《現(xiàn)代工程測試技術(shù)》課程實驗方案設(shè)計與實踐

華北水利水電大學(xué)土木與交通學(xué)院　　汪志昊　　錢曉軍　　王麗娟　　李曉克

《現(xiàn)代工程測試技術(shù)》課程實驗方案設(shè)計與實踐

華北水利水電大學(xué)土木與交通學(xué)院汪志昊錢曉軍王麗娟李曉克

筆者參考高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范相關(guān)要求，密切結(jié)合國家現(xiàn)行工程結(jié)構(gòu)檢測規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)筆者所在學(xué)校工程力學(xué)專業(yè)《現(xiàn)代工程測試技術(shù)》的課程要求、教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計制定課程配套實驗方案，明確各實驗項目實驗?zāi)康呐c能力培養(yǎng)要素。經(jīng)過連續(xù)三年的實驗教學(xué)探索與實踐，《現(xiàn)代工程測試技術(shù)》課程取得了較好的教學(xué)效果，提升了學(xué)生的綜合創(chuàng)新與實踐能力。

工程測試技術(shù) 工程力學(xué) 試驗 檢測 實踐

筆者所在學(xué)校自2013年開始在工程力學(xué)專業(yè)開設(shè)《現(xiàn)代工程測試技術(shù)》課程，其主要起源于高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范基礎(chǔ)知識領(lǐng)域核心知識單元“工程結(jié)構(gòu)試驗”，以及實踐領(lǐng)域核心知識單元“土木工程測試技術(shù)”與“土木工程專業(yè)實驗（土木工程相關(guān)方向的檢測技術(shù)）”。

該課程緊密圍繞相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，講授現(xiàn)代傳感、測試、數(shù)據(jù)分析與處理在土木工程結(jié)構(gòu)試驗與檢測中的應(yīng)用。該課程的核心內(nèi)容包括工程材料（結(jié)構(gòu)）的強度、耐久性、結(jié)構(gòu)缺陷（損傷）、結(jié)構(gòu)靜動力性能等方面的測試、檢測與安全評定等，具有較強的綜合性與實踐性，屬于工程力學(xué)專業(yè)畢業(yè)生必須掌握的專業(yè)知識和專業(yè)技能。

一、課程背景

1.教學(xué)目標(biāo)

通過課程理論知識的學(xué)習(xí)與相關(guān)實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)生可以掌握土木工程測試、試驗與檢測方面的基本知識和技能，培養(yǎng)正確應(yīng)用規(guī)范和儀器、正確分析實驗結(jié)果的能力，提高分析與解決實際工程問題的能力，使學(xué)生在學(xué)好專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，能根據(jù)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工和科研任務(wù)的需要高質(zhì)量地完成工程結(jié)構(gòu)的檢測、監(jiān)測、評定與科學(xué)試驗研究工作。

具體教學(xué)目標(biāo)有：

（1）學(xué)生了解與掌握土木工程質(zhì)量無損檢測技術(shù)與設(shè)備（混凝土回彈測強、混凝土缺陷檢查、混凝土保護(hù)層厚度測定、鋼筋定位等）；

（2）學(xué)生理解與掌握工程結(jié)構(gòu)靜載和動載試驗的準(zhǔn)備及組織（方案設(shè)計），掌握常用量測儀表的工作原理、選用與操作；

（3）學(xué)生了解綜合無損、靜動載檢測技術(shù)進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)（房屋、橋梁等）的檢測、監(jiān)測與評定等實際工作；

（4）學(xué)生會用數(shù)學(xué)方法統(tǒng)計與分析試驗數(shù)據(jù)，熟悉試驗、檢測報告的編寫。

2.理論教學(xué)主要內(nèi)容

理論教學(xué)的主要內(nèi)容為，介紹現(xiàn)代工程測試技術(shù)在土木工程領(lǐng)域應(yīng)用的基本方法、程序，重點講授工程結(jié)構(gòu)的靜動載檢測方法、現(xiàn)場實施指南以及檢測報告編制等。

授課教材選用王立峰、盧成江編著的《土木工程結(jié)構(gòu)試驗與檢測技術(shù)》，主要教學(xué)參考書有胡向東編著的《傳感器與檢測技術(shù)》等。課程共32學(xué)時，其中實驗8學(xué)時。理論教學(xué)的24學(xué)時教學(xué)模塊分為：

（1）結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)（4學(xué)時），主要包括混凝土回彈測強、混凝土缺陷、混凝土保護(hù)層厚度測試等；

（2）結(jié)構(gòu)靜載測試（6學(xué)時），主要包括結(jié)構(gòu)靜載試驗量測儀器、程序與試驗準(zhǔn)備工作、試驗荷載、加載方案、結(jié)構(gòu)靜力性能評定等；

（3）結(jié)構(gòu)動載測試（6學(xué)時），主要包括動載量測儀器、加載方法與設(shè)備、動載測試的方法與程序、實驗?zāi)B(tài)分析、結(jié)構(gòu)動力性能評定等；

（4）試驗數(shù)據(jù)的整理與分析（4學(xué)時），主要包括誤差分析及計算、ORIGIN軟件數(shù)據(jù)處理與圖形繪制等；

（5）現(xiàn)代測試技術(shù)工程應(yīng)用案例分析（4學(xué)時），主要包括房屋建筑結(jié)構(gòu)檢測與監(jiān)測、橋梁結(jié)構(gòu)檢測與評定等。

3.實驗教學(xué)必要性

土建類專業(yè)教學(xué)過程中，實踐（實驗）教學(xué)與理論教學(xué)密不可分。現(xiàn)代工程測試技術(shù)是一門與工程實踐緊密結(jié)合的課程，通過實驗環(huán)節(jié)的訓(xùn)練有助于加深學(xué)生對土木工程測試與檢測技術(shù)的全面認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生正確應(yīng)用規(guī)范和儀器、正確分析實驗結(jié)果的能力，為學(xué)生畢業(yè)后從事工程結(jié)構(gòu)檢測評定、運營維護(hù)與科研試驗研究等工作打下基礎(chǔ)。

通過實驗環(huán)節(jié)培養(yǎng)，預(yù)期達(dá)到以下三個目的：

（1）學(xué)生熟悉、驗證、鞏固所學(xué)的土木工程測試與檢測理論知識；

（2）學(xué)生了解所使用的儀器設(shè)備，掌握結(jié)構(gòu)無損檢測、靜載以及動載試驗方法；

（3）學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究所需的試驗?zāi)芰居?xùn)練，培養(yǎng)綜合分析問題和解決問題的能力。

二、實驗方案

1.開課時間確定

《現(xiàn)代工程測試技術(shù)》學(xué)習(xí)設(shè)計有《材料力學(xué)》《結(jié)構(gòu)力學(xué)》《結(jié)構(gòu)動力學(xué)》《土木工程材料》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》《橋梁工程》等先修課程知識。

筆者建議該課程設(shè)置在大三第二學(xué)期后八周或大四第一學(xué)期。筆者所在學(xué)校具體安排在大四第一學(xué)期，以便更好地使其與該學(xué)期末開設(shè)的專業(yè)《實驗技能訓(xùn)練》課程實現(xiàn)對接。

2.實驗項目設(shè)置

參考現(xiàn)行高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范，學(xué)校設(shè)置的課程實驗項目與學(xué)時安排見下表。工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程時已開展了四個學(xué)時的鋼筋混凝土適筋梁正截面承載力實驗，該實驗屬于典型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件靜載試驗。

因此，本次實驗安排主要圍繞工程結(jié)構(gòu)無損檢測、動力試驗展開，靜載試驗僅涉及靜載量測技術(shù)與方法訓(xùn)練，不再開設(shè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件靜載試驗。

實驗項目與學(xué)時分配

3.實驗項目目的

（1）量測設(shè)備的參觀與操作練習(xí)：學(xué)生了解與掌握各種儀器設(shè)備的工作原理、選用原則（適用范圍）與使用方法、步驟等；

（2）電阻應(yīng)變片粘貼技術(shù)：學(xué)生掌握電阻應(yīng)變片的工作原理、選用原則、粘貼步驟以及粘貼質(zhì)量控制與檢查，了解電阻應(yīng)變片橋路連接方法等；

（3）回彈法檢測混凝土抗壓強度：學(xué)生掌握回彈儀的構(gòu)造與工作原理，掌握回彈儀檢測結(jié)構(gòu)混凝土強度的步驟、方法、數(shù)據(jù)處理等；

（4）混凝土保護(hù)層厚度測試與鋼筋定位：學(xué)生掌握混凝土鋼筋檢測儀的構(gòu)造、電磁式探測法工作原理與使用方法等；

（5）三層鋼框架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析測試：學(xué)生掌握拾振器的選用原則與檔位設(shè)定方法，掌握動態(tài)信號采集與系統(tǒng)的使用方法（通道參數(shù)設(shè)置、采樣頻率等），掌握用自由振動法、環(huán)境振動法測試工程結(jié)構(gòu)振動頻率、阻尼比等自振特性參數(shù)的方法，掌握結(jié)構(gòu)動載試驗的數(shù)據(jù)處理方法（時域分析、頻率分析）等。

三、實驗教學(xué)成效

通過連續(xù)三年的實驗教學(xué)實踐，教師在理論教學(xué)過程中穿插實驗環(huán)節(jié)，有助于增強工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生對土木工程測試與檢測技術(shù)的感性認(rèn)識，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的綜合實踐與創(chuàng)新意識及能力。

依托該課程，筆者指導(dǎo)工程力學(xué)專業(yè)本科生在中文核心期刊《建筑結(jié)構(gòu)》發(fā)表學(xué)術(shù)論文《某面粉廠房樓板的振動控制》，完成的“某面粉廠生產(chǎn)樓板的振動分析與減振研究”作品獲河南第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽三等獎。筆者指導(dǎo)工程力學(xué)本科生完成的“擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的頻率調(diào)節(jié)新方法”獲河南第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎，撰寫的學(xué)術(shù)論文《擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器頻率調(diào)節(jié)新方法》被《振動工程學(xué)報》錄用。

[1]GB/T50152-2012，混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[2]JGJ/T 23-2011，回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程[S]．

[3]JGJ/T152-2008，混凝土中鋼筋檢測技術(shù)規(guī)程[S]．

[4]GB/T50269-2015，地基動力特性測試規(guī)范[S]．

[5]屈 鋒，程火焰，陽國鋒．土木工程專業(yè)實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新[J]．高等建筑教育，2011

[6]汪志昊，劉 飛，吳澤玉．某面粉廠房樓板的振動控制[J]．建筑結(jié)構(gòu)，2015

ISSN2095-6711/Z01-2016-11-0210