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土木工程钢结构论文精选(九篇)

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土木工程钢结构论文

第1篇:土木工程钢结构论文范文

【关键词】土木工程;现状;发展

目前,在我国的现代化建设中,土木工程业也是逐渐成为国民经济发展的支柱产业之一。社会经济的发展,科技技术的进步,现代建筑物的规模、造型、功能日益的复杂化、大型化、多样化。需要的材料、设备也都日新月异,要求的结构技术与施工技术也不断的提高。节能技术、生态技术与信息控制技术等不断地与建筑技术结合,以求创建出更加适合居住或办公的建筑物。

一、土木工程的内涵与特点

土木工程是建造各类工程设施的工程、技术与科学的总称。 土木工程可以从两个方面去理解:一方面指的是与人类生活与生产活动有关的各类工程设施,比如建筑工程、局坝水电和水利工程、公路与城市道路工程、桥梁工程、铁路工程、隧道工程、地下空间开发利用工程等。另一方面指的是建造工程设施中需要用的材料、设备以及土地上进行勘察、设计、施工等工程技术活动。多年的发展,土木工程的理论与实践都已发展到一定的高度,不论是结构的力学分析还是结构设计的方法或施工的手段,都有很大的进展。但是,土木工程领域中仍然存在许多问题需要我们的进一步研究。

现代土木工程为建造大跨度、大规模、大型、精密、轻型、设备现代化的建筑物,又必须符合高经济效益的标准,土木工程必须感受各类工程建设高速发展的步伐。所以,现代土木工程的特点是:

(一)高强轻质新材料的不断涌现:新型的高强轻质材料,例如铝合金、镁合金以及玻璃钢等已经开始广泛的使用,在提高钢材与混凝土强度与耐久性上取得了显著地效果,并且保持良好的发展趋势。

(二)工程地质与地基的勘察技术有待进一步的发展:建设地区地质与地基的构造,以及天然状态下应力情况与力学性能,直接决定了工程的基础设计与基础施工,也有关到工程设施选址、结构体系与建筑材料的选择,影响最大的就是地下工程的开展了。目前,我国的勘察方法是现场钻探取样与室内分析实验,这两种方法都存在一定的局限性。我国急需发挥现代高新的科学技术来创造新的勘察方法来满足现代化大型建筑的需要。

(三)土木工程的总体规划需要进一步完善:往常的总体规划是借助于以往的工程经验提出不同的若干方案,在其中选取较适合的一种。土木工程日益扩大,必须运用系统的工程理论与方法来提高规划水平。

(四)现代土木工程的设施、理论等日益现代化:土木工程规模不断扩大,与此同时,工程的施工工具、设备、机械等向着品种多样化、自动化、大型化等发展。组织管理也应用系统工程的理论与方法,日益科学化。

二、土木工程的发展趋势

(一)原材料向高性能材料发展

土木工程的原材料向着韧性好、可塑性高、可焊性强的方向发展。例如美国、俄罗斯、日本等国家的钢材规范是屈服点为700N/mm2以上。高性能的混凝土以及其他材料也越来越向着高强、轻质、韧性好的方向发展。

(二)土木建筑工业化

建筑长期停留在手工操作为主的小生产方式上,即使是在解放后建筑业向机械化发展,但是总的来说与其他工业部门的工业化还是有一定的差距的,所以我国建筑工业化发展是必然的趋势。

(三)土木工程将向太空、海洋、荒漠开拓

海洋面积占据整个地球表面的70%左右,目前陆地的面积已经被大部分利用,所以首先想到的就是向海洋发展。向海洋开拓已经开始了,如:中国的澳门机场。

三、土木工程的未来发展

(一)加速发展高层、大跨结构的土木工程。 大跨结构体系及以及关键的技术,向着大型复砸结构体系现代化发展;比较研究高层钢结构体系和布置、结构的可靠性评价、结构的动力特性、各种设计荷载和钢结构可靠度;研究开拓巨型网格结构体系与各种杂交空间结构体系;研究各种大跨度空间结构的实用分析方法;改革创新大跨空间结构的施工方法;研究钢——混凝土组合结构抗震设计;研究钢结构的抗火设计与防腐设计。

(二)防震抗风和减灾等大型复杂结构的设计奖更长、更高、更软。大型复杂结构体系与抗风抗震的设计理论将被进一步的关注。结构振动控制技术将牢牢关注抗震思想,现代振动控制的研究方向是智能控制、适应控制、吸震减震技术的进一步加强。

(三)创新与发展预应力混凝土材料以及技术预应力,并推动新技术、新理论、新材料以及新设计方法的涌现。主要体现在以下方面:混凝土不断向高强、高性能发展,结构中试用密筋混凝土、免振混凝土;研制生产大截面、大直径钢绞线,采用镀锌、环氧涂层钢胶线,轻质、耐久高性能的纤维加强塑料筋,玻璃纤维加劲塑料、碳纤维加劲塑料、芳纶纤维加劲塑料等;开发与应用新型无粘结预应力筋、体外预应土木工程论文力配筋;研究设计预应力混凝土结构的抗火、抗爆、抗震、耐久性等性能;结合预应力混凝土和钢筋混凝土;推广及发展现代预应力空间结构体系。

(四)着重发展高性能混凝土。高性能混凝土具有易灌实、不离析、易密实、长期保优等优秀的力学性质。因此,采用可持续发展的,并且对环境无害的混凝土技术研制高性能混凝土是必要的。

(五)开发地下空间,改变地层的原始分布状态,进而改变层内部及地面环境。但是在开发低下空间,必须研究以下几个方面:1、水文地质的改变,地下空间结构的改造,影响地表的植被生长。2、地下空间的开发破坏原有动植物的生态环境。3、地下空间的开发影响地面建筑物的安全。

(六)进一步研究拓展岩土锚固技术的应用领域。岩土锚固技术不但在边坡工程、地下工程、深基坑工程、结构抗浮工程中有良好的发展趋势,在桥梁工程、重力坝加固工程及抗倾覆、抗地震工程中的地层锚固中也有很大的发展趋势。

(七)土木工程的优化设计,主要有以下几个方面:1、工程项目的可行性分析和论证;2、工程系统的结构与组成选型;3、工程系统全局的优化;4、以可靠度为前提的多目标复杂结构优化设计;5、工程系统和结构实施规划以及施工力学;6、工程系统科学管理与维修;7、工程经济学和设计的心理学。

四、结论

我国现代土木工程的某些方面在世界上已经处于先进行列,但在设计、施工与理论方面与发达国家还存在差距。伴随我国经济的发展,科技的进步,土木工程建设将会有不断的新的成就。在对土木工程研究发展的方面,不但要加强新型结构、新型建筑材料、新型技术手段的理论与应用研究,还要加强土木工程二级学科理论与技术的融合和渗透,以求土木工程的进一步突破。

参考文献:

[1]祝彩霞,刘慧浅.析土木工程的发展现状与发展趋势.《中国高新技术企业》.2007年15期

第2篇:土木工程钢结构论文范文

钢结构作为土木工程专业的主干课程。建立钢结构概念及开展工程应用实践,并了解该类型结构的发展现状是钢结构课程本科教学的首要任务。如何达到“卓越工程师教育培养计划”对该课程的教学要求,文章对此作了探讨。

关键词:钢结构;卓越工程师教育培养计划;教学研究

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:

10052909(2013)04005104

“卓越工程师教育培养计划”(以下简称“卓越计划”)是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020)》的重大改革项目,也是促进中国由工程教育大国迈向工程教育强国的重要举措。其核心主旨是强化大学本科教育阶段学生实际工程能力的培养,着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力,培养造就一批创新能力强、适应企业发展的优秀工程师,以满足科学技术和社会经济快速发展对工程型人才的需求[1]。

钢结构作为土木工程专业的主干课程,对钢结构概念的建立及其工程应用实践,并了解该类型结构的发展现状是本科期间教学的首要任务。要实施和完成对课程教学有更高要求的“卓越计划”,应该重新设计和规划钢结构课程的教学内容和教学组织。

一、学科特点要求教学与实践具有系统性

土木工程是一个传统学科,它建立在力学理论、材料理论、工程机械、劳动组织,以及融资融券的现代金融手段和人类社会规划等基础之上,学科自身的高度系统性自然不言而喻。对初步进入学科领域的土木工程专业本科学生,如何在教学规划和组织中帮助他们由浅入深、由表及里地进行理论认识和实际操作训练,体现教学和实践的系统性,是“卓越计划”人才培养中应该建立的观念和目标。

(一)系统设置课程体系

目前,中国大多数高校土木工程专业的课程设置、教材、课程设计、实习规划和内容等,是建国初期在借鉴前苏联相关课程体系的基础上,进行调整而形成的大土木的课程设置。近年来国内外土木工程领域的科研和实践都有长足进展,然而新的科研成果和实践经验鲜有及时系统地编入本科教材,而传统的教材、课程学时计划等和当前行业的设计要求与手段明显脱节。表面上看,土木工程的设计、施工越来越依赖成熟的商业软件,但这并不意味着结构工程实践变得容易,恰恰相反,这样的进步对结构工程技术人员的理论功底要求更高,因为计算和控制手段的进步,意味着对结构性能要求更高,在技术上更加注重细节,对结构的理解更加深刻,更加接近结构的本质。因此,需要对现有课程设置进行认真研讨,及时补充新的设计要求和科研实践的新成果。

(二)系统设置实践内容

商业软件的成熟和快速发展,使结构设计手段完全脱离了旧有模式,表面看似乎一切设计程序都是参数化的,结构理论在设计过程中完全被参数取代,设计人员的理论水平似乎无法体现。事实上,这种表象误导了许多人,尤其是年轻学生。目前,实践中结构设计更加注重结构真实性能的分析,对设计理论的应用和探讨更加深入。比如,30年前,结构工程的设计领域几乎不涉及结构的弹塑性时程分析,但是目前对于高层建筑、大跨度结构,尤其是地震区的高层和超高层设计,结构弹塑性时程分析基本上是作为一个设计中必须的独立项目进行。欧美设计规范中应用较多的基于性能的抗震设计和结构抗连续倒塌设计,是中国旧规范中

的空白,几年前该内容仅仅出现在高校和科研院所的研究课题中,教科书根本没有涉及。随着研究理论的成熟,特别是近年该学科的高速发展,中国即将颁布的新规范明确了这些设计理论,对设计人员的理论要求也越来越高。类似于性能的抗震设计、结构抗连续倒塌设计等,诸多理论课程的结构动力学、混凝土非线性理论、结构有限元等,国内的本科教学计划却极少涉及。

如何适应行业实践的进步,特别是针对“卓越计划”的人才培养目标,本科教学过程中如何体现从理论到实践的系统性,是高校土木工程教师必须面对的课题。

二、 钢结构课程教学存在的问题

(一)现有教材体系

目前,本科阶段钢结构课程教学内容主要分为两部分:一是钢结构原理和钢结构设计;二是作为选修课的高层建筑钢结构、大跨度结构、钢—混凝土组合结构。其中钢结构原理是钢结构课程教学的基础、核心和重点,钢结构基本概念的建立和基本结构设计思路都是在这门核心主干课完成的。目前钢结构课程教材仍然沿用过去的结构“绪论—基本材料(钢材力学性能及影响因素)—基本构件的设计原理—简单结构设计”,课堂讲授也主要围绕教材内容进行。由于本科阶段的教学内容主要是专业基础,对该阶段的学生来说,这样的教材体系仍然适用。但是,从“卓越计划”的培养目标来说,让学生在本科期间这一有限的时间里,对土木工程结构整个知识体系有一个全面系统的认识,还需要任课教师进行有效的引导和讲解。

(二)本科期间钢结构课程教学特点

本科期间,钢结构课程教学重点在于使学生理解钢结构设计和施工的基本原理,其中结构钢的特性、钢结构的弹塑性性能、钢结构稳定性、使用环境和受力特点对钢结构性能的影响、钢结构的连接设计、连接构造等内容是教学的核心内容和难点。钢结构课程一般安排在土木工程三大力学(理论力学、材料力学、结构力学)和混凝土结构课程之后进行,一方面学生有了一定的材料力学和结构力学的基础,对结构有了初步认识。但是,对于三大力学在结构工程中的具体应用,是历届学生普遍反映的难点。这些问题的出现,反映出当代学生实践经验少,对工程材料和结构的感性认识不足,需要教师在教学过程中,针对学生特点组织教学。在课堂教学过程中,教师对钢结构知识点的讲解应有一个系统全局的把握,从感性认识和理论上帮助学生扎实掌握好钢结构的基本概念和工程实践的基本专业知识。

三、在钢结构课程教学中注重系统性

(一)钢结构本科教学中系统性的含义

目前钢结构课程教材以及教学设计实践,普遍围绕“基本构件”进行。这样的基础理论教学,往往缺乏实践性,而学生一旦从学校进入实际工作,面临具体的工程实践,需要在实践中发现问题、分析问题,乃至最后解决实际工程问题,这就要求具有“整体结构”的理念,所体现的是一个结构的系统概念;而且,本科期间对构件的讲解集中于理论讲解,对规范的理解应用涉及得并不多。这一课程设置,与“卓越计划”的要求存在差距。因此,课堂教学过程中,教师对土木工程专业重点的把握成为非常关键的一个环节。笔者在多年的课程讲授和课程设计中积累了一些

经验,体会到系统性在土木工程理论和实践教学中的重要性。

土木工程专业作为认识自然、改造自然的一门学科,应将理论和实践教学系统性体现在各个环节。具体到钢结构课程教学,教师在具体内容的讲解过程中,

应把握局部构件在整体结构体系中的作用,整体结构中各构件工作状态的协同,构件基本材料的性能以及影响因素,制造过程与使用过程中对构件和整体结构性能的可能影响等等,引导学生在本科阶段就形成对土木工程的材料—制造—构件—连接—整体结构—使用影响—存在问题—最新的研究方向这一知识架构,这样,有利于学生从感性认识上加深对理论知识的理解,同时对结构设计施工规范的建立和发展有一个系统的认识。

(二)钢结构课程系统性教学实践

1.“绪论”部分的讲解

针对当前土木工程专业学生普遍缺乏实践感性认识的现状,先不讲解“钢结构的特点,而是从从钢结构课程的“第一章绪论”开始讲解结构概念:屋面板(楼面板)— 梁 (梁格体系:次梁—主梁)—柱—基础—地基(岩土)。其中地基部分不属于构筑物,而基础是整个构筑物与大地的连接部位,是整个构筑物能否与大地紧密相连的关键。因此,它的设计施工,与上部结构有关,也与岩土状态有关,这个部分的知识放在“岩土力学”“地基处理”等课程中学习。而“基础”作为构筑物的一部分,因为往往位于岩土中,所以为了防止岩土环境中水分以及化学成分的影响,即使上部采用钢结构,但是基础仍然采用钢筋混凝土。而各种构件之间通过连接构造形成相互依赖相互作用的整体结构;同时,连接构造也是整体结构中构件之间力的传递中枢,因此连接构造的安全可靠至关重要,而钢结构中连接构造与混凝土结构节点由于材料性能的不同,其构造方式有本质的区别,这是相关章节讲述的重点。

对于梁格体系,虽然在房屋建筑学和混凝土结构中也会涉及,但是知识的反复出现会加深学生的理解。因此通过对梁格结构的进一步讲述,使学生深入了解楼板与梁系的连接,结构跨度对梁格体系组成的影响,加深对单向板、双向板,以及结构力学计算简图中均布力、集中力、三角形分布力和梯形分布力的由来的认识。

如此,在反复讲解结构概念的基础上,再来讲述钢结构的一般性能,并且与混凝土进行对比。提到塑性和韧性这两个钢结构显著的优点时,学生往往困惑于概念的差异,那么讲述过程中一定要强调“塑性对应于结构承受静力荷载时的变形能力,而韧性反映结构在动力荷载作用下的瞬态响应,它们之间有本质的不同”。

2.“钢结构疲劳”部分的讲解

钢结构疲劳破坏是钢结构课程无法回避的问题。讲解中,应把疲劳问题出现的原因,以及概念的几个要点作为重点讲解。

钢结构的疲劳问题主要源自钢材冶炼和加工过程,特别是焊接过程。这样,讲述焊接残余应力对结构性能的影响时,应再次讲解疲劳的产生。

疲劳概念的要素:(1)微裂纹的产生(对于钢结构来说,在冶炼和轧制过程中,夹杂,气孔等先天缺陷形成裂纹;焊接过程中钢材内部金属的物态变化过程形成微裂纹等);(2)反复荷载作用下,微裂纹处于高峰应力(应力集中),造成微裂纹的扩展;(3)直至钢结构有效截面逐步缩小,发生突然断裂;(4)疲劳破坏性质:脆性破坏,危害极大。需要在钢结构的加工焊接过程中严格控制质量,并且进行质量等级检测。

检测的基本方法,因为微小裂纹的存在是钢结构疲劳破坏的关键,因此及时检测发现内部微裂纹是检测的目的。这种内部探伤常用的方法是超声波、X射线和磁粉。

3.“钢结构焊接残余应力”部分的讲解

目前常用的钢结构教材对于焊接残余应力的讲解采用的是宏观概念,即基于“金属在温度变化下的热胀冷缩的受限制”的讲解。教学实践中,这样的概念讲解常常使学生对“焊接残余应力是自相平衡的”感到困惑,普遍反映难以理解。因此,对于焊接残余应力,应更多地基于材料本质的“焊接”来进行补充讲解。特别是焊接过程中,金属的微观组成变化,即在焊接不平衡快速加热和快速冷却下,材料产生物理和化学的不均匀性,焊缝金属中结晶偏析,低熔点共晶,组成元素S、P、Si等发生偏析,冶金过程带来的夹渣及夹杂,过饱和的N、H、O气体元素,热影响区中由于快速加热和冷却使金属中空位浓度的增加,材料组织转变等,在焊接应力作用下都是促成焊接裂缝产生和扩展的冶金条件[4],产生如图1所示的微裂纹。这样借助焊接专业知识和形象的图片演示,使学生对焊接过程中残余应力和残余变形,以及钢结构疲劳、刚度降低对动力性能的影响的理解更为清晰。

4.“钢结构稳定性”部分的讲解

对钢结构稳定理论的理解对于本科生来说有一定难度。对“整体稳定”和“局部稳定”概念的认识,可引导学生从以下几个环节来理解:(1)变形现象的描述要明确;(2)丧失稳定性的原因要明确;(3)明确控制稳定性的手段:计算公式的推导和物理本质,构造做法和原理;(4)一些工程实例;(5)由于涉及到的钢结构稳定承载力验算有相当多的概念,因此,对设计规范公式里每个参数的含义应讲解清楚。

四、 结语

对于土木工程专业的教学实践而言,系统性是一个重要的理念,值得在教学的各个环节有意识地主动运用。在“卓越计划”人才培养目标中,帮助学生逐步建立扎实的理论基础和较强的实践能力是一项重要的教学要求

,因此在教学中建立系统的综合工程思维模式是值得探讨的课题。〖HJ1.8mm〗

参考文献:

[1]林健,“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J],高等工程教育研究,2010(4):21-29.

[2]高等学校土木工程专业指导委员会. 土木工程专业本科教育(四年制)培养目标[EB/OL]. http://edu. zgtm. com/jy/jy -pyfa. htm.

[3]曾家驹.应用型人才培养必须走改革创新之路[J],中国高教研究,2002(2):79-80.

[4] 李德林, 李砚珠. 焊接金相分析[M]. 机械工业出版社, 1987.

[5]宁宝宽,陈四利,鲍文博,等.土木工程专业应用型人才培养的课程体系研究[J].高等建筑教育,2008,17(3):45-47.

Steel structure teaching for undergraduate students of civil engineering specialty

WANG Ruolin, GUO Yaojie, DU Xinxi

(School of Civil Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, P. R. China)

Abstract:

第3篇:土木工程钢结构论文范文

土――积土成山

积土成山,积水成渊。土木工程源远流长,经过长久的沉淀过程,它已成为一个相当成熟而又不乏朝气的行业。土木工程是一门具有很强的实践性的学科。在早期,土木工程是通过工程实践,总结成功的经验,尤其是在吸取失败教训的基础上发展起来的。从17世纪开始,以伽利略和牛顿为先导的物理学家将近代力学同土木工程实践结合起来,逐渐形成以材料力学、结构力学、流体力学、岩体力学等作为基础理论的土木工程学科。这样,土木工程才逐渐从“实践、经验”发展成为“学科、科学”。而上述的学科也是目前本科阶段土木工程的专业基础课。当然,像高等数学、线性代数、概率论、大学物理等工科基础课程自是必不可少的。

19世纪20年代,波特兰水泥发明后,混凝土问世。混凝土骨料可以就地取材,混凝土构件易于成型,但混凝土的抗拉强度很小,用途受到限制。十九世纪中叶以后,冶金业能够冶炼并轧制出抗拉和抗压强度都很高、延性好、质量均匀的建筑钢材,随后又能够生产出高强度钢丝、钢索等材料。随之出现了钢筋混凝土这种新型的复合建筑材料,其中钢筋承担拉力,混凝土承担压力,发挥了各自的优点。二十世纪以来,钢筋混凝土被广泛应用于土木工程的各个领域。除此之外,适应发展需要的钢结构也得到了蓬勃发展(钢结构和钢筋混凝土结构是土木工程中最重要的两种结构形式)。除原有的梁、拱结构外,新兴的结构像桁架、框架、网架结构、悬索结构等逐渐推广,并出现了结构形式百花齐放的局面。另一方面, 建筑物的跨径从砖结构、石结构、木结构的几米或是几十米发展到钢结构的百米、几百米,直到现代的千米以上。为适应钢结构工程发展的需要,在牛顿力学的基础上,弹性力学、空间网格结构、结构抗风理论、工程结构设计理论等学科应运而生。施工机械、施工技术和施工组织设计的理论也随之发展,土木工程从经验演化为科学,在工程实践和基础理论方面都面貌一新。随后预应力混凝土的出现。使土木工程又一次飞跃发展。预应力混凝土结构的抗裂性能、刚度和承载能力,大大高于钢筋混凝土结构,因而用途更为广阔。土木工程进入了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的历史时期。正因如此,像迪拜哈利法塔、明石海峡大桥、三峡大坝、英法海底隧道等举世瞩目的建筑才得以建成。

木――佳木成荫

目前我国开设土木工程专业的院校有188所,其中清华大学、同济大学、哈尔滨工业大学、浙江大学、湖南大学、中南大学等六所院校的土木工程为国家级重点学科,而在二级重点学科上,中国矿业大学、河海大学、重庆大学、四川大学拥有岩土工程重点学科;北京工业大学、天津大学、大连理工大学、东南大学、广西大学、西安建筑科技大学拥有结构工程重点学科;理工大学拥有防灾减灾工程及防护工程重点学科;北京交通大学、西南交通大学拥有桥梁与隧道工程重点学科。此外,像合肥工业大的结构力学,郑州大学的管理科学与工程,西安科技大学的供热供燃气通风与空调工程等专业也是各具特色的。

在就业方面主要有工民建、地下工程和路桥三个大方向。第一个是城市楼房建设,第二个是地铁建设,第三个是高速公路建设。前两个的工地基本都是在城市,第三个是野外。由于比较辛苦,在待遇方面,路桥挣的比较多,俗话说“金桥银路”不是没有道理的,尤其是专门修高速公路的公司。但不管你最后在哪个单位,从事的工作都离不开工程技术、设计、规划及预算、质量监督及工程监理、工程检修、公务员、教学及科研这几个方向。从市场的需求来说,目前中国的基础建设正在兴起,大跨度结构、超高层的项目纷纷立项建设,在未来几十年内这种局面不会有太大变化。这就需要大量高素质的建设人才参与其中。同时我国目前的建设管理水平非常落伍,急需一批能够提高建设管理水平的人才。

从小到大,在我的印象中几乎没有看到过两个完全相同的建筑物。有些建筑物虽然看似相同,但是建筑的场地条件(地基、风荷载、地震荷载等)都是不同的。像水坝、桥梁或隧道这样的大型建筑物每一个都完全不同,因此,土木工程师随时要准备应付新的复杂情况。同时工程要考虑的相关影响因素非常多,任何设计上的忽略都将导致一个工程的失败。另一方面,土木工程建设中的计算工作,随着计算机技术的完善,也变得越来越方便和快捷。

未――未来有约

“砼”一个世界,“砼”一个梦想。土木的世界,土木人的梦想。土木人,需要加班熬夜赶图纸,需要充分学透材料力学、理论力学、弹性力学等各种力学的基本理论,需要有艰苦奋斗的精神和不怕苦不怕累的斗志。然而,在这些压力面前,总会有不怕困难勇往直前的英雄好汉:我们可以在闻鸡起舞的节奏里呼吸最新鲜的空气,我们可以在汗水的折射中看到我们作品的靓影,我们的生活会很饱满很紧凑,我们的工作会在世人面前展示我们的风采。

第4篇:土木工程钢结构论文范文

LOFT在牛津词典上的解释是“在屋顶之下、存放东西的阁楼”。 LOFT户型通常是小户型,面积在30-50平米,层高在4.8~6米左右。 虽然销售时按一层的建筑面积计算,但实际使用面积却可达到销售面积的近1倍。高层高的空间变化丰富,购买者可以根据自己的喜好随意设计。

天津某住宅项目LOFT户型夹层拟采用轻质夹层楼板结构形式,目前可采用的结构形式有以下方案:

方案一:钢结构(龙骨)+水泥纤维板(面层)

方案二:钢结构(龙骨)+金特·厚板王(面层)

方案三:钢结构(主龙骨)+方木(次龙骨)+竹胶模板×2(面层)

方案四:结结构(龙骨)+楼板夹层压型钢板(基层)+砂石混凝土(面层)

方案五:钢结构(龙骨)+钢板(面层)

其中方案四为型钢和现浇混凝土楼板组合的结构体系,楼板本身自重较大,并且在主体竣工后二次夹层施工中要求湿作业,大大增加了施工难度,影响施工进度;方案五多用于工业厂房的平台夹层,隔音效果不好,抗震动能力不强,如用于住宅、办公中直接影响到loft在使用中的舒适度。

综上所述,本工程暂不考虑方案四、方案五。以下针对钢结构水泥板与钢木结构进行技术分析:

从技术方面考虑

水泥纤维板,金特板与竹胶模板比较有以下几方面技术优势:

水泥纤维板,金特板厚度薄,一般为1200×2400×24mm,扩大了建筑使用空间。

水泥纤维板,金特板密度大,所以强度特别大,每平米可承重3吨多。

水泥纤维板,金特板防火性能特别好,耐火时间长,属A级不燃的新型楼板材料。

水泥纤维板,金特板导热系数低,保温隔热效果好,降低了能源的消耗。

水泥纤维板,金特板施工简单快捷,综合造价低。施工很少产生垃圾,有利于保护环境。

夹层楼板方案比较

说明:

以该工程建设期间市场价格作为参考,工字钢价格4813元/吨;槽钢价格4625元/吨;方钢价格5176元/吨;方木价格2821.3元/m3;防锈处理268元/吨。

本方案比选中材料单价计取依据:钢材、方木、竹胶板单价取自《天津工程造价信息》,水泥纤维板、金特板单价为市场价。

本方案必选中未包含loft夹层楼板钢结构、竹胶板、水泥纤维板、金特板的制作安装与损耗及采购保管费用,不含预埋件及固定件费用。

根据上表列出的费用以及综合分析,可以得出如下结论:

就loft夹层本身材料而言,方案三较方案一综合造价每平米节省约70元,较方案二综合造价每平米节省约235元,体现出经济优势。

方案一较方案二综合造价每平米节省约165元,两种方案的钢龙骨结构布置及选型一致,价格差异体现在板材的材质上。

立柱分析

根据夹层结构竖向支撑的需要,在二次夹层装修施工中部分开间较大的loft户型内需加设结构柱。对混凝土现浇柱与钢柱比较,混凝土柱在二次施工存在以下几点劣势:

二次施工中需湿作业进场;

需现场绑筋支模,浇筑混凝土后尚需一段时间的养护,大大影响施工进度;

在遇到幕墙窗内侧立柱情况时,靠近幕墙窗一侧的柱模板支设难度很大。

经济分析:对在相同荷载工况下,一根混凝土柱与一根钢柱的各项技术指标进行比较。如下表:

说明:

以该工程建设期间的市场价格作为参考,混凝土综合价格C30:560元/m3;钢筋价格按照5600元/吨;钢材价格7600元/吨(含制作安装费);预埋铁件价格8460元/吨。

本方案未考虑混凝土、钢材垂直运输及水平运输费用,仅为直接工程费,未计取规费、利润及税金。

结论:

根据以上综合分析,可以加建立柱有如下结论:

相同条件下,钢柱较混凝土柱每根约高出732元,综合考虑钢柱的优势,建议采用钢柱作为夹层的支撑结构。

技术方面分析及结论

技术方面分析

方案三钢木结构夹层体现出明显的经济优势,但是木结构的耐久性,隔声要求,防火等级等方面均达不到标准结构楼板的技术参数;且本项目属毛坯交房,业主入户可以直接看到夹层楼板的结构形式,有可能会对钢木结构夹层的安全性和使用舒适性持怀疑态度,故本项目暂不考虑钢木结构;

水泥纤维板,金特板与竹胶模板比较有较明显的技术优势,支撑板材的龙骨结构均为型钢井字格形式,承受荷载时钢梁的挠度很小,且板材四周与钢梁用自攻钉连接,施工后夹层整体性良好,使用中不会产生震动及变形。现场售楼处采用水泥纤维板安装后基本满足要求,能够达到良好的隔音性,正常使用荷载下无震动感;

水泥纤维板与金特板在相同使用条件下,均能承受设计要求的活荷载,而金特板的材料价格高于水泥纤维板价格约165元/㎡;

相同设计条件下,钢柱较混凝土柱每根约高出732元,但混凝土柱在二次施工中存在一定劣势,现场施工难度很大。

结论

夹层结构形式建议采用钢结构(龙骨)+水泥纤维板(面层);

第5篇:土木工程钢结构论文范文

关键词:土木工程 仿真模拟 实践教学平台 建设

中图分类号:G71 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)03(c)-0200-01

土木工程专业具有实践性强、与工程实际联系紧密等特点,而工程实践能力的培养不仅是工科教育的重要内容,也是检验素质教育成效的关键性指标。开展以计算机仿真模拟技术为平台的土木工程类专业实验教学改革,不仅可以很好地满足土木类人才培养的需求,克服传统实验教学中的教学方法单一、知识学习和实验动手操作相互分离的缺点,还可以在一定程度上缓解教学资源的不足。国内土木类相关院校工程仿真模拟实验教学改革的研究较少,本课题研究具有一定的先进性和前瞻性。

1 研究思路

本课题选择土木类专业课程中最具代表性的房屋建筑学、钢筋混凝土结构、建筑施工、工程造价等相关实验进行仿真模拟。在深入研究土木专业培养目标和主干课程实验教学大纲基础上,深入到建筑工程现场收集工程质量检测图片、录像素材,购买各类工程微缩模型,再通过文本、图形、图像、音频、视频等媒体手段和现代媒体技术构建土木工程仿真模拟实践教学平台,以形象、直观、生动的形式引导学生理论联系生产实际,提高综合分析问题的能力,满足建筑土木专业应用型人才培养的要求。

2 研究成果

2.1 房屋建筑学模拟实验单元

通过该单元的设计使学生能获得直观的学习效果。设计程序可根据不同的工程类别(民用、公共、工业建筑)对结构构件进行分解,并能显示各构件名称,学生能非常直观的掌握某一构件在实际结构中的确切位置,系统还可按照不同部位提供各构件的三维模型,学生能更好的掌握各类构件的受力特点和使用条件。程序可提供绘图功能,学生能根据教师布置的作业要求,完成相应的作业或课程设计,并能网上提交,减少图版绘图的工作量,培养学生使用现代管理工具的能力。同时,为解决学生现场实习难的问题,购买各类建筑结构构造的实体微缩模型,包括从组成上分类的基础、墙体、屋面、节点、变形缝等构造,同时也包括了按结构类型划分的钢结构、混凝土结构、砖混结构、高层建筑等,从而建立比较完善的建筑结构构造模型室,学生可以不到施工现场便能了解各类结构构件的构造原理及实物,大大提高学生实践认知能力。

2.2 钢筋混凝土模拟实验单元

钢筋混凝土结构实验模拟教学系统研究结构实验的任务是基于结构基本原理,使用各种仪器,仪表和实验设备,对结构物受力后的性能进行观测,如变形,应变,温度,振幅,频率,裂缝宽度等。了解并掌握构件的力学性能,为验证和发展结构理论提供实验依据。钢筋混凝土构件力学仿真模拟试验以实际试验数据为依据,通过数据库及FLASH技术再现整个试验过程,随时为学生提供试验环境,克服了以往提前预制试验构件的困难,学生输入构件的几何尺寸和混凝土标号以及钢筋的布置,系统便可进行仿真试验,并显示裂缝的变化和挠度的变化,使得试验更直观,试验结果可以和学生在试验前的计算结果进行对比,培养学生现代科研的能力,同时也能降低学校开设传统试验课程的费用成本。

2.3 工程管理模拟实验单元

结合工程管理实践教学,突出工程造价管理、招投标管理、施工现场管理等三个方面的特色。工程造价模拟实践单元能完成工程建模、工程量计算、工程计价等教学过程,能够完成课程设计、毕业设计等实践教学环节。主要开发了以下软件:(1)图形算量软件。具有与CAD互导功能,即可以根据CAD绘制的施工图纸导入到图形算了软件完成从2D到3D的转化,从而进行算量。(2)钢筋算量软件。钢筋工程量的计算是工程量计算中最为复杂繁琐的部分,通过钢筋的计算和3D模型的实现,加强学生对钢筋混凝土结构施工图的理解,特别是101图集的应用能力。(3)清单计价软件。利用计算机模拟实际工作中的套价计价工作。(4)招标投标模拟系统。能够实现与造价软件的对接,模拟招标投标全过程即从招标公告到中标通知书下达全过程。使学生参与到招标投标活动中,并扮演不同的角色:招标人及评标方(招标文件编制人、评标专家等)、投标人一方(项目经理、投标文件编制人等)。同时模拟系统还提供三维现场施工布置图的设计。学生能进行施工现场的布置,并且能根据一定的要求完成有关施工现场布置说明文档的编制。学生还可以编制进度计划和成本计划,模拟合同的签订流程、执行及终结情况,并根根据假定情况模拟工程进度及成本的执行情况,进行跟踪对比,完全达到建设工程招投标的仿真教学效果。

2.4 数值仿真模拟实验单元

对高年级专业学生开放数值模拟试验。它是指利用商业通用程序,对土木类相关专业课程教学试验及课程有关重点难点内容进行数值模拟和仿真分析,对数值模拟过程及结果以多媒体形式进行演示。数值模拟和仿真技术发展非常迅速、应用极广泛。以有限元分析方法为基础的工程数值模拟技术在结构工程、力学、桥梁及抗震工程等领域的科研工作中得到普遍应用,是土木工程相关科学专业的重要研究手段,国内外目前已开发了大量的商业通用软件,如ANSYS、ABAQUS和SAP2000等软件的影响应用较为普遍。

由于本科专业课程所涉及到的问题均不属于复杂和前沿问题,所以采用数值模拟技术和数值模拟程序可以有效实现重点和难点的讲授,对专业基础课更有优势。对于力学类课程,如弹性力学和结构力学课程,所涉及到一般均线弹性问题,很少涉及非线性问题,因此,在数值模拟技术方面是较为简单和易实现的。对钢筋混凝土结构、高层建筑结构、钢结构及工程抗震设计等专业课涉及到的主要问题也较容易实现。我校目前在数值模拟试验方法教学中已能运用两种以上商用软件开展数值模拟试验的应用和二次开发,并弥补由于试验室条件限制而无法或很难开出的实验。高层建筑结构设计等课程中采用ANSYS、ADINA和ABAQUS等商用有限元程序开发重点及难点问题的多媒体课件。由这些内容制成多媒体教学课件,在课堂讲授,学生较容易掌握和理解,教学效果非常好。

3 结语

土木工程模拟仿真实践教学平台的不断建设并适时引入专业课实验教学中,改变了传统的教学手段,既可开阔学生视野、扩大学生知识面,又能提高学生学习专业课的兴趣和主动获取知识的积极性,加深对专业理论知识的理解。这项研究还的进一步探索和研究的空间,同时在土木工程验教学中将工程仿真试验和真实试验相辅相成、优势互补,能够不断提升实验教学效果,实现土木工程应用型人才培养的目标。

参考文献

第6篇:土木工程钢结构论文范文

关键词: 纤维加固钢筋混凝土梁,抗剪承载力

中图分类号:TU375 文献标识码:A 文章编号:

1、前言

钢筋混凝土结构的出现已经有100多年的历史,与木结构、砌体结构和钢结构相比,混凝土结构在土木工程中占有的比重是其他结构形式无法相比的,其应用范围涉及到土木工程的各个领域,但是大量的钢筋混凝土结构的存在也带来一个不容忽视的问题,钢筋腐蚀引起混凝土的过早破坏已成为混凝土结构破坏的主要原因。我国对钢筋腐蚀防护问题重视较晚,已经造成严重的经济损失,5O年代以后建设的基础设施项目,实际上,许多工程已经损坏;80-90年代建成的,有的项目也已出现了钢筋腐蚀破坏。

纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastic或Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)的出现提供了一种对结构进行加固修复的新途径。FRP最早是作为航空、航天、国防等领域的一种昂贵材料,随着材料成本的降低逐渐被其他工业领域所采用。特别是近十几年来被越来越广泛地应用于工业与民用建筑、桥梁道路工程、海岸和近海工程、地下工程以及塔桅、储液罐、烟囱等特种结构中。FRP按材料成份可分碳纤维增强塑料(CFRP)、玻璃纤维增强塑料(GFRP)和芳纶纤维增强塑料(AFRP)等。按材料形状可分为FRP片材(包括布状片材、板状片材)、棒材(包括FRP筋、预应力FRP筋)和网格状材料。FRP在土木工程中的应用有两种形式:一是用于已有结构的加固与修复;另一种是直接用于新建结构,以代替钢筋。

FRP材料具有极好的比强度和比刚度,几乎没有腐蚀性和磁性;此外,FRP材料还能对结构的不同部位、不同环境下的结构进行施工,不改变结构原有的外观和尺寸,修复加固的效果明显。

2、纤维加固钢筋混凝土梁抗剪计算假定

对于纤维加固钢筋混凝土梁,纤维的作用机理与箍筋类似,因此仍可以用桁架模型来进行简化。为简化计算,假定:

(1)梁的截面满足规范要求;

(2)纤维与混凝土之间粘结力很大,没有相对滑移现象;

(3)不考虑纤维约束混凝土而提供的作用,仅采用两者贡献的叠加。

(4)主斜裂缝与梁轴线成45º夹角。

3、纤维加固钢筋混凝土梁抗剪计算公式

根据前面假设,按照桁架模型可以得到图1计算的计算模型。

图1纤维加固钢筋混凝土梁抗剪计算模型

图中:-第股纤维所受的拉应力,;

-第股纤维所受的拉应变;-纤维的弹性模量;

-斜裂缝的倾角;-纤维与构件轴线的夹角;

-剪压区混凝土高度;-纤维网箍在梁侧的有效高度,可取;

-剪压区受压混凝土及受压钢筋所受的压力总和;-受拉纵筋所受的总拉力;

-斜截面抗剪极限承载力。

根据计算简图可得:

(1)

式中:-每股纤维箍所承受的剪力;-每股纤维的截面面积;

-梁两侧与斜裂缝相交的纤维股数,;

-纤维沿梁轴线方向的间距;-纤维有效应变,;

-斜截面纤维应变分布系数;

-斜截面纤维最大拉应变,。

将、代入式(1)得:

(2)

令:纤维的有效强度,则:

(3)

4、纤维的有效强度

从式3可以看出,确定的关键是确定纤维箍的有效强度的大小,也就是确定斜截面纤维应变分布系数。根据文献

(4)

(5)

将式(5)代入式(3)得

(6)

5、小结

利用桁架理论建立了纤维加固钢筋混凝土梁斜截面承载力的计算模型,提出了在不考虑纤维对混凝土抗剪间接贡献下的承载力计算公式。用该式进行计算所得到的理论值要比实际承载力低。其他多种影响斜截面承载力的因素,还需要进一步地研究。

参考文献

[1] 陈丽金,混凝土结构钢筋腐蚀的抑制措施[J],福建工程学院学报,2003,1(1):99~101

[2] 何政,欧进萍,王勃,张新越,FRP筋及其配筋混凝土构件的力学性能与智能特性[A],第二届全国土木工程用纤维增强复合材料(FRP)应用技术学术交流会论文集[C],北京,清华大学出版社,2002:32~42.

[3] 张鹏,朱健,戴绍斌,碳纤维增强塑料筋在混凝土结构中的应用[J],新型建筑材料,2002,(11):19~20

[4] 陈小兵,颜子涵,岳清瑞,牟宏远,碳纤维材料加固钢筋混凝土梁的试验研究[J],工业建筑,1998,28(11):6~10

第7篇:土木工程钢结构论文范文

【关键词】纤维复合材料(FRP);土木工程;加固应用

土木工程学科的发展要依赖于性能优异的新材料新技术的应用和发展。FRP复合材料在土木工程结构加固工程中应用潜力很大。FRP材料具有轻质高强、抗腐蚀性强、耐腐蚀耐久性能好、自重轻、施工方便、热膨胀系数与混凝土相近、抗疲劳、节省材料、施工方便、维护成本低等优点。FRP材料的结构修复和形成新结构在土木工程中的研究与应用较多,结构修复包括维修、加固、更新等几个方面;形成新结构包括采用FRP材料形成新结构和FR材料与混凝土形成混合结构。在21世纪的结构加固领域,采用FRP材料加固的应用范围越来越广,主要应用于加固混凝土、梁、板、柱、砌体结构、钢结构等。土木工程中,各国政府对材料的安全性、耐久性、经济性是很重视的。

1 FRP在结构加固中的研究现状

我国FRP材料的研究和应用与发达国家相比,技术水平还比较落后。但是目前,我国应用FRP材料已完成多项工程,其发展前景还是很广,近些年来,我国有更多的研究单位加人到FRP材料的研发中来,因此,我国的FRP研发的技术领域得到快速发展。它的发展也会带动市场材料的使用量,在土木工程领域中,FRP复合材料的应用在我国起步较晚,FRP材料队也土木工程建筑物来说,造价不能过高,FRP材料工程应用经验较少,造成FRP材料的应用比其他行业会滞后些,而工程师面对的FRP实践性问题也是关于这种材料加强结构的预期或先见效果,实践设计经验少,对FRP材料加固结构设计的标准和研究也很缺乏[1]。

从20世纪90年代早期,在FRP材料以使用于土木工程中,这是因为FRP材料自身具有轻质高强、抗腐蚀和耐疲劳等特点,从90年代开始,很多发达国家开始引用航天技术和补强技术中成熟的FRP复合材料,将它代替钢材,作为土木工程结构加固材料。与传统的加固方法相比,利用FRP复合材料加固节省了材料,并且缩短了施工工期,在土木工程的的应用上取得一定的经济效益。据资料统计,从早期到90年代末期,在国际上,已经有超过2 000个大中工程采用用FRP复合材料,被用作于土木工程结构加固修补, 建筑发达国家每年要生产数百万平方米的FRP复合材料,用作结构加固,在我国,现有的很多桥梁和建筑物建造较早,对于这些工程的承载要求在不断提高,但是,一些住宅的质量问题仍存在,其加固修补技术也就越来越高[2]。

2 FRP材料的特点

FRP材料与普通钢材相比, FRP材料在工程结构应用中发挥了很大的优势,我们需要掌握并利用它的优点,FRP材料的比强度性能较高,利用它的轻质高强性能,可以减轻土木工程结构自重。在抗震工程中,可以减小地震作用,在桥梁工程中,使用FRP结构作为上部结构,可以增加桥梁的极限跨度;FRP材料的抗拉强度较 高,其抗拉强度类似于高强钢材的强度,在达到抗拉强度之前,几乎不会产生塑性变形;FRP材料抗剪强度也较低,基本上在其抗拉强度的10%左右;FPR材料弹性模量小,其弹性模量约为普通钢材的25%~70%;FPR材料有良好的耐腐蚀性和耐久性,在酸、碱和潮湿的环境中,FPR材料可以长期使用, 大大提高了结构的使用寿命;另外,FRP材料密度是钢材的25%左右,具有自重轻的特点,便于工程施工[3]。

3 FRP材料在结构加固中应用

在土木工程结构加固中,新型FRP材料还有很多优点,例如节省人工,因为这种材料不需笨重的机械设备;施工便利,因为它不受施工场地大小的限制;还有工期短、加固综合费用低等优点[4]。

FRP材料在梁的加固中的应用,FRP材料加固梁是将混凝土表面进行打磨、修补的处理,在进行整平、清灰等等过程,确保混凝土粘贴面处理平整干净后,再用粘结材料将FRP复合材料粘贴到梁的受拉表面。在实际加固工程研究中,由于非预应力FRP板具有施工便捷,不需使用任何特殊设备且工期较短,所以这种材料的应用范围很广。FRP材料在柱的加固中的应用,在使用FRP材料对钢筋混凝土柱进行加固修复时,先将FRP纤维沿柱子环向缠绕,使用环氧树脂将FRP材料与旧的混凝土相粘接上,保证FR材料P和混凝土有效粘接。FRP材料对砌体结构的加固应用,很多砌体结构由于设计基准期的接近、结构设计和抗震标准的提高及对建筑物的安全性、实用性和耐久性的要求的提高等原因,砌体结构就更需要维修加固,我国采用FRP材料新型技术对砌体结构进行加固,弥补了传统砌体结构补强方法的缺点,FRP材料加固砌体结构,可以提高抗震性能,它约束墙体而阻止了裂缝,从而改善了整体结构的受力状态,避免了整体结构的突然破坏[5]。FRP材料在土木工程结构加固中的应用很广泛,可用于民用建筑、桥梁及工业厂房的钢筋混凝土建筑物,另外还有烟囱、水塔、地铁、隧道、等建筑物和工程中中都有所应用[6]。

随着经济高速发展和科技的进步,FRP复合材料是一种新型的结构建筑材料,其技术具有发展潜力,FRP复合材料作为传统建材的一个重要补充,它在某些方面不能取代传统的建筑材料。FRP复合材料加固法有明显的优势,具有良好的经济效益,在结构工程中将得到广泛的应用。FRP复合材料技术的研究与开发,推动了现代土木工程的技术进步,它将有越来越广阔的应用前景。

参考文献:

[1]YeLP,Lu XZ,ChenJF.Design proposal for debonding strengths of FRP strengthened RC beams in the Chinese design code[C]//Proceedingsof International Symposium on Bond Behavior of FRP in Structure.Hong Kong,2005:45-54.

[2]任慧韬.纤维增强复合材料加固混凝土结构基本力学性能和长期受力性能研究[D].大连:大连理工大学土木工程学院,2003.

[3]CEB-FIP.Externally bonded FRP reinforcement for RC structure,Technical report on the design and use of externally bonded fiber reinforced polymer reinforcement forreinforced concrete structure prepared by a working party ofthe Task Group 9.3 FRP reinforcement for concretestructure[S].

[4]吴智深.FRP复合材料在基础工程设施的增强和加固方面的现状与发展[A].中国纤维增强塑料(FRP)混凝土结构学术交流会论文集[C].2000.5-20.

第8篇:土木工程钢结构论文范文

关键词:土木工程 土木工程材料 课程标准

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)02(b)-0082-02

课程标准是规定某一学科的课程性质、课程目标、内容目标、实施建议的教学指导性文件[1-3]。课程标准与教学大纲相比,在课程的基本理念、课程目标、课程实施建议等几部分阐述的详细、明确,特别是提出了面向全体学生的学习基本要求。土木工程材料课程是土木工程专业的一门专业基础课程,其教学目的是使学生掌握有关土木工程材料的性质,应用的基本知识以及必要的基础理论,了解工程材料性质和材料结构的关系,以及改善性能的途径,并获得主要土木工程材料的试验方法的基本技能训练。通过该课程的学习,为将来从事专业技术工作时,能够针对不同工程,合理地选择和使用材料打下理论基础,并能与后续课程密切配合,了解材料与设计参数及施工措施的相互关系。《土木工程材料》课程标准的制订显得尤为重要。

1 土木工程材料课程设计的理念及思路

该课程主要是为了使未来的建设工程师了解和掌握工程中常用材料的基本性能与应用方法,因此,在教学中应始终贯彻工程应用和创新两种理念,加强土木工程材料在工程实际中的应用及重视感性认识, 通过实验和情景式教学提高学生实践能力,鼓励科学探索,培养创新意识。因此,土木工程材料力学课程的教学,应从工程事例出发,回归于工程应用,以项目的形式组织教学,加强演示实验,采用启发式教学,加强学生创新意识的培养。

2 土木工程材料课程目标

《土木工程材料》课程的知识目标是让学生充分了解材料的组成以及结构对材料性质的影响,了解外界因素对材料性质的影响,了解各主要性质间的相互关系,初步学会主要建筑材料的试验方法并掌握材料的组成、性质及技术要求等。通过学习使学生会利用理论知识知道改善材料性质的措施,熟悉有关国家标准或行业标准,根据工程要求能够合理地选用材料。

3 土木工程材料课程内容及要求

土木工程材料课程可以以不同项目为教学组织主线[4],以不同任务作为教学模块,分为11个教学单元。

(1)土木工程材料的基本性质。主要内容包括材料的基本物理性质、材料的力学性质、材料与水有关的性质、材料的热性质、材料的耐久性。主要让学生熟悉材料的物理性质,掌握从材料物理性质分析材料的性质方法,会根据材料的结构构造对材料的性能进行分析,熟练掌握材料的力学性质及耐久性和环境协调性,材料的结构构造对其性能的影响以及了解材料的热性质。

(2)气硬性胶凝材料。主要内容包括石膏、石灰、水玻璃。主要让学生掌握胶凝材料的分类及特征,以及原材料和生产过程;了解石膏、石灰的种类及生产;了解其制备技术及制品的技术性质。掌握水玻璃的生产及特征,应用;掌握水泥的生产和水泥的组成材料,会根据胶凝材料的特征在实际生产中加以应用。

(3)水泥。主要内容包括通用硅酸盐水泥,其他品种水泥。主要让学生掌握水泥的生产和水泥的组成材料;掌握水泥水化硬化,水泥石的腐蚀与防止,水泥的技术性质;掌握水泥石防止腐蚀的措施;掌握通用硅酸盐水泥的运输、储存,通用硅酸盐水泥的特性及应用,简单了解其他品种水泥。

(4)混凝土。主要内容包括混凝土的定义与分类,普通混凝土的组成材料,混凝土拌合物和易性,混凝土的强度,混凝土的变形性能,混凝土的耐久性,混凝土质量波动与混凝土配制强度,普通混凝土配合比设计,粉煤灰混凝土,轻骨料混凝土,其他品种混凝土。主要让学生掌握混凝土组成材料的技术要求,掌握外加剂和掺合料的应用。混凝土的分类、组成材料及对组成材料的要求,混凝土常加的外加剂和掺合料的特性。通过学习混凝土拌合物的和易性及影响因素,会在实际中对混凝土的和易性进行调整;熟练掌握混凝土拌合物的和易性,了解影响和易性的主要因素;熟练掌握混凝土的强度及影响强度的主要因素;熟练掌握混凝土的配合比设计方法(初步配合比,基准配合比,实验室配合比);熟悉混凝土配制强度波动规律;了解轻骨料混凝土的性能,配合比设计及应用,熟练掌握粉煤灰混凝土及轻骨料混凝土的配合比设计及应用。

(5)建筑砂浆。主要内容包括:静矩和形心、惯性矩与惯性积、平行移轴公式主轴和主惯性矩、组合截面惯性矩的计算。主要让学生掌握建筑砂浆的组成材料及性质,砌筑砂浆的配合比设计,抹面砂浆的配制和应用。

(6)砌筑材料。主要内容包括砌筑砂浆、抹面砂浆,其它建筑砂浆。主要是让学生了解砖、砌块、砌筑石材;掌握各种墙体材料的技术性质与特性。

(7)沥青及沥青混合料。主要内容包括沥青的分类及石油沥青的基本结构组成,沥青的基本性质,沥青的技术要求与性质,沥青的掺配、改性及主要制品,沥青混合料。主要是让学生了解沥青的组成结构及石油沥青;熟练掌握石油沥青的组成、结构;熟悉石油沥青的技术性能及其标准和选用;了解改性的沥青材料及其制品。

(8)金属材料。主要内容包括建筑钢材,铝合金及制品。主要让学生理解钢材的性能及应用。熟悉钢材的分类,掌握钢材的主要技术性能,熟练掌握钢材的拉伸性能,熟悉钢材的化学成分对钢材性能的影响,掌握钢材冷加工及r效。基本了解铝合金及其制品性能。

(9)木材及制品。主要内容包括木材的分类与构造,木材的物理力学性质,木材的防腐与防火,木材的综合应用。主要让学生理解木材的性质及土木工程中常用的木材。掌握木材的主要性质,了解木材的分类与构造,了解土木工程中常用木材,了解木质材料制品和木材的防腐与防火。

(10)建筑功能材料。主要内容包括绝热材料、吸声材料。主要让学生了解绝热材料,吸声材料的概念;掌握绝热材料的特性,了解常用的绝热材料,掌握吸声材料的性质;掌握吸声材料的吸声系数,了解常用的吸声材料。

参考文献

[1] 郭培英.浅谈《化工单元操作》课程改革标准[J].内蒙古石油化工,2015(5):72-73.

[2] 任翔,石小平.基于岗位工作过程的《物流市场营销》课程标准设计[J].交通企业管理,2016,31(6):74-76.

第9篇:土木工程钢结构论文范文

基金项目:黑龙江八一农垦大学教学研究课题(ndjy11306)

作者简介:刘文洋(1981-),男,黑龙江八一农垦大学工程学院讲师,硕士,主要从事多高层钢结构和大跨空间结构研究,(e-mail)wyliu81@126.com。

摘要:结合应用型本科院校教学的实际情况,对钢结构课程体系进行了合理设置,并在理论教学和实践教学过程中以加强学生实践能力培养为目标进行了探索和实践。文章介绍了黑龙江八一农垦大学钢结构课程体系教学安排和具体做法,总结了教学过程中的经验以及应注意的问题,并对存在部分的问题进行了讨论,给出了具体建议。

关键词:钢结构课程教学;课程体系;实践能力;人才培养

中图分类号:g642;tu391文献标志码:a文章编号:10052909(2013)05004904随着中国钢产量的飞速增长,钢结构的应用也获得快速发展,广泛应用于大跨度结构、高层高耸结构、轻型结构和特种结构等领域。国家建筑钢结构产业“十五”计划和2015年发展规划纲要已明确要求:当前,中国已一改过去钢材不足的局面,转而成为钢材供过于求,摆在日程上的课题早己不是少用钢材,而是积极合理地扩大钢结构在建筑中的应用。

鉴于钢结构的快速发展和广泛应用,工程界已提出“加强钢结构人才培养,造就一批钢结构高级工程技术专门人才”,“建立与钢结构发展相适应的教育体系,在校的结构专业学生应接受不少于80课时的钢结构课教育”的建议。可见,随着钢结构行业的快速发展,市场对钢结构专业人才的培养已经提出了更高要求,对钢结构专业人才的需求也将会越来越大,可以预见钢结构课程的地位将会越来越重要。

一、课程体系的设置

《高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲》[1]中把钢结构课程分为原理和设计两个部分,包括课程设计和毕业设计等。其中钢结构基本原理为专业基础课,课程目的是较全面地掌握钢结构材料、构件和连接的基础知识,熟悉一些常用钢结构的分析原理;钢结构设计是专业必修课,课程目的是在掌握钢结构设计的基本原理基础上,学习常用钢结构的特点、基本设计方法、计算简图和内力分析,并能按有关专业规范或规程进行钢结构的整体设计、截面计算和构造处理,课程内容主要包括单层厂房钢结构、大跨钢结构和多高层钢结构。过去由于种种原因,学校钢结构课程建设存在一些问题,具体表现在以下几个方面。

(1)课程设置不合理。在专业课程的设置上重混凝土轻钢结构。混凝土结构课程90时数,而同样在土木工程专业课程中占有重要地位的钢结构课程学时数仅为50~60,钢结构设计只开设了一门大跨空间结构的选修课。学生仅仅学习了钢结构的连接方法以及常见的构件设计,对整体结构设计的概念和理解不够。过去,钢结构课程安排在第7学期(大四上学期),这主要基于先修课程基础知识学习的考虑,然而此时学生面临找工作、考研等诸多问题影响,很难把主要精力投入到专业课学习上来。

(2)实践教学不足。钢结构教学中的实践性教学环节仅有钢结构课程设计一项内容,学生在学习的过程中没有机会见到实际的钢结构建筑物,对于钢结构加工、制作更是不知所云。虽然教学实习中安排了认识实习和施工生产实习,但基本还是以混凝土结构和砌体结构为主,很少接触到实际的钢结构工程。此外,从毕业设计的选题看,几乎全部是混凝土结构,基本没有钢结构方面的毕业设计题目。

高等建筑教育2013年第22卷第5期

刘文洋,等应用型本科院校钢结构课程教学探索与实践

事实上,过去很多学校在课程设置和教学实施上都或多或少地存在类似问题,但经不断探索已基本解决,并且在教学实践中积累了丰富的经验,形成了相对合理又各具特色的课程体系。学校自2006年以来通过几次修订教学计划,构建了钢结构系列课程体系(见表1),并在多年的教学实践中,不断改进和丰富教学内容,保证钢结构课程的教学质量。应该指出,由于课程设计安排在钢结构原理课学期末,目前设计内容主要局限于钢屋架结构,若能把课程设计安排在钢结构设计课程之后,则可以有更多的结构形式供课程设计选用。表1钢结构系列课程教学安排课程开课学期学时内容钢结构560钢结构基本原理钢结构设计630厂房钢结构、多高层钢结构大跨空间结构730网架、网壳、悬索等空间结构钢结构课程设计61.5周钢屋

架设计毕业设计813周各类钢结构设计二、理论教学的实施

专业课的教学目的在于通过具体工程对象的分析,使学生了解一般土木工程项目的设计、施工等基本过程,学会应用专业基础课程学到的基本理论,较深入地掌握专业技能,建立初步的工程经验,以适应当前国内用人单位对土木工程专业本科人才基本能力的一般要求[1]。

理论教学是培养学生专业技能和实践能力的基础,因此要重视理论教学环节。在教学中除了基本教学内容的讲授以外,还应特别强调以下几个方面在钢结构课程学习中的作用。

(一)重视力学基础与钢结构教学的结合

钢结构是一门理论性和综合性都很强的专业基础课,需要以材料力学、结构力学、荷载与结构设计原理等课程知识作为基础,因此在课程学习初首先回顾先修课程基础知识非常必要,以此引导学生复习相关内容,为学习钢结构课程打下良好理论基础。

(二)理论教学与工程实例相结合

理论教学稍显枯燥,在课程教学中应适当穿插工程实例以调整学生学习状态,调动课堂积极性。在绪论中结合钢结构的应用和发展介绍学生感兴趣的钢结构工程,引导学生讨论结构特点及选型、设计中存在的问题,或者在连接和构件分析与设计中介绍与某个问题相关的背景实例。例如:在讲授轴心拉杆设计时介绍索穹顶结构的组成和特点,以使学生对受拉构件能充分利用材料强度进而节省材料有直观认识;在讲授轴心压杆的稳定时介绍加拿大魁北克大桥和美国哈特福德体育馆由于构件失稳而导致结构发生倒塌破坏的例子,使学生了解相关问题的历史背景,也使学生充分认识到稳定对于钢结构的重要性。 在课程教学中结合演示性或学生动手参与的试验和实际工程中的影像资料进行讲解,使学生通过直观感受加深对钢结构基本概念和理论的理解。目前,一些有条件的高校建立了钢结构多功能教学实验平台[2],通过实验平台训练学生对钢结构构件和连接的实验技能,培养学生的创新意识与创新能力,教学成效显著。不具备条件的高校可以利用影像资料弥补这些不足。例如:由于学校实验条件有限,笔者所在的教研团队在钢结构加工厂拍摄了大量钢结构生产、制作过程的视频和图片资料,在课堂上结合相应的教学内容进行展示,也取得了较好的效果。

(三)理论教学与结构设计规范相结合

结构设计必然要结合结构设计规范,学生毕业后要从事钢结构设计工作,需要使用很多规范,在课程教学中把教学内容和相关规范要求结合起来,既能加深学生对抽象规范条文的理解,又能培养学生独立使用各种规范、查阅相关文献资料的能力。此外,在教学中还注重将注册结构工程师执业资格制度和注册结构工程师考试相关内容作一定介绍,引导和培养学生在这方面的兴趣,调动学生努力学习专业知识的积极性。

(四)计算机软件与结构分析设计相结合

目前钢结构的分析与设计基本采用专门的软件来完成,如ansys、abaqus、sts、mst、3d3s等。为使学生尽快掌握这方面的能力,适应以后的工作需要,在教学中引入部分计算机软件的演示和讲授。例如:演示使用ansys有限元分析软件进行钢结构基本构件和空间结构的计算分析,讲授sts设计软件进行钢桁架结构和钢框架结构的设计,介绍mst设计软件进行空间网格结构的设计。同时在后续的课程设计和毕业设计中鼓励学生使用相关软件进行结构计算和施工图绘制,进一步培养学生使用结构设计软件进行设计的能力。

三、实践教学的实施

实践教学环节是土木工程教学中非常重要的环节,在现代工程教育中占有十分重要的地位,是培养学生综合运用知识、动手能力和创新精神的关键环节,其作用和功能是理论教学所不能替代的。工程师最终的任务是将理论知识在实践中加以运用,并通过实践来验证理论结果是否正确,所以工程人员必须具备实践能力。同时,土木工程师还应具有一定的实践经验,很多工程问题的处理由于客观情况过于复杂,难以如实地进行理论分析,在很大程度上仍然依靠实践经验来解决[3]。

目前,钢结构课程的实践能力培养主要依靠课程设计、毕业设计等来实现。有条件的院校也可通过专业实习和观察演示性实验等环节组织学生开展讨论来认识、理解钢结构的组成、特点、应用及结构和构件的受力特性等。

(一)课程设计

学校钢结构课程设计内容仍为传统的钢屋架结构。虽然这种结构形式较为简

单,但其内容涵盖了轴心受力构件(桁架杆件)、受弯构件(檩条)及压弯、拉弯构件(当上弦或下弦有节间荷载时),主要为焊缝连接。因此通过完成设计,可以实现由基本构件、连接到简单结构选型、计算分析、设计和施工图绘制的训练。

在具体实施上,鼓励学生通过学习ansys、sts等软件完成结构计算分析和施工图绘制。通常,学生在进行结构计算分析时多采用ansys有限元软件或结构力学求解器并辅以手算校核的方式,而在施工图绘制阶段基本都采用sts软件来实现。通过这些训练,学生已基本能够熟练使用软件完成一般结构的设计工作。

(二)毕业设计

过去,由于钢结构应用不太广泛,很多高校的毕业设计题目都采用混凝土结构的形式,这也是过去在教学上重视混凝土结构而轻视钢结构的原因之一。但由于钢结构发展迅速、前景广阔,很多学生希望毕业后从事钢结构设计与施工方面的工作,或者选择了攻读钢结构方向的研究生,因此希望能有机会进一步深入地学习钢结构设计方面的知识。

近年来,在毕业设计中增加了一些钢结构方面的题目,如多高层钢框架结构、轻型门式钢架结构和网架结构等,尝试指导学生进一步学习和应用钢结构知识,实践效果良好。此外,除了基本的手算内容以外,还鼓励学生采用sts、mst等软件完成结构计算分析和施工图绘制工作。

通过认识实习—理论课教学—课程设计—毕业设计这样一系列教学环节的深入,使学生对知识的理解和掌握从简单到复杂、从理论到实践、从基本原理、基本构件到简单结构进而到复杂结构,培养学生工程设计的能力和思维。

四、结语

学校钢结构课程教学工作虽然在课程体系的设置、学生实践能力的培养上做了一定的思考、探索与实践,但同时与国内一些高水平大学在人才培养模式、教学条件、教学质量和教学效果等方面还存在差距,还需要在今后的教学实践中不断探索和努力,不断提高教学质量和人才培养质量,以适应钢结构行业对人才的需求。

参考文献:

[1] 高等学校土木工程专业指导委员会.高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲[m].北京:高等教育出版社,2002.

[2] 王伟,赵宪忠,郭小农,等.钢结构多功能教学实验平台的研制与实践[j].高等建筑教育,2009,18(2):102-104.

[3] 林峰,顾祥林,何敏娟.现代土木工程特点与土木工程专业人才的培养模式[j].高等建筑教育,2006,15(1):26-28.

steel structure teaching in applicationoriented universities and colleges

liu wenyang, zhang zhaoqiang, liu jinyun

(college of engineering, heilongjiang bayi agricultural university, heilongjiang 163319, p. r. china)

abstract: based on the actual teaching situation of applicationoriented universities and colleges, the course system of steel structure is reasonably arranged and it has been put into practice in the teaching process to strengthen students’ practical ability. we introduced the teaching arrangement of steel structure course and some methods used in the teaching process in heilongjiang bayi agricultural university, analyzed problems should be paid attention to, and presented some suggestions for steel structure teaching.