徐广来
身份证号码：2302261XXXX1222017 山东威海 264400
摘要：本文主要针对结构软件在土木工程设计实践课程的应用进行分析，思考了结构软件在土木工程设计实践课程中的应用的具体的方法和措施，可为今后的工作提供参考。
关键词：结构软件，土木工程，设计，实践
前言
在土木工程设计的实践之中，我们可以采取一些比较可行的措施，比如把结构软件更好的应用在土木工程设计实践课程之中，就是一个很好的案例，可以提高使用的效果。
1、土木工程设计实践课程概述
广义的工程设计是一种规划活动，是根据一定的工程目的提出解决问题的具体方法和安排，是以改造客观世界为目的的创造性劳动。设计过程是在若干约束条件下，为达到一定的目标而进行的决策。这个决策与设计者本人的专业素质密切相关。因此，工程设计能力是设计者综合素质的集中反映。良好的工程设计能力，是以扎实的基础理论知识、技术基础理论知识、专业工程技术知识和相关的哲学、人文等知识为背景的，是以信息的获取能力、应用技能和能力、心智的技能和能力等为基础。
从土木工程来讲，工程设计通常是指房屋和交通土建工程的设计，其中房屋设计主要包括房屋的建筑设计和结构设计。对一幢房屋的设计，首先应对房屋所处的环境有比较全面透彻的了解。任何一幢建筑，它不是孤立存在的，必然处于一个特定的环境之中，包括地形、地貌、工程地质和水文地质和建筑物所在地的气候条件等自然环境;区域位置状况、周围的道路交通状况、相邻环境状况及附近已有的一些城市特殊元素等外部环境条件和场地内原有的建筑物和公共服务、基础设施以及场地中的文物古迹等内部环境条件;环境的依赖性、房屋的功能、业主的资金来源、周围的建筑材料和设备供应情况以及业主对房屋提出的其它要求，如建筑立面外观和建筑装修标准等。还有当地的抗震设防等级和惯用做法。这里既包括自然的因素，也包括社会人文的因素。如有关国家和当地的政策法规，规划的要求和技术政策等。获取并正确处理这些信息，需要对相关知识有比较透彻的了解。实践证明，这些资料调查得越详细，对拟建房屋的设计方案的形成越有利。在此基础上所做的方案才能不致陷于盲目，才能更好的被业主采纳;初步方案确定后，在做施工图设计时，更要求设计者有扎实的专业知识功底，满足实用、经济、美观的要求，并在经济与可靠之间做出合理决策。
2、教学框架与教学内容
本校在土木工程专业二年级第二学期开设了“土木工程专业实践”课程，在建筑工程方向主要安排基于平面整体表示法的软件绘图和基于简单结构分析的软件计算。考虑到学生已经学习了“土木工程制图”“结构力学”等先修课程，而尚未学习“钢筋混凝土结构”“钢结构”“工程结构抗震设计”和“结构动力学”等课程，故将实践教学集中在设计行业常用的探索者(TSSD)结构绘图软件和SAP2000结构分析软件，通过钢筋混凝土结构梁、柱、墙配筋施工图训练、静定梁、静定刚架及静定平面桁架内力计算训练，使学生初步掌握绘制结构施工图及简单构件静力分析的基本操作。同时，对于其他业界使用较多的结构绘图、结构分析与设计软件，则以简介和概述的形式使得学生对其有初步的了解。
随着学生课程学习的逐步深入，本校在完成“钢筋混凝土结构”“钢结构”“工程结构抗震设计”以及“结构动力学”课程教学的基础上，于本科四年级第一学期开设了“土木工程设计软件应用”课程，在建筑工程方向设计实践中主要讲授SAP2000，PKPM在建筑结构分析和设计中的应用，包括:结构建模、结构模态分析、结构抗震分析与设计及结构非线性分析。教学过程中，通过超静定刚架和排架结构分析、超静定桁架和组合结构分析、单质点和多质点体系模态分析、地震作用时程分析和反应谱分析、钢筋混凝土框架结构施工图设计的讲授和训练，使学生能够掌握结构高级分析技术的一些常用命令、操作步骤以及结构分析结果背后蕴含的结构设计概念，同时能够较为全面地认识建筑结构设计的整个流程，从而为毕业设计乃至毕业后的工作奠定了软件计算分析基础。
3、教学资源分析
“土木工程专业实践”和“土木工程设计软件应用”两门课程的主讲教师从事教学、工程设计和工程实践十多年，是“钢筋混凝土结构”“钢结构”“工程结构抗震设计”“高层建筑结构”等课程的主讲教师，积累了丰富的实践教学经验和工程经验。教学过程中，除了介绍结构软件基本理论外，还采用大量例题进行上机训练，所选用例题的原型均选自于建筑结构施工图设计示例、结构力学教材、土木工程常用软件应用教材并进行了相应的改写，以求满足课程教学的需要。同时，主讲教师联合与国内主流工程设计软件高技术企业工程师，借助于结构软件(如Revit结构软件、盈建科软件)的应用讲座和演示观摩多个环节，促进学生和工程设计行业专业人员的交流和沟通。
4、以CAD为例分析软件在土木设计图中的优势
4.1绘图劳动强度降低，图纸保持清洁、美观
传统的手工绘图法需要设计人员经常性更换十几种绘图工具。一旦画错，就要在图面上修修补补，破坏图面的整洁性。而CAD制图，只要配齐了电脑，安装好绘图软件、打印机或绘图仪，鼠标轻轻移动就可以完成心中设计的图形。同时，软件本身还可以提供UNDO限制防错功能，让工程设计师们制图事倍功半。更有甚者，软件还可以为每个设计人员的独特的表达方式、思维模式和绘图习惯，提供广阔的空间，只要充分使用参数化绘图工具就可达成。
4.2提高设计工作效率
土木设计过程一般经过提条件、方案设计、初步设计、施工图设计。各工种之间的配合默契与否，条件与方案改变大小都直接影响着制图的速度。传统的手工制图方式下，各阶段各工种之间的不同设计成果要分时制作；在CAD制图中，实现了各工种间的图纸资料互换，即使方案有所调整，设计人员只需在原有的设计图纸上加以调整，从而减少大量重复劳动，提高了工作效率。
4.3增强计算功能，提高精确度
土木工程设计不同于其他领域的设计，它需要正确无误地计算出裂缝宽度、挠度、承载力、配筋面积。而且在实际工程中，要先符合设计规范地对各个结构构件如梁、板所承受的各种外部荷载，再根据《混凝土结构设计规范》规定进行计算和调整，如果计算数值稍有偏差或参数取值不符合规范要求，便会造成设计出的产品不合设计规范、不经济，严重的还会造成人民生命、财产的巨大的损失。
4.4提供动态的检验效果
结构的板、梁、柱、墙的设计要考虑其他专业的相容性、相配性。如管道、设备不能和梁、柱相碰等。从实践中可知道任何工程都可以从形态上拆分为圆柱体、斜圆柱体、圆锥、圆台、斜圆台、球体、球冠体、圆形断面环体、矩形断面环体以及多面体等基本形体。为此，CAD制图中，可以在真色彩、真三维、光照的情况下，按物体的运动轨迹构造出一个虚拟的实体，在房屋中实时漫游，检查虚拟的实体与管道、设备、墙、梁、柱、门、窗等物体不发生碰撞，预先感受结构的空间效果，以便在发现问题的地方仔细端详、修改，直至满意为止。这给了工程设计师在设计工程提供非常有益的帮助。
4.5资料管理方便
CAD软件制作的图形、图像文件可直接存储在软盘、硬盘或刻成光盘存储，从而避免资料因受潮、虫蛀以及破坏性查阅造成的不必要损失，电子数据的保存年限可以延长至50年。一个设计院的整柜整柜的资料被几张光盘所替代，查找和管理都比较方便。
结束语
综上所述，在结构软件的应用过程中，可以为今后的应用带来参考，目的就是提高结构软件在土木工程设计实践课程中的应用的效果，本文总结了应用的方法和措施，可供参考。
参考文献：
[1]张志远，金新阳，陈岱林.基于英国规范的混凝土梁CAD系统的研制[J].建筑科学，2017（，12）.26
关于海工混凝土结构耐久性刨析和实际应用
张明军 张军
中交第四公路工程局有限公司
摘要：海工混凝土主要是应用在海洋环境、受潮汐影响比较大的如海口河流、盐碱化比较严重的地区。而已海洋环境应用最为广泛。随着我国沿海建设的不断深入，沿海海港码头、跨海大桥的建设。对混凝土抗海洋环境的侵蚀的要求越来越高。海工混凝土技术由最初的摸索阶段，逐步过度到目前相对比较成熟的技术。现就我对海工混凝土的一些理解心得进行刨析。
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关键词：海工混凝土 耐久性 氯离子侵蚀
1海洋环境的特点
海洋环境对于混凝土来说非常恶劣。大部分海水中含有约3.5%的溶解盐类。其中阳离子主要为Na+,My2+,Ca2+和K+。阴离子为Cl-,SO42-等。其中主要是氯离子以及海风海雾中含有大量的氯离子。
2混凝土说话产物与结构
2.1水泥的水化产物：
硅酸三钙:
3CaO.SiO2+6H2O=3CaO.SiO2.3H2O+3Ca(OH)2
硅酸二钙:
2(2CaO.SiO2)+4H2O=3CaO.SiO2.3H2O+Ca(OH)2
铝酸三钙:
3CaO.Al2O3+6H2O=3CaO.Al2O3.6H2O
铁铝酸四钙:
4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O=3CaO.Al2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.H2O
其中水化产物中水化铝酸钙占水化产物的约70%。氢氧化钙占水化产物的约20%，硅酸钙含量最大，是一种比表面积很大的多孔物质。含有胶凝空能物理吸附混凝土中的氯离子。而氢氧化钙可溶于水，与其他侵蚀的离子发生反应。如和My2+生成氢氧化镁，与SO42-生成石膏，与CO2生成碳酸钙等。而这些产物易在集料表面形成结晶取向，从而影响混凝土的稳定性、力学性能和耐久性。
2.2铁铝酸四钙六角长针结晶棒状晶体。当再与SO42-等阴离子反应时将转换成AFt，而使结构水量增加，比重减轻造成体积膨胀约125%，使混凝土产生内应力，从而使混凝土的稳定性降低开裂，影响混凝土的耐久性。
2.3水泥水化时，铝酸盐首先与硫酸盐反应生成硫铝酸盐，当存在氯化物时，铝酸盐只能与硫酸盐首先反应消耗掉铝酸盐之后，才可以与氯化物反应生成氯铝酸盐即C3Al2O3.CaCl2.H2O,一部分氯离子被结合，空隙溶液中的自由氯离子减少。
3混凝土结构
3.1空隙结构
根据施工经验及资料收集。混凝土的孔隙是混凝土拌和物和易性的优良的必须条件。但是如果孔隙利用不好对混凝土方强度有直接的影响。按孔径对强度的不同影响，将混凝土的孔径分为四类：
无害孔：孔径小于20nm
少害孔：孔径20-100nm
有害孔：100-200nm
多害孔：大于200nm
混凝土作为一种人造石材是由胶凝材料、粗集料、细集料、水、外加剂等材料按照一定的比例搅拌而成。其结构是有大的粗集料作为骨架，细集料和胶凝材料水逐级填充的密实结构。混凝土各材料在填充的过程中产生的孔隙率、孔径尺寸、级配、孔形貌、孔分布等被统称为混凝土的孔结构。孔结构不仅对混凝土的强度，而且对混凝土的密实程度都有影响。因此孔结构对混凝土的耐久性也有着重要的影响。优良的孔结构即低孔隙率、小的孔径与适当的级配、圆形的孔等是高强度和高耐久性的必要条件。
3.2界面过渡区
界面过渡区的结构和性质与水泥石有很大的区别，在厚度方向从集料表面向水泥石逐渐过度，因此被称为过渡区。其厚度为0-100nm过度层是由于水泥浆体中的水在向集料表面迁移的方向形成水灰比的梯度而产生的，从集料表面向水泥石本体水灰比逐渐减小，直到到达水泥石本体的水灰比；由于水灰比的差别，离集料表面越近，结晶体水化物越容易形成，而且尺寸越大；六方薄片结晶的CH以层状平行于集料表面取向生长。其取向程度随着离集料表面的距离增加而下降。因此界面过渡区的W/C高，孔隙率大，CH择优取向，是混凝土最薄弱的环节，从而降低混凝土的力学性能和耐久性。影响因素：集料的性质、胶凝材料的组成、水灰比等。
海工混凝土的界面特点主要是由于低水胶比和掺入外加剂与矿物细掺料带来的。如前所述，由于低水灰比提高了水泥的强度和弹性模量，使水泥石和集料间的弹性模量差距减小；掺入的矿物活性细掺料与氢氧化钙反应后，会增加硅酸钙和AFt(石膏和铝相矿物水化反应方生成物，及水化硫铝酸钙）,减少氢氧化钙的含量，并且干扰水化物的结晶，因此生成的水化物结晶颗粒变小，富集程度和取向程度下降，硬化后的界面过渡层的孔隙率也下降。为反应的矿物细掺料中大于1微米的颗粒作为增加的中心质，可加强骨架网络的作用，而小于1微米的微细颗粒对界面的填充作用也使过渡层更加密实。界面的加强表现在宏观上，就是这种混凝土受力破坏后，断裂面都穿过集料。
4海工混凝土的耐久性
4.1钢筋锈蚀
混凝土中钢筋的锈蚀一般是由于氯离子的存在而产生的电化学腐蚀引起的。水泥、矿物掺合料、外加剂中都含有氯。对钢筋有潜在的危害，应加以限制。根据收集的各方资料总计出：氯离子引起的钢筋锈蚀是引起混凝土结构破坏的和失效的首要因素。其中氯离子的来源主要有来自内部的原材料以及外部的水气中等。
4.2骨料的碱集料反应
其机理为骨料中含有SiO2等活性的物质反应出现混凝土结构膨胀，从而引起混凝土开裂破坏，外部的氯离子侵蚀破坏。其特点是：潜伏周期长。主要的预防措施为控制碱含量，禁止使用非活性集料。
5海工混凝土耐久性设计的方法
5.1提高密实性
减少混凝土内部空隙，提高混凝土的密实性，可有效阻断外部侵蚀离子进入混凝土内部的通道，从而提高混凝土方耐久性。
5.2组成优化
材料的组成和结构决定其性能，优化混凝土配合比组成可改变水化产物的物相、结构。比如：
5.2.1引入粉煤灰、矿渣粉等火山灰材料，可有效降低混凝土中CH的含量、降低CH择优取向的程度，是混凝土中最薄弱的环节—界面过渡区的性能能得到显著的改善。提高硅酸钙的含量，可以提高氯离子的吸附，含有较多的Al2O3能够发生化学反应，提高氯离子的固化，降低混凝土中自由氯离子的含量，从而提高混凝土的抗钢筋锈蚀性能。改善混凝土中的空隙含量及其分布结构，降低孔隙率，提高少害气孔和无害气孔的比例，增强混凝土的密实性。降低混凝土的水化温度以及由此引起的原始裂缝。
5.2.2掺加高性能外加剂：引入适量的微小独立气孔，降低连通空隙，减少侵蚀离子的便捷通道，降低水灰比，提高混凝土的密实性，有利于混凝土的耐久性。
5.2.3提高均匀性：海工混凝土的均匀性直接影响混凝土的力学性能、耐久性以及外观质量。
6海工混凝土的特点及质量控制
海工混凝土由于所处的环境恶劣，以高耐久性设计为目标，对原材料要求比较严格，复掺矿物掺和料，密实性能要求高（低水灰比）。
海工混凝土主要是通过掺加矿物掺合料和高性能外加剂，降低水灰比来实现高耐久性的。其特点如下：
水化产物：CH含量及其择优取向程度明显降低，硅酸钙的掺量明显增加，界面过渡区的性能明显改善。
工作性：粘度大，对水非常敏感，增减用水量对混凝土的工作性影响很大，对施工控制要求很高。
力学性能：早期强度、弹性模量发展缓慢，后期力学性能较高。
耐久性能：混凝土的水化产物与空隙结构优化，混凝土的密实性能好。
7海工混凝土的实际运用实例
鳌江四桥位于东海入海口，受潮汐影响较大，混凝土所处的环境比较恶劣。桥梁桩基设计为C35海工耐久性混凝土。配合比如下：
水泥：粉煤灰：矿渣粉：河砂：碎石：水：外加剂=205：62：143：746：1074：152：4.1
（水泥：P.O42.5海螺；粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰；矿渣粉：S95级；河砂：洞庭湖Ⅱ区中砂；水：青江水；外加剂：聚羧酸高效减水剂）
其技术指标如下：水灰比：0.37，砂率：0.41，水泥占胶凝材料的50%，粉煤灰占胶凝材料15%，矿渣粉占胶凝材料的35%，设计氯离子扩散系数为2.5。试验结果为2.2.满足设计要求。
参考文献：
[1]《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG/T B07-01-2006），中华人民共和国交通运输部，2006.
[2]《海港工程高性能混凝土质量控制标准》（JTS 257-2-2012），中华人民共和国交通运输部，2012.
论文作者:徐广来
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/24
标签：混凝土论文; 结构论文; 水化论文; 耐久性论文; 水灰比论文; 工程设计论文; 密实论文; 《防护工程》2018年第8期论文;