Academy Users Report / vol.19


Giáo sư danh dự Yoshikawa với Phòng thí nghiệm giảm nhẹ thiên tai (Kurihara).,
Bộ môn Kỹ thuật Xây dựng và Đô thị, Khoa Kỹ thuật, Đại học Thủ đô Tokyo

Nghiên cứu và phát triển Công nghệ mới & Phương pháp đánh giá Bê tông đảm báo tính an toàn cho kết cấu
Hội thảo thiết kế sử dụng UC-win/Section "Bản vẽ thiết kế đô thị" trở thành chủ đề đang được quan tâm

Phòng thí nghiệm giảm nhẹ thiên tai (Kurihara), Bộ môn Kỹ thuật Xây dựng và Đô thị, Khoa Kỹ thuật, Đại học Thủ đô Tokyo
URL: http://c-pc8.civil.tcu.ac.jp/conkuri/
Địa chỉ: Setagaya-ku, Tokyo
Nội dung nghiên cứu và phát triển: tái chế bê tông, mối nối/chất kết dính trong xây dựng, đánh giá sự án mòn của thanh cốt thép trong,...

"Như bạn đã thấy, sinh viên không đặt nhiều câu hỏi (trong lớp). Chúng tự giải đáp cho nhau. Khi có điều gì đó  không hiểu, họ mới tìm đến chúng tôi, hoặc các Trợ lý giảng dạy (TA) để đặt câu hỏi."

"Bản vẽ thiết kế đô thị", là một khóa học phổ biến dành cho sinh viên năm thứ ba của Bộ môn Kỹ thuật Xây dựng và Đô thị, Khoa Kỹ thuật, Đại học Thủ đô Tokyo. Lớp học sáng sủa với cách bố trí chức năng khoa học nằm ở tầng 2 của tòa nhà Setagaya Campus No. 1; Phó giáo sư Norihiko Kurihara, người dạy khóa học này đã giải thích về lý thuyết và bài tập quan trọng trong nội dung học mới. Ông thúc buổi học bằng cách nói: "Hãy bắt đầu", sau đó tất cả các sinh viên lập nhóm, bắt đầu làm bài tập với các điều kiện khác nhau. Xem lại một loạt các buổi lên lớp, phó giáo sư đề cập đến một phần của phương pháp giáo dục độc đáo dành cho khóa học này. Ngoài việc sử dụng một phần mềm, quá trình trao đổi giúp người dạy và người được dạy hiểu sâu hơn về quy trình thiết kế.

Khoảng 10 năm trước, phương pháp dạy cho các lớp học hội thảo đã được lập ra. Giáo sư danh dự Hiromichi Yoshikawa (lúc đó là giáo sư) và Phó giáo sư Kurihara đóng vai trò hàng đầu trong việc tìm ra cách tiếp cận để học tính toán thiết kế địa chấn cho trụ cầu bê tông cốt thép (RC) một cách hiệu quả. Ban đầu, Giáo sư Yoshikawa sử dụng nhiều loại phần mềm khác nhau của FORUM8 bao gồm "UC-win/FRAME (3D)", một chương trình phân tích ba chiều (3D) cho các kết cấu khung cho nghiên cứu của mình. Với sự khởi đầu này, hai giáo sư cùng với FORUM8 đã xây dựng phương pháp thực hành thiết kế ban đầu bằng cách sử dụng "UC-win/ Section" của FORUM8, một chương trình tính toán mặt cắt RC/SRC với nhiều tùy chọn khi xem xét mô men uốn theo hai trục. Sau đó trở đi, khóa học không chỉ được tổ chức như một khóa học phổ biến mà còn được mở rộng thành học phần riêng do Phó giáo sư Kurihara tiếp quản ( sau khi giáo sư Yoshikawa).

Giáo sư danh dự Hiromichi Yoshikawa trường Đại học Thủ đô
Tokyo đưa ra lời khuyên cho các bạn sinh viên tại hội thảo


 Chú ý tới vật liệu bê tông, hướng tới giảm thiểu thiệt hại do thiên tai

"Phòng thí nghiệm giảm nhẹ thiên tai" phân tích khả năng chống động đất và rủi ro của các kết cấu đường bộ, cầu, đường sắt, vv nhằm mục đích giảm thiểu thiệt hại do thiên tai gây ra. Trong Bộ môn Kỹ thuật Xây dựng và Đô thị của trường Đại học, có 3 phòng thí nghiệm "giảm nhẹ thiên tai" bao gồm "Phòng thí nghiệm Kurihara" (hai phòng thí nghiệm khác là "Phòng thí nghiệm Yoshida" và "Phòng thí nghiệm Sekiya" sẽ bắt đầu hoạt động từ năm tài chính tiếp theo).

Trong số đó, Phòng thí nghiệm Kurihara tập trung vào vật liệu bê tông. Phòng thí nghiệm nghiên cứu các nghiên cứu khác nhau theo triết lý "sử dụng bê tông với cường độ mạnh, thời gian sử dụng dài và an toàn", mặc dù bê tông đòi hỏi phải kiểm tra và bảo trì thường xuyên nhưng nó là vật liệu vượt trội về độ bền và kinh tế.


Phó giáo sư Norihiko Kurihara,
Phòng thí nghiệm giảm nhẹ thiên tai (Kurihara), Bộ môn Kỹ thuật Xây dựng và Đô thị, Khoa Kỹ thuật, Đại học Thủ đô Tokyo
Trong những năm gần đây, giáo sư Kurihara tập trung nghiên cứu những vấn đề sau đây:
  • 1) Tái chế bê tông
  • 2) Mối nối/chất kết dính bê tông trong xây dựng
  • 3) Đánh giá sự ăn mòn của thanh cốt thép bên trong kết cấu RC
  • 4) Cốt thép RC với urethane
Ví dụ về tái chế bê tông: một công nghệ tái sử dụng chất thải bê tông dưới dạng tổng hợp bằng cách hòa tan nó với chất thải axit sunfuric. Giáo sư cũng chú ý đến sự sẵn có của urethane khi dùng nó làm vật liệu gia cố cho các kết cấu bê tông. Nghiên cứu thực tế đang được tiến hành tại các công ty tư nhân để tìm ra tính hiệu quả về mặt gia cố của nó.

Phòng thí nghiệm bao gồm một sinh viên thạc sĩ năm thứ nhất và tám sinh viên năm thứ tư, sau này bổ sung thêm hai nữ sinh viên.

 

 Đổi mới nhu cầu xã hội tại lễ kỷ niệm 90 năm thành lập

Đại học thủ đô Tokyo được thành lập năm 1929 nền tảng trường kỹ thuật cao cấp Musashi gồm 3 khoa kỹ thuật điện, kỹ thuật dân dụng và kiến ​​trúc. Kể từ đó, sau nhiều lần đổi tên và mở rộng, trường được đổi tên thành Học viện Công nghệ Musashi vào năm 1949 theo Luật Cải cách Giáo dục và đổi thành 3 khoa gồm Khoa Kỹ thuật Máy móc, Khoa Điện và Khoa Xây dựng. Sau đó, trường tiếp tục thành lập các khoa mới và tổ chức lại bộ máy, thành lập Khoa Kỹ thuật sau đại học (đào tạo các khóa học tiến sĩ và thạc sĩ) và tăng dần các chuyên ngành đào tạo đại học. Năm 1997, Khoa Nghiên cứu Môi trường và Thông tin được thành lập; tới năm 2007, Khoa Kiến thức Kỹ thuật được thành lập. Năm 2009 tại lễ kỷ niệm 80 năm thành lập, trường được đổi tên thành Đại học Thủ đô Tokyo. Đồng thời, Khoa Nghiên cứu Đời sống Đô thị và Khoa học Đời sống Con người được thành lập. Ngoài ra, vào năm 2013, Khoa Nghiên cứu Môi trường và Thông tin được tổ chức lại và đổi thành Khoa Nghiên cứu môi trường và Tin học. Năm 2019 là năm kỷ niệm 90 năm thành lập trường.

Hiện tại, Đại học Thủ đô Tokyo gồm có 6 Khoa: Kỹ thuật, Kiến thức Kỹ thuật, Nghiên cứu Môi trường, Tin học, Nghiên cứu Đời sống Đô thị và Khoa học Đời sống Con người; và 3 Khoa Sau đại học: Tích hợp Khoa học và Kỹ thuật, Kỹ thuật (sau này được hợp nhất với khoa "Tích hợp Khoa học và Kỹ thuật" dành cho sinh viên đăng ký từ năm 2018), và Nghiên cứu Môi trường và Thông tin. Số lượng sinh viên (cả sinh viên đại học và sau đại học) là khoảng 7.500, trong khi số lượng các giảng viên toàn thời gian là 286 (cả hai số liệu tính đến tháng 5 năm 2018). 3 cơ sở ở Setagaya, Yokohama và Todoroki được đặt làm cơ sở cho mục đích giáo dục và nghiên cứu.

Khoa Kỹ thuật gồm 8 bộ môn: Kỹ thuật Cơ khí, Kỹ thuật hệ thống Cơ khí, Kỹ thuật Y học, Hóa học và Kỹ thuật Năng lượng, Kỹ thuật An toàn Hạt nhân, Kiến trúc, Kỹ thuật Xây dựng và Đô thị, và Kỹ thuật Điện và Điện tử (dự kiến đổi tên thành Kỹ thuật Điện, Truyền thông Điện tử). Khoa được đặt trong khuôn viên Setagaya.

Bộ môn Kỹ thuật Xây dựng và đô thị đáp ứng nhu cầu xã hội tại các thành phố, nhắm đến mục tiêu kỹ thuật giúp cải thiện chất lượng đô thị (ngoài các danh mục kỹ thuật dân dụng thông thường khác), bô môn có hơn 400 sinh viên đang theo học. Bộ môn không chỉ quản lý "Phòng thí nghiệm giảm nhẹ thiên tai" bao gồm "Phòng thí nghiệm Kurihara" mà còn quản lý cả Phòng thí nghiệm Quản lý quy hoạch, Môi trường công viên nước, Kỹ thuật môi trường địa kỹ thuật và An toàn kết cấu, mỗi phòng thí nghiệm đều được phân chia thành các khu vực nhỏ.


 Nội dung của học phần "Bản vẽ kỹ thuật đô thị" và dòng chảy kiến thức

"Tôi đã giảng dạy ở trường đại học trong 29 năm và lớp học này là một trong những kiệt tác của tôi."

Để sinh viên có điều kiện học thiết kế, các bạn ấy nên tham gia công việc thực tế cùng một lúc. Nội dung công việc của mỗi sinh viên là khác nhau để đảm bảo chất lượng kiến thức. Tuy nhiên, nếu mức độ công việc quá nhiều, sự tương tác giữa các thành viên sẽ bị khuếch tán. Do đó, về cơ bản cần phải tuân theo quy trình thiết kế chuyên nghiệp. Vì vậy, phương pháp "Bản vẽ thiết kế đô thị" được đề cập ngay từ đầu thực sự là một giải pháp có tính hiệu quả và đáp ứng tất cả các yếu cầu trên, Giáo sư danh dự Yoshikawa nói.

Khoảng 10 năm trước, ông Yoshikawa, Phó giáo sư Kurihara và những người khác đóng một vai trò hàng đầu trong việc kiểm tra, phát triển một phương pháp giáo dục cho phép sinh viên học cách tính toán thiết kế địa chấn cho một cây cầu RC một cách hiệu quả và trong một thời gian ngắn bằng cách sử dụng gói phần mềm trên thị trường, nó giúp sinh viên giải quyết các phần tính toán khó thay vì tốn thời gian tính toán thủ công. Trong quá trình nghiên cứu đó, họ đã chú ý đến phần mềm "UC-win/Section", vì các gói phần mềm của FORUM8 đã được giới thiệu trong nghiên cứu trước đó, họ chỉ cần lựa chọn phần mềm phù hợp. Một hệ thống được xây dựng theo phương pháp thực hành thiết kế khi sử dụng phần mềm UC-win/Section, sinh viên có cơ hội học cách sử dụng một công cụ để tính toán thực tế với tần suất hai lần một tuần (200 phút) trong các lớp học trong vòng 14 tuần . TA được cung cấp để hỗ trợ giảng viên giảng dạy.

UC-win/Section được sử dụng trong bài giảng

Tại bài giảng thiết kế dành cho học kỳ thứ hai của năm thứ ba, có khoảng 50 sinh viên của Bộ môn Kỹ thuật Xây dựng và Đô thị, trong số đó có phân nửa số sinh viên đang học năm thứ ba (gần 90 bạn) tham dự, giảng viên đang giảng dạy "Bản vẽ thiết kế đô thị / thiết kế địa chấn cho trụ RC ". Trong bài giảng này, sinh viên được giao 3 bài tập theo các giai đoạn, và họ được yêu cầu nộp báo cáo (bảng tính toán) cho mỗi bài:
  • Bài tập 1: Phân tích cơ sở cầu
    Bài tập 2: Thiết kế địa chấn cho trụ cầu RC (phần 1)
    Bài tập 3: Thiết kế địa chấn cho trụ cầu RC (phần 2)
Để giải quyết một loạt các bài tập thực tế, học sinh được yêu cầu thiết kế địa chấn cho các trụ RC cột đơn, áp dụng Thông số kỹ thuật cho Cầu đường cao tốc.

Cụ thể, Phó Giáo sư Kurihara chuẩn bị trước 60 đến 70 các điều kiện thiết kế khác nhau. Đối với Bài tập 1, để đánh giá khả năng chống động đất của trụ cầu với các điều kiện đã cho, mỗi học sinh thực hiện phân tích một cọc và tính toán mối quan hệ M-φ và cường độ kéo uốn. Mỗi học sinh sẽ được cung cấp các số liệu, kích thước, điều kiện thiết kế khác nhau, v.v. Vì kết quả bài tập 1 có ảnh hưởng đến phần tính toán của các bài tập sau, nên yêu cầu các học sinh phải tự tính toán và làm bài tập của mình, không được dựa vào học sinh khác.

Đối với Bài tập 2, học sinh thực hiện tính toán thiết kế địa chấn dựa trên kết quả đã xác định trong Bài tập 1, sử dụng bảng excel đơn giản để tính toán ứng suất cho phép và sử dụng phần mềm UC-win/Section cho tính toán hiệu suất ngang

"Nói thật, đối với Bài tập 2, các bạn sinh viên chỉ cần đưa ra kết quả và phán đoán về khả năng chống lại động đất, là 'OUT'".

Nghĩa là, mỗi học sinh không chỉ đưa ra phán đoán dựa trên tính toán của từng người mà còn đánh giá kết quả kiểm tra. Ví dụ: thông qua thử nghiệm và sai số trong quy trình tính toán, sinh viên nhận ra một thứ mà khó có thể học bằng bài giảng, ví dụ: tầm quan trọng hoặc hiệu quả của cốt thép chính hoặc cốt thép ngang. Trong Bài tập 3, sinh viên được yêu cầu thay đổi cách sắp xếp thanh thép để đáp ứng tiêu chí thiết kế (đạt "OK"), thực hiện tính toán thiết kế địa chấn một lần nữa và chuẩn bị báo cáo cuối cùng.

Bản vẽ thiết kế đô thị/ Thiết kế địa chấn cho trụ RC: Sử dụng phần mềm trọn gói

■Mặt cắt ban đầu
Mặt cắt: Nhiều thanh cốt thép + cốt thép bên
Tải trọng: Lực dọc trục + mô men uốn (không thể tính toán thủ công)
Phân tích mặt cắt sử dụng UC-win/Section (đã mua 9 bộ)
■Tính toán mối quan hệ M-φ, Mu, φy, φu: UC-win/Section
■Tính toán Mu và φu: Tính toán thủ công
Xem xét mặt cắt đơn với cấu trúc cốt thép đơn và tính toán.
So sánh với UC-win/Section
■Phương trình ứng suất cho phép (chuyển động động đất cấp I)
Chuẩn bị bảng tính Excel để tính ứng suất bê tông và cốt thép.
■Phương trình cường độ dọc giới hạn trong một trận động đất (chuyển động động đất cấp II)
Click to enlarge the image. Click to enlarge the image.
Bản vẽ thiết kế đô thị/ Thiết kế địa chấn cho trụ RC: Kết quả / Ấn tượng / Bài tập
  1. 60 sinh viên được đưa ra điều kiện thiết kế khác nhau. => Mọi người phải tự làm bảng tính toán.
  2. Mặc dù tính toán thủ công rất khó khăn và rắc rối nhưng sinh viên lại nhận được rất nhiều lợi ích, song song với việc sử dụng và học tập các công cụ phần mềm để tính toán thực tế.
    Học sinh quen với phần mềm ngay lập tức và ngồi vui vẻ trước PC.
  3. Học sinh sử dụng phần mềm PC.
    Bằng cách sử dụng các từ ngữ kỹ thuật như cốt thép tăng cường bên, cốt thép cắt và độ cong, sinh viên đã nhanh chóng học được ý nghĩa kỹ thuật của những từ đó.
  4. Những sinh viên có được kỹ năng nắm bắt nhanh hơn những sinh viên cũ.
  5. Các đặc điểm và ứng suất mặt cắt khó tính toán thủ công, được tính toán nhanh chóng bằng cách sử dụng gói phần mềm.
  6. Các sinh viên được cung cấp điều kiện thiết kế ban đầu và sau đó phán đoán về khả năng chống lại động đất, là "OUT", do đó kết quả kiểm tra cũng sẽ là "OUT".
    Học sinh phải thay đổi thiết kế hoặc thực hiện tính toán gia cố. Bằng việc tự mình tính toán, họ đã hiểu được cốt lõi của việc tính toán thiết kế địa chấn.
  7. Các sinh viên được cung cấp điều kiện thiết kế ban đầu và sau đó phán đoán về khả năng chống lại động đất, là "OUT", do đó kết quả kiểm tra cũng sẽ là "OUT".
    Thông qua thử nghiệm và sai số, sinh viên nhận thấy tầm quan trọng và hiệu quả của cốt thép chính/cốt thép bên. Điều này không bao giờ có thể từ các bài giảng. Học sinh có thể hiểu thiết kế địa chấn là gì thông qua phương pháp thử và sai số mà họ thực hiện trong hướng dẫn thực tế.


 Mở rộng tính khả dụng của phần mềm về cả mặt giáo dục và nghiên cứu

"Một chương trình phần mềm tốt cũng có thể được sử dụng cho giáo dục kỹ thuật", giáo sư danh dự Yoshikawa nói.

Giáo sư danh dự Yoshikawa đã đứng lớp thiết kế trong 10 năm. Thông qua việc sử dụng phần mềm phù hợp cũng như bảng tính toán thiết kế thực tế, các sinh viên học được quy trình thiết kế thực tế, những sinh viên thành thạo kỹ năng này quay sang hỗ trợ các sinh viên khác. Giáo sư nói rằng ông thực sự cảm nhận được hiệu quả từ những nỗ lực này.

Mặt khác, bài giảng "Bản vẽ thiết kế đô thị" của học kỳ hai trong năm nay sẽ do ông Keisuke Hashimoto ( thạc sĩ Bộ môn Kiến trúc và Kỹ thuật Xây dựng, Khoa Kỹ thuật Khoa học Tích hợp) và ông Takuya Yoshida (đã tốt nghiệp 4 năm thuộc Bộ môn Kỹ thuật Đô thị, Khoa Kỹ thuật) trợ lý giảng dạy; cả hai đều thuộc phòng thí nghiệm Kurihara. Họ hỗ trợ Phó giáo sư Kurihara và hướng dẫn sinh viên trực tiếp về cách sử dụng UC-win/Section hoặc phương trình khi cần thiết. Thông qua việc hỗ trợ, họ thấy ấn tượng về tính dễ dàng và khả năng hiển thị phân tích kết cấu của phần mềm.

Phó giáo sư Kurihara nói rằng cho đến nay, khi nhắc tới vật liệu bê tông là nhắc tới vật liệu có trọng lượng cao, vì thế trong những năm gần đây, phạm vi nghiên cứu đang được mở rộng liên quan tới diện tích cấu trúc của nó.

"Tính chất của bê tông thay đổi từng chút khi nó ở trong điều kiện của vật liệu tới khi nó được thi công thành các cấu trúc RC. Chúng tôi cũng muốn kết hợp để kiểm tra sự khác biệt này như thế nào trong nghiên cứu của mình (trong tương lai). Với yêu cầu so sánh bằng các chương trình phần mềm, chúng tôi sẽ chuẩn bị các phướng án khác nhau. "

Giáo sư danh dự Hiromichi Yoshikawa tạo ra và sử dụng một mô hình động "máy phản ứng rung" như một phần của tiết học thực tế. Thời gian gần đây, giáo sư tập hợp và quản lý một kho lưu trữ các bài giới thiệu về các cơ sở kỹ thuật dân dụng và liên tục gửi thông tin qua SNS với mục đích giới thiệu ý nghĩa của các cơ sở hạ tầng xã hội và kế thừa nó cho thế hệ tiếp theo.
Mục tiêu cuối cùng của ông là "công bố các hình ảnh về các cơ sở hạ tầng được xây dựng từ 100 năm trước và trong 100 năm tới đây."
Click to enlarge the image.

●Tham quan công trình dân dụng
http://www.doboku-watching.com/
Kho lưu trữ có hơn 800 công trình.

●Khám phá Doboku
https://www.facebook.com/DiscoverDoboku/
Giáo sư truyền thông tin tới 6500
followers một vài lần trong tuần.

Click to enlarge the image.
Giáo sư danh dự Hiromichi Yoshikawa,
Đại học thủ đô Tokyo
(Viết bởi Takashi Ikeno)
(Up&Coming '19 ấn phẩm năm mới)


Back
Trước
  
Mục lục

Trang sau


FORUM8