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桥梁工程本科生毕业设计的问题与改进建议

添加时间:2019-06-11 11:33 来源:未知 作者:优选论文网
  摘要:毕业设计是桥梁工程本科生专业能力锻炼的关键性环节。对桥梁毕业设计的概况进行介绍, 结合近几年毕业设计存在的主要问题进行分析, 提出了改进毕业设计质量的一些建议, 包括加强教师团队建设、改进成绩评价体系、严格进行过程控制等, 对推动桥梁工程毕业设计教学改革具有参考价值。
  
  关键词:桥梁工程; 毕业设计; 方案比选; 实践教学;
 
    
  桥梁工程毕业设计是桥梁工程专业学生大学阶段最后一个综合性的实践教学环节[1], 是对学生的4年本科专业学习效果和解决工程问题能力的全面检查。近年来, 国内已有一些高校开展桥梁工程毕业设计相关研究。张鹏等[2]在深入分析影响毕业设计质量因素的基础上, 从毕业设计的时间安排、选题、过程管理、学生主观认识及指导教师队伍建设等方面提出了该专业本科毕业设计的质量控制措施。魏标等[3]提出了一种基于网络教学平台的毕业设计指导方案, 能提高学生的自学能力、解决问题能力、创新能力。赵秋等[4]提出了深化毕业设计教学改革的新举措, 以便有效提高桥梁工程方向毕业设计的质量。王荣霞等[5]根据国内高等工科院校的教育特点, 结合国际全新的工程教育理念和实施体系, 研究并探讨了培养和提高学生的工程能力的教学改革途径和方法。刘小燕等[6]采用“四阶段”教学法, 开展激发“三潜”教学实践, 充分调动了学生的学习积极性。景天虎等[7]引入交通土建行业技术工作管理制度, 以及创新毕业设计指导模式, 强化了毕业设计工作进度控制的力度与效力。
  
  通过毕业设计环节的锻炼, 学生不仅对4年本科所学的专业知识进行全面复习与回顾, 能提高解决实际工程问题的综合能力, 为后续从事专业技术工作打下坚实的基础。以下笔者对近年来所指导的毕业设计情况进行分析, 并结合兄弟院校的相关经验, 分析目前我国桥梁工程专业的毕业设计所存在的普遍性问题, 并对这些问题进行探讨, 提出个人的一些见解, 以期与兄弟院校的同行进行交流, 共同提高毕业设计的质量。
  
  一、桥梁工程毕业设计的主要内容
  
  近三年来毕业生选择桥梁工程进行毕业设计的学生数在30~50人之间, 一般分为四个小组开展毕业设计工作, 每小组有一名指导教师。毕业设计题目所涉及的桥型主要有:预应力混凝土空心板桥、预应力混凝土简支梁T梁桥、预应力混凝土连续T梁桥 (先简支后连续) 、预应力混凝土连续刚构T梁桥 (含刚构-连续组合梁桥) 、预应力混凝土连续箱梁桥、预应力混凝土连续刚构箱梁桥、钢筋混凝土箱拱桥。这些题目多为混凝土直线桥, 已有少量的混凝土弯桥、斜桥和斜弯桥。四个小组的选题 (毕业设计的桥梁类型) 一般略有差异。
  
  在开展毕业设计之前, 各位指导教师先下达本小组的毕业设计任务书, 内容主要包括:1.所设计桥梁的技术标准 (含桥梁宽度、荷载等级、设计使用年限等) ;2.桥址处的地形、地质、水文、气候等基础资料, 同时提供跨河桥梁的通航等级、航道位置, 以及被交叉道路的等级和桥梁周边的建筑物坐标等。同时, 指导教师下达本组的毕业设计指导书, 对本组学生的毕业设计可能涉及的内容, 进行全面的指导。
  
  任务书一般要求学生根据所提供的基础资料, 进行以下工作:1.桥梁的平面、纵断面的线型设计;2.进行桥梁方案比选, 提出推荐方案, 进行推荐桥型的详细总体布置图的绘制工作;3.进行推荐桥型的结构分析计算工作, 提交详细的计算报告;4.绘制推荐桥型的上部结构、下部结构的主体部分的构造图、配筋图;5.进行桥梁附属结构 (含桥梁伸缩装置、支座等) 的设计工作;6.形成毕业设计论文, 提交给指导教师和评阅老师批改, 修改完善后提交知网进行查重工作;7.编制桥梁设计说明及其它相关图表, 整理成册;8.进行答辩前的资料准备, 制作相关汇报材料。
  
  二、毕业设计存在的普遍性问题
  
  (一) 缺乏概念设计理念, 总体布置能力较弱
  
  桥梁方案设计是桥梁工程设计的重要环节。在实际工程中, 不合理的设计方案将被抛弃, 后续的设计工作可能白费功夫。因此, 应重点训练学生利用现有的技术标准、基础资料, 进行合理的桥梁方案比选工作, 至少进行两个桥型的比选 (或相同桥型但跨度不同) , 通过对不同方案的合理性、施工难易度、工程造价、美观等方面进行综合比较, 提出推荐方案。从近年笔者所指导的毕业设计情况看, 毕业生普遍存在以下几个问题:缺乏总体设计的概念, 所布置的桥梁跨度和桥梁高度明显不匹配, 桥梁方案细节存在较多严重的不合理问题, 如锥坡占用国省道或河道, 桥墩影响行车视线, 桥下净空不足, 桥墩占用航道等;对常用桥型 (如预应力混凝土梁桥、混凝土拱桥等) 的适用条件理解不够, 如我国中小跨径的桥梁多采用先简支后连续的等截面混凝土梁, 混凝土拱桥一般用于地质条件较好的桥址, 然而一些学生在中小跨径桥梁采用变截面的混凝土箱梁方案, 在软土地基处选用有推力的混凝土拱桥方案;对常用桥型的经济跨径、合理的构造尺寸、常用的施工方法等缺乏全面的了解, 所设计的截面尺寸与工程实际差距较大, 存在明显的不合理;对不同方案的优缺点的综合分析的能力普遍较弱, 往往提出不合理的推荐方案。
  
  (二) 基础知识不扎实, 对桥梁的构造不熟悉
  
  目前大部分学生对桥梁构造的认识多来自教材中的图形, 这些图形一般只有一张照片, 或一张立面图, 无法让学生了解其中的详细构造。一些教师在课堂教学时, 多侧重于教材中的基本原理、计算公式的推导或讲解, 而对常用桥梁的关键构件的构造和功能等, 往往重视不够。大部分学生在制图时, 往往抄袭一些设计院的图纸, 但对于如何进行构件的截面构造设计仍不得而知, 如工程中常用T梁为什么在截面的下缘设置马蹄;为什么不宜在截面的转折处出现锐角;除了满足结构受力的要求, T梁的翼缘板、腹板、马蹄的构造尺寸还需要满足哪些构造要求;预应力钢绞线的预埋孔道尺寸与间距等。大部分学生在进行桥梁下部结构设计时, 对下部结构中支座垫石尺寸和厚度的确定、盖梁和台帽宽度的取值、墩柱与盖梁、承台的连接构造、扩大基础的襟边、桩基础的桩底沉渣厚度要求等, 缺乏基本的认识, 因此所画出来的设计图存在非常多的合理性问题, 需要毕业设计指导教师逐一解释并指正。其它如超高段桥梁横坡设计和铺装厚度的控制, 以及附属结构 (如锥坡等) 的细节设计等, 均存在类似的问题。由于学生在相关课程学习时, 所掌握的基础知识较为薄弱, 因此在毕业设计环节感到困难重重, 无从下手。
  
  (三) 软件学习占用时间太长, 影响进度
  
  我国桥梁设计单位常用的结构分析软件有:GQJS、桥梁博士、韩国的MIDA S/Civil等。这些计算软件提供了很好的用户界面, 非常适合于初学者学习。然而, 由于桥梁电算课的课时偏少, 一般只要求学生做一个简单的算例, 因此大部分学生对这些软件中各模块的功能和使用方法的了解还较为粗浅, 仍存在非常多的疑问。在毕业设计阶段, 学生要进行一座桥梁的全面分析计算, 需要选择合理的计算模型, 并考虑桥梁在施工过程中边界条件的变化、结构受力体系的转换, 以及各种复杂的荷载工况。由于前期所学的基础知识不够扎实, 很多学生在毕业设计阶段明显感到力不从心, 在毕业设计开始后相当长的一段时期, 他们花费较多时间在学习各种桥型的建模视频, 影响了整个毕业设计的工作进度。因此, 笔者建议适当增加桥梁电算课的课时, 指导教师在这个阶段宜选用一种软件, 对一座相对简单的桥型 (如先简支后连续的连续T梁桥) 的结构分析过程进行详细讲解。在讲解过程中, 除了详细介绍软件的使用方法之外, 还要讲解杆系有限元建模需要注意的问题 (如在不同施工阶段结构的边界条件和体系转换等) , 重点要讲解如何发现和解决建模过程中容易出错的细节。在学生的分组学习过程中, 可以让小组内的一部分学生采用手算, 另一些学生采用电算, 并将施工各阶段的计算结果进行详细比对。通过桥梁电算课系统的学习与交流, 学生对结构计算软件不再陌生, 且对手算和电算都比较熟悉, 在毕业设计阶段能尽快进入状态, 从而能腾出较多时间进行施工图的设计工作, 从根本上提高毕业设计的质量。
  
  (四) 计算书存在问题较多, 逻辑性较差
  
  实际工程中, 桥梁计算书是桥梁工程设计的重要存档资料, 对于桥梁工程专业的学生而言, 计算书也是桥梁毕业设计的重要内容之一。计算书的内容一般要体现以下内容:工程概况;技术标准;构件所采用的材料和物理力学性能;全桥的施工工艺、施工方法和施工过程的描述;有限元建模方法 (包括详细的施工阶段划分和边界条件的处理) ;每个施工阶段 (从第一施工阶段到成桥阶段) 的内力计算结果和验算结果, 以及所对应的荷载工况;运营阶段的承载力能力极限状态和正常使用极限状态的内力组合结果和验算结果, 以及最不利的荷载工况在什么情况下出现等;所有步骤的验算均要提出具体、明确的验算结论 (通过还是通不过) , 并详细说明是采用了哪个现行规范的条文进行判别。
  
  我国道路与桥梁工程专业的主干课程有:桥梁工程、地基与基础、土质学与土力学、混凝土结构设计原理等, 这些课程内容相对独立。在桥梁课程设计环节, 指导教师一般只要求学生完成一座简支梁的上部结构的设计计算。然而, 在毕业设计阶段, 学生需要结合现行的桥梁设计规范, 对桥梁的构造细节开展详细的施工图设计;在结构分析方面, 学生要完成全桥结构 (包括上部结构、下部结构、附属结构等) 的计算分析, 还要结合每种桥型的特点, 开展施工全过程的计算分析, 以及使用阶段的结构安全性和适用性的验算。因此, 要求学生具有较为扎实的基础知识, 且具备综合应用相关课程知识的能力, 并对现行的桥梁设计规范有一定的了解。
  
  我国常用的结构分析软件如桥梁博士、MIDA S/Civil等, 提供了桥梁构件承载力验算的功能模块, 能直接输出构件的承载力是否满足现行桥梁设计规范的要求, 在一定程度上减轻了桥梁工程师的计算工作量。然而, 这些软件仍存在一些不足, 比如MIDA S/Civil能采用判别的方式 (即是否通过验算) 提供各构件的抗弯承载力的验算结果, 但未对受弯构件的受压区高度是否符合规范的要求进行判别, 因此很可能出现一些构件的承载力足够, 但这些构件为超筋梁的情况, 实际上并不符合现行规范的要求, 却误判为符合规范的要求。
  
  由于学生的基础知识积累不够, 在桥梁工程课程设计环节所接受的训练不够系统、不够全面, 且对常用的结构分析软件的认识也不够深入。因此, 大部分学生在毕业设计环节所提供的计算书, 存在较多明显的纰漏, 主要反映在以下几个方面:所建立的模型与所设计的施工工序不匹配, 内容不一致;对程序的输出结果是否正确的判别能力不足, 验算内容也不完整;盲目打印一大堆验算表格, 但对这些表格未进行合理的归纳、分析、总结, 所提出的验算结论难以让人信服;表达不清楚, 相关内容不对应, 整本计算书的逻辑性、可读性均较差;计算书的内容组成、排版杂乱无章, 图表字体不一, 甚至出现大量截图等。
  
  (五) 制图能力差, 修改工作量大
  
  图纸是工程技术的语言。实际工程中的桥梁施工图一般包括以下内容:设计总说明、目录、工程数量表、桥型总体布置图、上部结构梁板的设计图 (含构造图、钢筋布置图、预应力钢绞线布置图等) 、下部结构设计图 (含盖梁、台帽、墩台身、扩大基础或桩基础等) 、附属结构设计图 (含桥面铺装、栏杆、支座及支座垫石、伸缩装置、锥坡等) .
  
  施工图的设计说明一般包括:项目的工程概况 (含设计依据、技术标准、建设条件、主要材料等) ;设计要点 (含结构的总体布置、上下部结构的构造设计、附属结构的设计、结构设计计算的相关参数取值、结构的耐久性设计要点等) ;施工注意事项 (含施工应遵循的规范、开展施工前应进行的准备工作、桥梁上下部结构的施工注意事项等) .桥型总体布置图的立面、平面、侧面宜符合工程图纸三面投影的对应关系, 体现全桥的总体布置情况;图纸的比例应合理, 图面不宜出现大范围的空白区域;标注能反映桥梁的总体情况就可以, 不宜过多过细, 细部构造的设计可通过后续的大样图进一步展现;标注的箭头、线条应统一, 并注意与结构的轮廓线进行区分, 且一般不得交叉;同一类型的汉字或阿拉伯数字的字体大小应尽可能统一, 文字与标注线留有空隙, 不要与标注线重叠;图中应附一些文字, 对细节问题进行补充说明。其它相关图纸也可参照上述方法进行绘制, 应做到前后一致、表达清楚。
  
  大部分学生的毕业设计资料中, 常见的制图问题有以下几个方面:设计说明往往抄袭往届的毕业生资料, 出现大量过时的规范, 内容过于简单, 达不到对整个项目的设计进行全面介绍的效果;设计图纸的图面的安排不合理, 出现大范围的空白, 一些构造图的比例不合理, 无法展现其中的设计细节;图纸的格式混乱, 未严格按照三面投影的制图方法进行绘制, 图纸的立面、平面、侧面互相不对应, 无法反映出构件的全貌;图中标注普遍不规范, 箭头长短不一, 线条粗细不一, 出现大量的交叉重叠, 且与结构的轮廓线纠缠不清;对不同的构造, 未采用不同的线型或线宽予以区分 (如钢筋配置图中的轮廓线和钢筋等) , 容易引起混淆;全套图纸的逻辑混乱, 未遵循先总体后局部、先上部结构后下部结构等编制原则, 且一些构造的尺寸前后不一等。这些问题暴露了大部分学生的制图基础薄弱, 在桥梁课程设计环节所受的训练仍然不够, 因此影响了毕业设计的总体质量。
  
  三、对桥梁工程毕业设计的几点思考
  
  (一) 应重视教师团队的建设
  
  刚从高校毕业的年轻教师, 很少有机会参与到实际工程的建设, 其实践能力需要提升。因此, 一方面要积极引导年轻教师主动参与到实际工程的建设, 从中积累工程经验;另一方面要形成毕业设计指导小组, 这样既有利于教师之间的交流与互动, 做到以老带新, 又能在小组内统一毕业任务的要求, 避免不同教师之间的所布置的设计任务在难度方面差距过大, 同时也有利于统一毕业设计的成绩评判标准。
  
  (二) 成绩评价体系需要改进
  
  尽管目前桥梁专业的毕业设计成果还存在非常多急需改进的地方, 但从每届学生的成绩看, 仍然有大量高分涌现, 其主要原因在于目前毕业设计的成绩评价体系不够合理。目前本校的毕业设计成绩由三部分组成:指导教师评阅成绩、另一位教师的评阅成绩、学生的答辩成绩。这种做法虽然能给学生的毕业设计成果排排队, 但存在几个方面的问题:缺乏对指导教师的工作质量的评价, 不利于教师队伍的成长;仍是校内教师对学生进行评价, 存在很大的局限性, 或者说校内教师认为不错的毕业设计, 可能与工程实际相距甚远;每位教师的评价标准不一, 所给出的成绩差异性很大;不同答辩小组的评价标准不一, 所给出的成绩差异性很大;一些学生平时不努力, 在毕业设计后期抄袭或套用同组的同学的成果, 经过包装后反而后来居上, 轻易拿到高分等。
  
  在实际工程中, 一座桥梁的设计图纸在付诸实施之前, 需要通过设计单位内部的层层把关, 还有通过严格的施工图审查 (即本单位之外的专家团队对设计图纸进行审查) , 而不是仅仅依赖单位内部的评价。在施工过程中, 如果图纸存在明显的质量问题, 相关参建单位 (如监理单位、施工单位) 都会提出质疑, 项目业主单位可能会采取一些措施对设计单位进行处罚, 设计单位内部也有一些针对设计人员的处罚手段。也就是说, 设计图纸质量的提升, 也不能仅仅依赖本单位内部的审查, 更有效的措施是来自单位之外的压力。
  
  目前学校也有一些对毕业设计进行检查的制度, 但所检查的内容多停留在格式检查的层面, 比如资料是否完整、内容前后是否一致等, 大多流于形式, 效果一般。因此笔者认为, 在条件具备的情况下, 也可以考虑借助外部的力量起到促进作用, 比如将一些毕业设计成果匿名送给多位设计单位的工程师进行评判, 这些综合评判成绩不仅要成为学生的毕业设计成绩的重要组成部分, 也要成为指导教师工作质量的评判依据之一。对于完全脱离实际的毕业设计, 要采取一票否决的机制。同时, 学校要加强内部管理, 探索新的教学管理机制, 采取适当的措施对不同答辩小组、不同指导教师之间在评判标准方面的差异进行调整。
  
  (三) 提前做好准备, 加强过程控制
  
  本校这几届毕业生普遍存在毕业设计时间很紧张的情况, 这一方面由于毕业生的电算基础较差, 比如花费非常多的时间在软件的学习, 且操作很不熟练, 严重影响了工作进度;另一方面, 由于毕业生的设计图、计算书等, 不仅存在非常多错误, 而且格式也比较混乱, 大量修改甚至返工的现象较为普遍, 间接增加了工作量, 直接影响了毕业设计成果的质量。
  
  为有效提高桥梁专业学生的毕业设计质量, 指导教师团队首先要想办法帮学生打好基础, 高度重视工程制图、桥梁电算、桥梁课程设计、毕业实习等核心课程的教学工作, 同时可考虑在第七学期末提前安排毕业设计题目, 让学生利用寒假时间充分收集资料, 提前进入状态。在毕业设计过程, 原则上指导教师应每周对本小组的每位学生的进度情况进行检查, 及时发现问题并进行指正, 尽可能让学生在答辩前半月完成初稿, 留出充分的时间对成果进行修改完善。
  
  四、结束语
  
  毕业设计是桥梁专业学生在本科阶段非常重要的学习、锻炼机会, 对学生毕业以后的专业素质有直接的影响。近几年来, 福建工程学院桥梁专业教师在学生毕业设计环……节较为重视, 已积累了一些教学经验, 教学质量逐年提升。但在教学的过程中, 也发现不少继续解决的问题, 因此今后还需要注意跟踪桥梁专业学生的本科阶段的学习动态, 密切关注交通行业对桥梁毕业生的要求, 及时有效地调整毕业设计的指导方法, 为毕业生打下坚实的专业基础。
  
  参考文献
  
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