基于理論與實(shí)踐并重的大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽策略探討

孟陸波　李子超　周良坤　李文煒

摘要：在第三屆四川省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，通過(guò)制定詳細(xì)的參賽計(jì)劃安排，采用理論—實(shí)踐—修正理論—再實(shí)踐的策略，強(qiáng)調(diào)理論計(jì)算，也注重動(dòng)手實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，取得了特等獎(jiǎng)的優(yōu)異成績(jī)。這種策略和計(jì)劃安排為參加類(lèi)似競(jìng)賽提供一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；競(jìng)賽策略；擋土墻；實(shí)踐能力

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）37-0235-02

一、引言

大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽是針對(duì)土木工程專業(yè)的一項(xiàng)重大賽事，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、動(dòng)手能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力具有重大作用[1-3]。國(guó)內(nèi)很多省份都積極開(kāi)展此項(xiàng)學(xué)科競(jìng)賽，很多高校對(duì)此類(lèi)競(jìng)賽結(jié)果進(jìn)行了分析與建議[4-6]。四川省也積極響應(yīng)，2016年10月18日，第三屆四川省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽在成都理工大學(xué)舉行。本次大賽在擴(kuò)大四川省內(nèi)高校參賽面的基礎(chǔ)上，特別邀請(qǐng)了包括同濟(jì)大學(xué)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）在內(nèi)的6所省外高校參賽，共有參賽高校25所，參賽隊(duì)伍49組，參賽選手147名，參賽規(guī)模創(chuàng)四川省本項(xiàng)競(jìng)賽歷史新高。大賽分“建筑工程”和“巖土工程”兩個(gè)組別，本人帶隊(duì)參加“巖土工程”組，賽題為土工布裹面擋土墻。

土工布裹面擋土墻（又稱“無(wú)面板加筋擋土墻”）是充分利用土工布優(yōu)點(diǎn)的一種擋土結(jié)構(gòu)。由于造價(jià)低廉、施工簡(jiǎn)便、環(huán)保美觀，因此被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)邊坡的支擋與防護(hù)。本次競(jìng)賽要求設(shè)計(jì)制作某路基邊坡的土工布裹面擋土墻。采用普通A3白紙作為土工布，填料為干燥的石英砂，比賽現(xiàn)場(chǎng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，按要求完成模型設(shè)計(jì)、制作，制作的模型經(jīng)評(píng)判合格后，按規(guī)定進(jìn)行加載測(cè)試。競(jìng)賽需要參賽人員考慮和優(yōu)化材料用量（A3白紙）及模型有效荷載之間的關(guān)系，達(dá)到最佳性價(jià)比，最后依據(jù)競(jìng)賽規(guī)則及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)定得分。

二、參賽計(jì)劃安排

本次競(jìng)賽在成都理工大學(xué)于2016年7月17日開(kāi)始報(bào)名，報(bào)名組隊(duì)后，制定了參加本次競(jìng)賽較為詳細(xì)的工作計(jì)劃，如表1。總體策略思路是以理論指導(dǎo)實(shí)踐—在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)—反饋修正理論設(shè)計(jì)—再進(jìn)行實(shí)踐。在競(jìng)賽指導(dǎo)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)理論計(jì)算，同時(shí)也注重動(dòng)手實(shí)踐。

按照上述參賽計(jì)劃安排，團(tuán)隊(duì)積極準(zhǔn)備競(jìng)賽，首先對(duì)賽題進(jìn)行了仔細(xì)分析和討論。討論結(jié)果認(rèn)為：在加筋土結(jié)構(gòu)中，填土自重和荷載等產(chǎn)生的側(cè)壓力作用于面板，通過(guò)面板上的筋帶連接構(gòu)件將此側(cè)壓力傳遞給筋帶，試圖將筋帶從土中拔出。而筋帶材料又被土壓住，于是填土與筋帶之間的摩擦力阻止筋帶被拔出。因此，只要筋帶材料具有足夠的抗拉強(qiáng)度，填土與筋帶之間的摩擦力足夠，則加筋的土體就可保持穩(wěn)定。平鋪紙張的抗拉強(qiáng)度是足夠的，由此可見(jiàn)，控制土工布裹面擋土墻穩(wěn)定性的核心是A3白紙和石英砂之間的摩擦力。

根據(jù)上述分析，指導(dǎo)學(xué)生了解、掌握土壓力、加筋土擋土墻設(shè)計(jì)等理論，在此基礎(chǔ)上，討論設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證和實(shí)踐驗(yàn)證。初步設(shè)計(jì)了七種分層方案，層數(shù)分別為3、4、5、6、7、8、9層。通過(guò)理論計(jì)算以及實(shí)踐表明，在荷載為定值且結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定的情況下，在5層以下，用紙量隨著分層數(shù)增加有所變化；6層以上，用紙量隨著分層數(shù)增加而增加。分層較少（即層厚過(guò)大）對(duì)施工要求很高，面板處會(huì)出現(xiàn)漏砂不止和紙張撕裂現(xiàn)象，使得結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)；而分層過(guò)多又會(huì)使得材料用量增加。因此綜合考慮，確定將擋土墻分為6層。

在實(shí)踐訓(xùn)練過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于箱子尺寸以及加荷后模型箱側(cè)向變形等原因，會(huì)出現(xiàn)漏砂現(xiàn)象，這種現(xiàn)象非常容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。因此，在滿足足夠摩擦力的條件下，在第2、3、4、6層的有效長(zhǎng)度區(qū)域共剪裁12個(gè)6×10cm的矩形紙條，用于防止模型漏砂。并在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了以下幾個(gè)影響擋土墻穩(wěn)定性的重要因素。

1.荷載量：荷載量超過(guò)極限承載時(shí)，易發(fā)生拉條拉斷或者是整體滑動(dòng)的情況。

2.用紙量：用紙量過(guò)少，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的極限承載力過(guò)低。

3.漏沙量：漏沙量過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過(guò)于疏松，易產(chǎn)生位移。

4.紙張平整度：紙張的鋪平程度在很大程度上決定了紙張拉條是否會(huì)被拉斷。

5.砂土壓實(shí)度：石英砂壓實(shí)度越大，結(jié)構(gòu)沉降就越小、穩(wěn)定性越高。

6.荷載擺放位置：砝碼荷載在水平面上需要均勻?qū)ΨQ布置，在豎直面上要垂直對(duì)齊，不能傾斜。如果擺放出現(xiàn)傾斜，在堆積過(guò)高后容易垮塌。

通過(guò)上述理論計(jì)算與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，共同協(xié)作，通過(guò)3個(gè)月的高強(qiáng)度訓(xùn)練，在10月18日大賽上經(jīng)過(guò)激烈競(jìng)爭(zhēng)，最終取得了“巖土工程組特等獎(jiǎng)”的優(yōu)異成績(jī)。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)參加本次大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽，制定詳細(xì)的參賽計(jì)劃安排，采用理論—實(shí)踐—修正理論—再實(shí)踐的策略，強(qiáng)調(diào)理論計(jì)算，也注重動(dòng)手實(shí)踐，兩者缺一不可。通過(guò)競(jìng)賽，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維、實(shí)踐動(dòng)手和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，取得了優(yōu)異的成績(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉明暉，王偉.以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽為契機(jī) 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（04）：238-242.

[2]武賢慧，王步.土木工程專業(yè)大學(xué)生工程意識(shí)培養(yǎng)研究——以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽為例[J].高等建筑教育，2016，25（03）：24-28.

[3]程濤.結(jié)構(gòu)模型競(jìng)賽與土木工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，27（05）：133-136+139.