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导言:作为写作爱好者,不可错过为您精心挑选的10篇土木工程英文论文,它们将为您的写作提供全新的视角,我们衷心期待您的阅读,并希望这些内容能为您提供灵感和参考。
2降低温度应力的措施
混凝土温度应力的存在危害性很大,必须通过一些措施来减小温度应力,提升混凝土的耐久性,确保建筑物的使用寿命首先,工作人员要在施工前要根据混凝土各组分作用的不同,而设计好每组应该使用的混凝土的配合比例。如果在施工前,混凝土的流动性、粘聚性、保水性等性件两个方面着手。在这些都得到改善后,进而使得混凝土的结构性质得到改善,尤其是能量的产生作用不仅可以降低混凝土中水的含量,同时还能推迟放热工中控制混凝土增加的应力。当这些问题都做了很好的铺垫之后,最后要做的就是工程检测检查工作了。前期的养护问题也不能忽视,目的就是为了能够在加热的过程中降低水化热所产生的超额的热度,确保在浇筑的早起就能够避免土层出现裂缝的问题。从而影响了整个建筑工程。在这里我们一直在强调这些细节问题对于工程的重要性。所以,采用浇筑或灌溉,必须把握好温度和水量,以此来减少温度应力造成的不良影响。
3控制温度的措施
3.1采用改善骨料级配、用干硬性混凝土、掺混合料、加引气剂或塑化剂等措施减少混凝土中的水泥用量;拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热;在混凝土中埋设水管,通入冷水降温;规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度;施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施。合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露。应特别注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性十分困难,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。
3.2在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面引起相当大的拉应力,此时表面温度亦较气温高,此时拆除模板,表面温度骤降,必然引起温度梯度,从而在表面附加一拉应力,与水化热应力迭加,再加上混凝土干缩,表面的拉应力达到很大的数值,就有导致裂缝的危险,但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料,如泡沫海棉等,对于防止混凝土表面产生过大的拉应力,具有显著的效果。
4混凝土的早期养护
2CFRP片材的应用研究
CFRP片材主要应用在建筑结构加固中,20世纪80年代末至90年代初起源于欧美和日本等发达国家,方法为利用树脂类粘结剂将碳纤维粘贴到结构或构件的表面,形成复合材料,通过碳纤维与构件的协同工作来提高结构和构件的承载力和延性。此技术在90年代得到广泛应用,经过1995年日本阪神地震检验,并在1999年中国台湾省地震后的修补和重建中发挥了重要作用,使人们对这一新技术有了进一步的认识,在国内已经引起重视,并着手研究和开发。
2.1CFRP加固补强混凝土结构
对混凝土工程进行加固,是目前CFRP在土木工程中应用最成熟的技术,关于这方面的研究主要集中在对加固后构件的抗弯、抗剪、抗压抗疲劳等。抗弯加固(图1)就是将碳纤维片材用胶结剂外贴于构件的受拉面与混凝同承受荷载,以提高构件的受弯承载力,达到抗弯加固的目的。目前国内外主要是运用试验和有限元分析的方法分析影响加固性能的因素,并用试验数据和分析数据提出承载力公式,进而改进加固的方法。2000年以来,东南大学、清华大学、哈尔滨工业大学、天津大学等都对CFRP加固的钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土构件进行了弯曲试验,得到影响加固效果的主要因素有碳纤维布的层数(加固量)、混凝土强度、配筋率、碳纤维布端锚固情况等[1];另外,岳清瑞、赵国藩和郑国栋等[2,3]还研究了二次应力状态以及既有荷载的存在对加固效果的影响,提出了提高梁底碳纤维布的抗剥离能力的方法[4]。抗剪加固(图2)主要是将碳纤维片材粘贴于构件的剪跨区,利用碳纤维布对混凝土的约束来抑制剪切裂缝的开裂和发展,达到抗剪加固的目的。与抗弯加固类似,抗剪加固的主要研究也主要集中在用试验研究和有限元分析的方法对加固后构件的抗剪承载力提高程度、破坏形式以及影响加固的因素进行研究和分析[5,6],并针对破坏形式提出了一些解决方案。抗压加固(图3)的研究主要是实验研究,将CFRP片材外贴在钢筋混凝土柱上进行受压试验研究,能提高柱子的承载力和延性[7]。在这些静力性能研究的基础上,很多学者提出了疲劳性能的问题,并针对加固后的钢筋混凝土构件进行了疲劳试验的研究,结果表明,加固后的混凝土构件疲劳寿命提高、疲劳变形减小、抗裂性能提高[8]。近两年,东南大学的袁鑫等[9]对高温环境下的粘贴CFRP板前后的RC箱梁做了疲劳试验研究,得出高温环境下使用的箱梁桥顶板经过CFRP加固后承载力、刚度和疲劳强度都提高了;同济大学的商兴艳[10]通过试验研究了L形外贴纤维片材加固震损的钢筋混凝土框架节点的抗震性能;顾威、李宏男等[11]对加固的受损轴压钢管混凝土进行了试验研究。国外在CFRP加固混凝土结构方面也进行了深入研究,近几年Badawi和Wahab提出一种内嵌式的加固方法,即在混凝土构件表面挖槽,在槽内涂环氧胶,然后粘贴CFRP材料(图4),并对这种加固的构件进行了抗弯、抗剪和抗疲劳试验研究[12-14],加固效果比外贴方式好。图4内嵌式加固方法Fig.4StrengthwithNSMCFRPproduct
2.2加固钢结构
在土木工程中,钢结构的损伤具有局部性和多发性等特点,且不可能立即退役。采用传统的焊接和用螺栓、铆钉连接加钢板的加固方法存在焊接残余应力、削弱截面等很多弊端。采用碳纤维布进行加固补强,可手工完成,具有良好的耐腐蚀性,不会出现钢板加固后的锈蚀现象。CFRP加固修护钢结构就应运而生,但是它起步晚,其研究和应用均处于初始阶段,主要是进行数值模拟和数值分析,试验研究很少。在梁的受拉面粘贴CFRP片材,提高其抗弯承载力和抗弯刚度;在梁的腹板粘贴CFRP片材,提高其抗剪承载力;对疲劳损伤钢结构进行加固,提高剩余疲劳寿命;CFRP布环向缠绕钢管柱,避免钢管的局部失稳,提高柱的抗压承载能力;对钢结构节点的加固以及结构耐久性加固等。由于疲劳是钢结构损坏的主要原因之一,清华大学的郑云、叶列平[15]对CFRP加固的含中央疲劳损伤裂纹的钢板进行了理论分析,计算得出其剩余疲劳寿命得到显著提高。张宁等[16]通过试验研究分析得出拉应力状态下碳纤维布加固钢结构K形焊缝,可改善钢构件的疲劳性能,延长钢结构疲劳构件的使用寿命。对预应力CFRP板加固钢板的受拉疲劳试验研究[17],分析了应力比、CFRP板刚度、预应力及粘结胶性能等因素对疲劳裂纹扩展的影响,试验结果表明:加固后结构的疲劳寿命提高16倍以上。CFRP加固钢结构的破坏形式仍然是以粘结层的剥离破坏为主,是影响CFRP加固钢结构性能的重要因素,碳纤维布与钢结构之间的粘结性能直接影响加固效果。根据试验结果,在粘结端部,界面剪应力最大,随粘贴长度的增大,界面传递的剪应力减小,碳纤维复合材料受到的正应力增大,承载力也逐渐提高,但当粘结长度增大到一定值时,只是胶层弹性长度增大,承载力不再提高。岳清瑞、彭福明等通过静力拉伸试验(粘结材料选用双组份环氧类粘结剂)对碳纤维布与钢结构之间的粘结应力进行了分析,最后得到了碳纤维布加固钢结构时的有效粘结长度为80mm~100mm。碳纤维与钢构件之间的粘接性能是碳纤维加固修复钢结构研究领域的一个重要课题,但是加固钢结构胶粘剂材料的研究较少,成为制约这项技术应用的主要问题,应加强这方面的研究;碳纤维布端部存在严重的应力集中,锚固显得异常重要,尤其是在碳纤维布的端部,这个问题也应该深入研究。
3CFRP管材及其组合构件的应用研究
结构的自重限制空间结构向超大跨度发展,轻质高强的纤维复合材料的出现为解决这一问题提供了有效的途径,CFRP材料在加固现有结构中的良好表现,使人们认可了其高强、轻质、耐腐蚀的性能,研究能否将CFRP制成杆件用于空间结构中,以跨越更大的跨度,具有重要的意义。2004年清华大学的钱鹏等[19]以日本Toray-TT00SC碳纤纱作为原材料,用铝合金制作连接件,采用卷带成型法制成了CFRP圆管。对CFRP杆件轴向进行了受力试验,采用ANSYS软件对杆件的进行了分析计算,得出CFRP管的破坏形式。CFRP材料的各向异性使纯CFRP杆件以节点连接破坏为主,不能充分发挥材料的优点,且破坏具有脆性特征。2006年蒋燕等又提出了CFRP-铝合金组合杆件[16](由铝合金管外包CFRP布制作而成),对其进行了拉伸试验研究、轴心受压稳定试验研究和弯曲试验研究,试验表明:组合管的破坏模式与铝合金管的破坏模式较为接近;组合构件的弹性阶段抗弯刚度和极限承载力比纯铝构件大大提高。根据试验研究和理论分析得到了轴心受压承载力计算公式和组合管局部屈曲承载力计算公式,并提出了组合构件抗弯刚度的计算方法,建议了组合长管轴压稳定承载力的计算方法。基于这些杆件性能的基本研究,钱鹏等将CFRP-铝合金组合杆件用于Keiwitt网壳和网架中[21],运用有限元的方法建立了网架和网壳的模型进行了分析,得出组合管网壳的承载力和刚度比铝合金网壳高,对几何缺陷和非对称荷载的敏感性都比较小,且自重比较小。国内外很多学者都认为CFRP-铝合金组合管发展潜力巨大。从经济上看,CFRP-铝合金组合管比铝合金管要贵,但是长期经济效果要优于铝合金管,因此经济效益较好。铝合金的无磁性和不与CFRP材料发生电化学反应的性质也让其代替钢材成为这一组合管的首选材料。2009年哈尔滨工业大学的张亮泉等[22]以T700SC-12K碳纤维(日本东丽公司)和环氧树脂为材料和基体,采用纤维缠绕成型工艺,正交对称铺设CFRP铺层,设计了不同尺寸的CFRP圆管,并进行了压缩和拉伸试验,采用有限元软件ABAQUS考虑单层纤维受拉断裂、受压屈曲和扭折、在横向拉力和剪力作用下基体开裂以及在横向压力和剪力作用下基体破碎,对CFRP圆管的破坏进行数值模拟分析,结果与试验所得数据总体吻合较好。得出受压破坏以纤维受压后扭折致使纤维折断和基体开裂为主要破坏模式,受拉破坏以纤维拉断为主要破坏模式。这种CFRP管的性能如表1所示。张亮泉和欧进萍[23]提出用上述方法制成的CFRP圆管建立平板网架结构,并对它们进行了有限元分析(分析中均假设节点具有足够的强度和刚度不发生破坏,网架结构的破坏发生于杆件上),得到随着跨度的增加,CFRP网架的竖向位移明显小于钢网架,跨度越大越明显,CFRP网架的跨越能力可提高30%;CFRP网架抗震性能优于钢网架。用Pushover分析方法分析CFRP网架失效模式得出,要充分发挥CFRP网架材料的高强度优势,关键因素是提高支座的变形能力。上述所有的分析都是建立在节点具有足够的强度和刚度不发生破坏的假设条件上,但是CFRP杆件之间的连接一直是制约其发展的关键因素。2012年张亮泉[24]提出了一种由CFRP管材为受力主体,钢板为端部支撑的新型组合构件(图5)。在构成空间结构时,构件之间仍然可以采用焊接节点和螺栓球节点,很好地解决了杆件之间的连接问题。采用数值分析的方法研究其受压性能,其抗压承载力有很大的离散型,需要后期具体的模型试验才能确定其准确的抗压性能。
4CFRP索材的应用研究
碳纤维增强聚合物(CFRP)筋材具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳性能好等优点,已在桥梁工程中得到应用,成为大跨度桥梁拉索的理想材料。因为CFRP索只受拉力且为纯CFRP材料成型,因此可以最大程度的发挥CFRP材料的力学性能。目前CFRP索主要应用在桥梁结构中,国内外有很多已经建成的CFRP拉索斜拉桥,如表2所示。东南大学Rc&Pc结构教育部重点实验室联合相关单位完成了国内第1座CFRP拉索斜拉桥(江苏大学人行桥)的设计与建造,该桥全部拉索均采用CFRP材料。长安大学的梅葵花、东南大学的吕志涛[25]采用解析法分析了CFRP斜拉索的静力特性,发现CFRP拉索的垂度只有钢索的1/5,使得拉索倾角和允许应力相等时CFRP拉索的极限长度是钢索的5倍有余,拉索长度相同时CFRP索的承载效率比钢索高得多;随着跨度的增大,钢拉索承受外荷载的能力急剧下降,而CFRP拉索承受外荷载的比重仍非常高。梅葵花推导了斜拉索设计时待求参数的精确计算公式,并从精确解析式中直接得出忽略拉索弹性伸长的近似解;建立了CFRP拉索的非线性参数振动模型,采用数值分析的方法,分析了各种因素对拉索在参数振动特性的影响,得出拉索振动的拍频、幅值与拉索静拉力、激励幅值以及阻尼等有关,且在参数振动发生机率、参数振动响应以及抑制参数振动难易程度上,CFRP拉索优于钢拉索。鉴于上述CFRP拉索相对于钢拉索的优势,其在桥梁结构中的应用研究越来越多,目前主要集中在CFRP斜拉桥和CFRP缆索悬索桥的研究。东南大学土木系通过具体的算例分析了1000m级斜拉桥的几何非线性影响量,并计算了其在温度荷载下的静力反应;采用有限元法对比分析了CFRP索斜拉桥和钢索斜拉桥的主要动力特性,提出了若干优化CFRP斜拉桥的理论依据。东南大学的吕志涛主持了国内首座CFRP索桥(江苏大学人行桥)的设计和应用研究[27],研制了黏结型CFRP拉索锚具,并对其进行了有限元分析和试验研究;研究了CFRP拉索的制作和安装工艺并提出了拉索的张拉方案。江苏大学的周士金等[28]对以苏通长江公路大桥为参考对象,建立斜拉桥的有限元动力模型,并采用等轴向刚度准则将钢索替换为CFRP索,与钢索斜拉桥在同一地震波作用下的地震响应差异和抗震性能,得到CFRP索斜拉桥的位移和内力地震响应值较小,在抗震性能方面具备一定的优势;对首座CFRP索斜拉桥进行了有限元分析和荷载试验、动态试验,为CFRP索桥梁的动态建模、动态特性分析、抗震抗风设计及CFRP新型缆索材料在桥梁工程中的进一步推广应用提供一定的参考依据。2006年郑宏宇等[29]提出将CFRP索用在悬索桥中,并分析了CFRP拉索体系悬索桥的优势、可行性以及推广和应用所面临的问题。2011年东南大学的马文刚等[30]采用有限元建模的方法对钢缆锁悬索桥和CFRP缆索悬索桥分别进行了恒载、活载、温度作用的对比分析计算,得出CFRP缆索悬索桥在恒载作用下的内力和温度作用下变形比钢缆锁小,但是由于刚度较小,在活荷载作用下竖向变形比钢缆索桥大7%;2012年同济大学的李扬[31]基于分段悬链线法和通用有限元程序也对钢缆锁悬索桥和CFRP缆索悬索桥的静力性能进行了对比研究,得到了同样的结论,且进一步对CFRP缆索悬索桥的刚度进行了参数分析,考虑的设计参数包括桥跨布置方式、矢跨比、边中跨比、主梁抗弯惯矩、桥塔抗弯惯矩和中央扣,提出了改善结构刚度设计的建议。CFRP索比重小、刚度小,其抗风性能尤为重要,同济大学的李扬和肖汝成[32]用非线性有限元计算方法,对主跨2000m~5000m的钢缆索和CFRP缆索悬索桥的抗风性能进行了对比分析,得到其抗风性能确实比较差,必须采取相应的改善措施。针对锚固困难、CFRP索造价高,用在斜拉桥中整体刚度低等问题,同济大学的熊文和肖汝诚[33]提出CFRP与钢组合截面斜拉索和CFRP与钢组合结构斜拉索两种方案,前者是将CFRP与钢形成组合截面斜拉索(图6),后者是将CFRP斜拉索与钢斜拉索分别应用于同一桥梁不同跨度区域,在保证两种斜拉索良好力学性能的同时优化了经济性能。综上所述,CFRP材料作为超长跨度斜拉桥的拉索材料与传统的钢拉索相比有很多优势:强度大;相同条件下,CFRP拉索的承载效率比钢拉索高得多;CFRP拉索的比重小,减轻基础施工的难度。但作为一种新型材料,在使用上也存在一些问题,CFRP的抗剪性能较差,导致CFRP索有折点时脆断,且CFRP拉索的锚固非常困难,需要设计一种专门的锚具来解决这个问题。
5CFRP锚固系统的应用研究
由于CFRP筋的横向抗剪强度较低,常常发生横向剪切破坏,导致无论是用作受压构件的CFRP棒材还是用作受拉构件的CFRP索材都难以采用传统的连接方式和锚固方式对其进行连接和锚固,CFRP筋锚固体系的研发成为能否将CFRP材料应用于实际工程的关键。因此,近几年关于CFRP筋锚具的研究和开发方面有不少研究。目前,国内外研究的适用于CFRP筋(索)的主要锚具形式有粘结型、夹片型和复合型(夹片-粘结型)3种,粘结性锚具是其中性能比较稳定,性能比较好也是已经应用到工程中的锚固形式。
5.1粘结型锚具
粘结型锚具由套筒、螺母、端堵和封盖组成,其中端堵和封盖上设有相对应的定位孔,以使筋材相互间隔一定的距离并保持平行,典型的失效形式有两种:CFRP筋破坏和CFRP筋从锚具中被拔出。后一种破坏应该通过增强锚具的粘结性能避免,影响锚具粘结性能的主要因素有锚具形式、粘结长度、填充材料等。国内首座CFRP索斜拉桥采用的就是粘结型锚具,针对此锚具东南大学的吕志涛、梅葵花和江苏大学的刘荣桂等都进行了试验研究[34],对采用树脂封装和微膨胀水泥封装的直筒式和直筒加内锥式锚具进行了静载试验,对CFRP筋在不同的粘结长度、不同锚具形式以及不同的填充材料等情况下的拔出荷载进行试验对比,得到了这些锚具的荷载-滑移曲线。梅葵花提出了一种直筒式粘结型锚具的粘结应力的分布模型,采用解析法分析了其极限承载力,采用有限元法分析了内锥式和直筒+内锥式锚具在其使用荷载下的受力性能。2006年同济大学的薛伟辰和王晓辉[35],通过48个拉拔试件对CFRP绞线筋与不同环境介质之间的粘结性能进行了较为系统的试验研究,并与钢绞线进行了比较。湖南大学的方志、蒋田勇和同济大学的梁栋[36],通过静载试验研究了不同表面形状和锚固长度的CFRP筋在超高性能混凝土RPC、环氧铁砂、环氧石英砂和普通混凝土等四种不同粘结介质中的受力锚固特征,得出CFRP筋的表面形状显著影响其锚固性能,在其他条件相同时RPC对CFRP筋的锚固性能最好,并进一步对其在RPC中的锚固性能进行了详细的试验研究,开发了一种以活性粉末(RPC)作为粘结介质的粘结式锚具,并对其进行了静载试验和疲劳试验,得出CFRP筋的表面形状对以RPC作为粘结介质的粘结式锚具的锚固性能有着决定性影响,建立了平均粘结强度、平均粘结强度对应的滑移量、临界锚固长度以及粘结滑移本构模型等计算式,试验表明该锚具具有良好的抗疲劳性能。西安交通大学的侯苏伟等[37]在大量试验研究和前人研究成果的基础上,改进传统的内锥型锚具,提出了一种以环氧树脂为粘结介质的新型内锥式锚具,并对其进行了静载试验和疲劳试验,证明新形粘结型锚具具有100%的锚固效率系数,且能安全通过疲劳试验。
5.2夹片型锚具
夹片型锚具由传统钢绞线锚具发展而来,主要由锚环、夹片、软金属管、CFRP筋等部分组成,由于CFRP筋的抗剪性能差,传统夹片型锚具“切口效应”明显,在受荷端易发生夹断破坏,应做如下改进:夹片与筋材间增设软金属管,夹片与锚环间设置角度差,减小夹片倾角。夹片型锚具结构相对简单、组装方便,便于工程现场安装。但滑移量较大,易产生应力集中,锚固效率较低。东南大学的丁汉山等[38]设计了一种单孔夹片式锚具,用来锚固单股CFRP筋并进行了试验研究,试验中典型的锚具失效模式有两种,一种为碳筋在有效张拉长度范围内拉断,另一种是碳筋在锚固区域被夹片剪断,是应避免的破坏模式。得出了锚固长度、夹片与锚环之间的交角等对锚具锚固性能的影响。湖南大学的蒋田勇和方志也对传统的夹片式锚具进行了改进,改进后的夹片式锚具由凹齿曲面的夹片、锚杯、塑料薄膜以及薄壁铝套管等组成,对不同锚杯倾角、预紧力、塑料薄膜、凹齿间距和深度以及铝片厚度的锚具进行了静力试验研究[39],试验过程中试验试件的破坏形式有滑移破坏、夹断破坏和拉断破坏;对不同锚杯长度和锚杯内壁倾角的夹片式锚具进行了疲劳性能试验研究,得出该类锚具具有良好的动力抗疲劳性能,锚杯内壁倾角一定时,锚杯长度越大,锚具组装件的疲劳性能越好。西南交通大学的诸葛萍、侯苏伟、强士中研制了CFRP筋夹片式锚具,它由锚杯、4片夹片和金属套管组成,对不同齿距的夹片、不同材质和壁厚的套管以及不同的预紧力进行了正交试验[40],以考察不同参数对CFRP筋夹片式锚具综合锚固性能的影响,提出的CFRP筋夹片式锚具理论计算,锚具性能稳定,锚固效率系数高,抗滑移安全系数高,CFRP筋滑移量小,适用于锚固高强的CFRP筋。由于影响夹片式锚具的参数很多,而且相互之间是相互制约、相互影响,所以更优的参数组合还有待于进行更深入的研究与分析。
5.3复合型锚具
由于粘结型锚具和夹片式锚具在应用到CFRP中有各自的局限性,研究的方向逐渐转向复合型锚具的研发和研究,目前国内对这方面的研究较少,只有湖南大学的蒋田勇、方志和北京工业大学的詹界东、杜修力做了一些试验研究。蒋田勇和方志[41]提出了复合式锚具,由楔紧锚固端和黏结锚固端组成,其中,楔紧锚固端包括锚杯、带有凹齿的夹片、铝套管以及塑料薄膜,粘结锚固端包括钢套筒和黏结介质活性粉末混凝土RPC,并对此锚具进行了静载试验,研究了锚杯长度、钢套筒长度、夹片预紧力、筋材预张拉力等试验参数对复合式锚具锚固性能的影响。北京工业大学的詹界东等[42]也提出了一种夹片—粘结型复合式锚具,并进行了静载试验和动载试验,验证了其良好的锚固性能。目前,对于锚固系统的研究,主要是通过改变形式、尺寸、粘结材料和锚固长度来设计锚具的形式,通过有限元分析和试验研究来获得具体锚固形式的最终锚固性能,对于锚固系统的锚固机理和内部荷载传递机制研究不深入,而且锚固系统尺寸和重量较大,是阻碍CFRP索(筋)广泛应用的主要因素。
1.强化校内实验设施建设
发挥实践教学在人才培养中的作用2011年学校土木建筑工程综合实验中心被评为“辽宁省示范性实验中心”。2013年土木建筑工程学院借搬迁新校区之际,在新教学实验楼的建设中,对实验条件进行了大规模的改善,增大了实验室的使用空间,购置了大量用于本科教学的实验设备,以满足土木工程专业“应用创新”理念的教学要求,为学生实践应用能力的提高创造有利条件。此外,积极鼓励教师结合生产实际开展科学研究,将教学和科研相结合,形成科研促教学的良好局面。在实验教学中,为培养和训练学生综合分析问题和解决问题的能力,适当增加了设计性和综合性实验内容。并结合各种学科大赛,鼓励并组织学生参与准备性试验。近年来,该专业学生参加各种级别的学科竞赛均取得优异的成绩。同时,以专业导师工作室制的方式,让学生参与导师工作室的课题研究,增加科研实验比例,强化学生的创新意识和工程能力。
2.校企合作
加强实践基地建设参照“卓越工程师培养计划”,建立校企合作联合办学的培养模式。校企双方协议建立校企联合办学的组织机构,制定相关管理条例、培养方案和培养标准等。近年来,该专业与大连市8家设计单位和施工企业及大型监理公司建立了校企合作办学的实践基地,除顶岗实习外,企业还接收30余名学生参加“3+1”试点班的企业学习。此外,学校还聘请了有经验的工程师作为校外指导教师,结合工程实际项目对学生的毕业设计和生产实习进行指导。多年的实践教学证明,学生在企业实习,不仅培养了学生的实践应用能力,也培养了学生吃苦耐劳的工作作风和团队合作精神,强化了创新创业意识。
(二)加强创新教育建设学校
土木工程专业重视对学生创新实践能力的培养。近年来,为鼓励学生参加各种学科竞赛以及参与教师的科研课题,建立了“创新工作室制”的创新能力培养机制;以指导学生参加大学生结构设计大赛为目的,建立了“土木工程结构设计创新工作室”;以指导学生参加大学生混凝土配合比大赛为目的,建立了“混凝土材料性能创新工作室”;以指导学生参加大学生测绘大赛为目的,建立了“土木工程测绘技术创新工作室”等。近期,又开设了“力学应用创新工作室”、“土工实验创新工作室”等。各创新工作室有固定的活动场所,并配有相应的设备,由专业指导教师进行指导。通过创新工作室的训练,学生获得了工程实践和应用创新能力的锻炼。近年,土木建筑工程学院还多次主办市级大学生学科竞赛,并组织学生参与全国混凝土配合比大赛,省、市级结构大赛和测绘大赛、力学大赛,各种级别的“挑战杯”大赛等,均取得了优异成绩。开展大学生创新能力的培养,对提高学生的专业兴趣和创新积极性起到了非常重要的作用。
(三)改革培养方案
大连民族学院是国家民族事务委员会的直属院校,学生来自全国56个民族。木工工程专业2000年开始招生,为满足民族地区及周边地区对土木工程专业人才的需要,土木工程专业下设两个专业方向:建筑工程方向和交通土建方向。学校60%以上的学生来自少数民族地区,学生在语言和接受知识的能力方面存在较大的差异。因此,教学中主要采取因材施教的方法分层教学,即对将来继续从事土木工程科学研究准备考研的学生,着力加强其理论知识的深度和广度;对毕业后直接就业的学生,则加强其实践应用能力的培养。培养方案还设置了基本能够满足各类学生自主选择需要的选修课。在人才培养过程中,坚持“应用创新”的办学理念,坚持“理论适度,重在应用”的原则,在课程设置上增加能够提高学生应用能力和创新能力的课程。2009培养方案对原来的培养方案进行了改革,将培养方案分为三大平台,即通识教育平台、专业类教育平台、专业教育平台。尤其在专业教育平台的设置中,开设了一些新的能够培养学生应用和创新能力的课程,如土木工程实践能力训练、土木工程技术工作室课程、道路测试技术工作室课程等,并设置相应学分,使应用创新教育真正落到实处。近年来,在培养方案中增加了“3+1”的培养计划,使校企联合办学的培养模式更加规范化。在编写培养方案的过程中,深入企业进行调查,结合企业的工程实际,调整部分课程的教学内容和教学大纲。改革“集中性实践教学环节”的教学内容和课程结构,增加课程设计、实验、实习等实践课的内容和学时数。如在毕业设计之前,增加毕业实习的环节;在混凝土课程设计中,增加混凝土双向板的设计内容,以满足工程实际需要;在高层建筑结构课程中,增设了高层建筑结构课程设计;在交通土建方向的限选课中,增设地下结构课程设计;在专业选修课中,增设3D扫描技术在民族建筑保护中的应用和结构无损检测等实践课。总之,力求实践环节的教学内容与时俱进,并具有时代专业特色。
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1005-2909(2013)01-0102-07
一、 国际化背景下的国际工程管理课程要求
中国2001年加入WTO,成为经济全球化大家庭中的重要一员,全面融入国际社会发展主流,走向全方位、多领域、自主式、全景式开放,这种理想愿景的实现必须依靠优秀的人才支撑。另一方面,加入WTO也为中国企业进入国际市场提供了更好的契机。2001年之后,中国工程企业在海外市场的份额不断增加,营业额连续呈现不断增长的态势,践行了“走出去”战略,如图1所示。
近年来,国际工程市场出现了诸多变化,市场竞争日趋激烈,中国承包商在海外工程市场竞争中面临巨大的挑战。高等学校作为培养社会高端人才的主要基地,理应主动适应经济全球化和教育国际化的需求,培养具有国际意识、国际知识、国际交往能力的人才。因此,培养“拥有国际化视野,熟悉国际规则、标准、规范,适应国际化环境,具备国际化竞争力”的人才成为当前工程管理专业高等教育的重要目标,使学生具备处理国际化问题的能力成为教学改革的重要目标之一。双语教学是实现这一目标的有效手段,从外语能力、专业技能、思维习惯、文化素养等方面培养学生的国际化能力。
二、东南大学国际工程管理课程探索路径
(一) 国际工程管理课程在东南大学工程管理专业中的定位
东南大学工程管理专业由老一辈工程管理专家钱昆润和杜训等教授于20世纪70、80年代开创设立,至今已走过30多年的历程。目前,由“管理科学与工程”和“土木工程”两个一级学科为支撑,工程管理本科专业为国家特色专业建设点。其中,国际工程管理是东南大学工程管理专业着力打造的重要方向,形成了以合同管理(国家精品课程)、工程经济(东南大学校级双语实验课程)、项目管理(东南大学校级精品课程)三大核心课程为依托,以国际工程现场管理与案例分析课程为辅助,以国际工程管理课程为核心的国际工程知识体系,如图2所示。东南大学国际工程管理教学以培养学生具有国际化视野、掌握国际工程市场分析能力、掌握国际工程法律和合同体系、熟悉国际工程法律法规、熟悉国际工程现场管理、了解国际工程惯例和文化、了解国际工程研究最新动向为宗旨。
(二)国际工程管理课程在东南大学工程管理专业中的发展过程
东南大学工程管理专业的本科教育一直以国际工程管理课程为核心,随着国家基础设施建设发展和国际工程市场的拓展,国际工程管理教学经历了3个发展阶段,如图3所示。
东南大学国际工程管理的本科教育始于20世纪90年代中期李启明教授的国际工程承包合同课程,主要介绍国际工程招投标体系、FIDIC合同体系和关键合同条款。这一时期,对外工程处于起步阶段,国家未明确提出“走出去”战略,承包商承接的国际工程以劳务分包、分包和少量的总承包为主,市场范围主要集中在中东和非洲地区。因而,课程教学偏重合同拟定和管理过程,对市场分析、承发包模式、风险管理等问题关注较少。
2001年之后,中国加入WTO,开始推行“走出去”战略,国内承包商实力不断壮大,但是国际市场的承发包模式多样化趋势也日益明显,市场争夺激烈。这段时期,东南大学国际工程管理本科课程主要由邓小鹏博士讲授,课程内容逐步扩展到国际工程市场分析、风险管理、承发包模式、现场管理、文化管理等。由于工程管理专业核心课程加强,一些国际工程内容被转移到合同管理、项目管理、工程经济学、工程项目投资决策课程中,如FIDIC合同、国际项目管理理论方法、国际工程造价与投融资等。国际工程管理课程教学由注重知识讲解转向注重能力培养。
2010年之后,中国国际工程市场发展良好,进入ENR225强的企业数量不断增多,国际工程业务遍及全球主要地区。同时受2007—2008年国际金融危机、非洲多国发生与战乱、中东地区不稳定因素等影响,国际工程市场风云变化,业主对工程的需求趋向总承包、EPC、PPP等模式,金融和政治风险加大,市场波动较大。这段时期,东南大学国际工程管理本科课程主要由袁竞峰博士讲授,课程教学在继承以往精华的基础上,更加注重能力培养,并开始实施双语教学。为加强学生对国际工程的实际感受,增设了国际工程现场管理与案例分析课程,由毕业于台湾大学的林艺馨博士主讲,主要介绍国际工程的实际操作和案例,并采用了全英文的教学环境。
三、双语教学模式在东南大学国际工程管理课程的实施
为顺应国际工程市场变化、实施“走出去”战略,对工程管理专业学生的培养,特别是在国际工程管理课程中,不仅应强调基本的专业技能,更应让学生具备国际环境下的市场分析能力、理解能力、沟通能力、决策能力。2011年东南大学国际工程管理课程开始探索双语教学环境下的开放型和研讨型教学模式。
(一) 教学目标的设定
高校双语教学定位于“学科教学”,旨在将第一语言与第二语言相结合,熟练运用两种语言进行课堂教学,以培养学生外语综合能力、思维能力和解决专业问题能力为目标,帮助学生“习得双语能力,理解多元文化,培养全球意识”。
因此,国际工程管理双语教学的教学目标应确定为:通过中英文双语教学,引导学生运用英语搜集和获取相关国际工程信息、学习相关知识和方法,提高工程管理专业学生的外语思维能力,培养学生跨文化意识和跨文化沟通能力,最终提高学生的专业水平与综合运用外语的能力。
(二) 教学内容设置及教材选用
选用什么样的教材关系到双语教学的质量。在选用教材时应关注4个问题:(1)教材必须反映国内专业的特点和需求,既具备本课程所需的基础知识,又不缺乏前沿理论与发展的介绍;(2)教材必须与国际相关专业接轨,符合全球化社会对人才的培养要求;(3)教材应充分考虑国内双语教学的具体情况;(4)教材还要注意与其他课程的协调。
双语教学教材的选择目前有两种情况,一种是直接引进国外高校原版教材,另一种是学校或地方自己编写教材。原版教材用语地道,但与国内的教学体系相符度较低,而学校或地方自编教材在语言表达、思维方式等方面又往往与地道的英语表达脱节,不利于师生交流。因而,应尽量选择内容体系相对完整、兼容中西方特点的教材,并能在条件具备时自编讲义或教材。
国际工程管理双语课程目前还没有合适的、直接可用的双语教材,也缺乏符合东南大学教学大纲的原版教材。鉴于语言表达、思维方式、教学难度、教学理念等多方面因素,东南大学国际工程管理教学中采用了国外、国内教材相结合的方法开展双语教学。最终在教学过程中选用了由李启明教授主编、东南大学出版社出版的《国际工程管理》为中文教材,Murphy O. J.主编、THOMSON出版的“International Project Management”为英文教材。选用的中文教材集中反映了东南大学工程管理专业十多年来在国际工程教学中的积累,并体现了国内外国际工程的最新研究进展;选用的英文教材在美国、澳大利亚、墨西哥、新加坡、西班牙、英国等国家出版,能够反映国际工程管理中的一些管理惯例、方法和理论。这两本教材的结合不是简单叠加,而是既反映了国际工程管理的国际化,又坚持了本土化原则,并能体现最新研究进展,实现“洋为中用”。同时,在日常教学中,授课教师结合学生学习、实践的需要,编写了适用的双语教学讲义和幻灯片,编写了词汇手册、注释手册等帮助学生理解学习内容。授课教师也向学生提供了大量外文参考书目、文献,将其中的精华部分以补充性资料的方式介绍给学生,扩宽了学生的知识面。通过教学实践,不断探索了国内外教材结合的最佳途径。
(三) 混合型教学模式的采用
双语教学模式主要有过渡型、保持型、沉浸型。过渡型双语教学模式适用于缺乏外语环境,语言能力以母语为主的群体;保持型双语教学模式使用两种语言作为学科语言,目标是使学生同时运用两种语言交流;沉浸型双语教学模式以英语为主,对目标群体的英语水平要求较高。针对国际工程管理不同的教学内容和教学方法,在双语教学中进行了混合型的教学模式。
在国际工程管理双语教学实践中,首先对2008级和2009级两届学生(共计72名)进行了英语能力调查,调查显示全部学生通过了CET-4,超过60%的学生通过了CET-6,英语能力较好;同时,由于国际工程管理课程安排在大三下学期,学生的认知水平和接受能力均较高,因此,采用了以保持型为主,沉浸型和过渡型为辅的教学模式。
(1)教学的初始阶段和一些教学的难点(如国际工程市场的准入制度、国际工程投标和标价计算、国际工程保险制度等),主要使用过渡型双语教学模式,讲解以中文为主,仅对部分专业基础知识和专业术语用英语讲解,鼓励学生查阅专业外文词典,积累和整理有关词义的信息,以扩大学生专业词汇量和培养学生专业术语语感为主,强化英语的渗透力度,英语使用比例为15%~20%。
(2)教学的中间阶段和教学内容中的易理解部分(如国际工程市场分析、国际工程惯例/法律/法规/规范/标准、国际工程承发包模式、国际工程风险管理等),主要采用保持型双语教学模式,学生通过预习已掌握了一定专业词汇量。在此基础上,以中、英文交叉渗透教学为主,对教学中简单的内容以英语讲解并采用全英文幻灯片,增加英语的使用频率,在教学中融入国际最新的工程管理理念与方法,逐步培养学生的英语思维能力,课堂英语使用比例达到40%~50%。
(3)教学讨论环节和一些与国际接轨较多的教学内容(如国际工程合同管理、国际工程招标),主要采用沉浸型双语教学模式。在课堂讨论环节中,鼓励学生用英语提问、发言,并指导学生就选定的课题(2011—2012学年的课题有中国承包商在特定地区的市场拓展分析、国际工程EPC或PPP项目的分析等)准备课堂研讨和汇报,在课堂上主要使用英语报告和交流。在授课环节,由于特定的授课内容(如合同和招标),学生的专业储备较好,能够对其中关键性的问题进行思考,学生的英语水平和专业术语词汇量也有了提高,接近全英语的授课水平,英语使用比例达到80%以上。
(四)多种教学方法灵活使用
教学方法强调的是发挥学生的主动性,最好的学习方法是让学生从知识的被动接收者转为主动参与者和积极探索者,在发挥教师主导作用的同时,充分发挥学生的主体作用。国际工程管理课程内容广泛,知识点众多,在32个课时内很难全部完成,势必要求教师改变传统的以教师传授知识为主的教学方法,引导学生主动思考、探索、发现问题,鼓励学生通过小组讨论、数据库搜索、教师咨询等途径解决问题,发现新知识。在双语教学过程中,英语应作为信息和知识的获取工具,引导学生学会从数据库中搜索资料、整理资料,能够通过团队合作,培养自身的学习能力。课程宜采用多种教学方法,如互动式、研讨式、案例式的教学方法。
1.互动式双语教学法
互动式双语教学法,强调教学过程中的沟通,主要通过师生间的双向互动、学生间的横向互动,取得较好的教学效果,将传统课堂教学变成教学相长、师生共同完成学习任务的过程。 互动式双语教学法包括:(1)课堂互动,如英文提问(让学生英文回答问题)、英文讨论等;(2)课下互动,学生在预习、完成作业、完成课程论文过程中与同学或教师进行交流,可以通过电子邮件、即时通讯等方法。
2. 研讨式双语教学法
研讨式双语教学法,强调学生自主学习能力和团队合作精神。先向学生命题,学生根据命题分组拟定方向进行资料搜索、分析,形成英文报告、课堂英文汇报,通过双语研讨完成对特定选题的分析和论证。2010—2011学年中,第三次研讨的内容是“国际工程中的文化沟通问题”,学生通过自主学习,发现了教材中不曾提及的一些文化分层现象,并结合国际工程环境对中国承包商在海外工程中雇佣外国工人和管理人员的问题进行了探讨。2011—2012学年中,第二次研讨内容是“新兴国家国际工程市场准入机制的分析”,学生通过自学、分析数据库等不仅研究了南非、阿根廷、俄罗斯等国建筑市场准入制度,更通过研讨和团队合作,完成了“金砖国家”建筑市场的分析报告,效果良好。在这一过程中,研究与讨论的方式结合,进一步加强了学生的沟通能力。
3. 案例式双语教学法
案例式双语教学法,主要通过教师介绍案例、学生课后查找资料、撰写书面报告完成国际工程管理知识的综合应用。在这一教学过程中,通过精心设计的实例导出主题,使学生身临其境,启发学生思维,提高了学生理论联系实际的能力。同时,案例讲解能够降低内容难度,使学生更容易理解授课内容。教师通过设定问题的方式,使学生在接受教师传递的信息之后,主动查找相关资料、寻找规律、解决问题。例如,通过介绍利比亚战乱和中铁的沙特麦加铁路项目,解释国际工程的风险问题,向学生提出“造成这些风险的管理问题是什么”“在投标和项目决策时如何预测和降低这些风险”等问题。学生通过课后分析,提出融资、设计、合同拟定等方面存在的问题,提出加强实地考察,尽快实现设计标准与国际接轨,通过世界银行或中非基金政治风险担保降低风险等解决方法。在这一过程中,教师应不断给学生指导,引导学生向正确、合理的方向努力,以达到较好的教学效果。
(五)多种考核方式激励学生
双语教学环境中增加了较多教学模式和教学方法,使单一的期末考核方式考核学生并不全面,因此,双语教学课程的考核形式应该多样化,灵活应用笔试、口试、开卷、闭卷等考试形式。为考查学生的综合能力,学生的平时作业、课堂讨论、发言、考核等都计入成绩总评中,以此来激励学生,提高他们的专业能力和语言表达能力。具体的设置包括:
(1)平时成绩10%,主要考核出勤率和课堂回答问题情况;(2)课堂研讨30%,以小组成绩作为组员成绩(主要强调团队合作精神),包括课堂英文汇报、书面英文汇报、汇报改进情况;(3)个人论文30%,考核科技论文撰写的规范性、严谨程度、专业技能的应用(如数学方法、统计方法、国际工程知识的应用等)和创新性(特别是发现问题的能力);(4)期末考核30%,考核采用开卷方式,主要考查学生的综合应用能力。试卷由案例题、论述题和分析题构成,中英文各占50%,学生需要阅读英文资料分析问题,也需要用英文论述观点。
四、 开放式和研讨式双语教学的实施效果评价
2010—2011,2011—2012两个学年国际工程管理开放式和研讨式双语教学的探索,已经取得了初步成效,在每学年结束后对学生进行了不记名调查(2010—2011学年35名学生,2011—2012学年37名学生),结果如表1所示。
(一)教学的整体满意度
整体满意度反映了学生整体上对课程的认可度,涵盖了双语课堂教学、研讨、作业、考核等环节。比较分析两年的数据,可以发现,学生对课程的整体满意度维持在较高水平,并且稳中有升,说明课程获得了学生的认可。通过对学生的考核可以发现学生在整个课程的学习中个人的语言能力、专业技术分析能力、沟通能力、团队合作意识等均得到了提高,教学质量在改革过程中有较大提高。
(二)双语教学的满意度
双语教学是课程改革的核心内容,其满意度直接说明了教学的成败。两年的数据说明,学生对双语教学非常支持,超过90%的学生欢迎双语教学,对双语教学给予了较大的肯定。通过课堂授课、课堂互动、作业完成、课堂研讨、个人论文等多种方式构建的课程英文小环境保证了教学效果。
(三)研讨环节的满意度
研讨环节是国际工程管理课程改革的重点,其满意度说明了学生对研讨环节的认可度。同时需要指出的是,研讨成功的关键在于学生的兴趣和积极性,此项得分直接说明了研讨式教学方法的实施效果。研讨环节连续两年得到高分,充分说明研讨式教学深受学生欢迎。通过研讨,引导学生分析问题,培养学生的研究兴趣与能力。学生提交的论文质量均较高,教学效果显著。
五、 问题与建议
通过2个学年的教学实践和对学生的调查,发现不少问题,这些问题使双语教学的效果未能充分体现,也制约了未来由双语教学向全英文教学转变,需要在教学实践中不断改进。
(一)缺乏合适的双语教材
尽管在双语教学实施之前已经充分分析过教材问题,但在教学实践过程中仍然发现缺乏合适的双语教材。国内的国际工程管理教学立足点是中国承包商开拓国际市场,而国外原版教材均没有类似的内容;因此,目前急需既能反映国际市场变化和国际工程惯例,又能充分体现中国特色的双语教材。东南大学工程管理专业已将这样的教材列入议事日程,并准备联合海外的华裔教授和熟悉国际工程的外国教授共同编写,希望保证语言的纯正。
(二)学生接受能力仍然有待提高
由于近年来国内英语教育的加强,学生英语能力已经得到大幅度提高,对展开双语教学有较大帮助,但是,学生的差异仍然存在,对英语部分的理解并不完全一致;因此,需要教师在课前做好充分的准备工作,提供专业词汇手册等工具书,也需要教师通过情景式教学使学生尽快融入教学环境。另一方面,相关专业知识的要求也对学生接受新知识提出了挑战。东南大学工程管理专业在第三学年开设国际工程管理课程就是考虑到课程的综合性,但学生对知识的综合应用还有待加强。
(三)授课内容的难易程度影响双语教学效果
国际工程管理课程的内容难度不一,对专业相关性较低(如国际工程市场准入制度)和技术性较强(如国际工程标价计算)的内容,学生的理解和接受本身就存在困难,在双语环境中更加要求教师做好引导工作、学生做好课前预习和课后复习及查阅资料等工作。
(四)语言学习可能影响到专业学习
双语教学强调的是在非语言类学科中用外语进行教学,以外语为工具学习非语言类学科知识。双语教学中,外语只是一个教学语言,是一种教师传播知识和学生互动交流的工具,而不是进行语言教学。双语教学强调师生间的互动,强调教学资源、教学环境等全方位的第二语言交互。需要让学生充分认识外语的工具作用,而不是一味学习外语,否则将会对专业学习造成负面影响。
六、 结语
双语教学是中国高等教育改革的热点问题,是提高教育质量、培养学生在国际化环境中适应能力的一种有益实践。随着中国国际工程的发展,国际化程度越来越高,专业英语的应用和英文环境中的沟通能力在未来国际工程实践中将得到更加普遍的运用。结合自身的实际情况,采取合适的方法与步骤,东南大学国际工程管理课程探索取得了一定成效,提高了学生学习兴趣和积极性。在双语教学的同时,尝试结合开放型和研讨型的教学方法,通过分组学习、研讨与报告、互动学习、案例学习等方式,保证了教学目标的实现,活跃了课堂气氛。
教学中也发现一些需要改进的问题:一是需要在今后教学中建设一本适用性较好的双语教材;二是通过教师对学生的引导,提高学生的接受能力,增强教学效果;三是针对不同的课程内容采用不同双语教学模式,更有助于实现教学目标;四是正确引导学生学习专业外语和专业知识。
开展国际工程管理双语课程是东南大学工程管理专业面向国际化展开工程教育的新尝试,由于教师能力和经验有限,教学模式、方法和考核仍在不断摸索中,教学效果有进一步提升的潜力,需要继续探索适合的双语教学模式,强调工程管理专业双语学习的重要性。
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Capability-based bilingual teaching reform of international construction project management course
YUAN Jing-feng, LI Qi-ming, DENG Xiao-peng, LIN Yi-xin