《现代工程测试技术》课程实验方案设计与实践

华北水利水电大学土木与交通学院　　汪志昊　　钱晓军　　王丽娟　　李晓克

《现代工程测试技术》课程实验方案设计与实践

华北水利水电大学土木与交通学院汪志昊钱晓军王丽娟李晓克

笔者参考高等学校土木工程本科指导性专业规范相关要求，密切结合国家现行工程结构检测规范与标准，根据笔者所在学校工程力学专业《现代工程测试技术》的课程要求、教学目标，设计制定课程配套实验方案，明确各实验项目实验目的与能力培养要素。经过连续三年的实验教学探索与实践，《现代工程测试技术》课程取得了较好的教学效果，提升了学生的综合创新与实践能力。

工程测试技术 工程力学 试验 检测 实践

笔者所在学校自2013年开始在工程力学专业开设《现代工程测试技术》课程，其主要起源于高等学校土木工程本科指导性专业规范基础知识领域核心知识单元“工程结构试验”，以及实践领域核心知识单元“土木工程测试技术”与“土木工程专业实验（土木工程相关方向的检测技术）”。

该课程紧密围绕相关规范标准，讲授现代传感、测试、数据分析与处理在土木工程结构试验与检测中的应用。该课程的核心内容包括工程材料（结构）的强度、耐久性、结构缺陷（损伤）、结构静动力性能等方面的测试、检测与安全评定等，具有较强的综合性与实践性，属于工程力学专业毕业生必须掌握的专业知识和专业技能。

一、课程背景

1.教学目标

通过课程理论知识的学习与相关实践环节的训练，学生可以掌握土木工程测试、试验与检测方面的基本知识和技能，培养正确应用规范和仪器、正确分析实验结果的能力，提高分析与解决实际工程问题的能力，使学生在学好专业知识的基础上，能根据工程结构设计、施工和科研任务的需要高质量地完成工程结构的检测、监测、评定与科学试验研究工作。

具体教学目标有：

（1）学生了解与掌握土木工程质量无损检测技术与设备（混凝土回弹测强、混凝土缺陷检查、混凝土保护层厚度测定、钢筋定位等）；

（2）学生理解与掌握工程结构静载和动载试验的准备及组织（方案设计），掌握常用量测仪表的工作原理、选用与操作；

（3）学生了解综合无损、静动载检测技术进行工程结构（房屋、桥梁等）的检测、监测与评定等实际工作；

（4）学生会用数学方法统计与分析试验数据，熟悉试验、检测报告的编写。

2.理论教学主要内容

理论教学的主要内容为，介绍现代工程测试技术在土木工程领域应用的基本方法、程序，重点讲授工程结构的静动载检测方法、现场实施指南以及检测报告编制等。

授课教材选用王立峰、卢成江编著的《土木工程结构试验与检测技术》，主要教学参考书有胡向东编著的《传感器与检测技术》等。课程共32学时，其中实验8学时。理论教学的24学时教学模块分为：

（1）结构无损检测技术（4学时），主要包括混凝土回弹测强、混凝土缺陷、混凝土保护层厚度测试等；

（2）结构静载测试（6学时），主要包括结构静载试验量测仪器、程序与试验准备工作、试验荷载、加载方案、结构静力性能评定等；

（3）结构动载测试（6学时），主要包括动载量测仪器、加载方法与设备、动载测试的方法与程序、实验模态分析、结构动力性能评定等；

（4）试验数据的整理与分析（4学时），主要包括误差分析及计算、ORIGIN软件数据处理与图形绘制等；

（5）现代测试技术工程应用案例分析（4学时），主要包括房屋建筑结构检测与监测、桥梁结构检测与评定等。

3.实验教学必要性

土建类专业教学过程中，实践（实验）教学与理论教学密不可分。现代工程测试技术是一门与工程实践紧密结合的课程，通过实验环节的训练有助于加深学生对土木工程测试与检测技术的全面认识，培养学生正确应用规范和仪器、正确分析实验结果的能力，为学生毕业后从事工程结构检测评定、运营维护与科研试验研究等工作打下基础。

通过实验环节培养，预期达到以下三个目的：

（1）学生熟悉、验证、巩固所学的土木工程测试与检测理论知识；

（2）学生了解所使用的仪器设备，掌握结构无损检测、静载以及动载试验方法；

（3）学生进行科学研究所需的试验能力基本训练，培养综合分析问题和解决问题的能力。

二、实验方案

1.开课时间确定

《现代工程测试技术》学习设计有《材料力学》《结构力学》《结构动力学》《土木工程材料》《混凝土结构设计原理》《钢结构设计原理》《桥梁工程》等先修课程知识。

笔者建议该课程设置在大三第二学期后八周或大四第一学期。笔者所在学校具体安排在大四第一学期，以便更好地使其与该学期末开设的专业《实验技能训练》课程实现对接。

2.实验项目设置

参考现行高等学校土木工程本科指导性专业规范，学校设置的课程实验项目与学时安排见下表。工程力学专业学生学习《混凝土结构设计原理》课程时已开展了四个学时的钢筋混凝土适筋梁正截面承载力实验，该实验属于典型的结构构件静载试验。

因此，本次实验安排主要围绕工程结构无损检测、动力试验展开，静载试验仅涉及静载量测技术与方法训练，不再开设结构构件静载试验。

实验项目与学时分配

3.实验项目目的

（1）量测设备的参观与操作练习：学生了解与掌握各种仪器设备的工作原理、选用原则（适用范围）与使用方法、步骤等；

（2）电阻应变片粘贴技术：学生掌握电阻应变片的工作原理、选用原则、粘贴步骤以及粘贴质量控制与检查，了解电阻应变片桥路连接方法等；

（3）回弹法检测混凝土抗压强度：学生掌握回弹仪的构造与工作原理，掌握回弹仪检测结构混凝土强度的步骤、方法、数据处理等；

（4）混凝土保护层厚度测试与钢筋定位：学生掌握混凝土钢筋检测仪的构造、电磁式探测法工作原理与使用方法等；

（5）三层钢框架结构模态分析测试：学生掌握拾振器的选用原则与档位设定方法，掌握动态信号采集与系统的使用方法（通道参数设置、采样频率等），掌握用自由振动法、环境振动法测试工程结构振动频率、阻尼比等自振特性参数的方法，掌握结构动载试验的数据处理方法（时域分析、频率分析）等。

三、实验教学成效

通过连续三年的实验教学实践，教师在理论教学过程中穿插实验环节，有助于增强工程力学专业学生对土木工程测试与检测技术的感性认识，能提高学生的学习积极性，提高学生的综合实践与创新意识及能力。

依托该课程，笔者指导工程力学专业本科生在中文核心期刊《建筑结构》发表学术论文《某面粉厂房楼板的振动控制》，完成的“某面粉厂生产楼板的振动分析与减振研究”作品获河南第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛三等奖。笔者指导工程力学本科生完成的“摆式调谐质量阻尼器的频率调节新方法”获河南第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛二等奖，撰写的学术论文《摆式调谐质量阻尼器频率调节新方法》被《振动工程学报》录用。

[1]GB/T50152-2012，混凝土结构试验方法标准[S]．

[2]JGJ/T 23-2011，回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[S]．

[3]JGJ/T152-2008，混凝土中钢筋检测技术规程[S]．

[4]GB/T50269-2015，地基动力特性测试规范[S]．

[5]屈 锋，程火焰，阳国锋．土木工程专业实验教学改革与创新[J]．高等建筑教育，2011

[6]汪志昊，刘 飞，吴泽玉．某面粉厂房楼板的振动控制[J]．建筑结构，2015

ISSN2095-6711/Z01-2016-11-0210