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關鍵詞:道路橋梁
一、橋位概況
宜昌長江公路大橋是滬蓉國道主干線在宜昌長江河段跨越長江經湖北省西段進入重慶市的特大型一級公路橋梁,是國家"九五"重點建設工程。橋址位于宜昌市虎牙灘,距城區約15km,上游距葛洲壩22km、三峽大壩40km,下游距枝城長江大橋約45km。
二、主要設計標準
1.公路等級:一級公路。
2.荷載等級:汽-超20,掛-120;人群:3.5kN/平方米。
3.大橋設計時速: 80km/h。
4.大橋橋面寬度:鋼箱梁全寬30m,按四車道布置,兩側風嘴上各設一人行道,橋面凈寬26m。
5.接線路基寬:24.5m,四車道。
6.地震烈度:基本烈度為6度,按7度設防。
7.溫度:橋位區域極端最低溫度一14.6℃,極端最高溫度43.9℃,年平均氣溫16.5℃。
8.風況:設計基準風速為29m/s,成橋顫振檢驗風速為44m/s。
三、工程設計
1.主橋總體布置
懸索橋主跨跨度為960m,主梁簡支在兩側橋塔橫梁或交界墩承臺上。主橋南岸通過三孔30m簡支梁橋同南岸互通工程相接,北岸通過跨度為16,20,25(m)空心板組合的引橋跨318國道、接北岸接線工程。主橋橋梁全長1206m。
2.懸索橋主要設計參數
結構型式:單跨雙絞懸索橋;
主纜跨徑( m): 246.255+960+246.255,主纜矢跨比: 1/10;
主纜直徑(mm):655(索夾外,空隙率20%),647(索夾內,空隙率18%);
主纜中心距(m):24.4 吊索直徑(mm):45;
吊索間距(m):12.06(邊吊索距橋塔中心15.69);
橋塔高度(m):北塔112.415(承臺頂面以上),南塔142.227(承臺頂面以上);
加勁梁全寬(m): 30.00 加勁梁中心高(m):3.0。
3.結構設計
(l)橋塔結構
由于南北兩岸地勢條件及地質情況不盡相同,南北兩橋塔結構上略有區別:南塔承臺以上塔高142.227m,有三道橫梁,行車道主梁及南岸引橋支承在下橫梁上;北塔承臺以上塔高112.415m,設上、中兩道橫梁,行車道主梁及北引橋支承在交界墩上。南北兩塔均采用分離式承臺,每一承臺長19.1m、寬9.1m、高7m,其下設8根直徑2.5m的樁基礎。北塔上游塔
柱下樁基長18.6m;下游塔柱下樁基長14.6m。南岸橋塔16根樁基長度均為27m。
兩塔身塔柱均為空心矩形箱結構。塔頂順橋向6m寬,并按1:100的坡度分別加寬至塔腳8.40m(北塔)、8.84m(南塔)。塔頂橫橋向等寬5m。塔柱壁厚度按上、中、下三道橫梁分為三種,壁厚分別為0.7m、0.8m、1.0m。為有效地擴散塔頂主鞍傳遞的巨大壓力,塔頂設有12.8高漸變段。塔冠設有3.4m高實體段。上橫梁高5.4m、寬5.08m;中橫梁高7.5m、
寬6.08m,壁厚均為0.8m。南岸下橫梁高6.8m,寬7.19m,壁厚為1.0m。
為改善橋塔外觀效果,在塔柱的四角及外側中央設有0.3m * 0.5m,3m * 0.15m的凹槽。
塔柱豎向主筋采用φ32,間距15cm。水平箍筋采用φ16,除橋塔根部變化段間距15cm外,其余均為20cm。同時在間距20cm的水平箍筋之間設置了兩根φ6.5防裂分布箍筋。橫梁主筋采用φ25,間距15cm;箍筋采用φ16,間距15cm。在各道橫梁上設有根數不等的鋼絞線預應力束。
塔身及橫梁為50號混凝土,承臺為30號混凝土,樁基為25號混凝土。全橋橋塔50號混凝土10554立方米,30號混凝土4867立方米,25號混凝土4768立方米。
(2)加勁梁
加勁行車道主梁為類似魚鰭形扁平鋼箱梁結構。主梁結構全寬為30.0m,中心梁高3m,高寬比為1:10。頂板寬度為22m,設2%的雙向橫坡。上斜腹板水平寬度為1.2m。懸臂人行道寬度為2.8m,設1.5%的向內單向橫坡。
橋面為正交異性板,頂板及上斜腹板厚12mm,行車道U形加勁肋中心間距0.59m,板厚6mm。底板及下斜腹板板厚10mm。底板、斜腹板球扁鋼加勁肋中心間距一般為0.4m,球扁鋼規格為16a。
加勁梁橫隔板間距4.02m,無吊索處板厚為10mm,有吊桿處板厚為12mm。為有效改善橋面板在汽車荷載作用下的變形及受力狀況,在每兩道橫梁之間沒有一道矮加勁肋。矮肋高0.45m,板厚16mm。人行道頂板板厚12mm,其下橫向設有間距為2.01m一道、板厚12mm的橫肋板。頂板縱向設有球扁鋼加勁肋,間距0.3m。
加勁梁上的錨箱是鋼箱梁重要的傳力結構,本設計進行了特殊設計處理。錨箱主要由三塊承力板、一塊承錨板組成。三塊承力板門距為50cm,中間一塊板厚32mm,另兩塊板厚20mm。三塊承力板均穿過加勁梁斜腹板,其中間一塊與橫隔板相連接。承力錨板厚50mm,其上設有多道板厚20mm的加勁板。
為適應加勁梁端部結構的復雜受力的需要,對長7.33m的端節段進行了特殊加強設計。端
節段節段設有6道橫隔板,橫隔板板厚為16mm或20mm,并結合支座系統連接的需要進行局部加勁處理。
加勁梁鋼材材質為Q345-E,結構鋼材共用10390t。
加勁梁頂板上鋪設7cm厚改性瀝青混凝土鋪裝層,人行道上鋪設3cm厚的瀝青砂。
(3)錨碇
南北錨碇所處的地質情況不盡相同。北錨碇基坑基巖在高程54.8m以下整體性較好,無明顯的夾層及破碎帶,基巖為泥鈣質膠結礫巖;高程54.8m以上基巖破碎,且多為紅色粉砂巖。南岸整個巖體整體性差,基巖破碎,有多條夾層及斷層,巖體以泥鈣質為主,夾有粉砂巖或紅砂巖的礫巖。南北基巖均為強度較低的軟質巖。故南北兩錨碇均設計為重力式鋼筋混凝土錨碇。
為保證錨碇上方行車道的寬度,錨碇采用埋置式,利用其上方回填路基上壓重,以減少錨碇混凝土的數量。錨碇結構最大長度為65m、寬39m,前緣高42m,后部高22.8m。每一錨碇混凝土為42584立方米,錨固體及前支承墻為40號混凝土,其他各部分均采用25號混凝土。
本錨碇為少筋結構,僅在錨碇內外表面設置直徑22cm間距20cm的分布鋼筋網。為防止大體積混凝土產生有害的裂紋,在錨碇內外表面及每一施工層面上設置了規格為BQ3030(間距 75 * 150)的金屬擴張網。
后錨室在錨固體系張拉完成以后用低標號混凝土回填密封,前錨室設有通風除潮設備。在錨碇支承墻前緣,結合保護路面以下主纜的需要,設有地下展覽室。
(4)主纜及吊索
主纜為預制平行鋼絲束,每根為104束127φ5.1平行鍍鋅鋼絲集結成束、定型包扎帶綁扎、兩端嵌固熱鑄錨頭而成。鋼絲為強度1600MPa普通松弛鍍鋅鋼絲。為方便施工,在熱鑄錨上設有與錨固體系連接為一體的連接器。
主纜防護層由防護油漆、φ4軟質鍍鋅鋼絲、表面防銹膩子構成。
吊索為中心配合繩芯(CFRC)鋼絲繩,單根鋼絲繩直徑45mm。每側每一個吊點有4根吊索。主纜鋼絲共6670t,吊索鋼絲繩約195t。
(5)主索鞍及散索鞍
主索鞍和散索鞍由鞍頭、鞍體、底座組成。鞍頭、鞍體分開澆鑄、焊結成一體的鑄焊組合結構。為方便加工、運輸、主鞍吊裝施工,主鞍分左右兩半制造,吊裝就位后用高強螺栓聯接為一體。主鞍鞍體與底座之間,主鞍施工期間設有聚四氟乙稀滑板。散索鞍鞍體采用擺式結構,以適應施工期間及成橋后的微量位移。主鞍最大吊裝重量為32t,散鞍最大吊裝重量為43t。
為使主纜在鞍內能保證相對固定、不滑動,在鞍槽內設有豎向鍍鋅隔板,并在主纜調股到位后頂部用鋅質填塊填平、壓緊。
主索鞍及散索鞍鞍體鑄鋼材質采用ZG275-485H,底座鑄鋼材質采用ZG230-450,槽蓋等材質采用Q235-A。
(6)錨固體系
錨碇內錨固系統是由64根預應力錨固體系組成,其中單錨24個,雙錨40個。單錨采用16根公稱直徑15.24mm的低松弛高強鋼絲錨固,雙錨采用五根公稱直徑15.24mm的低松弛高強鋼絲錨固。在錨碇結構中,設有型鋼骨架以便錨固預應力管道的精確定位施工。前錨面設有錨固連接器與主纜相連接。
(7)主橋伸縮縫
為適應主跨加勁梁在活載作用下的大變形,加勁梁兩端各設一道最大伸縮量為1360mm的大位移伸縮縫。
(8)支座
為傳遞主梁端節段受力、約束主梁端節段的變形、保證梁端伸縮縫正常工作,在主梁每一端節段設有兩個豎向支座、兩個梁側輔助支撐、兩個風支座。豎向支座能適應加勁梁在溫度及荷載作用下的縱向位移及面內梁端轉動,能承受一定的豎向拉壓反力。風支座主要承受橫向風載。梁側輔助支撐主要用于控制由于風載或活載偏載作用下的梁端扭轉,能適應梁端縱向位移及轉動,承受結構扭轉傾覆拉力,不能承受壓力。支座系統均為材質要求較高的鑄焊結構。
轉貼于 四、設計、施工及科研的技術特點
1.設計與施工的技術特點
(1)加勁梁采用魚鰭式斷面,并在兩道橫隔板之間增設了一道矮肋,改善了加勁梁受力及氣動性能,同時減少了鋼材用量。
(2)對加勁梁母材及焊材的S,P等有害的雜質進行嚴格的控制,為提高加勁梁焊接質量創造了條件,使焊接工藝控制達到了較高的水平。
(3)橋塔采用大塊整體鋼模板(9m高)進行施工,極大地提高了工效和結構表面的平整度;采用鋼管支承進行橋塔橫梁施工,消除了支架非彈性變形,同時提高了工效。
(4)橋塔塔上設有直徑6.5mm的防裂分布鋼筋,成功地克服了橋塔在施工過程中易出現收縮裂紋的通病。
(5)錨碇基坑的開挖廣泛采用預裂爆破和光面爆破技術,使錨碇高(高88m)、陡(邊坡率0.75~0.8)的基坑開挖成功,并保證了高陡邊坡的穩定。
(6)采用埋置式錨碇,既確保了工程結構的安全可靠,又極大地減少了錨碇混凝土數量,并為成功解決錨碇大體積混凝土開裂問題創造了有利的條件。
(7)采用綜合的降低大體積混凝土水化熱和防止混凝土開裂的技術,使得澆注兩錨碇10萬多方混凝土均未發現一條裂紋,錨碇大體積混凝土澆注的質量得到了突破性的提高。具體的措施為:調整混凝土的設計齡期為60d,降低水泥用量;采用低熱微膨脹水泥;對大體積混凝土進行分塊分層澆注,并在每層混凝土中加一層防裂金屬擴張網;采用循環水,對大體
積混凝土進行降溫等。
(8)國內第一次采用強度高、彈性模量高且穩定的中心配合繩芯(CFRC)鋼絲繩作為吊索鋼絲繩;同時,吊索錨頭設計為可適當調節的錨杯,克服了吊索不能調節長度的缺點。
(9)采用構造簡單、受力明確、造價經濟的滑轉支座系統,滿足結構受力及變形需要。
(10)橋面鋪裝采用7cm厚的雙層SAM結構,人行道采用彩色瀝青砂結構鋪設。
(11)在施工貓道的設計施工中,采取增加適當數量的貓道橫向天橋的道數而不設風纜的辦法,來提高貓道的抗風穩定性。這樣既保證貓道施工過程中的安全,又簡化了設計與施工,有利于縮短工期和降低造價。
2.科研試驗
宜昌長江公路大橋關鍵技術研究是交通部"九五"行業聯合攻關項目。在部、省有關主管部門領導的支持下,該科研項目進展順利,全面開展了有關科研試驗工作,取得了一些成果,并成功地指導宜昌大橋的建設工作。
(1)基巖原位測試 進行了大型的現場基巖原位測試,獲取巖石與巖石、混凝土與巖石之間抗剪、抗滑等力學參數,為錨碇、橋塔等的設計提供依據。參加研究的單位:長委三峽勘察研究院、長江科學研究院。
(2)風洞試驗 進行了懸索橋全橋及節段模型試驗,驗證結構的抗風能力,并以此結論指導主梁吊裝施工;進行了貓道節段模型試驗,研究有效提高貓道抗風穩定性的措施,并以此成果指導了獵道設計。參加研究的單位:同濟大學、西南交通大學。
(3)仿真分析 廣泛采用計算機仿真計算技術,對主梁、錨碇、橋塔等結構關鍵受力部位進行分析,驗證結構設計的合理性和可靠性。參加研究的單位:西南交通大學。
1.電子技術課程設計的重點與要求
本課程的重點是電路設計,內容側重綜合應用所學知識,設計制作較為復雜的功能電路或小型電子系統。一般給出實驗任務和設計要求,通過電路方案設計、電路設計、電路安裝調試和指標測試、撰寫實驗報告等過程,培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力,提高電路設計水平和實驗技能。在實踐中著重培養學生系統設計的綜合分析問題和解決問題的能力,培養學生創新實踐的能力。電子技術課程設計一般要求學生根據題目要求,通過查閱資料、調查研究等,獨立完成方案設計、元器件選擇、電路設計、仿真分析、電路的安裝調試及指標測試,并獨立寫出嚴謹的、文理通順的實驗報告。
具體地說,學生通過課程設計教學實踐,應達到以下基本要求:建立電子系統的概念,綜合運用電子技術課程中所學習到的理論知識完成一個電子系統的設計;掌握電子系統設計的基本方法,了解電子系統設計中的關鍵技術;進一步熟悉常用電子器件的類型和特性,掌握合理選用器件的原則;掌握查閱有關資料和使用器件手冊的基本方法;掌握用電子設計自動化軟件設計與仿真電路系統的基本方法;進一步熟悉電子儀器的正確使用方法;學會撰寫課程設計總結報告;培養嚴肅認真的工作作風和嚴謹的科學態度。
2.電子技術課程設計的教學過程
電子技術課程設計是在教師指導下,學生獨立完成課題,達到對學生理論與實踐相結合的綜合性訓練,要求本課程設計涵蓋模擬電路知識和數字電路知識,因此課程設計的選題要求包含數字電子技術和模擬電子技術。教學環節可以分為以下四個部分。
2.1課堂講授。
課程設計開始前,需要確定指導老師。由指導老師通過兩學時的教學,明確課程設計的要求,主要內容包括課程介紹、教學安排、成績評定方法等。在課堂教學環節中,指導老師介紹課題的基本情況與要求,要求學生從多個課題中選擇一個。
2.2設計與調試環節。
2.2.1前期準備、方案及電路設計。
前期準備包括選擇題目、查找資料、確定方案、電路設計、電路仿真等。在確定方案時要求學生認真閱讀教材,根據技術指標,進行方案分析、論證和計算,獨立完成設計。設計工作內容如下:題目分析、系統結構設計、具體電路設計。學生根據所選課題的任務、要求和條件進行總體方案的設計,通過論證與選擇,確定總體方案。此后是對方案中單元電路進行選擇和設計計算,稱為預設計階段,包括元器件的選用和電路參數的計算。最后畫出總體電路圖(原理圖和布線圖),此階段約占課程設計總學時的30%。
2.2.2在實驗室進行電路安裝、調試,指標測試等。
在安裝與調試這個階段,要求學生運用所學的知識進行安裝和調試,達到任務書的各項技術指標。預設計經指導教師審查通過后,學生即可購買所需元器件等材料,并在實驗箱上或試驗板上組裝電路。運用測試儀表調試電路、排除電路故障、調整元器件、修改電路(并制作相應電路板),使之達到設計指標要求。此階段往往是課程設計的重點與難點,所需時間約占總學時的50%。
2.3撰寫總結報告,總結交流與討論。
撰寫課程設計的總結報告是對學生寫科學論文和科研總結報告能力的訓練。學生寫報告,不僅要對設計、組裝、調試的內容進行全面總結,而且要把實踐內容上升到理論高度??偨Y報告應包括以下方面:系統任務與分析、方案選擇與可行性論證、單元電路的設計、參數計算及元器件選擇、元件清單和參考資料目錄。除此之外,還應對以下幾部分進行說明:設計進程記錄,設計方案說明、比較,實際電路圖,功能與指標測試結果,存在的問題及改進意見,等等。總結報告具體內容如下:課題名稱、內容摘要、設計內容及要求、比較和選擇設計的系統方案、畫出系統框圖、單元電路設計、參數計算和器件選擇。畫出完整的電路圖,并說明電路的工作原理。組裝調試的內容,包括使用的主要儀器和儀表;調試電路的方法和技巧;測試的數據和波形并與計算結果比較分析;調試中出現的故障、原因及排除方法。總結設計電路的特點和方案的優缺點,指出課題的核心及實用價值,列出系統需要的元器件清單,列出參考文獻,收獲、體會,并對本次設計提出建議。
2.4成績評定。
課程的實踐性不僅體現實際操作能力,而且體現獨立完成設計和分析的能力。因此,課程設計的考核分為以下部分:設計方案的正確性與合理性。設計成品:觀察實驗現象,是否達到技術要求。(安裝工藝水平、調試中分析解決問題的能力)實驗報告:實驗報告應具有設計題目、技術指標、實現方案、測試數據、出現的問題與解決方法、收獲體會等。課程設計答辯:考查學生實際掌握的能力和表達能力,設計過程中的學習態度、工作作風和科學精神及創新精神,等等。
3.電子技術課程設計的步驟
在“電子技術基礎”理論課程教學中,通常只介紹單元電路的設計。然而,一個實用的電子電路通常是由若干個單元電路組成的。通常將規模較小、功能單一的電子電路稱為單元電路。因此,一個電子系統的設計不僅包括單元電路的設計,還包括總體電路的系統設計(總體電路由哪些單元電路構成,以及單元電路之間如何連接,等等)。隨著微電子技術的發展,各種通用和專用的模擬和數字集成電路大量涌現,電子系統的設計除了單元電路的設計外,還包括集成電路的合理選用。電子電路的系統設計越來越重要,不過從教學訓練角度出發,課程設計仍應保留一定的單元電路內容。電子系統分為模擬型、數字型及兩者兼而有之的混合型三種。雖然模擬電路和數字電路設計的方法有所不同(尤其單元電路的設計),但總體電路的設計步驟是基本相同的。電子電路的一般設計方法與步驟包括:總體方案的設計與方案論證、單元電路的設計、單元電路間的連接方法、繪制總體電路草圖、關鍵電路試驗、EDA仿真、繪制正式的總體電路圖等。
【關鍵詞】基準源;Altium Designer;電路設計
隨著電子技術的飛速發展及印制電路板加工工藝的不斷提高,印制電路板的設計和制作的要求也越來越高。Altium Designer憑借其使用方便且功能強大等特點成為電子企業廣泛使用的制作印制電路板的軟件之一。本文根據基準源電路的實例通過Altium Designer軟件對設計電路板時的常見問題和技巧進行了總結。
1 基準源原理框圖
2 項目文件的建立
2.1 原理圖文件的建立
1)新建jizhunyuan.PrjPcb項目,再新建原理圖jizhunyuan.SchDoc文件,文件命名中英文皆可。
2)放置元器件。放置元器件后先修改參數,主要包括修改元件編號和封裝[1]。修改技巧如下。
技巧一:相同元件可以先全部放完,再批量修改參數??旖菖啃薷膶傩钥赏ㄟ^“Find Similar Objects…”進行修改。
技巧二:相同元件可以自動編號,編號順序可以從上到下,也可以從左到右等,可以按照自己的習慣進行任意順序的編號。
3)繪置庫元件[2-3]。當默認的元件庫中不包括所需繪制的元件時,可分以下三種情況進行繪制。
情況一:根據實物的外形和管腳的分配進行繪制。
情況二:在元件庫中找相似的元件符號進行編輯。
情況三:直接替代。直接替代的話注意編輯封裝時,封裝的引腳順序必須和實物完全一致,否則實際焊接時會出現錯誤。例如元件庫中沒有MAX232芯片,只有排針Header 8×2,可以用該排針直接進行替代,但是封裝須編輯為MAX232芯片的實際封裝。
在繪制庫元件時還有些注意事項。
事項一:在繪制庫文件時,要在十字架的中心處繪制元件的圖形邊框和放置管腳,否則將無法準確地在原理圖中對繪制好的庫元件進行移動。
事項二:在放置元件引腳時,帶電氣特征的引腳一端向外(將視圖放大后,引腳兩端中有四個白點的一端具有電氣特性,方向必須朝外),否則當元件調入原理圖中時會連不上線。
事項三:元件管腳的注釋(“Display Name”)最好與實際管腳的功能一致或接近,以增強原理圖的可讀性。
事項四:如果庫中元件有相似的元件,只需對元件的引腳進行編輯,可先放置庫中已有的元件后,雙擊元件將“Lock Pins”選項的勾去掉以解鎖引腳,編輯完后再對引腳“Lock Pins”選項進行勾選,這樣能更加快捷地繪制出元件符號。
4)布局連線
布局需按照電路的功能進行合理的分區,如電源區、模擬電路區、數字電路區等,這樣便于檢查連線是否正確。各個分區間通過網絡標號進行連接,以便于繪制、檢查、修改,同時也增強了原理圖的可讀性和美觀性。本文設計的基準源原理圖如圖2所示。
2.2 PCB文件的建立
1)在項目文件jizhunyuan.PriPcb中新建PCB文檔。
2)在原理圖編輯器下,檢查每個元件的封裝是否正確。有兩個方面需要特別注意。
方面一:封裝的尺寸必須和實物的尺寸完全一致,否則實際焊接時會出現焊接不上的現象。
方面二:元件封裝的引腳序號必須與元件在原理圖中的引腳序號一樣,否則就會出現加載網絡表后在PCB板中元件沒有連接的現象。例如電阻在原理圖中元件的引腳序號為1和2,而在其對應的封裝中引腳序號為A和K,則必須將引腳序號更改為一致(如都為1和2)。
3)制作封裝庫[4]。默認封裝庫中沒有所需的封裝時,可根據以下兩種情況進行制作。
情況一:精確測量實物實際尺寸進行封裝的繪制。
情況二:精確測量實物實際尺寸在已有的封裝庫中對相似的封裝進行編輯。
同時,制作封裝時放置的焊盤其中心孔要比器件引線直徑稍微大些,這樣方便焊接。當然,焊盤也不宜太大,太大易形成虛焊。
4)將原理圖jizhunyuan.SchDoc導入到PCB板中。
5)元器件布局
布局時要將電路板合理分區,通常分為電源區、模擬電路區、數字電路區、功率驅動區、用戶接口區等,這樣能夠減小導線的長度,也能降低布線的復雜度。各個區按各自的電氣特性放置元件,不可交叉放置元件,否則會出現導線的相互交叉,不容易實現良好的布線。
6)布線規則參數設置[5]。布線規則參數設置主要包括設置安全距離,線寬,布線層等。參數的設置有以下技巧。
技巧一:地線應盡量寬,且最好大面積敷銅,這能在很大程度上改善接地點問題。
技巧二:根據印制線路板中電流的大小來設計電源線的寬度。盡量加粗電源線寬度,以減少環路電阻。
技巧三:通常情況下,信號線寬度設為10mil-15mil(常取12mil),電源和地線寬度設為30mil-50mil(常取40mil)。
7)布線。布線具有若干規則。
規則一:石英晶體振蕩器下要大面積覆銅,不應穿過其它信號線,這樣才可以使石英晶體振蕩器產生穩定的振蕩。
規則二:電容引線不能太長,尤其是高頻旁路電容不能有引線,以減少干擾。
規則三:地線、電源線的走向和數據傳遞的方向應一致,這樣有助于抗噪聲能力的增強。
規則四:大面積銅箔應盡量避免,否則,在長時間受熱后易出現銅箔膨脹和脫落現象。必須用大面積銅箔時,最好采用柵格狀,這樣有利于銅箔與基板間粘合劑受熱產生的揮發性氣體的排出。
規則五:雙層板布線時兩面的導線宜相互交叉,以減小寄生耦合[6]。
8)DRC檢查。布線設計完成后進行DRC檢查,同時確認所制定的規則是否滿足實際生產印制板的需求。
3 結論
本設計應用Altium Designer繪圖軟件完成了基于觸摸技術的多功能基準源設計原理圖繪制,以及總結了使用該軟件設計印刷電路板過程中的注意事項,極大地提高了設計的效率。當然,正確把握設計規則,熟練運用技巧,才能快速地設計出所需的電路板。
【參考文獻】
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關鍵詞:任務驅動法;微任務;電子電路;實訓教學
中圖分類號:G4
文獻標識碼:A
文章編號:16723198(2015)22018502
1電子電路設計實訓課程教學現狀
電子電路設計是電類專業為繪制電子電路圖所必需掌握的一門計算機綜合性設計課程。然而,隨著課程改革在各高校逐漸開展,一些課程的課時量也相應遞減,比如筆者所在學校電氣自動化專業的《電子電路設計》課程已由原36學時減至24學時。如何在減少的課時的課程中讓學生掌握同樣程度的技能水平以適應社會的需求,考驗著每一位專業教師。
以往傳統的電路設計教學的方式大多是由教師先講授知識點,然后將知識點所涉及到的圖例向學生繪制演示,最后讓學生依樣畫葫蘆。在整個教學過程中,教師為主導,而學生僅限于單純的模仿與記憶,并沒有主動學習,導致學習效率低下。因此在教學中應該有意識到加入興趣式教學,調動他們的求知欲,激發學生更積極主動的思考,學習甚至創新,打造優質課堂,全面提高教學質量與學習效率。
2任務驅動法
2.1任務驅動法原理
任務驅動法是近年來被廣為應用的一種教學手法,它一改傳統的灌輸式教學,嘗試采用任務驅動式的教學方法。需要教師將課程學習內容劃分為多個特定任務,每個任務包含一定知識點,只要學生完成了課程中設定的任務,就可以掌握課程學習的內容。
任務驅動法的核心內容就是由教師在教學過程中創設任務情境,教學任務必須融合學生所需要掌握的技能點和相關的知識點,同時又具有一定的生活性、探究性和創造性,讓學生帶著解決問題完成任務,激發他們的學習興趣,讓學生自主或協作性學習,使他們真正了解知識點在實際工程中的應用,學以致用。
2.2任務驅動法在電路設計實訓中的應用
電路設計實訓課程的教學目的為電子電路圖形繪制,電路圖形僅為簡單的二維制版,因此在繪制電路原理圖時較為簡單易學。但無論多簡單的圖形,在繪制的過程中都要利用到基本繪圖工具、圖形編輯和圖層管理各知識點綜合才能完成。因而課程教授過程中不能簡單的按書本章節順序來講,而是應該由教師將所有知識融會貫通后重新組織,將它們融入到一個個工程任務中再向學生展示,如向學生展示電動小車電路設計圖紙,將其作為一個工程任務,讓學生嘗試用學過的知識來繪制,或讓學生在繪制過程中遇到難題再提出并講解。這樣就更能增添學生的學習興趣和在完成任務后的成就感,形成良性循環。因此電路設計實訓課程非常適合采用任務驅動式教學法。
3微任務驅動法
3.1微任務驅動法原理
采用任務驅動法教學所提供的任務由于綜合性較強所以工程量較大且難度較高,學生在一節課中難以完成,即使有些基礎好,動手能力強的學生完成了任務,也會因為知識點過多過雜而難以消化。因此需要由教師把握學生素質和能力,將大任務進行科學性的分解,將之細化為中任務,小任務甚至微任務。讓具有不同層次知識能力的學生都能被激發興趣,在任務量合適的微任務環境中嘗試和實踐。
以上所述即為微任務驅動教學法,它就是以任務驅動法為基礎,將總任務依靠知識的內在邏輯或采取分類的方式進行具體化,以微任務的形呈現。較之任務驅動法,其目標更為明確,導向性更強,教師使用這種方法教學也更容易控制課堂教學的節奏,保證能在規定時間內完成教學進度。
3.2微任務教學設計
微任務驅動法的實施過程是:教師先依據教學目標設計一個總任務,引起學生的學習興趣。再引導學生分析總任務的解決方法并將總任務拆分為一個個的微任務,各微任務之間可以是從屬或并列關系。拆分出來的微任務不能太難或任務量太大,應設計為學生較易完成的程度,以便于將學生的理解逐步引向深入。通過一個個的微任務引導和推動學生一步步上升,一層層提高,不斷接近并最終達到復雜的學習任務的頂點。
微任務法的核心是如何科學合理的設計微任務。首先,任務必須要有明確的目的性,教師提出的每一個微任務,原則上都是為了完成總任務而設計的,盡量不設置多余任務,不能本末倒置。其次,教師選擇微任務時應考慮到大多數學生的水平,注意難易適度。并且在教學過程中,根據學生的反應與掌握程度以及課程進度隨時調整微任務,不能任務教條化僵化。第三,微任務還應遵循完整性原則。教師所設計的微任務必須連貫,不能有斷續感,讓學生知道自己要做什么,可以解決什么問題,使他們獲取的知識完整且有條理。最后,微任務的設計要適當增添趣味性,可以在教學過程中加上圖片插畫,視頻音頻等數字教學資源,讓學生在完成任務的同時體會到學習的樂趣。
3.3微任務驅動法在電路設計實訓課程中的應用
Altium Designer軟件的工具欄較多,常用工具欄中的各命令參數也較雜,若逐個講解,則顯得各知識點雜亂無章,學生記的多忘得快,但在實際繪圖時還是束手無策,不知該用哪個工具來繪制。
例如,在介紹AD軟件常用繪圖工具欄中的直線、多邊形、橢圓弧線、文字和文本框等,若單純講述這些知識點,難免枯燥乏味,且容易與布線工具欄的功能弄混。圍繞這些教學內容,可設計對應電路制圖微任務,圍繞一個小目標,教師可以設計多個由簡單到復雜的小任務,布置學生循序漸進地完成任務,在練習中熟悉各種命令的操作。例如,基本繪圖訓練可將學生已在模擬電路和數字電路課程中學過的常用電子元件符號如:變壓器、運算放大器(如圖1(a)、(b)所示)融入其中,將它們設計為一個個需要完成的微任務。每個任務都考慮到學習課程的前后連貫和趣味性,讓學生繪制自己所熟悉的事物。隨著學習的深入,可以布置學生完成如圖1(c)所示的七段數碼管等稍復雜的繪制任務。完成任務后的喜悅感和成就感會更加強烈,也為以后的學習增添了動力。
微任務驅動法在教學過程中將知識點分解到一些小任務中進行,學生頭腦中的知識是零散的,有時會降低知識的系統性和完整性。因此,這樣的設計任務和完成過程是十分必要的,教師可以通過一個較為完整的任務引導學生將已完成的微任務中的知識點進行歸納總結,加深對所學知識和技能的記憶和理解,完成真正意義上的知識建構。
例如,上完第三次課后,教師即可布置學生完成如圖2所示“八路彩燈控制電路圖”大任務。從創建元器件、調用常用元件開始,直至綜合運用各種繪圖指令及編輯工具完成繪圖。讓學生在本次課中復習鞏固了前面微任務中所學的小知識并將其融合,初步完成了一張簡單的電子電路設計原理圖樣,并總體上掌握了一張較完整電子電路工程圖的繪制過程,具有綜合應用性。
3.4電路設計課程與其余課程的前后融合
電路設計課程在介紹一般電路繪圖技巧與制版規則時,還會涉及到數字電路、模擬電路、單片機技術應用等課程的接續關系。將本課程繪制圖中所涉及到的器件類原理基礎前移到數字電路和模擬電路等課程中解決,諸如實際譯碼電路、三態電路與緩沖器芯片等知識點不再占用本課程學時。本課程把握好銜接關系,主講等電路板制版規范、電路設計的仿真方法等要點主題,把以往重復性內容節省的學時用于應用層面。
在重點講述電子電路圖繪制方式的時候,還應適當向學生加強常用接口電路的連接方法知識點,并向學生擴展對嵌入式處理器及新技術的了解,為后續單片機原理課以及傳感與檢測技術中各種傳感器與微處理器的連接使用,智能傳感器、數字式一體傳感器等內容的講授打下基礎。
4總結
本文提出在電路設計實訓課程中提出微任務驅動教學的思路,該方式以“微任務為主線,教師為主導,學生為主題”嶄新教學模式,改變了往常的以教定學到被動教學模式,讓學生學會在解決任務中學習知識點與解決問題的方法,通過這種方法,既能激發學生勤于思考的熱情,有加深了對知識點理解,提高了創新思維的能力。在教學中始終貫穿“應用入手,學中建,建中學;分解項目,逐步深入與完善”的理念,對人才培育重點落在實際操作能力的培養上,提升整體教學水平。
參考文獻
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1.電子技術基礎課程設計的傳統教學模式
我校以往電子技術基礎課程設計是由2名指導教師負責一個班級,時間為2周,主要是講解一些基礎知識、焊接和調試技巧。課程設計的具體題目是由知道教師具體給定,一個班級共基本上給定1~2個題目,結果造成了設計方案雷同想象,無法充分發揮學生的主動性和創新性,不利于培養學生的工程實踐能力和創新意識。另外,受硬件條件的限制,有些課程設計題目全部利用仿真軟件完成,學生的工程實踐能力不能得到充分的鍛煉,更不用說創新了。
2.基于CDIO理念的電子技術基礎課程設計教學改革的措施
“卓越工程師教育培養計劃”是我國高等工程教育的重大教學改革項目,旨在培養造就一批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才。為此,我院進行相應的改革,把CDIO工程教育思想融入到電子技術基礎課程設計中。以電子技術基礎課程設計項目為載體,課題設計分為構思、設計、實施和運行四個階段。(1)構思。學生根據電子技術基礎課程設計任務及要求進行分組,每組3~4人,成員以優勢互補的方式組成。每一組學生根據項目要求,分析課程設計任務,分解設計任務,每一名同學都有自己的設計任務。學生可以通過網絡或者到圖書館查閱資料,初步確定電路設計方案、設計內容以及能達到的性能指標要求;然后小組內學生進行討論、匯總,確定一個認為合理的方案,再提交給指導教師。指導教師根據每組學生提交的資料進行審核、論證、確定設計題目是否合理以及設計內容能否實現;同時檢查是否每名學生都真正參與課題的構思。(2)設計。每組學生根據完善后的電路設計方案,自行查閱相關參考資料,確定單元電路設計、參數計算與器件選擇、繪制電路圖等;然后運用EDA技術進行仿真,驗證設計方案的可行性和正確性;待仿真電路經修改完善之后,繪制出正確的設計電路交指導教師審核。在此階段主要培養學生綜合運用知識和技能解決實際問題的能力。(3)實施。當學生完成了電路設計,并做了相應的論證后送至指導教師進行審核,指導教師列出實現電路設計所需元件清單,到我院電工電子教學與實驗中心元器件管理處領取元器件,在多功能的PCB電路板上進行焊接、組裝、調試等步驟。在此階段主要培養學生的工程實踐能力和創新能力。(4)運行。學生對完成好的作品按照電子技術基礎課程設計的要求進行系統測試,以驗證作品是否滿足設計要求;指導教師驗收作品時,檢查電路設計的工藝并給出指導意見,以便學生下一次設計電路時改進。在此階段主要培養學生可持續發展的能力??傊娮蛹夹g基礎課程設計在實施中始終注重將知識、能力、素質的培養緊密結合,將理論、實踐、創新合為一體,為卓越工程師技術人才的培養奠定了基礎。
3.電子技術基礎課程設計教學改革的效果
通過對電子技術基礎課程設計進行教學改革,使學生對電子電路的設計過程更加清楚了,充分調動了學生學習積極性、主動性、能動性,同時可以很大程度上提高學生的的工程實踐能力、團隊協作能力。通過這種模式的培養,我院學生在參加大學生電子設計競賽和創新創業訓練計劃項目中取得了較好的成績。近三年在全國(吉林?。┐髮W生電子設計競賽中,我院學生獲一等獎15項,二等獎34項,三等獎41項;在2016年的吉林省大學生創新創業訓練計劃項目中我院學生共計申報19項。
4.結束語
實踐證明,在電子技術基礎課程設計教學中采用的CDIO工程教育模式極大地激發了學生的學習興趣,提高了學習效率。CDIO工程教育模式有利于培養學生個人專業能力和素質、實踐能力和創新能力、團隊精神和溝通能力,為學生今后開展工作打下良好基礎,將成為培養卓越工程師人才的有效途徑。
作者:孫立輝 單位:吉林化工學院信息與控制工程學院
參考文獻: