混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的教學思考

李永貴　戴益民

摘要：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，理論性與實踐性較強，與先修課程相比差異性大，學生學起來難度較大。筆者結(jié)合近幾年的教學實踐，在教學內(nèi)容與教學方法上進行了一些思考與總結(jié)，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理；教學方法；土木工程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）41-0267-02

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在專業(yè)教學中具有承上啟下的作用，先修課程有建筑制圖、土木工程材料、理論力學、材料力學、結(jié)構(gòu)力學等，對后續(xù)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計等課程的學習有重要影響，也是課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)的重要基礎(chǔ)。課程內(nèi)容涉及混凝土結(jié)構(gòu)材料的基本性能，構(gòu)件承載力計算，構(gòu)件的裂縫、變形和耐久性以及預應力混凝土構(gòu)件設(shè)計[1]。

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理這門課程，具有材料的不確定性、解答的多樣性、設(shè)計的綜合性等特點[2]，課程內(nèi)容中的實驗現(xiàn)象多、假定多、概念多、公式多、系數(shù)多、條件多、構(gòu)造要求多，且邏輯性、系統(tǒng)性差，較為零散[3，4]，但理論性與實踐性較強，與先修課程相比差異性大，導致教師教起來不易、學生學起來困難。筆者結(jié)合近幾年的教學，在以下幾個方面進行了一些思考和實踐，取得了較好的效果。

一、熟悉材料性能

鋼筋混凝土由鋼筋和混凝土兩種物理、力學性能很不相同的材料組成，只有熟悉鋼筋和混凝土這兩種材料的性能，才能較好地理解與解釋實驗現(xiàn)象。混凝土抗壓強度高，抗拉強度低，因此結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于承載力極限狀態(tài)時，只考慮混凝土抗壓，不考慮抗拉?；炷劣伤?、骨料、水等材料拌合而成，強度的離散性大，且混凝土的破壞屬于脆性破壞，因此在確定其強度設(shè)計值時，材料分項系數(shù)取值較大。鋼筋力學性能較好，抗拉強度高，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中主要承擔拉力；在柱與雙筋受彎構(gòu)件中，也用于受壓，其抗壓強度與抗拉強度相當，但鋼筋用于受壓時，容易失穩(wěn)，因此需要合理配置橫向約束，即箍筋。鋼筋及混凝土的應力-應變曲線是較為重要的，它是鋼筋混凝土構(gòu)件應力分析、建立強度和變形計算理論必不可少的依據(jù)。此外，還應熟悉鋼筋和混凝土之間粘結(jié)力的相關(guān)知識，這是鋼筋截斷、錨固、彎起等構(gòu)造措施的依據(jù)。

二、抓住教學主線

構(gòu)件承載力計算是這門課程的重點，涉及到拉、壓、彎、剪、扭等基本受力形式及其復合受力形式，但鋼筋和混凝土均為彈塑性材料，且離散性大，因此無法根據(jù)先修力學課程采用純理論的方法直接建立承載力計算公式。通常是在試驗的基礎(chǔ)上，引入合理的基本假定，畫出應力圖形，借助力學知識或回歸分析等方法建立承載力計算公式（包括其適用條件），然后用于工程設(shè)計，對于計算公式中未考慮的一些不利因素，通過構(gòu)造措施進行補充。因此，在承載力計算章節(jié)中，要牢牢抓住“試驗現(xiàn)象分析—引入基本假定—畫出應力圖形—建立基本公式—進行工程設(shè)計”這一主線，其中試驗與假定是基礎(chǔ)，應力圖形是關(guān)鍵，基本公式是結(jié)論，工程設(shè)計是目的[4]。值得注意的是，工程設(shè)計既包含計算，也包含構(gòu)造措施。

在計算過程中，初學者往往習慣于聯(lián)立解方程，實際上應用基本公式也是有主線可依的，如單筋矩形截面設(shè)計，按的步驟計算，思路清晰，每一步都可以檢驗適用條件。

三、進行對比分析

大多數(shù)教材將構(gòu)件承載力計算分為多個章節(jié)，各章節(jié)之間看似沒有聯(lián)系，知識信息處于零散狀態(tài)，學生學起來比較困難。教師需找出各章節(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系，對比講解，便于學生掌握。

受彎構(gòu)件中，單筋矩形截面較為簡單，大多數(shù)學生能較好地掌握。與單筋矩形截面相比，雙筋矩形截面在受壓區(qū)配置了受力鋼筋，圖1（a）為雙筋矩形截面，抵抗的極限彎矩為Mu。從受力的角度，可以將受壓區(qū)的混凝土和鋼筋分開，并配置相應的受拉鋼筋，如圖1（b）、（c）所示，其中圖1（b）為單筋矩形截面，抵抗的極限彎矩為M1，圖1（c）為純鋼筋部分，抵抗的極限彎矩為M2，根據(jù)疊加原理，有Mu=M1+M2。

四、引入案例教學

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理是一門實踐性較強的課程，引入案例教學，可以增強學生對這門課程的認識和理解。設(shè)計案例應符合教學目標的要求、符合工程實際、符合混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展趨勢[5]，有一定的啟發(fā)性和適用性。根據(jù)學生的實際情況合理設(shè)置案例的難度，選擇現(xiàn)實生活中關(guān)心或常見的問題，可以提高學生的興趣，使教學效果更好。在實施案例教學前，需要學生準備好相應的理論知識。呈現(xiàn)案例后，應明確要解決的問題。然后，尋找解決問題的方法，這是案例教學的核心部分，教師應當做適當?shù)囊龑?，對于學生提出的解決方案，應進行點評與總結(jié)，并對案例進行拓展與深化。案例教學過程中的重點在于學生的思路與討論的質(zhì)量，結(jié)果可以是多樣化的。

五、培養(yǎng)實踐能力

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的理論體系不完善，很多公式是由試驗結(jié)果回歸而成，實踐性強，問題抽象，理解起來較為困難。培養(yǎng)實踐動手能力對于學好這門課程大有裨益，對今后從事相關(guān)工作也奠定了良好基礎(chǔ)。實踐能力可以從以下幾個方面著手：①現(xiàn)場觀摩，安排學生參觀建成或在建的混凝土結(jié)構(gòu)，加強對梁、板、柱等混凝土構(gòu)件的感性認識；②參與試驗，本課程中涉及大量的試驗，應盡可能讓每位學生參與到試驗過程中，若學校不具備這樣的試驗條件，可以通過觀看試驗錄像，加強對各種構(gòu)件破壞機理的理解；③編制計算程序，教材中有各種承載力計算的框圖，按框圖寫出程序（采用Excel表格也可以），可以加深對本課程的理解，也為畢業(yè)設(shè)計奠定了一定的基礎(chǔ)；④理論聯(lián)系實際，在學習相關(guān)內(nèi)容后，可以讓學生尋找相關(guān)破壞的工程實例，并分析其原因，具備這種能力后，畢業(yè)后可以較迅速地適應相關(guān)的工作。

六、板書與多媒體并重

當前，大多數(shù)教師習慣于采用多媒體進行教學，這種教學手段形象、信息量大，可以較好地調(diào)動學生學習的興趣，加深對所學知識的理解?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計原理這門課程，涉及到大量的實驗現(xiàn)象，大多數(shù)學校不具備開展各類型構(gòu)件破壞試驗的條件，但可以通過圖文、錄像資料重現(xiàn)試驗過程，增加學生的感性認識，將枯燥的內(nèi)容變得生動起來，再結(jié)合老師講解，就能較好地理解實驗過程中所蘊含的力學知識。但對于大量的公式推導，在黑板上一步步演示推導過程，可以加強學生對公式的理解和記憶?？傊?，在教學過程中，合理的結(jié)合板書和多媒體，可以提高學生的學習積極性，提高教學效果。

通過在上述幾個方面的努力，這幾年的教學效果逐漸提高，在今后的教學中，還需要在創(chuàng)新教育教學方法，培養(yǎng)實踐動手能力，增強概念設(shè)計意識等方面進行進一步探索，進一步提高教學水平和教學效果。

參考文獻：

[1]沈蒲生，梁興文.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]關(guān)萍.《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程建設(shè)[J].大連大學學報，2010，（5）：116-118.

[3]李書進，沈少波.混凝土結(jié)構(gòu)課程教學探討[J].建筑結(jié)構(gòu)，2008，38（9）：204-206.

[4]唐玉文.《混凝土結(jié)構(gòu)原理》課程教學研究[J].銅陵學院學報，2010，（4）：110-111.

[5]畢重，聶淼鑫.《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》的案例教學[J].遼寧工業(yè)大學學報（社會科學版），2008，10（6）：131-133.