亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        探索型人才培養(yǎng)的鋼筋混凝土梁受彎綜合性實驗設計

        2024-10-25 00:00:00曹瑞東陳鵬程任毅敏
        黑龍江教育·理論與實踐 2024年11期

        摘 要:文章在鋼筋混凝土梁受彎試驗的基礎上拓展教學內容,注重系統(tǒng)性和開創(chuàng)性,設計了鋼筋混凝土梁受彎綜合實驗,對前置知識如混凝土基礎力學實驗、混凝土配合比計算方法等進行融合,并根據(jù)實測數(shù)據(jù),建立混凝土本構曲線,進而采用有限元模型進行仿真與驗證。該實驗集成了混凝土結構設計、土木工程材料、有限元基礎重要知識點,對學生創(chuàng)新能力與動手能力起到很好的鍛煉作用,極大地提高了土木工程專業(yè)學生的科研能力與創(chuàng)新素質。

        關鍵詞:混凝土梁受彎實驗;綜合性實驗;科研能力;有限元

        中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1002-4107(2024)11-0075-05

        一、引言

        伴隨社會轉型和經(jīng)濟改革發(fā)展,國家對高素質綜合型人才的需求不斷增加。黨的二十大報告指出,必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力,深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略。堅持培養(yǎng)創(chuàng)新型、技能型、知識型的綜合素質人才,是高校發(fā)展堅定不移的方向和目標[1]。本科生的培養(yǎng)需要其具備扎實的基礎知識、熟練的實驗操作技能和靈活創(chuàng)新的思維。因此,推動高等教育改革,加大對本科生的科研訓練,鍛煉本科生的科研能力,探索本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式尤為重要。

        土木工程專業(yè)是一個實踐性較強的專業(yè),在本科生培養(yǎng)過程中實驗類課程是重要的一個環(huán)節(jié),其中,鋼筋混凝土梁受彎實驗是土木工程本科生的核心實驗,通過對鋼筋混凝土梁進行受彎實驗,得到鋼筋混凝土梁最大彎矩及受彎破壞形式。但在實際實驗中發(fā)現(xiàn)存在以下弊端:一是試件較大、實驗準備周期長、操作過程危險且煩瑣,只能以教師操作、學生小組觀摩的形式進行[2];二是此實驗的前置實驗有水泥膠砂實驗、骨料實驗、混凝土立方體抗壓強度實驗、鋼筋拉伸實驗等,均分布在大一、大二階段。由于此實驗與前置實驗間隔時間較長,學生難以形成系統(tǒng)化知識體系,導致教學效果不佳。為了解決上述問題,國內部分學者進行了相關嘗試。例如,張元亮對“混凝土結構設計原理”課程教學提出改進措施,對學生進行細化分組,并引導學生通過ABAQUS(工程模擬的有限元軟件)處理模塊對梁的受力情況進行分析[3];謝志紅結合混合式教學理念提出了新的教學方法和教學模式,提高學生的主觀能動性,使學生積極參加鋼筋混凝土結構實驗課程[4];錢匡亮等人采用“集約分層式”教學模式對混凝土第五組分、第六組分進行實驗[5];王立成針對“鋼筋混凝土結構”課程教學實驗中存在的問題,通過轉變實驗教學觀念,以提高學生的創(chuàng)新能力和綜合素質為目標,全面培養(yǎng)學生的參與意識、動手能力和創(chuàng)新意識[6]。雖然不少高校進行了嘗試,但仍存在實驗缺乏探索性、受益面小、教學投入過大等問題。因此,以學生為主體,設計鋼筋混凝土梁受彎實驗及驗證的綜合性實驗,面向大三學生進行開放選修,與課內實驗并行,不僅可以減輕課內實驗人數(shù)的壓力,也可以提高學生的科研探索能力。

        二、實驗目的

        通過測定混凝土的抗壓強度、抗彎強度,熟悉并掌握相關測定方法、混凝土的標準養(yǎng)護和強度評定、配合比的確定等內容。學習計算配合比;學會使用振動臺和萬能試驗機等儀器;掌握本構生成器和ABAQUS的操作技能。通過將具體的實驗操作過程和有限元軟件相結合,進一步對鋼筋混凝土梁的受彎試驗進行驗證。

        三、實驗方案

        通過查閱資料和對其他學者的實驗方法進行對比分析,確定實驗方案。

        ①準備階段。準備實驗所需要的材料和工具,在這一過程中學生能夠認識材料并悉基本的實驗工具。

        ②實驗階段。先計算混凝土配合比并制備試件,再進行實驗。需要制備100 mm3的混凝土試件和100 mm×100 mm×400 mm的鋼筋混凝土梁試件,試件中布置2根受力鋼筋為L1,布置3根受力鋼筋為L2。立方體混凝土試件進行抗壓強度測試;鋼筋混凝土梁試件進行抗彎強度測試[7]。實驗階段有利于學生學習實驗操作技能,既培養(yǎng)了科研的興趣和能力 ,也增強了團隊意識。

        ③模擬階段。生成本構模型;用ABAQUS模擬混凝土梁受彎實驗過程。創(chuàng)新實驗引入有限元軟件進行模擬,整理并分析實驗數(shù)據(jù),推動學生創(chuàng)新思維的發(fā)展。

        ④分析階段。進行結果分析和實驗反思。對比實驗值與模擬值,分析實驗結果,反思實驗得失。學生通過整體分析實驗,提升對知識的整體認知能力,培養(yǎng)批判性思維。具體實驗方案如圖1所示。

        四、實驗儀器與材料

        已有的材料和工具有水洗河沙、5~20 mm連續(xù)粒徑石子、水、100 t萬能試驗機、100 mm×100 mm×100 mm試模、100 mm×100 mm×400 mm試模、標準養(yǎng)護室、振動臺、搗棒、小鐵鏟、金屬直尺、刮刀、本構生成器、ABAQUS等。學生自行購買的材料和工具有普通硅酸鹽水泥、直徑6 mm鋼筋、AB膠、細鐵絲、保護層模具、鋸刀等。

        五、實驗步驟

        (一)混凝土梁的制作過程

        ①配合比的計算。實驗的目的是制作強度等級為C30的混凝土,σ=5.0 MPa,試配強度fcu,0=fcu,k+1.645σ,所以fcu,0=30+1.645×5.0≈38.225 MPa。計算水灰比,水泥實際強度為fce=50.0 MPa,所用粗骨料為碎石,回歸系數(shù) = 0.53,αb=0.20,水灰比 = ≈0.50。最終計算精確到小數(shù)點后兩位,確定水的用量為5.51 kg、水泥用量為10.58 kg、砂子用量為13.79 kg、石子用量為25.63 kg。

        ②100 mm3立方體混凝土試塊的制作。學生進入實驗室后,先將試模擦拭干凈,內壁涂一層礦物油,再將普通硅酸鹽水泥、水洗河沙、5~20 mm連續(xù)粒徑石子、水等混和攪拌。將拌合物一次性裝入試模且略高于試???,試模移至振動臺并固定好后,開啟振動臺,振動至表面出現(xiàn)水泥漿停止。將拌合物分2層倒入試模進行振搗,學生具體操作如圖2所示。成型后在室溫20℃左右、相對濕度50%左右的環(huán)境下靜放一個晝夜,養(yǎng)護28 d。

        ③100 mm×100 mm×400 mm混凝土梁的制作。先制作2種不同的受力筋,用鋸刀將4根長為1.2 m的鋼筋鋸成合適長度。用細鐵絲將鋼筋捆綁固定(圖3)。利用水泥和模具,以水泥和水1∶0.5的配合比制作保護層墊塊(圖4)。使用上一步的拌合物,采用100 mm×100 mm×400 mm的鋼筋混凝土試模當模板,用AB膠將墊塊粘至鋼筋與模具的空隙處和鋼筋交界處。再將攪合好的混凝土倒入試模中,靜放一個晝夜等待成型。試件拆模后,在溫度為 20±2℃、相對濕度為95%以上的標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護28 d。

        (二)試件測試

        ①混凝土立方體抗壓強度測試。將試件安放在試驗機的下壓板上,加壓時應連續(xù)而均勻地加荷,直至試件破壞,停止試驗機,記錄破壞荷載 。利用壓強公式計算出混凝土的抗壓強度。

        fcu= ?; 式(1)

        式(1)中,fcu為混凝土試塊的抗壓強度——MPa;F為抗壓破壞載荷——kN;A為受壓面積——mm2。

        ②鋼筋混凝土梁受彎強度測試。梁受彎實驗裝置如圖5所示,實驗加載裝備為萬能試驗機,采用兩點加載方式,通過壓力傳感器來觀測實際荷載,記錄實驗情況[8]。通過位移控制,以0.5 mm/min的速度均勻向下加壓。試件出現(xiàn)裂縫時記錄破壞荷載,當壓力傳感器反映出的力,即位移曲線出現(xiàn)峰值且開始呈下降趨勢的時候結束實驗。記錄轉折點對應的位移和力的大小,計算抗彎強度。

        (三)有限元模擬

        本構生成器是一個可以便捷地生成本構模型的軟件,由4部分組成,分別是創(chuàng)建材料參數(shù)、生成本構曲線、受壓本構模型、受拉本構模型。在測試100 mm3混凝土的抗壓強度后,得到混凝土的強度值為30 MPa,帶入到本構生成器中,創(chuàng)建本構模型。從圖6a創(chuàng)建材料參數(shù)界面可以看出,材料參數(shù)來源于設計強度值,混凝土強度小于60 MPa選擇GB50010-2010方法。圖6b生成本構曲線界面,和前頁保持一致,計算方法選擇GB 50010-2010方法,強度代表值為平均值,選擇完畢后即可得到本構模型(圖7)。

        ABAQUS是一款基于有限元方法的能解決從線性分析到復雜非線性分析等各類問題的工程模擬軟件[9]。ABAQUS豐富的材料屬性庫可以模擬金屬、橡膠、可壓縮泡沫、巖石、土壤、復合材料等各種材料,其提供的豐富的單元庫可以實現(xiàn)任意實際形狀的模擬[10]。為了驗證實驗的合理性,學生選擇用ABAQUS模擬鋼筋混凝土梁的受彎過程。將上一步建立的本構模型代入有限元軟件中,確定模擬的鋼筋混凝土梁的強度等級為C30,根據(jù)實際情況定義彈性模量為29518.7 MPa、泊松比為0.2,裝配后創(chuàng)建分析步。加入混凝土梁的邊界條件,定義加載方式大小為0.5 mm/min。最后將梁進行網(wǎng)格劃分,運行鋼筋混凝土梁的受彎實驗模擬,模擬出的塑性應變分量如圖8所示。

        六、結果分析

        (一)實驗結果分析

        實驗加載至12 kN,混凝土梁L1出現(xiàn)第一條斜裂縫,荷載不斷增加,斜裂縫也不斷變寬變長;當加載至67 kN、位移為2.1 mm時,荷載達到頂峰,此后梁的承載力開始大幅度下降?;炷亮篖2荷載加載至13 kN時開始出現(xiàn)微裂縫;荷載加載至42 kN時,裂縫由底部發(fā)展到中上部,位移增加幅度較大;當荷載加載至62 kN,荷載已無法保持,構件徹底破壞,停止加載[11]。試件L2破壞形態(tài)如圖9所示。

        (二)模擬結果分析

        對比模擬值和實驗值,ABAQUS模擬實驗過程與實際實驗過程基本一致,上升段的吻合度較高,下降段的趨勢基本相同,能夠反映出混凝土梁受彎力與位移的對應關系?;炷亮篖1和混凝土梁L2的力—位移曲線模擬值與實驗值對比如圖10、11所示。從整體上來看,模擬值曲線與實驗值曲線的趨勢一致;從局部來看,當位移加載到2.5 mm,混凝土梁L1的模擬值與實際值的峰值都達到了60 kN,而當位移加載到2 mm左右,混凝土梁L2的模擬值與實際值都在60 kN左右,相差不大。運用有限元軟件模擬鋼筋混凝土梁的受彎實驗,一方面復習了ABAQUS的有限元知識,使學生能夠更加熟練地操作有限元軟件;另一方面,學生通過構建模型、輸入?yún)?shù)、計算數(shù)據(jù),成功模擬出實驗過程,增強成就感,激發(fā)了科研熱情。

        七、鋼筋混凝土梁受彎綜合性實驗總結

        (一)對實驗中出現(xiàn)的問題的反思

        學生通過實驗對混凝土的知識更加熟悉,同時也發(fā)現(xiàn)了實驗過程中自身存在的問題。首先,保護層用AB膠粘的不夠牢固,在澆灌水泥時造成鋼筋歪斜,下次實驗則直接選擇細鐵絲固定,或制作其他形式的保護層。除此之外,斜截面受剪破壞出現(xiàn)裂縫,分析試件破壞可得,試件未配置箍筋,抗剪能力不足。從壓力傳感器反映的圖像看,當荷載加載至12 kN左右時,出現(xiàn)一條斜裂縫;加載至38 kN時,斜裂縫不斷加大,貫穿整個試件。剪力增加時箍筋會限制斜裂縫的發(fā)展,因為試件缺少箍筋,斜裂縫會向剪力作用點不斷變長變寬。通過反思實驗過程中的問題來改正錯誤,這樣印象會更加深刻,對學生形成批判性思維、進行深入思考有極大好處。

        (二)學生能力的提升與培養(yǎng)

        1.培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識

        這次實驗過程由學生自主操作,但在實驗的過程中出現(xiàn)了一些問題,如實驗中鋼筋混凝土梁出現(xiàn)斜裂縫。對試件破壞的原因學生提出了不同的意見。①斜剪破壞。未配受剪鋼筋。②養(yǎng)護不當。經(jīng)過激烈討論,學生決定通過有限元軟件模擬鋼筋混凝土梁的受力過程,以觀察試件的破壞情況。學生自主進行實驗探索,效果很好,分析出了試件破壞的原因。大膽提出意見本身就是一種創(chuàng)新,學生在不斷的討論中既解決問題,又改進了實驗。

        2.推動學生不斷探索,向實際生活靠攏

        學生自主進行實驗探索,從購買材料、設定配合比到制作混凝土試塊,再到將數(shù)據(jù)生成本構,代入有限元軟件ABAQUS進行模擬[12]。將所學的知識和查閱的資料相結合,靈活運用以解決實驗中的問題,這反映了該實驗的綜合性、實用性[13]。實驗中的挑戰(zhàn)激發(fā)了學生對科研的興趣,也使學生掌握了更多的實驗技能,增加了學生的成就感。

        3.引導學生凝聚團隊精神

        在整個實驗過程中,4名學生相互配合、分工有序,將團隊的作用發(fā)揮到極致。學生首先通過討論進行分工,去不同的廠家自由購買材料,然后在教師的指導下進行實驗,再分工進行數(shù)據(jù)分析,制作PPT匯報。在整個過程中,學生的溝通能力、團隊配合能力不斷加強,培養(yǎng)了團隊精神[14]。

        (三)試錯性學習的可實踐性

        這次實驗提升了學生的綜合能力,既有書本上的理論知識,也有生活中的應用探索;既有傳統(tǒng)混凝土實驗,也有有限元軟件的應用,這與工程認證的培養(yǎng)方式相輔相成。工程認證的培養(yǎng)方式以學生為中心,通過提升課堂教學質量、深化課堂教學改革,推動學生不斷提升素質,向專業(yè)型、創(chuàng)新型、綜合型的人才邁進。例如,初次運用有限元軟件模擬受彎實驗時出現(xiàn)了模擬與實際不符的問題,學生自主排查錯誤,查明是網(wǎng)格劃分出現(xiàn)誤差導致的。這也警示學生不要眼高手低,做實驗需要膽大心細,將學習的知識應用到實際操作中。在實驗中要鼓勵學生大膽試錯,引導學生在錯誤中通過自省來改正,培養(yǎng)批判性思維,這也印證了該實驗是符合工程認證的培養(yǎng)方式[15]。

        八、結束語

        教師為學生設計了鋼筋混凝土梁受彎與有限元軟件相結合的綜合性實驗,旨在培養(yǎng)探索型人才,提高學生對科研的興趣,推動學生綜合能力的提高。以試錯性的方法自主學習,提升了學生的創(chuàng)新能力和團隊精神,鞏固了學生對有關混凝土基礎知識的掌握程度,并熟練地掌握了實驗技能。學生成功完成了實驗,取得了很好的實驗效果。綜合性實驗是學生在掌握基礎知識和基礎技能后,進行綜合訓練的實驗,是推動學生走向科研道路的助力器。該綜合性實驗符合土木工程類實驗的發(fā)展方向,提升了土木工程類專業(yè)課程的教學質量,取得了良好的教學效果。將科研和教學相結合,引導學生自主地發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題、掌握方法、自省提升,有利于培養(yǎng)高素質探索型人才。

        參考文獻:

        [1] 桂小紅.基于科研實踐提高大學生創(chuàng)新能力[J].實驗技術與管理,2018,35(2):21-25.

        [2] 張艷美,欒雅琳,王斌.基于能力培養(yǎng)的土力學綜合性實驗設計與實踐[J].實驗技術與管理,2018,35(3):206-208,212.

        [3] 張元亮.“混凝土結構設計原理實驗”課程教學的現(xiàn)狀及改進措施:以青海大學土木工程學院為例[J].西部素質教育,2022,8(10):160-162.

        [4] 謝志紅.鋼筋混凝土結構實驗課程混合式教學模式的探討[J].教育教學論壇,2020(18):386-387.

        [5] 錢匡亮,彭宇,錢曉倩,等.建筑材料實驗教學改革和實踐嘗試[J].實驗室科學,2016,19(5):83-87.

        [6] 王立成.學生全過程參與“鋼筋混凝土結構”教學實驗探索[J].實驗技術與管理,2019,36(4):27-30.

        [7] 劉益良,王江,李宗杰,等.應用型本科院校混凝土結構綜合性實驗項目的設計和實施[J].北華航天工業(yè)學院學報,2020,30(4):42-44.

        [8] 鄒建,王曉光.關于鋼筋混凝土梁抗彎試驗教學新方法的優(yōu)化[J].實驗室科學,2022,25(2):154-157.

        [9] 黃學偉.ABAQUS軟件在材料力學連接件強度計算教學中的探索[J].當代教育實踐與教學研究,2018(6):202-203.

        [10] 鄧小林.Abaqus有限元軟件在材料力學課程教學中 的應用[J].裝備制造技術,2017(9):181-184,192.

        [11] 陳曉旭,張婷婷,白世超,等.FRP筋混凝土梁受彎 性能實驗的教學實踐與研究[J].江西建材,2016 (15):2-3.

        [12] 任良玉,張吉維.本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)的制度環(huán)境和 文化環(huán)境:以“國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃”實施 為例[J].清華大學教育研究,2009,30(3):108-113.

        [13] 高華國.混凝土課程體系教學中的綜合性設計實 驗[J].中國冶金教育,2016(5):77-78.

        [14] 趙玉紅,張偉,戴若辰,等.基于拔尖人才培養(yǎng)的生 物化學綜合性實驗設計[J].實驗室研究與探索, 2019,38(9):156-160,169.

        [15] 高麗敏,趙志鳳,高微.工程認證背景下混凝土學課 程達成評價研究[J].黑龍江教育(理論與實踐), 2019,73(1/2):102-103.

        ■ 編輯∕王力

        亚洲av综合av一区| 一区二区三区观看在线视频| 国产一区二区三免费视频| av无码特黄一级| 91国产自拍视频在线 | 亚洲精品日本| caoporon国产超碰公开| 日本精品啪啪一区二区| 美女露出自己的性感大胸一尤内衣| 日本少妇春药特殊按摩3| 国产在线观看免费观看| 在线视频一区二区日韩国产 | 国产黄片一区二区三区| 精品无码一区二区三区爱欲 | 中文字幕久久波多野结衣av不卡| 无人区乱码一区二区三区| 极品少妇小泬50pthepon| 无码a∨高潮抽搐流白浆| 国产哟交泬泬视频在线播放 | 少妇人妻综合久久中文字幕| 精品国产一区二区三区免费| 国产精品爽爽va在线观看网站| 另类人妖在线观看一区二区| 91精品国产色综合久久| 久人人爽人人爽人人片av| 播放灌醉水嫩大学生国内精品| 日韩丝袜亚洲国产欧美一区| 色婷婷久久99综合精品jk白丝| 日本视频一区二区三区观看| 97日日碰人人模人人澡| 国产jizzjizz视频免费看| 一区二区三区国产偷拍| 国产综合开心激情五月| 寂寞人妻渴望被中出中文字幕| 免费网站看av片| 热99精品| 天堂av一区二区麻豆| 亚洲av无码专区在线| 成年女人毛片免费视频| 欧美在线专区| 国产精品性一区二区三区|