基于理论与实践并重的大学生结构设计竞赛策略探讨

孟陆波　李子超　周良坤　李文炜

摘要：在第三届四川省大学生结构设计竞赛中，通过制定详细的参赛计划安排，采用理论—实践—修正理论—再实践的策略，强调理论计算，也注重动手实践，培养学生的创新思维、实践动手能力和团队协作能力，取得了特等奖的优异成绩。这种策略和计划安排为参加类似竞赛提供一定的借鉴意义。

关键词：结构设计；竞赛策略；挡土墙；实践能力

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）37-0235-02

一、引言

大学生结构设计竞赛是针对土木工程专业的一项重大赛事，对培养学生创新思维、动手能力及团队协作能力具有重大作用[1-3]。国内很多省份都积极开展此项学科竞赛，很多高校对此类竞赛结果进行了分析与建议[4-6]。四川省也积极响应，2016年10月18日，第三届四川省大学生结构设计竞赛在成都理工大学举行。本次大赛在扩大四川省内高校参赛面的基础上，特别邀请了包括同济大学、中国地质大学（武汉）在内的6所省外高校参赛，共有参赛高校25所，参赛队伍49组，参赛选手147名，参赛规模创四川省本项竞赛历史新高。大赛分“建筑工程”和“岩土工程”两个组别，本人带队参加“岩土工程”组，赛题为土工布裹面挡土墙。

土工布裹面挡土墙（又称“无面板加筋挡土墙”）是充分利用土工布优点的一种挡土结构。由于造价低廉、施工简便、环保美观，因此被广泛应用于各类边坡的支挡与防护。本次竞赛要求设计制作某路基边坡的土工布裹面挡土墙。采用普通A3白纸作为土工布，填料为干燥的石英砂，比赛现场在规定时间内，按要求完成模型设计、制作，制作的模型经评判合格后，按规定进行加载测试。竞赛需要参赛人员考虑和优化材料用量（A3白纸）及模型有效荷载之间的关系，达到最佳性价比，最后依据竞赛规则及评分标准，评定得分。

二、参赛计划安排

本次竞赛在成都理工大学于2016年7月17日开始报名，报名组队后，制定了参加本次竞赛较为详细的工作计划，如表1。总体策略思路是以理论指导实践—在实践中总结经验—反馈修正理论设计—再进行实践。在竞赛指导过程中，强调理论计算，同时也注重动手实践。

按照上述参赛计划安排，团队积极准备竞赛，首先对赛题进行了仔细分析和讨论。讨论结果认为：在加筋土结构中，填土自重和荷载等产生的侧压力作用于面板，通过面板上的筋带连接构件将此侧压力传递给筋带，试图将筋带从土中拔出。而筋带材料又被土压住，于是填土与筋带之间的摩擦力阻止筋带被拔出。因此，只要筋带材料具有足够的抗拉强度，填土与筋带之间的摩擦力足够，则加筋的土体就可保持稳定。平铺纸张的抗拉强度是足够的，由此可见，控制土工布裹面挡土墙稳定性的核心是A3白纸和石英砂之间的摩擦力。

根据上述分析，指导学生了解、掌握土压力、加筋土挡土墙设计等理论，在此基础上，讨论设计方案，并进行计算验证和实践验证。初步设計了七种分层方案，层数分别为3、4、5、6、7、8、9层。通过理论计算以及实践表明，在荷载为定值且结构保持稳定的情况下，在5层以下，用纸量随着分层数增加有所变化；6层以上，用纸量随着分层数增加而增加。分层较少（即层厚过大）对施工要求很高，面板处会出现漏砂不止和纸张撕裂现象，使得结构变得不稳；而分层过多又会使得材料用量增加。因此综合考虑，确定将挡土墙分为6层。

在实践训练过程中发现，由于箱子尺寸以及加荷后模型箱侧向变形等原因，会出现漏砂现象，这种现象非常容易导致结构失效。因此，在满足足够摩擦力的条件下，在第2、3、4、6层的有效长度区域共剪裁12个6×10cm的矩形纸条，用于防止模型漏砂。并在此基础上，总结了以下几个影响挡土墙稳定性的重要因素。

1.荷载量：荷载量超过极限承载时，易发生拉条拉断或者是整体滑动的情况。

2.用纸量：用纸量过少，会导致结构的极限承载力过低。

3.漏沙量：漏沙量过多，会导致结构过于疏松，易产生位移。

4.纸张平整度：纸张的铺平程度在很大程度上决定了纸张拉条是否会被拉断。

5.砂土压实度：石英砂压实度越大，结构沉降就越小、稳定性越高。

6.荷载摆放位置：砝码荷载在水平面上需要均匀对称布置，在竖直面上要垂直对齐，不能倾斜。如果摆放出现倾斜，在堆积过高后容易垮塌。

通过上述理论计算与经验总结，优化设计方案，共同协作，通过3个月的高强度训练，在10月18日大赛上经过激烈竞争，最终取得了“岩土工程组特等奖”的优异成绩。

三、结语

通过参加本次大学生结构设计竞赛，制定详细的参赛计划安排，采用理论—实践—修正理论—再实践的策略，强调理论计算，也注重动手实践，两者缺一不可。通过竞赛，培养了学生的创新思维、实践动手和团队协作能力，取得了优异的成绩。

参考文献：

[1]刘明晖，王伟.以结构设计竞赛为契机 培养学生创新实践能力[J].实验室研究与探索，2013，32（04）：238-242.

[2]武贤慧，王步.土木工程专业大学生工程意识培养研究——以结构设计竞赛为例[J].高等建筑教育，2016，25（03）：24-28.

[3]程涛.结构模型竞赛与土木工程应用型人才的培养[J].实验技术与管理，2010，27（05）：133-136+139.