CN110992811A - 一种土木工程实践教学的多功能工作台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土木工程实践教学的多功能工作台，包括箱体和设于箱体顶部的土工模块，土工模块包括地下空间底板、桌面盖板、隔板、支撑柱和桌面侧板，地下空间底板固定于箱体顶部，支撑柱可拆卸的安装在地下空间底板上，大量支撑柱阵列安装在地下空间底板上形成支撑结构，桌面盖板安装在支撑柱顶部，用于在桌面盖板和地下空间底板之间形成建筑物的地下空间，桌面侧板可拆卸的安装于地下空间底板上部四周，形成地下空间的侧壁；箱体侧部设有可以打开的侧门，用于存储桌面盖板、隔板、支撑柱、桌面侧板以及建筑模拟材料。利用本发明可以进行土木工程实践教学，使学生充分了解各种工程的施工流程，巩固学生的专业知识，培养学生的专业素养。

Description

一种土木工程实践教学的多功能工作台

技术领域

本发明涉及土木工程领域，涉及一种土木工程教学实践装置，具体涉及一种土木工程实践教学的多功能工作台。

背景技术

目前，我国高校土木工程专业的实践教学模式仍处于在参观工地实际施工的状态，形式过于单一，而且无法令学生完整详细的认识到施工的全部过程。以致学生的参与度不高，学生学习的积极性不高，对于学生专业核心素养的培养达不到良好的效果。

为了打破高校土木工程专业实践教学模式的局限性，提高土木工程专业学生的学习积极性和动手实践能力，提升土木工程专业学生的核心素养，依据相似模型试验，结合放缩试验的思想，本发明提供了一种基于多功能工作台的土木工程实践教学模式。

发明内容

本发明目的在于提供一种土木工程实践教学的多功能工作台，用于土木工程实践教学，解决现有的实践教学模式单一，学生参与积极性不高，专业核心素养效果培养不佳的问题。一种基于多功能工作台的土木工程实践教学模式，通过将实际施工结合理论教学，创新一种实践与理论教学一体化、互动性强、参与度高的土木工程专业实践教学模式，有助于丰富土木工程专业实践教学模式，提升学生求知兴趣与实践能力，培养学生专业核心素养。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种土木工程实践教学的多功能工作台，其特征在于：包括箱体和设于箱体顶部的土工模块，所述土工模块包括地下空间底板、桌面盖板、隔板、支撑柱和桌面侧板，所述地下空间底板固定于箱体顶部，所述支撑柱可拆卸的安装在地下空间底板上，大量支撑柱阵列安装在地下空间底板上形成支撑结构，所述桌面盖板安装在支撑柱顶部，用于在桌面盖板和地下空间底板之间形成建筑物的地下空间，所述桌面侧板可拆卸的安装于地下空间底板上部四周，形成地下空间的侧壁；所述箱体侧部设有可以打开的侧门，所述箱体内部用于存储桌面盖板、隔板、支撑柱、桌面侧板以及建筑模拟材料。

作为优选，所述支撑柱下端设有螺纹柱，所述地下空间底板上设有与螺纹柱匹配且呈阵列分布的第一螺纹孔，所述支撑柱为方形截面柱，支撑柱的每个侧面均设有一个沿其长度方向的第一凹槽，所述隔板侧部设有与该第一凹槽匹配的第一嵌条。

作为优选，所述支撑柱顶部设有第二螺纹孔，通过第二螺纹孔和相邻的支撑柱配合对地下空间进行加高。

作为优选，所述地下空间底板设有多条横向凹槽和多条纵向凹槽，所述第一螺纹孔分布于横向凹槽和纵向凹槽的交汇处，所述隔板下端设有与横向凹槽或纵向凹槽匹配的第二嵌条，隔板顶部设有与相邻隔板底部第二嵌条匹配的第二凹槽，用于对隔板进行加高。

作为优选，所述桌面侧板为C型版，其包括立板、底板和顶板，所述底板长度小于立板，所述地下空间底板四周设有便于底板插入的第三凹槽，所述顶板与桌面盖板一起用于对地下空间顶部进行密封。

作为优选，所述地下空间底板四周设有多个用于地下空间底板在水平方向拼接的第四凹槽和/或第四嵌条。

作为优选，所示桌面盖板四周设有第五凹槽或第五嵌条，便于桌面盖板之间相互连接。

一种利用上述的多功能工作台进行土木工程实践教学方法，其特征在于：主要包括以下步骤：

第一步：工程项目的制定与讲解，共有四种工程项目，分别为：建筑工程、道桥工程、隧道工程和水利工程，根据不同专业的学生制定不同的工程项目；

第二步：多功能工作台的组装与应用，在确定好工程项目之后，根据不同的工程项目改造与组装多功能工作台；

第三步：工程材料制作与施工，由老师在改造与组装完成的多功能工作台上详细讲解各项目施工流程以及各类材料的准备；

第四步：项目验收与评价，每组同学观看教学视频和施工工艺，自行学习，根据具体方案组合多功能工作台，并按照施工流程用准备的材料制作建筑模型，最后通过由老师组成的验收团队进行评估验收和打分。

本发明有益效果：

本发明提出了一种土木工程实践教学的多功能工作台。在工程项目的制定与讲解环节，共有四种工程项目，分别为：建筑工程、道桥工程、隧道工程和水利工程，根据不同专业的学生制定不同的工程项目。目的是让更多的土木工程学生参与进来，使更多的学生了解、参与施工，满足大多数土木工程专业学生的需求。在多功能工作台的组装与应用环节，确定好工程项目之后，根据不同的工程项目来改造与组装多功能工作台。目的是利用多功能工作台的可操作性和便利性实现一台多用，既能节省成本，又能锻炼学生的动手能力。在工程材料制作与施工环节，由老师在改造与组装完成的多功能工作台上详细讲解各项目施工流程以及各类材料的准备。其效果是：一方面可以使学生充分了解各种工程的施工流程，巩固学生的专业知识，培养学生的专业素养。另一方面依据相似模型试验，结合放缩试验的思想，可以拓展学生的思维能力，此外所选的优等品、一等品、合格品的建筑石膏以及高强度石膏，既经济环保，符合国家可持续发展的政策，又能节约成本。最后项目验收与评价环节，每组同学自行学习具体的施工工艺，在多功能工作台上按照施工流程用准备完成的材料制作建筑模型，最后通过由各组同学之间互相打分以及老师的评价和打分决定各组同学的成绩。一方面可以培养学生的自主学习能力，锻炼学生的组织能力、处理问题、分析问题的能力，提高学生的专业核心素养。另一方面还能培养学生对专业知识的学习兴趣，使学生更加热爱学习，愿意学习，主动学习。

附图说明

图1为本发明实施例中单个多功能工作台结构示意图。

图2为本发明桌面盖板示意图；

一共有三种，其中a为中间处桌面盖板，b为边沿处桌面盖板，c为四角桌面盖板。

图3为隔板示意图。

图4为本发明桌面侧板示意图.

图5为桌面侧板局部示意图.

图6为支撑柱示意图，其中间为断面线，支撑柱实际长度大于图中长度。

图7模式一示意图。

图8为模式二示意图。

图9为模式三示意图。

图10为模式四示意图。

图11为图1中去掉箱体后地下空间底板示意图。

图12为本发明实施例中教学模式详解流程图。

1-箱体，2-桌面盖板，21-第五凹槽，22-第五嵌条，3-地下空间底板，31-横向凹槽，32-纵向凹槽，33-第三凹槽，34-第一螺纹孔，35-第四凹槽，36-第四嵌条，4-支撑柱，41-螺纹柱，42-第二螺纹孔，43-第一凹槽，5-桌面侧板，51-立板，52-底板，53-顶板，54-第六凹槽，55-第六嵌条，6-万向轮，7-平开门，8-隔板，81-第一嵌条，82-第二嵌条，83-第二凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1-图11所示，本发明实施案例提供了一种土木工程实践教学的多功能工作台，其中多功能工作实现了一桌多用，节约资源，为教学提供基础。该多功能工作台包括箱体1和土工模块，其中箱体1具有储存功能，能够储存模拟建筑材料和土工模块的各个零部件，所述土工模块可分为两个空间功能区，桌面上方，为地表空间功能区。桌面下方，为地下空间功能区。土工模块固定于箱体1顶部，土工模块包括桌面盖板2、桌面侧板5和地下空间底板3，桌面盖板2和地下空间底板3之间有方形不锈钢制成的支撑柱4，箱体1底部安装有可以锁定的万向轮6，箱体1侧部的箱体侧板设有平开门7。万向轮6直径为100mm，箱体侧板厚度为30mm，长为1440mm，高1000mm，箱体侧板设有两扇70cmX70cm的平开门7，支撑柱4与支撑柱4之间可安插隔板8。箱体1内可存放隔板8、桌面盖板2、支撑柱4、以及建筑材料。

如图3所示，隔板8的尺寸为150X150mm，两侧有长150mm，宽2mm，高3mm的第一嵌条81，顶部有长100mm，宽2mm，高10mm的第二凹槽83，隔板8底部有长100mm，宽2mm，高10mm的第二嵌条82，隔板8有两种类型，隔板8与隔板8之间可以通过第二凹槽83和第二嵌条82在竖直方向衔接固定。

如图1和图11所示，桌面呈正方形，即地下空间底板3为正方形，其边长为1440mm，地下空间底板3厚60mm，地下空间底板3上表面设有长1440mm，宽10mm，厚10mm的18条凹槽组成，分为9条横向凹槽31和9条纵向凹槽32，每条相邻两条横向凹槽31或纵向凹槽32之间的距离为150mm，横向凹槽31与纵向凹槽32所围成的正方形的尺寸为150X150mm，最边上的横向凹槽31与纵向凹槽32距地下空间底板3边缘均为75mm，9条横向凹槽31和9条纵向凹槽32的交汇处所形成的10X10mm正方形的中心有一直径为6mm，深10mm的空心圆柱，且空心圆柱的内壁有螺纹，形成用于安装支撑柱4的第一螺纹孔34。在凹槽与凹槽的的交汇处的第一螺纹孔34内插有10X10mm高150mm的支撑柱4。

如图11所示，所述地下空间底板3四周设有便于桌面侧板5的底板52插入的第三凹槽33，第三凹槽33长1200mm，宽75mm，高15mm，距侧面的底边25mm。所述顶板53与桌面盖板2一起用于对地下空间顶部进行密封。所述地下空间底板3四周设有多个用于地下空间底板3在水平方向拼接的第四凹槽35或第四嵌条36。其中第四嵌条36长为1000mm，宽为10mm，深为150mm，距侧面的底边10mm。第四凹槽35长为1000mm，宽为150mm，高为10mm，距侧面的底边10mm。

支撑柱4结构如图6所示，支撑柱4的下端中心部位有直径为6mm长10mm，且表面有螺纹的实心柱体，即为螺纹柱41，支撑柱4为方形截面柱，支撑柱4的四个侧面都有截面尺寸为3X2mm的第一凹槽43，支撑柱4的顶部中心点有直径为6mm，深10mm且内壁带有螺纹的空心柱体，即为第二螺纹孔42。支撑柱4与支撑柱4之间可以在竖直方向衔接固定，实现加高，在支撑柱4的顶端可组装桌面盖板2。

如图2所示，桌面盖板2为160X160mm厚5mm的不锈钢片，桌面盖板2每侧都设有长100mm，宽2mm，高3mm的第五凹槽21或第五嵌条22，桌面盖板2根据第五凹槽21和第五嵌条22的设置共有3种类型，分别为地下空间四个角的盖板、边线的盖板和中间区域的盖板，比如四个角的盖板，则有两个相邻边不设第五凹槽21和第五嵌条22，位于边线的盖板则有一个边不设第五凹槽21和第五嵌条22，位于中间的盖板，则第五凹槽21和第五嵌条22交替设置。

多功能工作台的地下空间四周通过桌面侧板5进行密封。如图4、5所示，桌面侧板5呈类C型，其包括立板51、底板52和顶板53，所述底板52长度小于立板51，所述地下空间底板3四周设有便于底板52插入的第三凹槽33，所述顶板53与桌面盖板2一起用于对地下空间顶部进行密封。桌面侧板5共三种，第一种桌面侧板5总长1450mm，宽75mm，高180mm，即立板51长1450mm，高180mm，底板52和顶板53的宽度为75mm，桌面侧板5下部的底板52厚15mm，立板51厚10mm，上部的顶板53厚5mm，立板51顶部设有第六凹槽54，用于桌面侧板5的加高，相邻的桌面侧板5重合部分用四个直径6mm长50mm带有螺纹的圆柱体固定。第二种桌面侧板5高150mm，同时立板51顶部设有第六嵌条55，其余尺寸与第一种桌面侧板5相同，第一种桌面侧板5可以和第二种桌面侧板5组装，用于多功能工作台的加高。第三种桌面侧板5长1440mm，其余尺寸与第一种桌面侧板5相同，用于多功能工作台的改造。

如图7至图12所示，一种基于多功能工作台的土木工程实践教学模式，主要包括以下步骤：

第一步：工程项目的制定与讲解，共有四种工程项目，分别为：建筑工程、道桥工程、隧道工程和水利工程，根据不同专业的学生制定不同的工程项目。

第二步：多功能工作台的组装与应用，确定工程项目之后，根据不同的工程项目来改造与组装多功能工作台。根据第一步制定的项目，多功能工作台可改造为与第一步所选的工程项目对应的模式。

如建筑工程对应的模式一是由单个多功能工作台组成，学生可以在多功能工作台上自由制定施工区域，然后组装和改造多功能工作台。

一、多功能工作台的模式一改造如下：

1、拆除桌面侧板5。

2、拆除施工区域以及施工区域以外一圈的桌面盖板2。

3、拆除施工区域内的支撑柱4，在施工区域最外围的支撑柱4之间插入隔板8。

4、组装施工区域外一圈的桌面盖板2以及桌面侧板5。

5、在施工区域内填充地基用料。

二、道桥工程对应的模式二是由两个多功能工作台组装而成，组装方法如下：

1、拆除需要对接的多功能工作台的侧面板。

2、组装桌面盖板2。

3、对接多功能工作台。

多功能工作台的模式二改造如下：

1、拆除桌面侧板5。

2、拆除施工区域以及施工区域以外一圈的桌面盖板2。

3、拆除施工区域内的支撑柱4，在施工区域最外围的支撑柱4之间插入隔板8。

4、组装施工区域外一圈的桌面盖板2以及桌面侧板5。

5、在施工区域内填充地基用料。

三、隧道工程对应的模式三是由三个多功能工作台组装而成，组装方法和模式二的组装方法一样，在两个多功能工作台组装完成的基础上，沿其长边方向用相同的方法组装第三个多功能工作台。组装方法如下：

1、拆除需要对接的多功能工作台的侧面板。

2、组装桌面盖板2。

3、对接多功能工作台。

多功能工作台的模式三改造如下：

1、拆除桌面侧板5。

2、拆除施工区域以及施工区域以外一圈的桌面盖板2。

3、拆除施工区域内的支撑柱4，在施工区域最外围的支撑柱4之间插入隔板8，

4、组装施工区域外一圈的桌面盖板2以及桌面侧板5。

5、在施工区域内填充地基用料。

四、多功能工作台的模式四也是由单个多功能工作台组成。改造如下：

1、拆除桌面侧板5。

2、拆除桌面盖板2。

3、在原有支撑柱4的上方再加一层支撑柱4。

4、拆除施工区域以内的支撑柱4，留下施工区域最外围的支撑柱4。

5、在施工区域最外围的支撑柱4之间插入隔板8。

6、组装桌面侧板5。

7、在施工区域内填充地基用料。

第三步：工程材料制作与施工，由老师在改造与组装完成的多功能工作台上详细讲解各方案施工流程以及各类材料的准备。

工程项目为建筑工程，多功能工作台的组装与应用为模式一，其具体施工流程包括：基槽开挖-基槽验收-基槽放线-基础垫层-基础结构施工-基础验收-基础回填(地基与基础分部工程验收)-主体结构施工-主体结构分部验收。工程项目为道桥工程，多功能工作台的组装与应用为模式二，其具体施工流程包括：基础施工-墩台施工-T梁预制及安装-结构连系与体系转移-桥面施工。

工程项目为隧道工程，多功能工作台的组装与应用为模式三，其具体施工流程包括：测量放线-施工准备-洞口边仰开挖及支护-洞身开挖及支护-洞身混凝土衬砌-隧道沟槽及其它附属工程。

工程项目为水利工程，多功能工作台的组装与应用为模式四，其具体施工流程包括：土石方工程-混凝土工程-基础处理工程-坝体接缝灌浆工程-金属结构及机电设备安装工程。各施工流程中所需要的验收环节均由老师进行验收检测并给予打分。建筑工程、道桥工程、隧道工程和水利工程的施工流程中所选用的混凝土均以优等品的建筑石膏替代，即终凝2h时的抗折强度不小于2.5Mpa，抗压强度不小于4.0Mpa，细度0.2mm的方孔筛余不大于5.0，且初凝时间不得小于6min，终凝时间不得大于30min的建筑石膏。主要承重构件需选用优等品的建筑石膏制作，非主要承重构件可用一等品、合格品的建筑石膏制作，其他构件可依据高强度石膏制作。建筑工程、道桥工程、隧道工程和水利工程在多功能工作台的施工区域中所添加的地基土均粉质黏土，塑性指数介于10～17之间的黏性土；粘粒含量在30％～50％，且粉粒组含量大于砂粒组含量的粘土。建筑工程、道桥工程、隧道工程和水利工程所用的砂均选用粉砂替代，即一种粒径在0.0625至0.0039毫米之间的矿物或岩石碎粒，粒度介于砂和粘土颗粒之间。建筑工程、道桥工程、隧道工程和水利工程所用的钢筋均选用冷拔丝。项目所选择材料均是在考虑相似模型试验的基础上，通过放缩试验的思想制定与确定。

第四步：项目验收与评价，每组同学自行学习具体的施工工艺，在多功能工作台上按照施工流程用准备完成的材料制作建筑模型，最后通过由老师组成的验收团队进行评估验收和打分。

本发明基于相似模型试验，所述的建筑工程、道桥工程、隧道工程、水利工程的施工流程中所选用的混凝土均以优等品的建筑石膏替代。

基于相似模型试验，所述的建筑工程、道桥工程、隧道工程、水利工程的施工流程中主要承重构件需选用优等品的建筑石膏制作，非主要承重构件可用一等品、合格品的建筑石膏制作，其他构件可依据高强度石膏制作。

所述的建筑工程、道桥工程、隧道工程和水利工程在多功能工作台的施工区域中所添加的地基土均为粉质黏土。

基于相似模型试验，所述的建筑工程、道桥工程、隧道工程和水利工程所用的砂均选用粉砂替代。

基于相似模型试验，所述的建筑工程、道桥工程、隧道工程和水利工程所用的钢筋均选用冷拔丝。

所述项目验收与评价环节，每组同学自行学习各项目具体施工工艺，在多功能工作台上按照施工流程，用准备完成的材料制作建筑模型，最后通过由老师组成的验收团队进行评估验收和打分。

Claims (8)

1.一种土木工程实践教学的多功能工作台，其特征在于：包括箱体和设于箱体顶部的土工模块，所述土工模块包括地下空间底板、桌面盖板、隔板、支撑柱和桌面侧板，所述地下空间底板固定于箱体顶部，所述支撑柱可拆卸的安装在地下空间底板上，大量支撑柱阵列安装在地下空间底板上形成支撑结构，所述桌面盖板安装在支撑柱顶部，用于在桌面盖板和地下空间底板之间形成建筑物的地下空间，所述桌面侧板可拆卸的安装于地下空间底板上部四周，形成地下空间的侧壁；所述箱体侧部设有可以打开的侧门，所述箱体内部用于存储桌面盖板、隔板、支撑柱、桌面侧板以及建筑模拟材料。

2.如权利要求1所述的多功能工作台，其特征在于：所述支撑柱下端设有螺纹柱，所述地下空间底板上设有与螺纹柱匹配且呈阵列分布的第一螺纹孔，所述支撑柱为方形截面柱，支撑柱的每个侧面均设有一个沿其长度方向的第一凹槽，所述隔板侧部设有与该第一凹槽匹配的第一嵌条。

3.如权利要求2所述的多功能工作台，其特征在于：所述支撑柱顶部设有第二螺纹孔，通过第二螺纹孔和相邻的支撑柱配合对地下空间进行加高。

4.如权利要求3所述的多功能工作台，其特征在于：所述地下空间底板设有多条横向凹槽和多条纵向凹槽，所述第一螺纹孔分布于横向凹槽和纵向凹槽的交汇处，所述隔板下端设有与横向凹槽或纵向凹槽匹配的第二嵌条，隔板顶部设有与相邻隔板底部第二嵌条匹配的第二凹槽，用于对隔板进行加高。

5.如权利要求4所述的多功能工作台，其特征在于：所述桌面侧板为C型版，其包括立板、底板和顶板，所述底板长度小于立板，所述地下空间底板四周设有便于底板插入的第三凹槽，所述顶板与桌面盖板一起用于对地下空间顶部进行密封。

6.如权利要求5所述的多功能工作台，其特征在于：所述地下空间底板四周设有多个用于地下空间底板在水平方向拼接的第四凹槽和/或第四嵌条。

7.如权利要求5所述的多功能工作台，其特征在于：所示桌面盖板四周设有第五凹槽或第五嵌条，便于桌面盖板之间相互连接。

8.一种利用权利要求6所述的多功能工作台进行土木工程实践教学方法，其特征在于：主要包括以下步骤：

第一步：工程项目的制定与讲解，共有四种工程项目，分别为：建筑工程、道桥工程、隧道工程和水利工程，根据不同专业的学生制定不同的工程项目；

第二步：多功能工作台的组装与应用，在确定好工程项目之后，根据不同的工程项目改造与组装多功能工作台；

第三步：工程材料制作与施工，由老师在改造与组装完成的多功能工作台上详细讲解各项目施工流程以及各类材料的准备；

第四步：项目验收与评价，每组同学观看教学视频和施工工艺，自行学习，根据具体方案组合多功能工作台，并按照施工流程用准备的材料制作建筑模型，最后通过由老师组成的验收团队进行评估验收和打分。

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