结构模型竞赛在土木工程专业大学生创新能力培养中的作用.docVIP

结构模型竞赛在土木工程专业大学生创新能力培养中的作用 　　摘要： 　　土木工程专业结构模型设计大赛已成为培养大学生创新能力、实践能力和竞争意识的一个新兴实践教学环节。文章从结构模型竞赛中材料选用和设计原则的角度出发，分析了结构模型竞赛在培养学生创新能力、计算能力和综合素质等方面发挥的作用，探讨模型制作应注意的问题以及与实际工程的关系，对未来结构模型竞赛发展方向提出建议。 　　关键词：结构竞赛；竞赛模型；能力培养；土木工程 　　中图分类号：G6420；TV3-4 文献标志码：A 文章编号： 　2014 　　结构模型设计竞赛是培养土木工程专业大学生创新意识、创新能力和动手实践能力的一项重大科技竞赛活动，对土木工程专业卓越工程师的培养发挥着重要作用。2000年，同济大学率先 　　开展第一届大学生结构模型与设计竞赛，在校内外引起很大反响。随后国内高校纷纷效仿举办结构设计竞赛，华东地区、浙江省、中南地区、河南省、湖南省等省级比赛陆续展开。2005年，由教育部高等教育司和中国土木工程学会教育工作委员会主办，浙江大学承办的第一届全国大学生结构设计竞赛，共有26所高校、49支队伍参赛，至2012年重庆大学承办第六届全国大学生结构设计竞赛时已发展为85所高校、86支队伍参赛。通过不同级别的结构模型竞赛活动，使学生的专业基础知识更扎实，计算分析能力、创新能力、实践能力、团队合作精神、沟通能力和综合素质等得到有效提高，也推动和加强了高校学生间的相互交流与合作。 　　一、模型竞赛与实际工程的关联 　　结构模型设计与实际工程设计有着紧密的联系，其设计过程与实际结构设计过程大同小异。结构模型设计过程需要结构工程学科的基本理论知识和专业知识，是了解学生是否掌握力学基本原理与分析方法、工程材料的基本性能和适用条件、结构构件的力学性能和计算原理等的最直接检验[1-5]，可为学生今后从事结构工程设计、施工、管理以及研究开发等实践性工作打下基础。但是由于结构模型在几何外形上远远小于实际结构，因此二者在材料选用、材料性能、设计原则、制作加工工艺等方面存在很大的差别。 　　（一） 材料选用 　　目前，实际工程常用的结构材料有混凝土、钢材、砌体等。研究人员对材料的力学性能已经进行了大量的研究，相关的设计参数可以按设计规范采用。美国土木工程师协会土木工程竞赛中的混凝土轻舟和钢桥项目，所用材料为轻质混凝土和钢材，模型的设计、加工和制作与实际工程更为接近。但这种模型制作的成本较高，很难在高校中普及。国内举办的各种级别的结构竞赛活动，一般模型尺寸很小，钢材、混凝土、砌体等常见建筑材料并不适用，多以便于手工制作的木片、竹片、有机玻璃、PVC材料、硬卡纸或铝材等作为模型制作材料，杆件之间采用胶水或白胶作为粘结剂。这类材料的材性受生产厂家、外界环境、制作工艺等多种因素影响而差异性较大。 　　（二） 设计原则 　　目前，实际工程结构设计采用分项系数表达的以概率理论为基础的极限状态设计方法，进行结构设计时应根据使用过程中结构可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行最不利荷载组合，并进行结构设计。为保证结构的可靠度，通过在设计表达式中采用作用分项系数和抗力分项系数来实现。同时，优秀的结构设计应该对局部缺陷不敏感，不会因局部构件破坏影响结构的整体稳定性，因此，结构应有一定的安全储备。建筑设计和结构设计是设计过程中最重要的两个环节，建筑设计决定了建筑物的外形、布局和使用功能，在整个设计过程中占主导地位，因此，实际工程中更注重建筑方案的美观、新颖和标新立异，这往往使得结构工程师不能选择最为经济合理的结构体系。 　　结构模型设计竞赛则重在考查结构体系的经济合理性。在各种级别的结构模型竞赛中，模型质量和刚度在评分中占有很大比重，模型的外观评分一般不超过10%。因此在竞赛中脱颖而出的模型一般结构布置简单、传力路径明确、质量较轻、刚度相对较高、力学性能发挥到极致，而造型复杂、外形新颖、注重美观的模型往往难以取得较好的成绩。同时，参与结构模型设计竞赛的作品和实际结构在设计理念上有很大差异，结构模型设计集专业知识、专业技能和竞技精神为一体，模型作品在满足参赛要求的前提下，以取得尽可能好的综合评定成绩为目标。模型质量最轻的，可能刚度较小；模型刚度大的，静载性能良好，但在动载作用下表现未必良好。因此，相对于实际结构设计，结构模型设计竞赛在结构专业知识和实践能力上需要考虑的内容更多，但是结构布置受建筑使用功能影响较小。 　　二、模型竞赛对学生综合素质的提高 　　（一） 创新能力 　　土木工程专业大学生的创新能力是指运用专业理论知识，在土木工程领域中不断提供具有经济价值、社会价值、生态价值的新思想、新理论、新方法和新发