁是一处人流密度大、工程防火等级高,且发生事故不易处理的特殊建筑,那么,怎样解决防火问题早以提到日程。而现代无金属结构材料在防火方面有独到之处,它可以在上千度的温度下不燃烧,且不丧失强度,这样,问题就迎刃而解了。
在地铁工程中,防水问题是重中之重。而现代无金属材料中的复合纤维就是一种闭水材料,但是作为防水材料目前显得造价过高,但是可以作为结构材料兼顾防水的性能。而我们,现今采用的防水树脂卷材就是我们现代五金属结构所提倡使用的。
2.4抗震、抗爆问题
地铁工程自身属于人防工程,因此地铁结构要求有良好的抗震、抗爆性能,而抗震、抗核爆均系抗侧力问题,无疑是建筑结构最难研究的系列之一。至今国内没有保险公司设立“地震保险”险种,对于地铁这种大投资的公益性建设项目也同样如此,显然,地震安全社会保障体系尚无法在中国建立。现代无金属结构将从强度高和重量轻出发,根本解决结构抗侧力问题,使五金属结构充满活力。对于抗震的耐倒塌问题,我们主要靠提高钢筋混凝土结构的延性来解决,钢筋混凝土结构的延性系数一般为4~6,而纤维混凝土结构的延性可达到10~12,具有成倍的抗倒塌能力储备。中国尚未有地震保险的原因是建筑设计标准低,中震、大震结构就坏了,保险公司赔偿不起或收取的保险费过高而无法实现地震保险。由此引发一系列问题,地震区财产安全无社会保障,社会互惠互利的保险功能不能发挥作用,震灾只能靠社会各界捐助,“杯水车薪”,抗震技术报告失去了作为地震保险基础技术资料的作用。特别是“西部大开发”,中国东西部破坏性地震发生的频率比约为1:4,在西部,没有地震保险,私企投资必然慎重,将严重影响西部大开发成功,国企也饱尝没有地震安全保障,损失巨大的苦头。现代无金属结构可以在不增加建筑造价的前提下,明显提高抗震能力,使建筑抗震设计标准有明显提高,地震保险可在现代五金届结构技术基础上实施,两者相互促进,建筑地震安全分级管理不再有大障碍,地铁的寿命会更加延长。
2.5 结构无磁问题
现代交通趋向于快速,因而磁悬浮列车已经开始进入了地铁的历史舞台,市区地铁与城际磁悬浮列车必然要相接轨。我们地铁建设能符合磁悬浮列车对建筑设施的无磁要求,这显然是一个十分重要的战略问题,以往这一问题是依赖于玻璃钢来解决,由于玻璃钢不耐老化,问题解决得并不是十分理想。现代无金属结构经过两个地震观测室建造的实践,已经取得了优良的无磁效果,必将为磁悬浮列车建筑设施要求提供技术保障。
2.6智能控制问题
结构智能控制是现代建筑的又一研究热点。利用导电FRP既作为结构的无金属材料,又作为结构性能监测传感器,现代无金属结构很容易实现智能控制,这方面在结构力学监测、交通流量检测、银行防盗墙报警系统、地下水管漏水检测等都已取得实效。对于地铁来说,建筑物的主体均位于地下,属于“隐蔽工程”,受到太多不可预知因素的影响。因此,应该充分认识到地钦结构智能化的重要性。而我们要是采用现代无金属结构,就很容易实现了。
2.7 通风、采光、保温问题
每每走出北京地铁站时,我们都会被出站口强烈的大风吹得很难受,这说明现代地铁的通风问题解决的并不能令人满意,为了解决通风问题,往往需要征地修建专门的通风口,这无疑造成了浪费。现代无金属结构中的纤维砌块结构具有空心砌块砌筑的特点,由于用纤维进行砌筑墙体具有很好的整体性和稳定性,该空心应该加以利用。我们可以把空心用来进行地铁的通风,使通风的通道明显的增多,通风的途径可多种多样,这样便可避免通风通道过于集中,给地铁中的人带来的不适。
地铁的采光往往利用电灯,这也是不能令人满意的。现代的光纤不仅有很强的通讯能力,不仅能传输激光,也可以很好的传输自然光。因此利用光纤可以在地铁中使用到自然光,关键问题是在地铁结构设立众多光纤通道,这需要重大的花费同时又时非常麻烦的,那么纤维砌块结构的空心部分便自然为光纤预留了通道,使地铁采用自然光顺理成章,这将在地铁的长期使用中大大节省能源,对长期在地铁中的工作人员和乘客的身体健康起到有益的作用。
空心砌块的进一步利用是通过对空心内填加适当的保温材料进行保温,完全可以克服混凝土热传导能力过高的缺点。例如,我们地铁的墙体采用两排空心砌块结构建造,就应该利用外面一排砌块的空心进行保温,利用里面—排的空心进行采光和通风。
2.8耐振动疲劳问题
地铁总是处于繁忙的运营状态,振动疲劳问题是非常明显的,由于金属材料会有缺陷,即使在很小荷载的反复作用下也会在缺陷面发生应力集中,有裂纹扩展,逐渐出现疲劳破坏。而现代无金属结构中的复合纤维材料往往是由碳纳米管组成的,也就是说该材料在原子量级上都是较为均匀的,因此具有奇异的强度,同时也有优越的抗疲劳能力。
3 结束语
本文建议在地铁建筑中采用现代无金属结构,上述讨论说明,这不仅是十分必要的,而且是可行和合理的。地铁建筑必将从中获得巨大的经济效益,明显提高地铁建筑的档次。我们首先直接使复合纤维进入建筑结构建造领域,在无磁地下工程建设中得到创造性的应用,因此本文进一步提出在现代地铁建设中应用的建议。现代五金属结构的现代特征也将因此得到充分的展现。这主要体现在六个方面:
(1)高科技特征(纳米材料和新的应用技术);
(2)安全度特征(在不增加造价的前提下,结构的安全度明显提高);
(3)节能化特征(明显节省金属冶炼巨大的耗能和对环境的破坏,充分利用自然能源)
在土木工程中,结构损伤依据检测技术能分成局部与整体检测两部分,根据结构模型能分成无模型与有模型诊断两类。土木工程在使用当中,具有一定使用年限,由于酸雨、地下水、北方冬季结冰等耐久性因素,或遭遇洪水、地震与台风等灾害等偶然荷载作用,甚至诸如贯穿裂缝、混凝土浇捣及养护、建筑材料质量参差等诸多不确定因素,建筑物经过多年磨损而存在安全隐患,出现质量问题,给土木工程带来不可估量损坏。建国六十年来,许多建筑物已经达到其使用的耐久极限,改革开放三十年也有大量的新型建筑达到了其生命的“半衰期”,为确保人们生命财产安全,采用有效诊断措施给予防控是必要的。
1. 结构损伤、振动损伤与安全诊断
在土木工程当中,结构损伤所指的是结构材料及其几何特性出现改变,会给当前结构性能与整体系统力学带来影响。由土木结构强度、刚性与稳定性上看,土木结构损伤主要包含内部缺陷、材料缺陷与设计结构隐患、结构裂纹、性能下降等。振动损伤所指的是结构因振动引发的损伤,经过各振动信号采集与处理,对结构损伤给予判断,因振动源存在不确定性,振动测试环境比较复杂,具有不可控性,此类损伤诊断较难实施。安全诊断所指的是通过土木结构损伤状况的识别,分析结构各性能指标,并判断结构损伤状况,一旦存在损伤,就应对其位置与损伤程度进行确定,对土木结构剩余寿命进行估计以判断其继续应用性,并研究制定相应的修复补强方案。
2. 结构损伤的诊断方法
1.1. 整体检测方法
整体检测方法主要通过建筑物原有力学模型,通过施加各种假设荷载或振动作用,分析建筑物的荷载极限,主要适用于有详细的工程力学计算书建筑物,对于近二十年建成的超高层框架结构或连续多跨单层层建筑物,最好有静力学、动力学、运动学力学分析的计算机模型。现代大型计算机工程力学分析软件,例如Ansys、Nastran软件能为建筑物的损伤分析提供良好的辅助。
但因为检测方法对力学模型的依赖,未必适用于改革开放前甚至各种古代建筑等缺失力学计算书的建筑结构损伤分析,部分受到地震、海啸、或者例如九江大桥撞击甚至911恐怖袭击的建筑物则不适用,因为其设计模型和实际模型条件已不一致。
1.1.1. 系统识别与模型修正法
系统识别与模型修正法主要是应用基本的运动方程、动力测试资料与有限元模型进行优化约束,并修正结构模型刚度、质量及阻尼分布等,与结构动态响应相接近,经过基线模型及修正模型矩阵的比较,能对土木结构损伤给予诊断。Nastran软件对系统识别与模型修正法的支持度很高,能提供静力学、动力学、运动学力学以至热力学的模型分析功能。应用这种方法在子结构的划分及处理上优势较多,因测量噪声、模型误差与土木结构等在局部刚度变化上不是很敏感,实际应用颇受限制,致使特征方程的求解出现亚定问题,要有效解决模型于数据不定性,可应用统计推断法,像贝叶斯法,根据边界条件中的子结构修正,能减少未知数,同时,运用良态建模与子结构合理划分等,获取最优信息量。当然,贝叶斯法属于统计的理论范畴,实际操作时可以在结合超声回弹综合法等构件强度分析方法,可以将重要构件实际强度数据输入到力学设计模型中,从而论证建筑物现状刚度和设计刚度之差,可以让结构工程师分析建筑物的损坏情况。
系统识别与模型修正法较为适合正常情况使用下的建筑物安全鉴定使用,即实际使用状况与设计使用功能相同的建筑物。
1.1.2. 动力指纹识别方法
在土木结构诊断中,动力指纹识别是在结构特性变化下,如结构参数中的质量、刚度及阻尼等出现变化,相应动力指纹就会出现变化。动力指纹便能看成结构损伤标志,重用动力指纹主要包含振型曲率、频率、MAC与应变模态等,经实际结构试验,土木结构损伤中的固有频率变化比较小,振型的局部刚度变化较为敏感,不过其精准测量比较困难。如Elkordy等人采取振型方法进行五层框架结构的损伤诊断,在不同损伤状况中,第1-第4层当中的第1振型,是依据第5层当中的第1阶振型进行归化处理,并对损伤前后的振型变化比,当作参数输进BP网络中,还应对损伤位置给予检测,对其损伤程度进行测定。
在检测当中,仅应用振型方法诊断会受到检测时建筑物振动影响检测结果,具有一定缺陷性,建议采用多次检测的数据结果进行加权提高数据准确性。
1.1.3. ANN方法
ANN方法为神经网络法,是上世纪80年代,广受关注的人体神经原理的模拟方法,有自我学习与并行计算之功能,其容错性也很强,运用网络算法当中的墨水识别,能有效解决传统模式当中的模式损失与高噪音等缺点,已成损伤结构诊断中应用最广泛工具,神经网络诊断原理是依据不同状态下的结构反映。经特征提取,选择损伤敏感参数当做网络输入的向量,而结构损伤为输出,构建损伤状态及输入参数间的映射关系,网络含模式分类作用,通过目前结构可直接反映结构损伤状况。MSC.Marc软件对神经网络法的支持度很高,对比起Nastran,MSC.Marc可以分析的处理各种线性和非线性结构分析包括:线性/非线性静力分析、模态分析、简谐响应分析、频谱分析、随机振动分析、动力响应分析、自动的静/动力接触、屈曲/失稳、失效和破坏分析等。它提供了丰富的结构单元、连续单元和特殊单元的单元库,几乎每种单元都具有处理大变形几何非线性,材料非线性和包括接触在内的边界条件非线性以及组合的高度非线性的超强能力。运用神经网络的损伤诊断法,并不需要土木结构的动力特点先验知识,含有损伤的诊断非参数性,非线性的应设立较强,比较适合非线性的模式分类与识别,与模型修正方法相比,神经网络方法的适用范围更为广泛,不单可以分析整个建筑物,亦可以单独核算各种构件。
1.2. 局部检测方法
这种检测方法被大量用于建筑物中局部受损构件的检测,主要包含染色法、目测法、涡流法、以及前文提及的超声回弹综合法与发射光谱法等,这些检测方法中的大部分应用在某部件焊接缺陷、裂缝位置、受偶然荷载损坏的构件、与腐蚀磨损等方面的检查,在实际检测当中,多种技术的联合应用能对结构状态进行评价。
如射线检测法是用直线加速器与X射线,对土木结构缺陷给予检测,例如地下连续墙裂缝检测,对其结构内部的缺陷位置与形状给予检测,以判断结构可用与维修参考。声发射法所指的是对活动缺陷给予动态监测,并采取声发射探头对发射源中发射弹性波向电信号进行转换,再通过放大处理,获取特征参数,以推测材料内部的缺陷位置。超声回弹综合法根据实测声速值和回弹值综合推定混凝土强度的方法。本方法采用带波形显示器的低频超声波检测仪,并配置频率为50~100KHZ的换能器,测量混凝土中的超声波声速值,以及采用弹击锤冲击能量为2.207J的混凝土回弹仪,测量回弹值,直接得出混凝土实际强度。
通过局部检测,找出结构损伤点,通过注浆、二次抹面、壁可法或者构件破坏重新浇捣,及时补强,提高构件耐久性。但因为局部检测的对象是构件,仅能处理诸如贯穿裂缝、混凝土浇捣及养护、建筑材料质量缺陷或偶然荷载破坏的构件,当处理整体受损,或者改变使用用途、调整建筑结构的建筑物,还需要结合各种整体检测方法检测。
1.3. 无模型的诊断方法
在土木结构的损伤诊断中,无模型诊断方法并不需要有关结构模型的特征量,从土木结构振动的响应频谱、时程与时频等进行特征量提取,实施结构损伤的诊断。这种诊断方法起初仅应用在机械损伤诊断当中,进入21世纪之后,才逐步应用在土木结构当中,其诊断方法主要有频域法、时域法与时频分析法等三类,其中,频域法是运用频响函数对损伤诊断的指标进行构造,如波形识别指标在桥梁结构中的损伤诊断,又如功率谱密度均方根的指标在线性结构中的早期损伤定位。时域方法包含卡尔曼滤波法与ARMA模型等,如运用加速度的时域信息对残差量进行构造,并采取奇异值的分解法,对方程组进行求解,以验证方法有效性。而时域分析法是运用新信号的分解法,对原有傅里叶变换分解法进行替代,现在大多为小波变换,如廖锦翔等人,就运用小波变换,对桥梁裂缝的位置进行了识别,并实施数值模拟,以检测结果的准确可靠性。
1.4. 重建力学模型法
与无模型的诊断方法的使用环境相同,目前我国存在大量建国以前留下的古建筑,而因为建筑物设计及竣工资料档案制度建立以前的五十至八十年代建筑物也不在少数,这些建筑物大多处于年久失修的状况,而且因为设计资料缺失,无法通过整体检测方法测定其安全状况。我所工作的海印集团曾多次接收这种资料缺失的旧物业,例如海印广场项目、海印电器总汇、海印江南粮油城项目。在这些项目中,我司与设计院一道,通过超声回弹综合法,测出混凝土结构强度,同时利用X射线探测主要构件的构造钢筋,重建改造部位的力学模型,降次使用轻度受损的范围,对中度受损的构件及时回顶、拆除、植筋并重新浇捣,收效显著。重建力学模型,对重新活化古建筑、近代建筑有重要意义,有待专题研究并形成相关的行业规范。
3. 土木结构中的损伤诊断相关问题探究
在土木工程当中,其结构的损伤诊断是很重要的,直接关系着土木结构稳定安全性,损伤诊断法在航天、航空与机械等领域应用较为广泛,在土木工程,特别是桥梁结构中,其应用有效性还需不断加强,因土木结构的影响因素并不确定,结构也较复杂,在实际应用当中,诊断方法还存在较多困难,需要不断深入研究及实践,损伤诊断当中,对实际结构损伤的数据需求量大,不过实际数据比较有限与不足,运用大量试验对标准样例与损伤数据进行获取,所付出代价较为昂贵,并且费时费工,损伤结构研究当中,构建结构模型,并运用数值仿真实施相关研究,其现实意义更强。
在损伤诊断当中,大多诊断指标是在航空与机械等方面发展来的,土木工程当中的结构诊断指标,还需要不断完善,尤其是结构的实用性,还应加强研究,运用更可靠损伤指标,让其适合某结构。对于大型的土木结构,激励环境下,难以激发高阶模态,加强低阶模态的结构损伤诊断,更具有其理论意义与实践价值。土木结构中的自身动力与非线性等变异,会对结构损伤诊断造成较多困难,需要进一步研究。随着新材料及新思想的发展,在土木工程中,应加强结构设计改进,加强新参数与性能指标的测试,并运用新数学模型,强化土木结构边界条件注意,有效扩大应用范围,增强拟合程度。
我国的结构损伤的诊断发展迟于欧美、日本等西方发达国家,即使对比香港,我国大陆还是处于萌芽的阶段,其主要原因首先是我国目前新建项目之多,导致政府相关主管部门暂时未能顾及土木结构使用的安全,未能退出相应政策支持,这需要政府立定决心,成立分管土木结构使用的安全的部门,仿效香港制定相关的建筑物周期性诊断的法律法规;其次,国内支持土木工程力学模型的软件、各种检测工具和标准匮乏,即使有更好的检测方法也会因市场缺乏竞争而导致价格高昂,使用者望而却步,也是制约结构损伤的诊断的重要因素,许多设计院目前还是依赖工程师手稿计算,而对建筑物的安全鉴定还是使用目测法、染色法等低效率方法,所谓工欲善其事必先利其器,须由国家主管部门牵头,研究属于中国的力学模型软件,制定安全鉴定的行业标准以致国家规范。只有完善上述两点,我国结构损伤诊断行业才能迎头赶上世界列强。
结束语:
在建筑工程中,土木工程结构作为其重要构成,结构损伤程度直接关系建筑质量及其安全性,加强土木结构的损伤诊断是非常必要的,我国土木结构的损伤诊断已比较系统与深入,不过依然存在一些问题,需要运用合理诊断方法,对其损伤进行诊断,为土木结构的安全可靠性提供相关参考依据,确保建筑工程质量的安全性,保证人们的生命财产安全。
参考文献:
[1]张海芳.关于土木工程结构损伤诊断的研究[J].中国房地产业:理论版,2012(9)
近年来,就业市场有两种现象引人关注,一是大学生“就业难”与“技工荒”并存;二是大学生找工作难与用人单位招人难并存。这些现象的出现,反映了大学生就业的结构性矛盾。
有关专家认为,由于高校一些专业设置不合理,导致了大学生供给与需求的突出矛盾。一是专业设置与市场需求错位,专业改造步伐缓慢。二是教学教育体制和方法老套,存在“重理论、轻实践”现象,导致毕业生不同程度地缺乏适应社会的能力。
作为教育工作者,培养教育创新意识,加强实践教学环节,以培养高素质、实践性强的大学生,才能从根本上缓解现如今的大学生就业难的问题。因此,在当前大学生就业形势异常严峻的情况下,培养大学生创新能力具有十分重要的意义。
一、加强实践教学,注重学生创新能力培养
工程实践是创新的基础,工程实践的能力是创新能力的前提,“欧美国家土木工程专业培养的特点是以宽度为主,强调学生知识结构的完整以及自主学习的能力和实践的能力”。欧美国家土木工程职业工程师的培训任务很大程度上由企业承担,而我国工程界土木工程专业毕业生职业培训方面还有所欠缺,同时,施工企业等单位都是从自身经济利益出发,要求毕业生必须具备相应的工作技能,且有一定的工作经历。市场需求的压力促使我国高等院校必须锻炼学生的实践能力。因此,应做到土木工程专业实践教学体系的设置与企业要求接轨是非常必要的。
实践环节是土木工程专业教学中的一个重要环节,在培养学生理论联系实际、综合动手能力和创新能力方面有着不可替代的作用。目前,我院土木工程专业本科(四年)设置的集中性实践教学环节包括:实验教学、课程设计、认识实习、生产实习、毕业实习与毕业设计、社会实践和社会调查等,各类实践性教学环节超过40周。应该强调的是这40周实践教学环节中,学生所接受的技能训练比一个本科生在企业中两年所接触的业务范围要宽厚得多,这是一种实际工作经历,但在实施过程中,必须严格管理,才能确保毕业实习质量。对于专业实习,由于学生人数多,我们采取了分散式实习方式,学生自主联系实习工地,在整个实习中,学生真正变为主体,成为主角,充分发挥他们的积极主动性和自主性,这有利于锻练他们适应社会的能力,对于实习过程的管理,系里成立了实习教师指导小组,不定期地进行实地考查,实习结束后,学生应提供实习单位的实习鉴定,实习日记和实结报告,并抽取部分学生进行答辩。
通过实践,我们认识到:对于分散式专业实习,关键的问题在于严格的管理和完善的规章制度,只要真正调动了教师和学生两方面的积极主动性,分散式实习能达到比传统实习方式更好的实效。学校开设的各种实验课程,目的在于让学生通过实践促进对理论知识的深入理解,熟悉实验测试仪器的结构、性能及操作方法,提高学生的动手能力。在教师的指导下,学生根据实验课目,拟定实验方案,确定实验步骤,这有助于培养学生的设计、计划能力;学生处理分析实验数据,然后编写实验报告,这有助于锻炼学生的文字表达能力,实验课能检查学生理论知识掌握的牢固程度,考查学生的动手能力,培养学生的创新思维。
因而,在创新能力培养中,实践教学的改革引起了人们更多的关注,过去的实验、实习课,学生是在机械地照做“实习指导书”进行,缺乏思考与探索的空间。由于实验课题多数为验证性课题,结果毫无任何悬念,很难提高学生对实验、实习课学习的兴趣,我院土木工程专业对土力学、建筑材料、材料力学等课程的实验教学进行了大量改革,在实验类型上逐步减少了验证性实验,开设了更多的综合性、设计型实验,即只给学生提出实验问题,让学生自己设计实验方法和实验步骤,选择实验设备,给学生更多的自由想象空间,鼓励不同方案之间的比较和竞争,这对于培养学生的创新意识、创新思维与创新能力有极大的帮助。实验教学的改革,推动了学生由被动学习逐渐养成自主学习的习惯,取得了良好效果。
二、加强综合素质教育,注重学生创新能力培养
1.培养知识结构,提高综合素质
用人文、历史的视角去解读古代的建筑文明,是这些宝贵的建筑文化遗产得以传承的基础。运用丰厚的人文知识审视当代人性的需要,是我们建筑设计构思的基本出发点。有了深厚的人文知识作依托,我们才能设计出符合当代人审美情感和生活需要的好的建筑方案。土木工程专业与其他工科专业一样,其培养目标定位为:培养具有扎实基础、宽知识面、高能力、高素质和有创新能力的高质量人才。
土木工程专业培养计划确立知识结构有五项原则:一是德、智、体、美全面发展和知识、能力、素质协调发展的原则;二是课程体系整体优化的原则;三是拓宽专业口径,加强通识教育的原则;四是加强实践和工程训练,突出创新精神和创新能力培养的原则;五是因材施教,发展学生个性的原则。土木工程专业人才的知识结构应包括人文、社会科学和自然科学基础知识;土建类学科与土木工程专业基础知识;专业知识以及相邻学科知识。科技教育与人文教育的融合成为当今教育发展的必然趋势,是对工业经济文明反思的结果,人类由于过分地运用科技发明,破坏了人与自然的和谐,面对濒临绝境的人类生存环境,人们的良知逐渐被唤醒人文教育能提高学生的观察能力、判断能力、适应能力和学习创造能力。能陶冶情趣、开阔视野、传承文化并提高人的思想境界,使毕业生成为一个高尚的并且能不断自我完善的人。
2.培养能力结构,提高综合素质
新世纪应培养土木工程专业学生应具备以下能力:首先是培养学生多渠道获取知识的能力,在讲授知识过程中,应以学为主,以此来调动学生自主学习的积极性;再有是灵活运用知识的能力,通过对学生理论学习和实践能力的培养,使其具备进行土木工程设计的基本能力,且应具有合理选择工程施工方法、施工工艺、正确实施工程项目管理和处理工程事故的基本能力。
三、结束语
创新型人才培养是一种全新的人才培养模式,同时也是一项复杂的系统工程。培养学生创新能力、创新人才培养是高等学校立足的基石,培养学生实践能力是培养学生的创新意识和创新精神的前提。因此,只有不断探索、不断实践和不断完善对土木工程专业学生的教学方法,才能真正培养出一大批适应新形势发展,适应新时代要求的创新型人才。
参考文献:
[1]张志军,曹露春.论土木工程专业实践教学研究体系的构建[J].徐州工程学院学报,2006,21(5).
[2]周成才.土木工程专业实践教学环节改革之浅见[J].南昌航空工业学院学报,2002,4(3).