竇國濤，薛 茹，趙雯桐

（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院土木建筑學(xué)院，河南 鄭州 450046）

0 引言

2020年9月，教育部與國家發(fā)展改革委、財政部共同發(fā)布《關(guān)于加快新時代研究生教育改革發(fā)展的意見》，明確了進(jìn)一步深化科教融合，加強(qiáng)學(xué)術(shù)學(xué)位研究生知識創(chuàng)新能力培養(yǎng)。鼓勵研究生積極參與科研項目的立項申報、內(nèi)容研發(fā)及結(jié)題驗收等。定期進(jìn)行項目進(jìn)展匯報及交流，不僅能使研究生了解科研項目的實施體系，更能促使研究生掌握本學(xué)科最新的科研動態(tài)、學(xué)習(xí)最新的技術(shù)手段、激發(fā)出更多新的想法[1]。本文結(jié)合抗洪護(hù)橋措施“重車壓橋”下簡支箱梁橋穩(wěn)定機(jī)理研究項目（以下簡稱“重車壓橋”項目），從研究生“做項目”這一視角出發(fā)，描述研究生通過項目參與其科研能力提升的過程，探討如何通過項目牽引，激發(fā)學(xué)生科研興趣和創(chuàng)新思維。

1 科研項目參與對研究生培養(yǎng)的重要性

1.1 科研項目是培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力的重要支撐

研究生培養(yǎng)的核心是創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)，科研項目是研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要支撐，參與本研究領(lǐng)域的科研項目有利于激發(fā)研究生的好奇心和求知欲，鍛煉其創(chuàng)新思維能力，找出解決問題的簡單、有效的方法，并在其相應(yīng)的研究方向上創(chuàng)造有新意的研究成果[2]?？蒲许椖恳话愣冀?jīng)過前期研究工作，科研經(jīng)費能夠為項目調(diào)研和試驗的進(jìn)行提供資助，而沒有科研項目支持的研究生選題往往是針對性不強(qiáng)的選題，是不能進(jìn)行深入研究的選題，是不具備可持續(xù)發(fā)展研究的選題，所以研究生階段一定要以“科研項目”為中心，在全面了解和掌握現(xiàn)有技術(shù)和研究水平的基礎(chǔ)上，通過在科研項目中反復(fù)的科學(xué)研究訓(xùn)練發(fā)現(xiàn)新知識和形成新的科學(xué)技術(shù)，并在此過程中實現(xiàn)對研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[3]。中國科學(xué)院原院長路甬祥曾經(jīng)說過：研究生教育是培養(yǎng)一流創(chuàng)新人才的基礎(chǔ)，到目前為止，已很難找到一項沒有研究生參與的重要科研活動，也很難找到一項不包含研究生貢獻(xiàn)的重要科研成果[4]。所以，科研項目是培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力的重要支撐，沒有科學(xué)研究的訓(xùn)練，研究生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目標(biāo)是難以實現(xiàn)的。

以土木類研究生為例，科研項目中大多涉及基本理論和專業(yè)知識等的運用、實驗方案設(shè)計、實驗數(shù)據(jù)的采集和處理分析、實驗結(jié)果的分析與總結(jié)、工況模擬和對比總結(jié)等方面的要求。學(xué)生在科研項目訓(xùn)練中不僅要經(jīng)歷過程性學(xué)習(xí)來建立個人系統(tǒng)性的知識體系，且必須能夠自主學(xué)習(xí)和掌握新的知識和技能。綜上，不難看出科研項目能夠激發(fā)研究生深度學(xué)習(xí)，運用所學(xué)知識解決問題，達(dá)到對專業(yè)知識和技能的創(chuàng)新應(yīng)用。

1.2 科研項目是提升研究生科研能力的有效方式

研究生正處于知識結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化和擴(kuò)展關(guān)鍵階段，科研項目充當(dāng)著研究生學(xué)習(xí)和科研的切入點，參與具有創(chuàng)新性、前沿性的科研項目，可以拓寬研究生的知識面，建立系統(tǒng)的個人知識體系，并將學(xué)習(xí)內(nèi)容和研究方向有機(jī)地聯(lián)系在一起，使其擺脫了低效無序的自習(xí)狀態(tài)?？蒲许椖康捻樌瓿梢笱芯咳藛T能夠就項目中的復(fù)雜問題與同行業(yè)的人進(jìn)行交流（會議交流、各階段的項目進(jìn)展報告），還需要能夠與團(tuán)隊或項目中的人員進(jìn)行協(xié)作（項目中不同研究內(nèi)容之間的對接）[5]。研究生在參與科研項目的步步進(jìn)階又往復(fù)循環(huán)的過程中，其專業(yè)知識與專業(yè)技能在具體的科研環(huán)境中得到更深層的習(xí)得，為其從事科研活動打下了堅實的基礎(chǔ)。楊靜[6]在教研結(jié)合培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力中提出科研項目完成過程中，研究生的科研成果經(jīng)過系統(tǒng)、周密的檢驗培養(yǎng)了其嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、周密的科研習(xí)慣，并逐漸建立了從全局出發(fā)、系統(tǒng)思考問題的思維方法。已有文獻(xiàn)[7-9]提出項目學(xué)習(xí)有助于研究生實現(xiàn)“在研究中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中研究”，實現(xiàn)拓展學(xué)習(xí)建立個人知識體系，使其發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力、資料收集處理能力、論文撰寫水平、科研實踐等科研能力的提升上均有益處?？蒲许椖康膮⑴c和完成過程中，研究生的專業(yè)知識必須與實際工程問題有機(jī)結(jié)合起來，這就要求研究生通過不斷的學(xué)習(xí)掌握復(fù)雜工程問題的科學(xué)研究方法，發(fā)現(xiàn)項目中研究創(chuàng)新點和實際解決辦法。因此，科研項目的參與極大地提高了研究生的思維深度和敏捷性，為研究生在后續(xù)研究過程中能做出創(chuàng)造性的研究成果打好基礎(chǔ)。

2 科研項目中研究生科研創(chuàng)新能力的提升

在研究生教育中，創(chuàng)新是靈魂，科學(xué)研究為主導(dǎo)是核心[10]。從科研項目入手，研究其立項背景和意義、主要研究內(nèi)容和方法，將專業(yè)知識與實際工程問題有機(jī)結(jié)合起來，能夠引導(dǎo)研究生快速領(lǐng)會到科研的重要性，激發(fā)其對科學(xué)研究創(chuàng)新內(nèi)在動力。新入學(xué)研究生由于首次接觸科研，在科研創(chuàng)新方面需逐步引導(dǎo)，逐步培養(yǎng)研究生理論創(chuàng)新的能力，試驗設(shè)計方案及手段創(chuàng)新能力，有限元計算創(chuàng)新的能力。為實現(xiàn)以上三種能力的提升，可引導(dǎo)研究生參與科研項目，通過創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，創(chuàng)新基本能力的培養(yǎng)，創(chuàng)新能力的養(yǎng)成，最終使研究生理論創(chuàng)新的能力，實驗手段及方案的創(chuàng)新能力，有限元計算創(chuàng)新的能力達(dá)到一個質(zhì)的飛躍。

2.1 創(chuàng)新意識的培養(yǎng)

2.1.1 查找文獻(xiàn)的意識

參與科研項目能夠很好地培養(yǎng)研究生如何在浩如煙海的文獻(xiàn)資料中準(zhǔn)確、高效找到適合自己學(xué)術(shù)研究必備文獻(xiàn)資料，在大量閱讀國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，全面了解領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)術(shù)動態(tài)，從大量的科技資料和文獻(xiàn)中尋找適用于自己研究的思路和方法是開展科學(xué)研究的重要步驟[11]。在研究生課堂教學(xué)中，首先指導(dǎo)研究生要清楚查找文獻(xiàn)的途徑，（1）到學(xué)校圖書館，檢索相關(guān)書籍目錄；（2）通過中國知網(wǎng)，萬方數(shù)據(jù)庫，維普數(shù)據(jù)庫以及外文數(shù)據(jù)庫進(jìn)行收集資料；（3）通過百度、360搜索，收集相關(guān)方面的最新資料。其次，確定查找文獻(xiàn)的主題，該主題圍繞科技攻關(guān)題目，精簡關(guān)鍵詞，進(jìn)行相關(guān)搜索。再次，收集完資料，由于相關(guān)資料眾多，要掌握資料的閱讀方式，不能每篇文獻(xiàn)都深入分析，要分為泛讀和精讀，泛讀，從大題上了解與主題相關(guān)文獻(xiàn)的基本概況，普遍的實驗和理論方法、結(jié)論等。精讀則是在大量泛讀之后，經(jīng)過不斷篩選，認(rèn)真閱讀與當(dāng)前問題最為相關(guān)的那部分文獻(xiàn)，從而汲取文獻(xiàn)中最有營養(yǎng)價值的內(nèi)容[13]。通過查找和收集國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，讓學(xué)生了解相關(guān)領(lǐng)域理論研究前沿，使學(xué)生對自己課題目前研究范圍和深度有了充分的理解與把握。從而拓展思路，思索研究項目目前的技術(shù)水平和存在的問題。

2.1.2 研究生發(fā)現(xiàn)問題的意識

在科研項目中培養(yǎng)研究生去發(fā)現(xiàn)問題、思索問題、分析問題進(jìn)而解決問題是培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵。問題是矛盾體呈現(xiàn)的重要方式，也是事物發(fā)展的動力源泉，問題是思維的開端和學(xué)習(xí)的起點[12]。對于研究者而言，問題的發(fā)現(xiàn)和定位是研究的首要前提，研究中的問題并不是空穴來風(fēng)，也不是拍腦袋就能夠?qū)ふ业降?，它更多的是基于現(xiàn)實觀察、調(diào)查中的理論闡釋?，F(xiàn)實中，由于絕大部分研究生缺乏一定的生活閱歷和理論準(zhǔn)備，在嘗試發(fā)現(xiàn)問題的過程中常會處于四處碰壁，最終無法找到理想目標(biāo)的困境[14]。

創(chuàng)新意識培養(yǎng)階段是研究生對知識的收集、篩選、分析的過程，在這一階段，研究生需要通過各種渠道從外界獲取知識，持續(xù)積累和擴(kuò)充知識，不斷挖掘和思考問題，促進(jìn)創(chuàng)新意識的形成[15]。

2.2 創(chuàng)新基本能力的培養(yǎng)

2.2.1 力學(xué)理論分析工程問題及創(chuàng)新的能力

力學(xué)是工科大類專業(yè)的基礎(chǔ)學(xué)科，是工科學(xué)生提升專業(yè)素質(zhì)的重要學(xué)科，了解和掌握力學(xué)理論是工科專業(yè)學(xué)習(xí)生涯的重中之重[16]。力學(xué)思維是從具體生動的工程實際到抽象的數(shù)學(xué)思維，再用抽象的數(shù)學(xué)思維來指導(dǎo)工程實際的思維過程[17-18]。用力學(xué)理論去分析工程問題是土木工程類研究生必備的基本技能，在培育其工程實力和科研創(chuàng)新方面起著關(guān)鍵作用。

土木工程相關(guān)的科研項目，力學(xué)理論是解決其科研問題的最基本的手段，大多數(shù)高校土木工程專業(yè)都會開設(shè)理論力學(xué)，材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)，等一系列力學(xué)課程，碩士期間，可進(jìn)一步自學(xué)彈性力學(xué)，彈塑性力學(xué)及塑性力學(xué)等相關(guān)力學(xué)知識，土木工程的研究生已具備一定的力學(xué)功底，但不具備用力學(xué)的方法解決科研項目中科研問題的能力。通過參與科研項目，培養(yǎng)研究生在科研項目中提煉力學(xué)問題，并用力學(xué)知識去解決相關(guān)力學(xué)問題，在解決問題過程中，培養(yǎng)其理論推導(dǎo)創(chuàng)新方面的能力。

2.2.2 有限元分析及創(chuàng)新能力

隨著工程結(jié)構(gòu)的不斷復(fù)雜化及工程實踐對計算分析的要求越來越高，利用有限元分析解決工程實際問題已經(jīng)是很多工科類研究生進(jìn)行科學(xué)研究創(chuàng)新的一項重要技能。有限元分析是土木類研究生需要培養(yǎng)的重要能力，是學(xué)生開展科學(xué)研究和未來從事專業(yè)工作的理論基石[19]。有限元分析是土木工程研究生創(chuàng)新必備的一種手段，研究生在參與科研項目時，可以用有限元分析對科研問題進(jìn)行佐證，將項目中的模型用有限元軟件建立并計算，同時需要考慮到網(wǎng)格如何劃分，邊界條件如何處理，物理模型如何簡化，力學(xué)加載如何實現(xiàn)，計算如何收斂等相關(guān)問題，當(dāng)用常規(guī)方法不能解決時，需要用有限元軟件進(jìn)行二次開發(fā)以實現(xiàn)科研項目中一些特殊問題的驗證，在此過程中，有限元分析能力及相關(guān)創(chuàng)新能力即可得到提升。

2.2.3 試驗設(shè)計方案及手段創(chuàng)新能力

觀察和實驗是科學(xué)研究的基礎(chǔ)，科研成果的層出不窮，都是建立在實驗的基礎(chǔ)之上，在研究生階段，不僅需要對學(xué)生實施專業(yè)知識的教育，要求學(xué)生掌握堅實的基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)的專業(yè)知識，還要基于專業(yè)知識的科研試驗?zāi)芰M(jìn)行培養(yǎng)，有條件的鼓勵學(xué)生獨立開展大型試驗，并對他們科研實驗提供指導(dǎo)和建議，實現(xiàn)學(xué)生的科研素養(yǎng)和試驗動手能力的全方位發(fā)展[20]。要認(rèn)真研究科研試驗的思路、目的和意義，綜合靠考慮理論和技術(shù)方法的可行性，分析試驗的可信性和不確定性，預(yù)判試驗可能產(chǎn)生的失誤或錯誤，以及在試驗出現(xiàn)問題無法進(jìn)行時的補(bǔ)救措施和糾偏措施。在此期間研究生還要注意培養(yǎng)自己的工程意識和試驗技能，在參加試驗和生產(chǎn)時間活動中，要踏踏實實不怕臟不怕累，最重要的對待科研試驗一定要有敬畏之心，要尊重原始試驗數(shù)據(jù)的真實性。

2.2.4 三維制圖的能力

研究生作為科研儲備人才，將來面臨著發(fā)表論文，申報專利，申報課題等一系列科研活動。三維圖具備立體感，具有比較具體的印象，有助于作者清晰地表達(dá)自己的想法，更利于他人理解自己的思路。對于土木工程的研究生，三維制圖可以通過BIM軟件，或者CAD三維制圖軟件進(jìn)行繪圖，在參與科研項目過程中，要鍛煉三維作圖能力，總結(jié)材料，匯報項目進(jìn)展，整理成果都要習(xí)慣用三維圖形表達(dá)自己的觀點，長期訓(xùn)練即可提升三維制圖的能力。

2.3 創(chuàng)新能力的養(yǎng)成

創(chuàng)新能力養(yǎng)成階段是經(jīng)過創(chuàng)新意識培養(yǎng)、創(chuàng)新基本能力培養(yǎng)后形成的最終階段，通過前兩個階段的培養(yǎng)，促使研究生形成創(chuàng)新能力。研究生能夠提出、求解和突破問題，并對成果進(jìn)行證明和驗證[15]。

3 案例

本節(jié)將以“抗洪護(hù)橋措施‘重車壓橋’下簡支箱梁橋穩(wěn)定機(jī)理研究”項目為例，說明如何在科研項目中提升科研創(chuàng)新能力。

3.1 科研項目中創(chuàng)新意識的培養(yǎng)

例如，在“重車壓橋”項目中，通過對洪水期橋梁作用和安全問題的介紹，引導(dǎo)研究生對橋梁工程設(shè)計理論、建造技術(shù)、材料特性等方面不斷思考和研究。依托河南省科技攻關(guān)項目—抗洪護(hù)橋措施“重車壓橋”下簡支箱梁橋穩(wěn)定機(jī)理研究項目為例，將研究生科研能力培養(yǎng)的各環(huán)節(jié)與項目具體過程相結(jié)合，以實際工程問題為導(dǎo)向，在對科研項目的立題背景及研究目的、意義進(jìn)行充分解讀的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮研究生的主體作用，為土木工程專業(yè)橋梁方向的研究生開展研究提供了廣闊的舞臺。

3.1.1 結(jié)合時事討論

在河道上修建跨河橋梁目前是人類解決陸路交通跨河連接問題采用的最普遍、最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一，跨河橋梁的修建為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展發(fā)揮著重要作用，洪水水毀災(zāi)害是世界各國道路橋梁共同面臨的災(zāi)害。洪災(zāi)中，抗險救災(zāi)時橋梁往往通過河流的一種重要通道，保護(hù)好橋梁，也為抗險救災(zāi)提供了重要通道。鄭州“7.20”特大暴雨，強(qiáng)度大、持續(xù)時間長，導(dǎo)致市政道路、干線公路塌陷，67座橋梁受損，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失。洪災(zāi)發(fā)生時往往具有突發(fā)性，不具備臨時加固橋梁的條件，多采用“重車壓橋”緊急護(hù)橋措施，如圖1所示，以抵抗橋梁受到的浮力和洪水作用。在抵御洪水的同時，負(fù)荷若是太輕，起不到壓制效果導(dǎo)致救援工作功虧一簣；車輛若是過重反而會對橋梁本身造成沖擊，甚至壓垮大橋。2021年8月，河南省人民政府發(fā)布《河南省突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案》要求全力防范化解重大災(zāi)害風(fēng)險，科學(xué)應(yīng)對各類突發(fā)事件，提高應(yīng)對突發(fā)事件的科技水平和指揮能力，避免發(fā)生次生、衍生災(zāi)害事件。

圖1 重車壓橋緊急護(hù)橋措施

3.1.2 引導(dǎo)研究生查閱文獻(xiàn)

首先要指導(dǎo)研究生到學(xué)校圖書館、中國知網(wǎng)，萬方數(shù)據(jù)庫，維普數(shù)據(jù)庫以及外文數(shù)據(jù)庫、百度、360搜索等收集簡支箱梁橋相關(guān)書籍及資料。其次，精簡關(guān)鍵詞，如：洪災(zāi)、重車壓橋、簡支箱梁橋穩(wěn)定等進(jìn)行相關(guān)搜索。最后，分為泛讀和精讀。通過以上措施，學(xué)生對自己課題目前研究范圍和深度有了充分的理解與把握，如：

（1）針對橋墩沖刷方面，目前采用的措施是墩身和橋墩共同加固的方法，由于橋梁眾多，為了防洪，每座橋梁都去加固，造成巨大的經(jīng)濟(jì)浪費。

（2）針對洪水水流模擬方面，研究較多，本項目可采用其既有研究成果，轉(zhuǎn)換成洪水作用力來分析橋梁的穩(wěn)定性。

（3）針對洪水作用下橋梁穩(wěn)定及力學(xué)性能方面，目前研究針對箱梁失穩(wěn)，支座破壞已有相關(guān)研究，但針對洪水作用下橋墩失穩(wěn)，箱梁強(qiáng)度破壞研究較少，同時，未見有針對“重車壓橋”耦合洪水作用下橋梁破壞機(jī)理相關(guān)研究，本項目將針對此進(jìn)行一系列研究。

3.1.3 引導(dǎo)研究生發(fā)現(xiàn)問題

從上述現(xiàn)實背景中發(fā)現(xiàn)問題，2021年7月20日，鄭州發(fā)生特大暴雨，強(qiáng)度大、持續(xù)時間長，在交通設(shè)施方面，特大暴雨導(dǎo)致數(shù)十座橋梁受損，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，以此為背景，引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題：（1）暴雨造成洪水流速、水位的變化；（2）橋墩的受力的改變；（3）支座浸水條件和干燥狀態(tài)摩擦系數(shù)是否改變；（4）橋梁上部結(jié)構(gòu)受力的改變；同時進(jìn)一步思考應(yīng)急狀態(tài)下如何保護(hù)橋梁，積極鼓勵學(xué)生在積極主動開展思維探索，從發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、討論問題、分析問題直到解決問題。

3.2 科研項目中創(chuàng)新基本能力的培養(yǎng)

3.2.1 力學(xué)理論分析工程問題及創(chuàng)新的能力培養(yǎng)

（1）重車荷載耦合洪水作用下簡支箱形梁穩(wěn)定機(jī)理研究。引導(dǎo)學(xué)生思考洪水來臨時，簡支箱梁橋受力和正常工況下的區(qū)別，進(jìn)一步思考水流的沖擊力和水流的浮力將會產(chǎn)生什么樣的影響，橋梁上部結(jié)構(gòu)箱梁設(shè)計時并未考慮到洪水作用力的影響，然而洪災(zāi)發(fā)生時，洪水常常局部淹沒甚至漫過箱梁，對于處在洪水中的橋梁來說，洪水浮力使得上部結(jié)構(gòu)的有效重量減小，進(jìn)而抗傾覆力矩減小。橋梁阻水面積增大，導(dǎo)致其橫向傾覆力矩增大，因而在洪水水平?jīng)_力作用下，橋梁易發(fā)生傾覆破壞。采用“重車壓橋”，等于在橋面上增加豎向荷載，用來抵消浮力，同時增加與支座的摩擦力，來抵抗洪水的水平作用力，提出自己的創(chuàng)新點則是，推導(dǎo)出重車荷載耦合洪水作用下簡支箱形梁穩(wěn)定驗算理論公式，并研究箱梁跨徑、洪水水位高度及流速對箱梁穩(wěn)定的影響。在保證箱梁不被洪水沖壞的同時，也不被重車壓壞，此時，箱梁為空間受力狀態(tài)，需對此展開一系列推導(dǎo)。

（2）重車荷載耦合洪水作用下板式橡膠支座穩(wěn)定機(jī)理研究。引導(dǎo)學(xué)生思考簡支箱梁通常采用板式橡膠支座，板式橡膠支座正常工作狀態(tài)通常是在大氣中，但洪災(zāi)發(fā)生時，支座浸泡在水中，其與箱梁和橋墩的接觸摩擦系數(shù)將降低?；诎迨较鹉z支座的破壞特征與受力機(jī)制，洪水作用下，支座除了發(fā)生滑動破壞之外，較大的剪切作用力也會使支座在水平方向的剪切變形量超過一定的限制，從而使支座發(fā)生剪切破壞。洪水作用下，若支座摩阻力不足，則箱梁則滑移；若支座剪切變形過大，支座則剪切破壞，同時，由于重車荷載，支座強(qiáng)度是否滿足均需驗算。

（3）重車荷載耦合洪水作用下橋墩穩(wěn)定機(jī)理研究。引導(dǎo)學(xué)生思考洪水作用下，箱梁受力模式發(fā)生改變，進(jìn)一步傳遞給橋墩的力也將產(chǎn)生改變，箱梁受到浮力，則傳遞給橋墩的豎向力減小，箱梁受到洪水水平作用力，則通過支座傳遞給橋墩，對橋墩穩(wěn)定性極為不利，除此之外，橋墩自身也受受到洪水浮力以及洪水水平推力，橋墩抗傾覆以及抗滑移理論公式尚需加入洪水作用的影響，當(dāng)“重車壓橋”后，豎向力增加，能否抵抗住洪水作用力，也需驗算。在此過程中，有效地培養(yǎng)了研究生解決實際問題的綜合能力和持續(xù)的科研創(chuàng)新能力。

3.2.2 有限元分析及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

以科技攻關(guān)項目“抗洪護(hù)橋措施重車壓橋下簡支箱梁橋穩(wěn)定機(jī)理研究”采用ANSYS分析為例，通過實際工程問題的模擬分析培養(yǎng)研究生有限元分析的能力。

（1）力學(xué)模型簡化。由于橋梁構(gòu)造復(fù)雜，模擬時不能照顧到所有細(xì)節(jié)，對于一些環(huán)節(jié)需要簡化，例如本項目中，引導(dǎo)學(xué)生思考“重車壓橋”、水浮力、水流沖擊力在有限元軟件中怎樣實現(xiàn)，橋梁支座在建模時如何簡化，預(yù)應(yīng)力鋼筋以及普通鋼筋在建模時如何簡化，都需要引導(dǎo)學(xué)生思考。

（2）單元選取。引導(dǎo)研究生自學(xué)有限元軟件中常用的單元，如本項目中橋墩和箱梁所需要用到的實體單元，支座所要用到的彈簧單元，讓研究生去歸納總結(jié)各個實體、彈簧單元的定義，屬性以及區(qū)別，選取最適合的單元。

（3）網(wǎng)格劃分。對于任何實際結(jié)構(gòu)，要獲得高質(zhì)量的單元網(wǎng)格，通常都要控制網(wǎng)格劃分，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會單元形狀控制及網(wǎng)格類型選擇，單元尺寸控制，內(nèi)部網(wǎng)格劃分控制等一系列網(wǎng)格劃分操作。通過橋墩和箱梁的網(wǎng)格劃分，掌握網(wǎng)格劃分流程，進(jìn)一步舉一反三。

（4）邊界條件確定。有限元模型，邊界條件至關(guān)重要，邊界條件確定錯誤，將導(dǎo)致模擬分析不準(zhǔn)確，計算錯誤，甚至計算不收斂，正確的根據(jù)實際工況選擇邊界條件尤為重要，引導(dǎo)學(xué)生思考洪水作用下橋墩底部約束形式，來理解邊界條件的概念。

3.2.3 試驗設(shè)計方案及手段創(chuàng)新能力培養(yǎng)

在“重車壓橋”項目的實施過程中，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)“抗洪護(hù)橋措施重車壓橋下簡支箱梁橋穩(wěn)定機(jī)理研究”如洪水作用耦合重車荷載作用下橋墩穩(wěn)定性試驗，試驗方案要合理簡化，如對于橋墩來說，上部結(jié)構(gòu)的重力可通過千斤頂來模擬加載，當(dāng)研究水壓力時，可通過理論計算簡化成集中力，通過千斤頂進(jìn)行加載模擬試驗，如圖2所示。引導(dǎo)學(xué)生思考支座的試驗，研究支座浸水狀態(tài)滑動破壞模式及剪切破壞模式，強(qiáng)度破壞模式，以期推導(dǎo)出重車荷載耦合洪水作用下支座穩(wěn)定及強(qiáng)度驗算公式。因此，觀察和試驗方法仍然是獲取科學(xué)事實的基本方法和有效手段，也是科研創(chuàng)新研究活動的基礎(chǔ)。

圖2 重車荷載耦合洪水作用下橋墩穩(wěn)定性試驗方案

3.2.4 三維制圖的能力

在“重車壓橋”項目中，將要求研究生用CAD三維模型展示出橋梁整體模型，如圖3所示，CAD中的三維圖可以借助工具完成不同側(cè)面、部位的觀察和設(shè)計、修改等，為項目設(shè)計和更改提供了極大的便利。以此培養(yǎng)研究生三維制圖能力及空間思維能力，提升研究生的科研表達(dá)能力。

圖3 橋梁模型示意圖

4 結(jié)語

科研項目是研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要支撐和有效途徑，參與本研究領(lǐng)域的科研項目有利于研究生掌握科學(xué)研究的基本要求，并在其相應(yīng)的研究方向上創(chuàng)造有新意的研究成果。且科研項目都緊跟時代步伐，擬解決實際工程問題，具有很強(qiáng)的前瞻性，將科研項目融入土木類研究生培養(yǎng)，既可以推動推動科研項目的順利進(jìn)行，項目中涉及的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識又可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)勁頭，彌補(bǔ)欠缺知識，培養(yǎng)研究生正確判斷和解決各種復(fù)雜的實際問題的能力。在“重車壓橋”項目中的研究過程土木專業(yè)的研究生發(fā)現(xiàn)問題的能力、查找文獻(xiàn)的能力、力學(xué)理論分析工程問題的能力、有限元分析能力以及試驗?zāi)芰Φ榷嫉玫搅擞行У呐囵B(yǎng)和極大地提高，為今后的科研工作的開展打下良好的基礎(chǔ)。因此，在研究生中廣泛地開展科研實踐，讓更多的研究生積極地參與到科學(xué)研究活動當(dāng)中，不僅直接關(guān)系到高校的科研質(zhì)量和創(chuàng)新水平，更是培養(yǎng)研究生科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要途徑。