信息化背景下道桥工程专业实验教学改革研究

仇成竹

辽宁科技大学 土木工程学院道桥系 辽宁 鞍山 114051

我校道桥专业实验分为道路与桥梁两个方向，目前，桥梁方向实验内容为桥梁无损检测，其检测的对象为桥梁结构或构件，而我专业目前并没有实际的桥梁结构或构件，之前检测实验基本是到市内某城市桥梁进行检测，但是这样做检测环境非常受限，由于桥梁较高，不便于实验，存在安全隐患。针对这种情况，本实验进行了实验教学改革，基于实际板桥构件制作了缩尺的板桥主体结构，并进行数值模拟、无损检测等后续工作，保证了道桥专业桥梁无损检测实验的开展[1]。

1 专业实验教学改革的实施

1.1 专业实验能力培养目标

专业实验是对专业课程学习的检验和有益补充，两者联系紧密，理论联系实际，提高学生的综合专业能力和素质。其主要目标有：①专业计算能力：建立的板梁构件混凝土配合比、钢筋长度和数量均有学生根据专业知识来计算。②信息化数值软件应用能力：针对制作缩尺板梁构件及连接，运用信息化数值软件Midas来建模分析，提高学生的软件信息处理能力。 ③实验动手制作能力：学生根据模型尺寸，亲自动手立模板、绑扎钢筋、浇筑混凝土等操作，极大地锻炼了自己的实践动手能力，防止了眼高手低现象的出现。④结构优化设计能力：针对板梁实验的数据从判断出其存在的不足和缺点，然后有针对性地进行修改，将修改结构反映在结构数值模型上面，从而实现了对结构模型的整体优化。⑤信息化数据分析与处理能力：本数值模拟数据众多，在信息化软件中，有效提取有用信息能力必不可少，Midas软件信息化程度较高，可在分析后提取截面应力、挠度、变形等相关信息，为我们分析结构提供了充足的信息依据。

1.2 实验教学改革计划与实施过程

结合实验教学目的和要求制定了实验教学改革实施步骤。整个实验教学改革过程如下：

针对鞍山市千山中路七号桥进行数据搜集，整理出板梁构件结构尺寸和链接构造措施；

钢筋混凝土板桥构件制作及连接构造制作，静置一个月左右；

（3）利用检测设备进行钢筋定位、内外裂缝检测；

（4）利用桥梁有限元软件MIDAS建立数值建模；

（5）对矩形钢筋混凝土板梁按设计的作用进行加载，测试其承载情况，并利用检测设备进行检测其性能（裂缝、挠度等）；

（6）对数值模型进行加载，对比实际梁体和建模梁体的力学性能，评价数值模型准确度。

（7）在数值模型评价基础上，调整梁体配筋来提高混凝土梁的承载性能。

实验人数为36人，分成两大组，每组学生进行实验分工，分为构件制作组、数值模拟组、实验加载组、检测组和结构分析和优化组，各组分别制定实施计划、进度控制和保障措施，形成书面文字。在教师指导下按计划实施本实验，取得了满意的结果[2]。

2 实验教学改革的效果分析

经过师生的共同努力，为期四个月的实验教改项目完成了。通过此次改革，建立了板桥的缩尺模型，数值模型，安全地进行了桥梁无损检测，并对数值模型进行了结构优化设计。

此次改革解决了学生桥梁无损检测无构件可检的状况，建立的板梁缩尺模型可以持续地为后续学生提供检测用途，并具有很好的针对性；

（2）学生在检测实验中掌握了四种实验设备的使用，包括裂缝观测原理及裂缝测宽仪、钢筋位置测定原理及混凝土钢筋检测仪的使用，掌握了应变片的粘贴技术，熟悉电阻应变仪的操作方法，掌握了利用电阻应变片和电阻应变仪测量构件应变值的电桥组桥方法，提高了对现代化检测设备的应用能力；

（3）建立数值模型数量高达30个，学生们应用信息化软件的兴趣比较浓厚，在建模中也遇到了很多困难，在经过同组研究和教师指导下最终克服重重困难，建立了精度高、可靠性好的板桥数值模型，为数值模拟部分的顺利完成打下了基础；

（4）在实验改革中，因为有学生参与，对其实施过程的安全性提出了较高要求，教师从安全入手，对实验可能遇到的有危险之处进行逐一排查，有针对性地提出保障措施，比如针对使用切割机对钢筋的切割等操作，采用了佩戴防护面罩措施加以保护，保证了安全的同时也体现了以学生为主的实验教学理念[3]。

3 结束语

本次实验改革，师生共同参与、谋划，在实验中事无巨细，才保证了实验改革的成功。

（1）本实验安排学生采用工程材料制作钢筋混凝土梁，并在加载前、后利用检测设备和仪器对其进行检测，一方面提高学生实际的动手能力，一方面提高了学生对检测知识、检测方法和技术的应用能力；

（2）用数值模拟方法建立梁体的模型，并加载查看相关指标，在确保模型准确基础上。通过模型配筋调整来优化梁体模型，达到最优设计的目的，培养了学生对工程经济合理性的理性认识；

（3）本综合实验充实了实验内容，体现了实验宗旨，实现了实验课程目标，为后续毕业设计打下了良好的设计基础；

目前，国内土木工程专业课程实验教学中很少系统采用数值模拟试验方法，我们提出数值模拟试验方法并在有关课程中进行了一些尝试和探索，为学校的数值模拟试验系统形成做出探索。