土木工程专业教育模式的思考课件

1、土木工程专业教育模式的思考和教材建设的建议郑州大学 刘立新2013年04月一. 土木工程行业对促进经济发展的作用当前我国经济与社会发展仍处于重要战略机遇期，其中的城镇化和工业化是推动我国经济持续快速发展的最强劲动力之一。 2011年底我国的城镇化水平已超过50%，现仍以每年0.9%的速度继续发展，预期到2015年，我国的城镇化水平将超过53%。按发达国家80%的城镇化水平计，并考虑在城镇化率在70%前为国家经济的加速发展期，我国经济建设还将有近二十年的高速发展过程。在城镇化进程中，每年约有1000万农村人口要进入城镇，这必然要求加快城镇的房屋建设与基础设施建设（市政、立交、地铁、轻轨等），以提

2、升城镇功能，改善居住与生活水平。可以预计，未来的十至二十年，仍将是我国房屋建设的高速发展期。亿平方米 我国最近六年的房屋建筑施工与竣工面积2011年底我国当年的房屋在施工面积高达91.88亿平方米， 竣工面积高达21.89亿平方米，其中住宅竣工面积为9.914亿平方米。在“十二五”期间我国将建设保障房3600万套，按户均建筑面积50平方米计，其总量将达到18亿平方米。目前巨量的城镇房屋建设规模，带动了我国钢铁行业、建材行业产量的飞速发展。按2011年底统计，我国的水泥年产量达到20.6亿吨，超过世界产量的60%；全国钢产量近7亿吨，为国际产量的44%。为保持建设的快速发展，我们消耗了大量的原材

3、料与宝贵能源，产生大量的工业废料与二氧化碳，对我国的节能减排构成了很大的压力。坚持节约资源和保护环境的基本国策，坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主的方针，着力推进绿色发展、循环发展、低碳发展，形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式，从源头上扭转生态环境恶化趋势，为人民创造良好生产生活环境，为全球生态安全作出贡献。二.土木工程专业教育的发展及有待解决的问题1.土木工程专业教育的发展及人才需求的变化近年来土木工程专业发展比较快，主要得益于行业发展势头好，人才需求旺盛，毕业生就业率始终较高。新办各种类型土木工程专业院校的数量增加，有的招生规模还很大，有的院校开办土木工程专业

4、的历史仅46年，教学质量参差不齐。土木工程专业毕业坐主要在建设领域就业，并将承担重要责任。如何在新的形式下保证后备人才的培养质量是需要研究讨论的一个重要问题。近年来建设人才市场对土木工程专业的需求发生变化，从事与土木工程专业工作有关的本、专科毕业生中大多在施工、监理、管理等部门就业，在高等院校、研究没计单位工作的大学生逐渐越少。用人单位性质、规模和岗位不同，对本科人才的需求也不尽相同。社会对研究型人才需求比较少，而应用型人才需求比较多。土木工程专业技术人员责任重大，对毕业生的专业实践能力、工作态度、责任心等综合素质的要求越来越高。高等学校土木工程本科指导性专业规范高等学校土木工程学科专业指导委

5、员会编制2011。 以适应社会需要为目标，以培养工程和技术应用能力为主线，构建学生的知识、能力、素质结构和培养方案。 以“应用”为主旨和特征，构建课程和教学内容体系，重视学生的工程应用能力的培养。 应用型和研究型不是办学层次高低的划分，仅包含社会对它们在人才数量和服务面向上不同的需求，不意味着条件好些的学校就不办应用型，也不意味着综合条件不是最优越的学校就不能办研究型，完全取决于土木工程专业所在的院校能否有效地培养社会所需的相应人才。四项原则：多样性与规范性相统一；拓宽专业口径；规范内容最小化；核心内容最低标准。“卓越工程师”培养方案 2.目前土木程专业教育中存在的一些问题专业课、技能课的教学

6、受到冲击学生注重学习与考研相关的课程（数学、英语及部分专业基础课，一般在三年级第一学期前完成）；专业课、技能课教学受考研复习影响（大多在三下、四上学期，因考研不考不被重视），而专业课（设计、施工、造价、钢结构、高层、抗震等）恰恰是学生就业的“饭碗课”。研究生复试暴露的问题（与专业相关的基本理论和专业知识差，复试教师的反映，“黑名单”学校，有的虽然考取研究生但不是合格的本科毕业生。今年研究生复试情况，导师招研积极性下降）。实践教学质量下降，学生动手能力较差教学实验课（学时、分组不足，操作过程及实验报告不规范，有的演变成“演示试验” ）生产实习（安排困难：学生劳动观念、责任心、组织纪律较差，不能承

7、担实际工作，给企业造成负担，不愿接受实习。考核难度大，流于形式）。毕业设计（设计内容及要求与工程实际相差较远）“卓越工程师”计划实施的问题与用人单位要求的差距（要求有实践经历、岗前培训、就业培训班）专业知识各分项得分统计 调研结果 对专业知识要求高于基础知识上海： 76.3% 73.3% 北京等地： 76.0% 73.8% 综合能力各分项得分统计 调研结果 对团队精神的要求是最高的 “独生子女” “甘为人梯，顾全大局” 近年来青年教师的学历层次和职称层次有很大提高，但部分教师的实践能力和动手能力有所不足。要培养受到工程师（卓越工程师）基本训练的毕业生，教师应具备工程师的素质。（实验操作、施工技

8、术及组织管理、设计等，要具有实战能力）提高自身的实践能力（重视实践，“科学家”和“工程师”的关系，用严谨的作风和责任心影响学生）。加强与社会和企业的联系（了解形势和社会需要，向一线人员学习，通过解决企业实际问题发现课题获得提高）。发挥主观能动性，努力创造条件做好本职工作，立足本职工作求得自身的发展（各校的规模、师资条件、所处的地理位置不同，找准本校培养人才层次、规格的定位，努力在本校所处层次上做到最优，有所创新）。三.土木工程教学模式和教材建设的设想面对现实、适应形势、寻找对策面对学生现实状况（应试教育、急功近利、求职压力）。除了加强思想教育、端正学习态度外，需补足专业知识和技能的不足。面对教

9、师现实状况（青年教师应试教育“出身”，实践能力不足，面临自身发展和职称晋升压力）。用人单位更看重毕业生的实践经历和动手能力。应试教育、考研指挥棒、急功近利等大环境短期内不会改变。寻找对策（在现实状况下探索如何提高青年教师的实践能力，补充学生的专业知识和实践技能）。 创造条件提升学生自学补充专业知识和实践技能的能力(编写一套以工程实例为背景、讲清原理，给出具体实施方法和步骤，以及符合工程应用的具体成果的教材，可供学生自学并可参照解决实际问题)。青年教师与工程一线人员（设计、施工、造价、监理、质量检验）合作，相互取长补短编写结合工程实例可具体操作的教材，在编写过程中提升教师自身的实践能力（教研立项

10、、教学科研论文、教材等），并为自身发展和职称晋升等创造条件。毕业设计（论文）指南（指导）编写设想 （以毕业结构设计为例，施工、论文形式等另行讨论）结合工程实例确定题目（不宜过大、但涉及内容较全面，给出设计要求和详细设计条件）确定结构类型和方案（介绍结构类型选用和结构方案确定的方法和应考思的因素，结合本工程实例确定应选用何种结构类型和结构方案）确定结构各构件尺寸、材料选用（介绍确定构件尺寸和材料选用时应考思的因素，结合本工程实例应如何确定构件尺寸及选用材料）荷载计算（介绍荷载值确定方法，给出本工程实例荷载的计算方法）结构分析和承载力计算 手算（介绍结构计算简图确定及手算方法，本工程实例的手算过程

11、和结果（包括抗震分析） ）。 电算（介绍常用软件和功能，结合本工程实例给出从基本参数输入开始的分析过程和分析结果） 手算、电算结果的对比分析地基基础设计（内容、方法和步骤与上部结构相同）施工图绘制（介绍施工图应表示的内容和作用、施工图总说明及分项说明的内容，施工的表示方法（常规方法、平法）；分别绘制两种表示方法的施工图）施工组织设计（可选择）材料和造价分析（可选择）土木工程概论教材新编设想使新生了解本土木工程：行业的范围；对国民经济的促进作用、发展和就业前景；土木工程师的责任和注册师制度；土木工程专业教育内容；大学阶段学习重点和努方向。使新生热爱土木工程专业，树立专业思想，找准奋斗目标。四.高

12、强钢筋推广应用和混凝土结构设计规范局部修订简介1.推广应用高强钢筋的意义混凝土结构是我国工程建设中应用最广泛的结构形式之一，据不完全统计，目前我国钢材年产量已超过7亿吨，每年混凝土用量已达到30亿m3，混凝土结构钢筋用量接近1.5亿吨，连续多年居世界第一。但我国混凝土结构目前所应用的钢筋和混凝土强度比西方发达国家普遍要低1-2个等级。我国工程建设中低强钢材、低等级水泥以及低等级混凝土比例过大，消费结构不合理，消耗了过多的资源和能源，不利于可持续发展，要积推广应用高强度钢筋，提高混凝土强度。高强钢筋和高性能混凝土应用于各类工程建设，带来的不仅仅是强度的提高，更重要的是降低钢材、水泥、砂、石的消费

13、量，节约资源和能源，提高了结构的耐久性，其节约资源和能源、宏观经济效益将是十分明显的。2. 新规范热轧钢筋的强度取值高强钢筋是指400MPa级及以上的热轧带肋钢筋，推广400MPa、500MPa级钢筋，限制335MPa级钢筋，用300MPa级光圆钢筋取代235MPa级光圆钢筋。（1） 热轧钢筋的品种及牌号（不再标出化学成分）普通钢筋强度标准值牌号符 号公称直径d（mm）屈服强度标准值fyk（N/mm2）极限强度标准值fstk（N/mm2）HPB300622300420HRB335HRBF335650335455HRB400HRBF400RRB400650400540HRB500HRBF5006

14、50500630F F R F （2）钢筋的强度设计值和伸长率2.热轧钢筋强度设计值普通钢筋强度设计值（N/mm2）牌号HPB300270270HRB335、HRBF335300300HRB400、HRBF400、RRB400360360HRB500、HRBF500435（抗剪计算360）410（435）抗拉强度设计值抗压强度设计值普通钢筋及预应力筋在最大力下的总伸长率限值钢筋品种普通钢筋预应力筋HPB300HRB335、HRBF335、HRB400、HRBF400、 HRB500、HRBF500gt（%）10.07.53.5注：有较高抗震性能要求的普通热轧带肋钢筋 HRB400E、HRBF4

15、00E、 HRB500E、HRBF500E等，gt不小于9.0%。长期以来，我国热轧带肋钢筋的品种主要是添加钒、钛等合金元素的普通低合金钢，由于钢筋用量巨大，近年来已造成钒、钛等低合金资源资紧张，价格眀显上涨，对热轧钢筋的生产和应用带来不利影响。细晶粒热轧带肋钢筋是我国冶金行业研究开发的新型热轧钢筋，这种钢筋生产过程中不需要添加或只需添加很少的钒、钛等合金元素，而是在热轧过程中，通过控轧和控冷工艺轧制成的带肋钢筋，其金相组织主要是铁素体加珠光体，晶粒度不粗于9级。细晶粒热轧带肋钢筋的外形与普通低合金热轧带肋钢筋相同，其强度和延性完全满足混凝土结构对钢筋性能的要求。用细晶粒热轧带肋钢筋代替我国目

16、前大量使用的普通低合金热轧钢筋可节约国家宝贵的钒、钛等合金元素资源，降低碳当量和钢筋的价格，社会效益和经济效益均十分显著。附：钢筋牌号的鉴别方法产品规格为18生产厂厂标“4”代表HRB400 带肋钢筋表面的标志 (a)普通热轧钢筋（HRB) (b)细晶粒热轧钢筋 （HRBF） (C)余热处理钢筋（RRB） 钢筋品牌的判断根据金相组织观感的不同，判断钢筋的品牌 （3）钢筋最大力下的总伸率（均匀伸长率） 钢筋断后伸长率 只能反映钢筋断口颈缩区域残余变形的大小；不同标距长度l0得到的结果不一致；忽略了钢筋的弹性变形，不能反映钢筋受力时的总体变形能力；容易产生人为误差。最大力下的总伸长率（均匀伸长率）

17、dgt （Agt）500MPa级钢筋混凝土轴心受压构件的压应变3.高强钢筋设计中锚固长度和裂缝宽度分析 （1）锚固长度分析 laE为纵向受拉钢筋的抗震锚固长度；zaE为纵向受拉钢筋抗震锚固长度修正系数，对一、二级抗震等级取zaE =1.15，对三级抗震等级取zaE =1.05，对四级抗震等级取zaE =1.00；la为纵向受拉钢筋的（非抗震）锚固长度，za为锚固长度修正系数，lab为受拉钢筋的基本锚固长度；a为锚固钢筋的外形系数，对热轧带肋钢筋取a =0.14；fy和ft分别为钢筋和混凝土抗拉强度的设计值，d为锚固钢筋的直径。 钢筋的强度越高，所需要的锚固长度就越大；抗震等级越高或钢筋的直径越

18、大，所需的锚固长度也越大。 （a）抗震等级为四级 （b）抗震等级为三级 （c）抗震等级为一、二级图1 C30混凝土构件水平段锚固长度比较（a）抗震等级为四级 （b）抗震等级为三级 （c）抗震等级为一、二级 图2 C40混凝土构件水平段锚固长度比较（a）抗震等级为四级 （b）抗震等级为三级 （c）抗震等级为一、二级 图3 C50混凝土构件水平段锚固长度比较当混凝土强度等为C30或C40时，400MPa级钢筋在节点处的锚固长度较容易满足要求，而500MPa级钢筋在节点处的锚固长度较难满足要求。由于C30或C40混凝土多用于中、小型多层框架结构，因此这类结构宜采用400MPa级钢筋，而不宜采用500

19、MPa级钢筋。当混凝土强度等为C50或以上时，500MPa级钢筋在节点处的锚固长度才容易满足要求，C50或以上强度混凝土多用于高层建筑的下部或需要较大承载力的构件，梁、柱的截面尺寸也较大，在这类结构或件中采用500MPa级钢筋，不仅可获得更好的社会经济效益，构件节点的锚固设计也较容易处理。用500MPa钢筋代替400MPa钢筋进行受剪、受冲切承载力计算时，箍筋的用量并不能减少，因此在此类构件中不宜用500MPa钢筋做箍筋。 （2） 裂缝宽度分析 acr为构件受力特征系数，对受弯构件取acr =1.9；y 为裂缝间钢筋应变不均匀系数，ssq为准永久组合弯矩Mq作用下裂缝截面钢筋的应力，Es为钢筋

20、弹性模量；cs 为最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离（mm），deq为纵向受拉钢筋的等效直径（mm）。钢筋在荷载效应准永久组合下的工作应力ssq越大，裂缝宽度也越大；此外钢筋直径、混凝土强度以及保护层厚度对裂缝宽度也有一定的影响。梁裂缝宽度分析（a）C30混凝土 （b）C40混凝土 （c）C50混凝土相当于一类环境下（保护层厚度c=20mm，cs=2530mm，d=20mm），混凝土强度分别为C30、C40和C50 图4 梁裂缝宽度比较梁的混凝土多为C30或C40级，在大多数情况下采用400MPa级钢筋作为梁的受力主筋，其裂缝宽度容易满足要求。只有当梁承受的荷载较大（配筋率较大）或采用

21、高强度混凝土（如高层建筑转换层大梁）时，才宜采用500MPa级钢筋作为梁的受力主筋。 板裂缝宽度分析（相当于一类或二a类环境，保护层厚度1520mm，cs=20mm）（a）C30混凝土 （b）C40混凝土 图5 d=14mm钢筋板裂缝宽度比较（a）C30混凝土 （b）C40混凝土 图6 d=12mm钢筋板裂缝宽度比较一类环境（wlim=0.3mm）板受力钢筋直径不大于d=14mm或d=12mm时，335MPa、400MPa和500MPa级钢筋的计算裂缝宽度均小于规定的限值；二a类环境下（wlim=0.2mm），335MPa和400MPa级钢筋在各种配筋率下的计算裂缝宽度均小于规定的限值；500MPa级钢筋当配筋率大于1.5%以后计算裂缝宽度才小于规定的限值。地上34层，14000m2，抗震设防烈度为7度，0.15g。用HRB400钢筋代替HRB335钢筋可节约钢筋用量10.8%；用HRB500钢筋代替HRB335钢筋可节约钢筋用量19.8% ；用HRB500