全国大学生结构设计竞赛赛题研究及建议

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1、全国大学生结构设计竞赛赛题研究及建议摘要：全国大学生结构设计竞赛每年举办一次，其在大学生科技类比赛中的作用越发明显，该赛事对土木建筑类大学生创新能力、工程实践能力及综合运用能力培养有着无法替代的价值。文章通过对历届全国大学生结构设计竞赛赛题的分析与探讨，指出其赛题内容及组织工作尚需完善之处，对未来结构设计大赛的发展方向提出了几点思考和建议。关键词：结构设计竞赛；创新能力；结构概念与体系中图分类号：TU318-4文献标志码：A文章编号：1005-2909(2012)03-0148-035全国大学生结构设计竞赛（以下简称“大赛”）作为教育部指定的九大大

2、学生学科竞赛之一，从2005年至2011年，已在浙江大学、大连理工大学、同济大学、哈尔滨工业大学、东南大学举办了五届，大赛题目涉及高层建筑结构、桥梁结构、发电塔、体育场悬挑结构、多层房屋结构抗震等，在培养大学生创新能力、工程实践能力以及综合运用能力方面发挥着重要作用，同时也进一步促进了师生之间的交流。大赛自举办以来，只经历了七年五届比赛的考验与磨练，在赛题遴选、出题思路、涉及内容、设备仪器选用以及组织工作上仍需改进和完善［1］。文章通过对往届参赛学生的调查座谈和笔者指导大赛的亲身经历，指出往届比赛赛题的不足之处，提出几点对未来结构设计大赛的建议，希

3、望能为大赛命题者及大赛未来发展方向提供有益参考。一、结构设计竞赛赛题反思（一）涉及专业过广全国大学生结构设计竞赛的取题范围一般涉及结构工程、岩土工程、市政工程、桥梁与隧道工程、防灾减灾工程等土木工程学科，与本科生学习的理论力学、材料力学、结构力学、流体力学、抗震设计原理、结构设计原理等专业课程息息相关［2］。大赛目的是通过比赛形式促进学生更扎实地掌握专业基础，提高灵活应用知识的能力，加深对结构概念与体系的理解，从而培养出适应时代要求具备创新能力和工程实践能力，结构概念清晰的土木工程专业人才。第二届和第三届大赛赛题总体思路明晰，但有部分内容超出土木工

4、程专业本科生的学习范围。5第二届大赛要求学生利用白卡纸设计制作出两跨双车道桥梁模型，通过行使两辆重量相同的加载小车来检验模型的承载力和刚度［3］。在各高校校内选拔时加载小车的制作与匀速牵引成了难点，土木工程专业学生需要学习机械专业和车辆专业的知识来完成小车模型的精确制作和加载时的匀速牵引，这无疑增加了比赛的难度，超出了参赛学生的能力范围，导致学生大部分精力投入在研究加载小车上而非模型的设计与优化。第三届大赛要求学生利用木材设计制作出定向木结构风力发电塔的塔身和叶片，以发电塔发电功率和塔顶刚度作为评分的主要标准。土木工程专业学生普遍已不选修电工学等电

5、力方面课程，对发电功率的计算公式没有明确的概念，理解运用起来较难，对叶片结构形式、叶片数量、叶片安装角度三者与发电功率之间的关系只能通过不断地摸索与实验来探求，此时大赛已转变成了对其他领域的探究性实验而非土建类创造设计竞赛，大赛的宗旨和比赛意图得不到良好的体现。因此，第三届大赛的关键之处应在于塔身的制作，而非影响发电功率的因素。通过塔身的结构形式、杆件截面、节点构造能很好地体现学生对专业知识的掌握程度和对结构概念的理解认识。（二）涉及内容偏深全国大学生结构设计竞赛的参赛主体是本科生，主要以大二、大三学生为主。该阶段学生正处于学习土木工程专业课程的阶

6、段，对结构概念与体系的掌握比较浅显，还很难灵活运用，对软件的应用更是肤浅的机械操作，不明其原理。大赛命题时必须充分考虑参赛对象专业化水平低这一客观实际，制定既符合参赛对象水平，又能引发学生研究兴趣，提升学生自主学习能力的赛题。5第五届大赛主要要求学生利用竹片制作出多层房屋结构，检验其在加载重物块和水箱工况下的抗震性能。出题思路清晰明确，主要考察学生对水平体系和竖向体系的理解和运用能力，以及对抗震设计原理这一课程的掌握程度。但总体上赛题偏难，涉及到研究生阶段才学习的β控制，本科生很难理解，对振动台输入振动波和结构的输出响应，多数本科生理解起来也十

7、分吃力。因此，大赛转变成了考察教师能力与水平的工具，某种意义上变成了衡量学校土木工程专业教师队伍与师资力量的标尺，本科生的作用是实现教师的设计思路，学生对教师的依赖过于强烈，没有教师的指导很难实际操作，即使能制作出模型，也没有经过结构抗震的思考，失去了主动思考和钻研的能力，不利于学生的自主创新。这显然违背了结构设计竞赛的初衷，失去了比赛的意义。（三）参赛成本较为昂贵5纵观五届全国大学生结构设计竞赛，除了第一届和第二届所用加载设备和量测设备较易获取外，其他三届比赛加载设备和量测设备都比较昂贵。第三届大赛所用发电机，第四届大赛所用激光位移计，其价格均在

8、万元以上，而第五届大赛所用振动台的价格高达十万余元。这样高的参赛成本导致一般院校只能放弃实验设备的购入，校内选拔赛采取近似