化学工业在土木工程的应用

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化学工业在土木工程的应用范文第1篇

关键词：工程化学;教学实践;教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）06-0150-02

工程化学课程是针对高等院校非化学化工专业本科生开设的公共基础必修课程，在工科大学生的知识结构体系中占据着重要地位，工程化学教学在专业培养中的定位是传授基础工程化学知识、健全学生的知识结构体系，训练学生掌握专业工程实际应用中涉及的基础化学知识和实验操作的技能[1]。工程化学课程从物质的化学组成、化学结构和化学反应出发密切联系现代工程技术中遇到的如材料的选择和寿命、环境的污染与保护、能源的开发与利用、生命科学的发展等有关化学问题，使学生掌握有现实应用价值和有潜在应用价值的基础理论和基本知识，促使学生在今后实际工作中能有意识地运用化学观点去思考、认识和解决问题[2]。因此，工程化学课程的学习对非化学化工专业学生的全面培养起到相当重要的作用。

由于高考化学课程所占比例有所降低，过去原本在中学化学课程中讲授的内容放到大学来进行学习，工程化学基础课程对于现在非化学化工的大学一年级学生来说，存在着内容多、学时少，新名词新理论多、跨度大等问题，学生学习起来普遍感觉吃力、抓不住重点、掌握不住方法[3]。因而，在大学里工程化学的教学就显得尤为重要。

新疆大学建筑工程学院自2014年通过国家教育部土木工程专业评估后，为提高我校土木工程专业学生的化学素养及基本化学实验能力，将工程化学课程教学课时从原来的28学时调整为36学时，并增加了10学时的实验课课程教学。因此，如何在这有限的课堂教学和实验教学中提高我院土木工程专业学生的化学素养，让学生能在今后的学习和工作中能够有意识地运用化学观点去思考、认识和解决问题，是摆在工程化学课程授课教师面前的紧迫任务[4]。对此，笔者结合我院土木工程专业讲授工程化学课程的经验，结合我院大一新生特点，根据工程化学课程的内容并结合土木工程专业后续课程内容的需要，对工程化学基础课程的教学方法进行实践与思考。

一、优化课程教学内容

目前，工程化学课程使用化学工业出版社出版的贾朝霞教授主编的《工程化学》一书，全书从物质的聚集状态、化学反应的基本规律、溶液的离子平衡等基础理论出发，结合了无机材料、有机材料、常用油品和化学与环境保护等内容，适用范围较广。

结合我院土木工程专业的人才培养目标，对工程化学课程的基本知识、基本原理、专业知识和技能知识的讲授比例进行了优化，在保证基本知识和原理内容的教学课时的基础上，通过增加课程学时的办法，较大比例地增大了课程的专业性和技能性。当然，要想在有限的学时数里让学生掌握工程化学课程中涉及的所有内容，这是不现实的。因此，就需要教师在有限的讲授课时中，让学生真正领悟到化学是一门与我们生活息息相关的科学知识，激发学生学习兴趣，进而产生一股潜在的驱动力让学生提高自主学习的能力，使他们愿意将其学好、学透。

工程化学课程相较于化学化工专业的普通化学课程而言，是让非化学化工专业学生从较为具体和实际的化学角度认识和分析解决工程技术中的问题，这是一种通向学以致用的途径。因而工程化学课程应该有明确的专业针对性。因此，在基础理论的讲解过程中，对于应用量子力学的知识去理解核外电子运动状态的这部分内容，这部分教学内容笔者认为应重思维而轻具体内容，只需要求学生对量子力学解决原子结构问题的思路即可。讲授过程中可以较为系统地介绍人类认识微观世界的发展过程，从道尔顿提出的原子学说到卢瑟福的含核原子模型，由波尔理论、鲍林规则到量子力学理论的产生后，人类是如何逐步深入的探究微观粒子的运动状态、化学键和分子结构。使学生认识微观世界的本质，了解和掌握波粒二象性、测不准原理以及化学键的成键本质;再从微观本质的基础上，进一步学习化学变化的宏观现象，介绍如何运用这些原理来指导实际的科学问题。如可以现代液晶电视中分子间作用力是如何被表征的;混凝土中减水剂分子是如何通过表面化学现象实现高减水的等等。这样可使知识的讲授环环相扣，也避免了枯燥的理论满堂灌。

二、实验教学内容的更新和完善

工程化学实验是工程化学课程体系的重要组成部分，是培养学生工程实践基本素质的一个重要环节，为将来运用工程化学知识解决和化学有关的实际问题打下一定的基础。以往工程化学课程的实验项目多为验证性实验，如化学实验仪器的基本操作、酸碱滴定等，实验内容比较单一，综合性和设计性实验项目偏少，不能有效培养学生综合运用化学知识解决问题的能力[5];并且对于土木工程专业学生来说也无法突出专业特点，与后续专业课程的学习衔接性不好。

目前，我院对工程化学实验课的开设提出要积极增加综合性、设计性和创新性的实验项目，压缩验证性实验项目的要求。对此，实验室将原有化学实验仪器的认识和电子天平的使用、双指示剂法测定混合碱液中组分含量、水质检验及水硬度测定、氧化还原与电化学、固体氯化铵生成热的测定等五个实验调整为化学实验仪器的认识和电子天平的使用、粗食盐的提纯、水泥熟料中二氧化硅含量的测定和金属的防护与防腐等四个与今后专业课程内容联系更为紧密的实验项目。而且我院在实验室规定的开放实验时间内，学生可以通过查阅资料、拟定方案、设计实验并和老师讨论后可进实验室进行实验项目工作的开展，让学生自我发挥的空间更大。

新开的实验课项目在满足实验的基础性和创新性的前提下，注重了实验的设计与综合。大学实验课较为强调作为主体地位的学生在实验过程要有发散性的思维，敢于试错。指导教师要尊重学生的主体地位，不能再以教师为中心或者以知识权威者的身份进行知识的灌输，而是把学生作为中心，围绕学生的特点需要，以帮助学生学习不断进步为目的，与学生商讨问题，解决问题，把工程化学实验室建造成为大一新生步入的第一个进行研究性学习的场所，让他们学会利用大学的有利环境，锻炼提高自身的专业能力、心理能力和社会适应能力。

通过实际教学发现，根据专业需求设置实验项目内容，在大一新生掌握他们所需的化学知识和实验操作技能的基础上，还可使他们对今后所学专业的应用前景有一个初步的了解。

三、课程考核方式的改革

当前，工程化学课程在大一入学第一学期开设，我院对于土木工程专业将其设定为考查课。这对于大一新生来说，考核方式与高中一场接一场较为狭隘的学习目标有所不同。大一新生对大学的学习抱有强烈的好奇心，但经过对大学课程的接触后就会发现大学教学内容、方式和手段与中学时有很大差异，对于长期习惯于学生和老师捆绑式的鸟儿喂食的教学方法的大一新生开始感到茫然，很难在短时间里找到适应大学阶段的学习方法。而工程化学课程内容多、学时少、跨度大，入学的大一新生往往稍不努力学习，就会感觉学习吃力。高考胜利所带来的良好感觉将逐渐消失，精神压力也感觉较大。对此，笔者认为在授课过程就应指出大学工程化学课程与高中化学课程学习的巨大差异性，其中，课程的考核方式不在是单纯依靠期末的卷面成绩，而是要更多考查学生自主学习能力、实践能力和创新能力等综合素质的评价。

考勤（5%）+作业（5%）+实验成绩（10%）+期终卷面成绩（80%）这种传统的理论课考核权重方式和大一新生高中阶段的学习考核方式相仿，比较侧重于终结性的评价，笔者感觉这种方式由于与高中学习考核方式的相仿而不利于调动大一新生的学习积极性;对此，我院工程化学课程考核方式调整为考勤（5%）+作业（5%）+实验成绩（10%）+期终卷面成绩（40%）+个人专题论文（20%）+团队创新实验（20%）这样六部分构成。考核方式的多元化改革是希望学生逐步提高自主学习和团队合作的能力，在这种新体系的考核方式中，更突出了过程性考核，有利于学生将来走向社会后的职业发展。

四、结束语

通过实际教学发现，化学作为一门与工程实践紧密结合的基础科学，不仅要让学生掌握好基础理论，更要让学生学会运用所学的理论知识思考、解决所面对的生产实生活中的实际问题。

由于当前工程化学课程设置的教学时数和实验课时数相对较少，有限的学时往往也限制了部分教学方法和手段的使用，这些问题和不足，笔者认为随着今后互联网的蓬勃发展，信息化建设水平的不断提高，今后可在网络教学平台上搭建出一个不受教学时间和空间限制并且教师与学生能够良好互动的24小时教室。

总之，工程化学课程的教学改革取得了一些成绩，积累了一些经验，但改革是一项长期而艰巨的任务，需要相关教师在当前学校以教学为基础、以科研为导向的政策支持下，付出更多的努力。

参考文献：

[1]吴芳辉.关于工程化学基础课程教学策略的探讨[J].安徽工业大学学报：社会科学版，2012，（29）：121-122.

[2]冉敬文，任乃林.《大学化学》教学经验与体会[J].广东化工，2009，（5）：214-215.

[3]王卫.基础化学原理教学改革探索[J].大学化学，2011，26（4）：21-23.

化学工业在土木工程的应用范文第2篇

我国土木工程也同样存在信息化建设问题。随着经济持续稳定增长，城市化进程加快，以青藏铁路、南水北调、西气东输、西电东送等为代表的一大批西部大开发和国家能源交通原材料基础设施项目，以北京奥运工程为代表的各大中城市的基础设施项目，还有量大面广的城乡住宅建设项目正处在建设之中，再加上我国已加入WT0，进入宽领域、多层次、全方位对外开放的新格局，实施迎接经济全球化挑战的大战略，土木工程作为国民经济的支柱产业，在这重要的发展机遇中肩负重任，必须把握住大课题，即土木工程的信息化建设，实现更高层次的技术创新和素质提升。

土木工程的信息化是用计算机、通信、自动控制等信息汇集处理高新技术对传统土木工程技术手段及施工方式进行改造与提升，促进土木工程技术及施工手段不断完善，使其更加科学、合理，有效地提高效率，降低成本； 实现土木工程的信息化将引起土木工程企业管理方式的深刻革命，必然推动企业团队的重组及施工流程的优化，促使企业管理理念和手段的革新； 土木工程的信息化是土木工程市场发展的高级阶段，必定融入现代物流业、电子商务业和信息产业，从而实现土木工程的高效益、高效率。

土木工程的信息化建设须致力建设三大系统。

一、建立土木工程设计、施工的技术和控制信息系统

信息技术是计算机、通信、控制及信息处理等技术的集成。应用信息技术系统及设备，现代建筑师可以充分直观地展示新时代的设计理念和建筑美学，可以尽情地表达大胆的创意和神奇的构思，超越时间和空间，塑造并优化创作成果，使其创作成果达到传统创作方式无法比拟的新境界。例如以模型为对象的三维协同设计模型，采用了模块化的模型设计技术，使得设计方法从平面设计走向模型设计，由于模型设计采用数据库技术和网络技术，从而实现了共享的集成化工作模式，设计人员（多专业）在同一个模型上工作，减少了不必要的条件传递和确认，信息资源得到了充分共享。这些信息资源将贯穿于工程项目管理的全过程（设计、采购和施工），图形由计算机系统自动产生，使得设计人员可以将主要精力投入到优化设计方案上，设计过程更为直观形象。而以可视化技术为基础的智能化设计环境，在三维模型设计技术的基础上，充分利用可视化技术以及面向对象的软件开发技术，以专家库、知识库为支撑，研究新的设计管理和设计模式，构造一个更易于操作、具备智能化的设计环境。目前许多工业项目的模型设计过程已初步应用了可视化技术，比如，实体建模，使设计过程更为直观有效，并易于修改； 可视化的设计校审，使校审更为形象，并可与设计深度交叉； 可视化的进度审核，将设计的三维模型与项目进度资源数据库相连，从项目进度资源数据库抽取信息来可视化地展现和分析项目管理的各种状态。

在施工中推广应用自动化控制技术，可有效地完成用传统控制方式难以实现的高难度施工项目。例如高层建筑的垂直度的控制； 大体积混凝土的施工质量控制； 预拌混凝土的上料自动控制； 采用同步提升技术进行大型构件和设备的整体吊装和安装控制、整体模具的爬升和大型脚手架的提升控制； 大型桥梁悬索受力的控制； 幕墙的生产和加工控制； 高温高压的焊接质量控制； 建筑物的爆破、整体搬迁、以及沉降观测和数据采集，大型工业设施的三维空间管线布局的计算机模拟等等。信息化技术将全面革新设计技术和施工技术，其应用领域将越来越广，应用程度将越来越深，建筑工业化水平将越来越高。

二、建立土木工程标准、行业管理、工程管理、企业管理的信息系统

信息技术是一项各行业普遍适用的高新技术，必须与行业技术有机结合方能发挥作用。为使信息技术在土木工程施工中规范、有序、健康、高效地向前推进，须准确高效地制定土木工程技术应用标准和标准化管理信息系统，及时修编标准，便于检索查询和管理有关标准，随时随地选用标准和对标准的执行进行检查验收，从而有效地推进标准化管理。

土木工程行业涉及的门类很多，例如土木工程、房屋工程、设备管线安装业、装饰装修业，以及相关的房地产业、勘察设计业、设备半成品、钢结构加工业等，包含的企业众多，构成了一个庞大而复杂的行业信息集合，其信息量非常大。没有一个规范有效的行业管理体系和高效的运作机制，将难以保证这个行业的各项工作健康、有序、高效地发展。传统的管理方式及信息处理手段难以实现这一目标。应用现代信息技术建立高效的行业管理、工程项目管理、企业管理方面的信息管理系统，可以方便有效地对行业的有关情况

进行统计分析，制定合理的产业发展政策、产业技术政策、产业发展规划和发展战略提供了全新的条件与可能。目前，信息技术的应用已使得全球产业信息的获得非常便利，可非常方便地在国内国外两个市场同时研讨，掌握人类最新管理成果，使得作为人类生存和发展密切关联的土木工程业的管理提供了前瞻性、战略性和更为科学的依据，使建筑行业管理上一个新的水平。

信息技术给实体的数字化、时间的缩短、空间的缩小，对实体本质的把握更为科学，工程项目的单件性、时代性、环境性、多要素性决定了项目信息的大规模性、变动性、多门类性，信息技术使工程成为数字工程。而数字工程的建立，使工程管理进入新阶段，包括项目融资拓宽渠道、项目策划优选优化、项目设计电脑化，项目施工管理中运筹学在工期控制上的应用，多因素分析在质量控制上的应用，动态进行投资分析等。信息化使工程管理档案化、数字化、动态化，为工程的策划和融资、设计、施工、运行和维修等全过程的管理提供便利的条件、全新方法和手段。

信息技术实现更宽范围的人力资源管理，更准确的会计管理、成本管理、融资管理、投资管理，更优化的决策管理、计划管理，更高效的项目施工管理。信息技术也使建筑师、结构工程师、监理工程师以及项目经理的信息更为丰富，为新产生的团队合作关系甚至跨国的伙伴关系提供了前提。高技术的办公环境，促进新技术的采用和人力管理理念的创新，对更有效地提高生产率提供了可能，也促进了企业文化的升级。

关于工程项目管理，正如山西太原化学工业设计院于万里同志的文章《从国外工程项目管理软件看国外工程项目管理》所言：工程项目的管理是一个多目标、既分别独立又相互联系的，多工序、多复杂又庞大的系统工程。一个大型复杂的工程项目的管理实际上就是利用能够控制的资源（人力、机具、材料、资金、工期）在一定的条件下对一个既定目标（进度、质量、费用）进行科学的计划和以更多的定量数据做深入动态分析，对于工程实施有效地调整控制，以尽可能小的投入，获得最大的效益。工程项目的管理必须依靠整套先进的管理理念，这种管理在国外的工程项目管理软件中体现得淋漓尽致。这些软件的基本功能主要有：

1.项目计划的编制。

在工程项目的招投标阶段以及中标授标之后的合同条件都要求承包商编制切实可行的“细化的施工进度计划”，对工程进行详细的剖析。软件对一个工程项目的所有任务做出精确的时间安排，同时还对完成任务所需要的原材料、劳动力、设计和投资进行分析和比较，在千头万绪的任务中找出关键要紧的任务（关键线路）以及对任务做出合理的工期、人力与物力、机具等资源的安排。

2.项目跟踪过程。

软件对于工程进度能够进行动态管理和控制，它要求项目各级管理人员根据所制定的计划和目标，要在项目实施的过程中对影响项目进展的内外部因素随时在施工过程中进行及时、连续、系统的纪录和报告并输入计算机，也就是真实、实时地反映工程进度，分析工程进度数据，及时反映工程项目的变化。

3.项目的分析、控制与优化。

由于管理软件实现了广义的网络技术，项目管理者根据跟踪提供的信息，对比原计划（或既定目标），找出偏差，分析原因，研究纠偏对策，实施纠偏措施。软件不但考虑时间问题还根据资源和费用进行分析求得一个时间短、资源耗费少、费用低的计划方案，并通过软件进行网络计划的优化，也就是利用时差不断改善网络计划的最初方案使之获得最佳工期、最低费用和对资源的最有效利用。软件有对工程数据与作业活动的强大过滤功能，将现行计划执行情况与目标计划进行数据库比较，然后再将滞后于目标计划的所有工作活动过滤出来，进行单独的追赶或特别跟踪。对于发现工期滞后的工作项目及时地采取补救措施，制定相应的追赶计划。对于现行超前于目标计划的工作可有意识地放慢部分超前工程项目的施工速度来降低工程成本或使总体计划更趋于合理。

三、建立土木工程基于互联网的方案优选、施工招投标、材料设备采购、人才招聘的企业商务贸易信息系统

互联网正在逐步深入土木工程，既在提供信息服务方面发挥越来越大、越来越广泛的作用，同时又为设计方案、施工组织方案、技术措施方案、种种合作方案有效进行比较，高效进行优化，将大大提高企业的决策能力和水平。

通过电子邮件、互联网传递，使建筑项目和承建商、材料供应商的信息沟通有效克服招投标过程中的信息不对称状态，同时增强透明度，推进公开化，网上招投标相当规模业务的开展将会更加规范市场行为，提高工作效率，降低工作成本，使招投标的竞争在更广范围更高的层次上进行。

电子商务对建筑材料、机械设备、机具的采购显得更为宽范围、广领域，甚至会进入货物及其流通的细微部分，使需求方对货物的质量、价格、生产方式、供货方式、市场信誉有更深入的了解和透彻的把握。网上交易为提高效率、降低交易成果、监督交易全过程提供了可能，同时还为买卖双方的合作经营伙伴关系起主导作用。对不正当竞争行为、诚信失缺行为进行有力遏制，促进市场健康发展。

人才上网，网上各专业专家组在网上会诊技术难关和质量难题，对土木工程人力资源开发提供巨大的力量。也可以说，现代建筑企业更加依赖网上技术研发，依赖网上人才库，只有这样，才有可能使企业做大做强。

利用项目管理信息平台、电子邮件、视频会议系统三种体系，为项目提供了一种先进的现代化信息传递和交换手段，使项目信息共享更及时、更灵活、更广泛，并具备了实施异地交互讨论的环境，参与项目的人员在世界范围内的任何地方都可以方便的查看项目管理信息，总部管理人员也可以同时访问其他地方项目管理信息，随时了解项目总体情况，通过这个数据库把公司本部、公司分部、施工现场、分包商等紧密地联系在一起，创造了一个异地协同工作的环境，并可实施异地指挥和控制。

土木工程的信息化，既包括建筑管理的信息化也包括建筑技术开发的信息化，建筑管理的信息化应在三个层次上展开，即在土木工程行业管理信息化、工程项目管理信息化、土木工程企业管理信息化。土木工程行业管理信息化是根，体现了行业的经营特性和行业的市场特点； 土木工程企业信息化是杆，必须建立在对行业深层次的了解上，必须符合行业运作规律； 工程信息化是果。

化学工业在土木工程的应用范文第3篇

关键词：土木工程；结构设计竞赛；MIDAS；结构优化

中图分类号：G6424文献标志码：A文章编号：10052909（2016）03015604

土木工程专业是实践性很强的学科。改革开放以来，随着我国大规模基本建设的开展，对土木工程专业人才的需求迅速增长，开办土木工程专业的高校已由最初的“建筑老八校”增加到迄今为止的362所学校，土木工程专业的师生人数在各个高校的工科专业中也达到了最多[1]。土木工程学科的规模建设满足了我国对工程技术人才的需求，但在土木工程专业人才的培养过程中也暴露出诸多问题，如缺少创造性，动手实践能力差，团队协作意识欠缺。造成这些缺陷的原因是多方面的，但教育培养模式首先值得反思[2]。土木工程专业的学生是作为未来工程师来培养的，要使其能成为一名优秀的工程师，社会责任和人文情怀的培养固然重要，但最重要的素质应该是创造精神、动手能力和团队协作意识。为了培养这些素质，仅靠高校常规的教学环节是不够的，组织开展大学生结构设计竞赛是一个很好的补充培养平台[3-4]。

一、 湖南省大学生结构设计竞赛

湖南省大学生结构设计竞赛是在原省建设厅主办的土木建筑类大学生结构模型创作竞赛基础上发展而来的，现由湖南省教育厅、湖南省住房和城乡建设厅联合主办，由湖南省建设人力资源协会和湖南省高校轮流承办，是湖南省教育厅重点支持的学科竞赛之一。从2012年到2015年，湖南省大学生结构设计竞赛已成功举办了四届，其宗旨是：通过专业知识的综合运用，多方面培养大学生的创新意识、创新设计能力、动手实践能力和综合素质，加强高校间的交流与合作，并推荐每届的第1名参加全国大学生结构设计竞赛。从已举办的四届来看，规模是越来越大，特别是通过网络媒体的宣传展示，其影响力在湖南省各个高校土木工程学子中更加深入人心。各届竞赛概况见表1。高规格、高层次的结构设计竞赛为培养国家创新型人才起到了推动和促进作用。对于参赛者来说，结构竞赛是一项高难度的创造性工作，无论获奖与否，学子们都能从挑战中领悟到结构设计和团队协作的真谛，受益终生。

二、 结构分析软件

结构设计竞赛中有三个方面的工作非常关键：概念设计、优化分析、模型制作。这三个方面相互联系，各有侧重。从概念设计出发，结构优化分析宜采用简化的手算为主，但由于竞赛的残酷性，决定比赛名次的结构重量或位移往往以克或毫米来计算，这就使参赛者不得不借助高层次的有限元结构分析软件对结构模型进行优化分析。目前我国国内常用的结构分析软件有ANSYS、SAP2000、MIDAS等。从土木工程的发展趋势来看，结构规模越庞大，所面临的结构设计问题越复杂，计算机辅助分析在工程结构中的应用越成熟、普遍。土木工程的学生除了要掌握常用的设计软件（如PKPM、盈建科），深入学习几种有限元分析软件，将对今后从事工程设计和研究工作大有裨益。

上文提到的ANSYS、SAP2000、MIDAS这三种软件都由前、后处理模块以及分析计算模块组成，核心部分均为分析计算模块。ANSYS软件由美国ANSYS公司研制，可求解结构、流体、电场、磁场、声场、碰撞问题，功能强大，单元库丰富，应用面非常广泛，但并非专门针对结构专业，初学者不易掌握，用其来做结构竞赛的优化分析显得大材小用[5]。SAP2000程序是由Edwards Wilson创始的SAP系列程序发展而来的，主要适用于模型比较复杂的土木工程结构，如桥梁、建筑、大坝、海洋平台、发电站、输电塔等，是被广泛使用的结构分析软件之一[6]。SAP2000图形界面的各种功能菜单并不直接显示，有些功能菜单隐藏较深，需要一定的使用经验才能灵活应用，所以本科生上手也会慢一些。MIDAS Family Program由韩国开发，中文版由北京迈达斯技术有限公司开发，其软件包中的MIDAS/CIVIL、MIDAS/Gen是主打软件，界面比较人性化，相对容易上手[7]。其中MIDAS/CIVIL是土木工程结构专用分析与优化设计系统，除其他荷载选项外还有移动荷载选型，特别适合于桥梁结构的分析。MIDAS/Gen是通用结构分析与优化设计系统，适合于一般性的空间结构分析，简单易学。MIDAS/CIVIL和MIDAS/Gen的单元类型基本相同，操作思路也基本相同。对比分析目前国内常用结构分析软件的特点，MIDAS是指导大学生进行结构模型优化分析的一个很好工具。

三、 MIDAS建模分析基本流程及关键要点

采用软件进行比赛模型的结构分析，最大的优势就是分析效率高，建一个模型，可以通过改变截面尺寸参数或增减基本构件而得到同类型结构体系的一系列分析结果，特别适合比选优化设计。但必须强调的是，千万不能将全部希望寄托在软件的结构分析上。大量竞赛结果表明：只要有好的概念设计，结构选型巧妙，同时又重视模型的构造制作问题，即使只通过手算分析也可以取得好的成绩。与此相反，若不注重概念设计，结构选型不合理，不重视模型的构造制作问题，即使采用软件分析也难以取得理想成绩。除此之外，还要注意的是，由于软件提供的单元、构件截面和支座约束类型有限，要建立与实际结构及加载完全吻合的模型不切实际，此时结构简化、构件截面及加载等效处理显得尤为重要。下面以2015年第四届湖南省大学生结构设计竞赛作品为例，介绍MIDAS/Gen在结构优化分析中的应用。

（一）竞赛作品及其背景介绍

第四届竞赛要求按比赛规程制作一个三层竹质房屋结构模型。竖向加载，除底层外，二、三层楼面和屋面竖向荷载每层均为2个10 kg砝码；水平加载，采用吊挂加载，加载点设定在屋面，通过钢丝绳和滑轮连接，下挂钢结构托盘，以施加150 kg水平侧拉力。要注意的是这个水平侧拉力不通过结构的扭心，所以结构模型最终要受到竖向砝码、水平侧拉力以及扭矩的作用，如何评估这三个荷载对结构所产生的作用效应是模型设计的关键。结构评分按计算书及设计图10分，结构选型与制作质量10分，加载试验80分计算，以总分高低排名次。赛题已在网上公布。

关于框架结构的复合受力设计，最重要的是做好概念设计和结构选型，其次才是数值计算，也就是说概念设计和结构选型是数值计算的前提。本次竞赛最大的亮点在于考察学生对复合受力情况下结构竖向承载力、结构抗侧移和抗扭转能力的认识深度。为了获得较好的竞赛成绩，在能施加竖向砝码的前提下，追求最轻的结构、最大的结构抗侧移和抗扭转能力是正确的方向。为此本校竞赛模型选用带悬挑平台的格构式结构，通过增设悬挑平台来满足比赛规程对水平投影的要求，以及用来堆积砝码，采用下大上小、逐渐收拢的格构式结构来承受水平侧拉力和扭矩。三维模型如图1、图2所示。

（二） MIDAS建模分析基本流程及其关键要点

（1）网格建模。直接用MIDAS/Gen网格建模，也可采用AutoCAD画好结构空间网线图后，将其文件选存为DXF文件并导入MIDAS/Gen。本校竞赛作品三维观察线图及实体图分别见图1、图2。

（2）定义材料和截面特性。竹材按匀质各向同性考虑，弹性模量取1×104 N/mm2，抗拉强度取60 N/mm2，容重取9.3×10-6 N/mm3。构件截面库若无实际模型所需截面，根据等效原则对实际构件截面进行等效。

（3）建立构件单元。实际结构杆件之间主要采用胶结连接方式。为简化计算，采用梁单元模拟所有构件，假定所有构件之间刚接。

（4）定义边界条件。实际模型柱脚采用压条将两根基础大梁的悬挑段嵌固约束，为此建模时将两根基础大梁的悬挑端面所有节点嵌固。

（5）荷载定义与输入。二、三层砝码堆放在悬挑平台上，建模时将砝码重量简化为线荷载施加在悬挑平台的两根悬臂梁上。屋面砝码重量简化为集中荷载，均匀施加在四根角柱上。

（6）结构分析。结构分析可由MIDAS/Gen自动完成，操作相对较简单。

（7）静力分析成果。作为结构竞赛常用到的静力分析成果有反力、位移、内力、应力分析结果图表以及输出文本结果。限于篇幅，这里仅举本校竞赛模型中的支撑杆件应力分析图来说明结构优化分析的意义所在。各个框架面支撑杆件的轴向应力分析结果如图3所示，绿色为压杆，黄色为拉杆。通过图3能清楚知道各个框架面支撑杆件的拉、压受力情况，供模型制作参考。其中，图3（c）、（e）所揭示的支撑杆件拉、压杆受力规律，主要由扭矩控制，对于这一点学生在模型制作中很容易发现。问题在于要弄清楚承受侧拉力与扭矩的左右两个框架大面支撑杆件受力规律，对于学生来说难度较大，下面结合图3（b）、（d）进行阐述。左视面支撑杆件拉、压杆受力都很大，因为水平侧拉力与扭矩在支撑中产生的拉、压属性是重合的。右视面支撑杆件拉、压杆受力非常小，因为水平侧拉力与扭矩在支撑中产生的拉、压属性完全相反，彼此相互抵消，对比扭矩引起的支撑杆件应力，水平侧拉力引起的作用效应明显更大。此时，软件分析结果对模型左右两个框架大面拉、压杆属性的确定和杆件截面优化设计起到了非常关键的作用。

在以上模型的有限元分析中，并未涉及任何绝对位移、应力或其他响应的具体数值，因为有限元模拟主要用来进行模型定性分析，要想进行定量的精确模拟是比较困难的，也不现实。可见，有限元分析在结构大赛中的重要作用，但是最关键的环节还是后期的模型制作。

四、 结语

通过对比分析目前国内常用结构分析软件的特点，MIDAS是指导大学生进行结构模型优化分析的工具。以第四届湖南省大学生结构设计竞赛为背景，以我校参赛作品为例，总结了MIDAS建模分析基本流程及其关键要点，供模型比选、结构优化设计参考。

图3竞赛作品结构模型轴向应力分析图参考文献：

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[2]祝明桥，霍海强，赵文武，等.基于学校工程环境实现土木工程专业实践教学信息化[J].当代教育理论与实践，2009（4）：71-73.

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[4]程涛.结构模型竞赛与土木工程应用型人才的培养[J].实验技术与管理，2010（5）：133-136.

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化学工业在土木工程的应用范文第4篇

【关键词】易碎；弹性；破裂；扎伤；新材料

时至今日，玻璃已渗入我们生活的方方面面。在1959年，加州理工学院Duwez教授研究组才首次制备出了Au-Si金属玻璃。起初，人们无法接受这一合金。但是玻璃以其独特的高度透明性、机械强度高、重量轻、易于加工等优点打入建筑业、交通运输业、航空航天等重要行业。但是，在每次事故中，玻璃易碎的缺点都表现地淋漓尽致。2011年4月，深圳的百富大厦玻璃幕墙爆裂事件频发，同年5月18日，上海市在一天内发生3起高楼玻璃幕墙坠落事件。在我们日常的生活中，玻璃就像禁忌一样，可远观而不可亵玩焉。现在玻璃技术的发展动向均偏向与世界的大走向，一是材料（原片的大、薄、厚、白），二是技术（高强、隔热、耐火、安全、阳光控制、隔音、自洁等）。但是就克服玻璃易碎的缺点只是在强度方面进行了深入的研究。

随着大家生活品质的提高，玻璃又有其透光的优点，用于建筑的玻璃总量越来越多。像玻璃幕墙、玻璃屋顶越来越常见。而且随着发展的要求，玻璃的强度也越来越高，但是在建筑中依然不可避免的会有玻璃的破碎。在房屋建筑中，玻璃的作用不是承重而是围护。每次有建筑发生的时候，现场总是有许多玻璃碎片，这不仅是对玻璃的浪费，也加重了事故的危害。玻璃的破坏是由于外界作用于玻璃表层的张应力超过玻璃强度允许范围，玻璃发生破裂；在热的作用下，玻璃表面形成不均匀的温度场，在玻璃中形成热应力，当超过玻璃强度允许范围时发生炸裂；安装过程中受到损伤产生的裂纹引起的破裂以及地震、冰雪等因素作用引起的破裂或者炸裂。不难发现，破碎的玻璃有非常锋利的棱，在掉落的时候还会划伤甚至致亡。这是在追求玻璃强度的同时，忽略了玻璃的弹性甚至没想到玻璃也是有弹性的。

毋庸置疑，玻璃的弹性是存在的。在初中物理实验中就有证明玻璃具有弹性实验。过程是这样的在一个玻璃瓶中注满水（最好是有颜色的），然后用塞子将瓶盖住，再将一个透明吸管插入瓶中，在温度不变的条件下对瓶子进行围压。不久就可以发现吸管中的液面升高。这表明玻璃瓶的体积发生了变化，也就证明了玻璃具有弹性。但是我们并没有从玻璃的弹性出发去研究玻璃，而是一味的追求玻璃的强度、刚度。却不曾研究增大玻璃的弹性，降低玻璃的脆性。

玻璃的弹性是可放大的，而且增大玻璃的弹性有利于扩大玻璃表层的强度。在初高中的化学中，我们认识到了，玻璃的主要元素是Si。纯净的石英玻璃的主要成分是SiO2，而我们用的普通玻璃的主要成分是硅酸盐。我们根据自己需要，在制作玻璃的过程中加如一些有色金属，制成有色玻璃；用高科技工艺侵蚀玻璃表面，制成喷砂玻璃；将玻璃表面镀膜（新材料），制成低辐射玻璃；甚至利用电致变色原理制成的智能玻璃等等。可见科技的发展促使着玻璃性能的提高，在玻璃的世界里没有不能只有不敢想。新材料的发展更是不可小觑。材料也是在我们的身边无处不见，甚至在我们看不到的地方发挥着无可替代的作用。如果研究一种新材料与硅酸盐结合，通过新技术新工艺的调和，使得新制成的玻璃即具有普通玻璃的优点又具有适宜的弹性，那么就可以从根本上克服普通玻璃的易碎的缺点。

弹性玻璃的使用可以像夹层玻璃（在两块玻璃之间夹进一层聚乙烯醇缩丁醛为主要成分的pvb中间膜）有效防止碎片扎伤和穿透坠落事件的发生，确保了人身安全。但是弹性玻璃只需像普通玻璃一样一层即可，相比于夹层玻璃节约材料。在建筑业，尤其是玻璃幕墙发展极快的今天，弹性玻璃的使用可以减少因为撞击和热作用引起的温度不均匀造成的玻璃破裂和炸裂。当然，在交通运输业，即汽车玻璃，在有遮光防晒的作用基础上增加弹性，那么事故发生时玻璃不破碎或者少许开裂，就会减少对人员的第二次伤害。在航空航天业，由于太空特殊的特殊环境，所以需要玻璃有特殊的功能，由于摩擦产生的热容易引起温度不均匀引起的炸裂，弹性的提高脆性的降低，使得允许的应力范围得以提高，等等。

我国的国情需要各种行业的进一步发展，弹性玻璃的研究将与生态文明接轨。假想一下，一个玻璃杯摔在地上，与地撞击的结果不是碎片而还是那个杯子，这就避免了浪费与污染；汽车发生相撞事故，车上的玻璃没有破碎，那么就避免了碎片对车主的扎伤，减少车祸对车主的伤害；地震时，房屋一旦摇晃，玻璃便会破碎坠落，因为碎片小不受各种保障结构的阻碍，所以它是第一时间对正在逃生的人造成伤害的，如果玻璃是弹性的，那么随着建筑结构的失稳它也变形而不马上坠落，这就为逃生减少了障碍。可见弹性玻璃的优点主要表现在低浪费、低污染、低成本、低伤害等现实优点，所以弹性玻璃的研究是必要的。弹性玻璃的研究将改善我们的玻璃环境，其应用所产生的社会价值和现实意义是不可估量的。

参考文献

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化学工业在土木工程的应用范文第5篇

[关键词]纯碱生产 氨碱法 废液废渣 治理 利用

中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）07-0013-01

引言

在化学工艺中， 环境友好型的生产已经成为目前的主流，传统的生产纯碱的过程中，会产生大量的废渣和废液，对环境的影响较大，因此，对氨碱法纯碱生产中废液废渣的治理和综合利用，不但可以降低环境污染，还可以进一步促进生产和谐。

1.废液的产生和组成

随着我国经济的发展，工业企业在进行纯碱生产时提高了生产质量和技术。 在进行纯碱生产的过程中， 由于生产技术决定了生产特性，所以，生产量和废弃物的排放量形成了一的比例。

1.1 氨碱法纯碱生产工艺

生产过程为 CO2的制备；盐水制备主要是氨盐水，再通过氨盐水和碳酸进行重碱的制备和过滤； 对重碱进行烧制得到纯碱；把氨进行蒸馏并且回收。 要保证氨能够进行必要的循环作用，把重碱和石灰乳进行蒸馏并收集氨。

1.2废液PH值是12，密度在111t/m3。由于各种原料来自于不同的生产厂家，所以，需要根据情况来确定，具体数据见表1。

2.目前国内废液处理的方法

2.1 废液处理工艺

我国纯碱生产有较大的规模，因此生产排出的废弃物数量规模比较大， 并且我国纯碱的生产离海边很近，企业都在沿海一带，选择海边位置的主要原因是方便废液的排放，能够及时的处理，不影响生产环节。对于碱渣，企业需要进行废渣厂的建立。在进行废液的处理时，首先把废液输送到坝内，使废液进行沉淀，再经过碳化和浑浊度指标的检测，检测合格后才能够排放到江湖中。

2.2 废清液利用

纯碱生产排除的废清液有很大的用途，它是生产氯化钙最为主要和最为重要的原料，企业可以把这种原料给其他需要的企业进行氯化钙的生产，因此这种原料没有对外排放，比如，很多集团纯碱厂生产排除的废液不但用于附近厂生产氯化钙之外， 而且还和盐场保持必要的合作关系， 采用废清液来代替海水进行食盐的晒制，与此同时，还可以生产出钙液。 废清液中含有大量海水中的化学元素，所以，它不但可以进行食盐的晒制，而且能够在很大程度上提高盐的质量。

3.氨碱法纯碱生产中废渣的综合利用

废渣我们在生产中简称为白泥，是由于在蒸馏回收氨工序中精致的过程中， 废渣的危害较大，对于生产过程中有较大的腐蚀性，由于 PH 的值较高，因此国内对于废渣的堆积不仅会导致土壤的碱化，而且随着自然生态的循环， 破坏海洋的生态平衡，对于陆地交通运输业会造成非常大的影响。 因此在生产纯碱的过程中，必读对废渣进行有效和合理的利用。

3.1 超细碳酸钙生产建筑材料

水泥的主要原料是钙质原料（如石灰石）、硅质原料（如硅石）及铝、铁质原料，由于在废渣中碳化钙的含量非常高，并且还有其他一些常见的金属化合物，因此在生产过程中完全可以作为硅酸盐水泥的材料。 国内进行了以碱渣和煤矸石、粉煤灰为原料生产矿渣水泥和粉煤灰水泥，强度基本上可以达到国际水准。

当然， 在制备水泥的过程中也会出现一定的问题， 例如碱渣中含有非常多的可溶性绿湖雾，这些含氯量较高的氯化物在水泥中运用，导致水泥容易吸水，甚至钢筋也会产生腐蚀，因此镁盐对于水泥的品质影响较大，并且包裹在矿物质之中， 容易导致建筑物强度降低，出现开裂或者是崩溃的风险。 此外废渣可以直接参与建筑土木工程中的运用。

3.2 化工方面的运用

由于在废渣中含有主要成为为钙和镁的化合物，因此可以对废渣进行回收和提炼， 从而得到一些深度的钙、镁化工产品。 此外， 由于碱渣中含有碳酸钙和碳酸镁， 因此可以作为制砖的材料， 目前我国内已经有了这项技术， 碱渣在环保领域中也有非常大的作用，例如煤燃烧产生的烟气中含有一定量二氧化硫， 在排放大气环境之前必须进行脱硫处理，目前国内一般采用石灰石（石灰）一石膏湿法烟气脱硫工艺， 即将石灰石或石灰做脱硫吸收剂， 在吸收塔内， 烟气中的 SO2与浆液中的 CaCO3 进行化学中和反应生成石膏，SO2 被脱除。 碱渣在农业方面也有所用途。

4.结束语

综上所述，本文重点对氨碱法纯碱生产中废液废渣的性质进行了详细的分析，根据纯碱生产中废液废渣性质，针对工业，环保业以及农业中的需要，将废液和废渣进行处理后直接运用到其他行业， 不仅能够降低排放对于环境的污染， 还能够起到资源节约和再利用，有利于我国环保型社会的发展。

参考文献

[1] 关云山.氨碱法纯碱生产中废液废渣的治理和综合利用[J].青海大学学报.2003（04）.

[2] 茅爱新.氨碱法纯碱生产中废液及碱渣的综合利用[J].化学工业与工程技术. 2001（02） .