龔自明，夏志成，袁小軍，馬淑娜，孔新立

（解放軍理工大學(xué) 國(guó)防工程學(xué)院，江蘇 南京 210007）

《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》是我校土木工程專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，課程教材是該專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)混凝土結(jié)構(gòu)知識(shí)的第一老師，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、工程意識(shí)、創(chuàng)新能力具有重要意義。教材的內(nèi)容涉及經(jīng)典力學(xué)理論的簡(jiǎn)化及應(yīng)用、大量結(jié)構(gòu)試驗(yàn)資料的分析與總結(jié)、學(xué)科融合產(chǎn)生的工程新技術(shù)的創(chuàng)新與實(shí)踐；它既是對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理與方法的介紹，又是對(duì)我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程的宣講和貫徹。

本文結(jié)合我校開(kāi)展的混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)科學(xué)研究情況，介紹了我?；炷两Y(jié)構(gòu)課程教材的改革與實(shí)踐情況。

一、我校以往混凝土結(jié)構(gòu)課程教材存在的問(wèn)題

近幾年，為適應(yīng)新時(shí)期軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備的需要，軍隊(duì)院校教育轉(zhuǎn)型工作如火如荼的開(kāi)展起來(lái)。這一情況要求我校的混凝土結(jié)構(gòu)課程教學(xué)目標(biāo)，既要達(dá)到普通高校土木工程專業(yè)的基本要求，又要突出軍事土木工程領(lǐng)域的鮮明特色。

在這一轉(zhuǎn)型過(guò)程中，教材建設(shè)無(wú)疑具有重要地位和作用。我校在混凝土結(jié)構(gòu)課程建設(shè)中一貫重視教材的編寫(xiě)工作，錢(qián)七虎院士、王年橋教授、俞儒一教授、方秦教授等人先后編著出版了供我校土木工程專業(yè)的本科生及研究生學(xué)習(xí)用的防護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算原理與設(shè)計(jì)方面的教材，為軍事土木工程技術(shù)人才的培養(yǎng)做出了突出貢獻(xiàn)。

但上述書(shū)籍是針對(duì)武器沖擊、爆炸作用下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而編寫(xiě)的，目的是掌握現(xiàn)代武器對(duì)工程的破壞效應(yīng)及工程的防護(hù)原理，學(xué)會(huì)防護(hù)結(jié)構(gòu)和防護(hù)設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和方法，了解防護(hù)工程領(lǐng)域科技的新發(fā)展。而上述目的的達(dá)到，是建立在學(xué)生完成傳統(tǒng)《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》課程知識(shí)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)之上的；也就是說(shuō)，軍事土木工程專業(yè)的學(xué)生，既要學(xué)習(xí)掌握民用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理與方法，也要掌握鋼筋混凝土防護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理與方法。

以往的教材選用，民用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)采用地方高校編寫(xiě)的通用教材，鋼筋混凝土防護(hù)結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)采用自編教材。這種教學(xué)處理方法，過(guò)分強(qiáng)調(diào)了兩種結(jié)構(gòu)的特性，而淡化或忽略了二者之間的共性，前后知識(shí)聯(lián)系不緊密，造成學(xué)生知識(shí)的割裂，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。如何加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)知識(shí)體系之間的聯(lián)系，就成為了我?；炷两Y(jié)構(gòu)課程教材改革必須回答和首先解決的一個(gè)問(wèn)題。

二、我?；炷两Y(jié)構(gòu)課程教材改革與實(shí)踐情況

軍事土木工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)決定了我校混凝土結(jié)構(gòu)課程二元化的教學(xué)內(nèi)容安排，也決定了混凝土課程教材的改革原則和方法，即基于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方法及構(gòu)造處理措施的學(xué)習(xí)與基于軍隊(duì)相關(guān)規(guī)范的鋼筋混凝土防護(hù)工程的設(shè)計(jì)原理與方法的學(xué)習(xí)仍需分開(kāi)教學(xué)；前者的教材改革，著重在通用教材的基礎(chǔ)上，突出共性，添加補(bǔ)充部分相關(guān)的防護(hù)結(jié)構(gòu)知識(shí)，增強(qiáng)靜力結(jié)構(gòu)與動(dòng)力結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)之間的聯(lián)系，后者的教材改革，著重補(bǔ)充鋼筋混凝土防護(hù)結(jié)構(gòu)新的研究理論、技術(shù)途徑和工程措施。

之所以采用上述的混凝土結(jié)構(gòu)課程改革原則及方法，是因?yàn)殇摻罨炷练雷o(hù)結(jié)構(gòu)和一般的鋼筋混凝土民用結(jié)構(gòu)之間既有緊密聯(lián)系，又有本質(zhì)區(qū)別。從材料組成上看，二者是相同的，均為鋼筋和混凝土；從設(shè)計(jì)方法上看，二者均采用以概率為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。然而，由于所受荷載的不同，材料的靜、動(dòng)力學(xué)性能存在較大差異，導(dǎo)致兩種結(jié)構(gòu)的反應(yīng)明顯不同，其具體設(shè)計(jì)原理也就不可能一致。

防護(hù)結(jié)構(gòu)與一般的民用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)存在區(qū)別，主要原因是結(jié)構(gòu)受到的荷載形式不同引起的。一般的民用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主要考慮的作用是永久作用和可變作用，結(jié)構(gòu)分析采用靜力學(xué)方法進(jìn)行分析，平衡方程為代數(shù)方程；而防護(hù)結(jié)構(gòu)主要考慮的作用是偶然裝藥（沖擊、爆炸），結(jié)構(gòu)分析需要采用動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行分析，即需要考慮慣性的影響，平衡方程為微分方程。

而慣性對(duì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的影響從兩個(gè)方面體現(xiàn)出來(lái)，一個(gè)是材料的應(yīng)變率效應(yīng)，另一個(gè)是作用與結(jié)構(gòu)存在相互影響。因此，防護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)涉及兩方面的內(nèi)容，一方面是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在沖擊、爆炸作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，另一方面是鋼筋混凝土本身的動(dòng)態(tài)力學(xué)性質(zhì)，即材料動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系。

結(jié)合防護(hù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，與民用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)：

1.結(jié)構(gòu)可靠度可適當(dāng)降低

在正常使用階段，一般民用建筑一旦遭到破壞，將危害人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，造成嚴(yán)重的后果，因此在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度要求很高，或者說(shuō)要求破壞概率或失效概率必須很低。對(duì)防護(hù)工程而言，由于所抵抗預(yù)定武器的沖擊爆炸荷載并不是經(jīng)常出現(xiàn)和固定不變的，僅在戰(zhàn)時(shí)才可能出現(xiàn)且作用時(shí)間短暫，通常僅考慮一次武器作用，因此容許結(jié)構(gòu)有相對(duì)較低一些的可靠度。

2.應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)

防護(hù)結(jié)構(gòu)通常主要抵抗動(dòng)荷載作用，靜荷載只占較少的比例。在沖擊爆炸荷載作用下結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生振動(dòng)，由于慣性力的影響，其動(dòng)應(yīng)力和動(dòng)位移不同于靜載作用下的應(yīng)力和位移。此外，與一般民用建筑承受的動(dòng)力作用相比，防護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)荷載作用是瞬時(shí)或短暫的，結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析通常采用等效靜載法，將動(dòng)力計(jì)算轉(zhuǎn)化為靜力計(jì)算。對(duì)特殊工程才進(jìn)行較為嚴(yán)格的動(dòng)力分析，直接計(jì)算出結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)力和動(dòng)位移。

3.允許構(gòu)件進(jìn)入塑性階段

防護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)荷載具有瞬時(shí)性和短暫性，并隨時(shí)間而衰減，因此，即使構(gòu)件進(jìn)入塑性屈服狀態(tài)，只要構(gòu)件最大變形不超過(guò)結(jié)構(gòu)破壞的極限變形，在荷載作用消失后，構(gòu)件的振動(dòng)變形將因阻尼的影響而不斷衰減，最后恢復(fù)到一定的靜止平衡狀態(tài)。在大多數(shù)情況下，超過(guò)彈性范圍不大的塑性變形并不妨礙防護(hù)結(jié)構(gòu)在遭受沖擊爆炸作用后的使用，結(jié)構(gòu)常常允許出現(xiàn)裂縫和一定的殘余變形。通常情況下，考慮構(gòu)件進(jìn)入塑性階段工作，可以充分發(fā)揮材料的潛能，具有更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但必須避免構(gòu)件發(fā)生脆性破壞。

4.材料強(qiáng)度可以適當(dāng)提高

混凝土和鋼筋等材料的大量試驗(yàn)表明，材料強(qiáng)度的提高與加載速度或應(yīng)變速率有關(guān)。隨著加載速度或應(yīng)變速率的增加，材料強(qiáng)度提高。在防護(hù)結(jié)構(gòu)承受爆炸荷載的快速變形范圍內(nèi)，鋼筋的彈性模量沒(méi)有變化，屈服強(qiáng)度明顯提高，混凝土的強(qiáng)度極限和彈性模量均有提高，但兩種材料的變形指標(biāo)如極限延伸率、極限變形、泊松系數(shù)等基本不變。在防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮鋼筋與混凝土的強(qiáng)度提高，但應(yīng)注意相互匹配問(wèn)題，兩者不應(yīng)相差太大。

5.應(yīng)重視結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求

對(duì)于承受動(dòng)荷載的防護(hù)結(jié)構(gòu)，必要的構(gòu)造措施與承載力計(jì)算同等重要，可以提高結(jié)構(gòu)的整體抗毀能力。由于防護(hù)結(jié)構(gòu)通常允許進(jìn)入塑性階段工作，如果構(gòu)件沒(méi)有足夠的延性，將會(huì)出現(xiàn)屈服后的次生剪壞，必須采取一定的構(gòu)造措施。由于防護(hù)結(jié)構(gòu)允許在大變形狀態(tài)下工作，因此不能完全簡(jiǎn)單地套用一般建筑結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造要求和配筋方式，如雙向板中的分離式配筋就不適用于防護(hù)結(jié)構(gòu)。

為此，以教育轉(zhuǎn)型為牽引，以新型軍事人才培養(yǎng)為目標(biāo)，以教材內(nèi)容更新、優(yōu)化為突破，2005年起我?；炷两Y(jié)構(gòu)教材改革就被提上日程。

2008年，課程組以成功申報(bào)“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”國(guó)家精品課程為契機(jī)，成立教材編寫(xiě)組，著手新的混凝土結(jié)構(gòu)課程教材的編寫(xiě)工作。

2010年，依據(jù)近些年新的防護(hù)工程研究成果，方秦、柳錦春編著了《防護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)》一書(shū)作為我校土木工程專業(yè)本科生的課程教材，在此基礎(chǔ)上，由軍事科學(xué)出版社出版了該書(shū)的公開(kāi)版。

2012年，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)內(nèi)容之間的有機(jī)聯(lián)系，結(jié)合2011年7月頒布實(shí)施的新的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010），夏志成教授牽頭編寫(xiě)了《混凝土結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用》一書(shū)，供我校供軍事土木工程專業(yè)教學(xué)使用。

三、我校混凝土結(jié)構(gòu)研究的新發(fā)展

教材內(nèi)容更新始終是教材改革的核心和靈魂。幾十年來(lái)，在我校幾代教研人員的努力下，我?；炷两Y(jié)構(gòu)教材改革不斷推進(jìn)和完善，為新型軍事土木工程人才的培養(yǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

近年來(lái)國(guó)際戰(zhàn)略形勢(shì)深刻變化，恐怖爆炸襲擊、燃?xì)馊紵?、核電站安全殼和橋墩等事故型沖擊爆炸的防護(hù)已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外防災(zāi)減災(zāi)工程及與防護(hù)工程學(xué)科的研究熱點(diǎn)，其研究成果對(duì)提高民用建筑工程抗爆防爆減爆的安全防護(hù)建設(shè)水平，滿足國(guó)家的戰(zhàn)略需求都具有十分重要的學(xué)術(shù)理論價(jià)值以及經(jīng)濟(jì)與社會(huì)意義。

加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)理論研究，加速實(shí)現(xiàn)科研成果走向課堂、走向部隊(duì)、走向社會(huì)已成為我校領(lǐng)導(dǎo)和科技人員的共識(shí)。依托“防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程”國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科、防災(zāi)減災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以方秦教授為首的科研團(tuán)隊(duì)，針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，正在開(kāi)展以下幾方面的研究工作：

（1）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在沖擊爆炸荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)

研究爆炸荷載作用下鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)柱的破壞效應(yīng)及柱上的荷載分布規(guī)律，提出鋼筋混凝土框架柱抗爆設(shè)計(jì)計(jì)算方法。研究鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)在爆炸沖擊作用下的變形、損傷、破壞與倒塌，提出鋼筋混凝土抗爆減爆新方法的理論及工程防護(hù)措施。

研究鋼筋混凝土板殼結(jié)構(gòu)在低速?zèng)_擊荷載作用下的損傷特性和毀傷效應(yīng)，揭示撞擊荷載作用下板殼結(jié)構(gòu)局部毀傷效應(yīng)機(jī)理，建立撞擊荷載作用下板殼結(jié)構(gòu)抗局部毀傷效應(yīng)的計(jì)算方法。

（2）精確制導(dǎo)武器重復(fù)打擊情況下的鋼筋混凝土破壞效應(yīng)及防護(hù)技術(shù)

針對(duì)重要鋼筋混凝土防護(hù)結(jié)構(gòu)可能受到精確制導(dǎo)常規(guī)武器重復(fù)的情況，開(kāi)展多次沖擊作用下混凝土材料動(dòng)力學(xué)性能研究，提出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗制導(dǎo)武器重復(fù)打擊設(shè)計(jì)理論及方法。

（3）爆炸與火荷載聯(lián)合作用下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)

針對(duì)沖擊爆炸和火荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的不同作用方式，研究沖擊爆炸與火荷載多場(chǎng)耦合作用下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的損傷破壞機(jī)理及結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)，提出合理工程設(shè)計(jì)抗爆措施，從而為提升城市的綜合防災(zāi)能力做出貢獻(xiàn)。

四、結(jié) 語(yǔ)

為了更好的學(xué)習(xí)貫徹新頒布的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，完成我?？蒲小W(xué)術(shù)成果向教學(xué)成果的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)軍事土木工程人才的培養(yǎng)目標(biāo)，我校夏志成教授牽頭編寫(xiě)了《混凝土結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用》一書(shū)。該書(shū)在保持通用教材特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，突出了鮮明的軍事土木工程領(lǐng)域的特色。

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[1]龔自明，夏志成，陳明雄，馬淑娜.軍隊(duì)院校鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容改革及特點(diǎn)[J].建筑結(jié)構(gòu)，Vol.（38）：156-159.

[2]夏志成 主編.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用[M].解放軍理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院，2012.