李永貴　戴益民

摘要：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)踐性較強(qiáng)，與先修課程相比差異性大，學(xué)生學(xué)起來難度較大。筆者結(jié)合近幾年的教學(xué)實(shí)踐，在教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法上進(jìn)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(jì)原理；教學(xué)方法；土木工程

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

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(xué)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(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等，對后續(xù)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等課程的學(xué)習(xí)有重要影響，也是課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)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(jì)算，構(gòu)件的裂縫、變形和耐久性以及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)[1]。

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理這門課程，具有材料的不確定性、解答的多樣性、設(shè)計(jì)的綜合性等特點(diǎn)[2]，課程內(nèi)容中的實(shí)驗(yàn)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(shí)踐性較強(qiáng)，與先修課程相比差異性大，導(dǎo)致教師教起來不易、學(xué)生學(xué)起來困難。筆者結(jié)合近幾年的教學(xué)，在以下幾個方面進(jìn)行了一些思考和實(shí)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(xué)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?；炷量箟簭?qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低，因此結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于承載力極限狀態(tài)時(shí)，只考慮混凝土抗壓，不考慮抗拉?；炷劣伤唷⒐橇?、水等材料拌合而成，強(qiáng)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值時(shí)，材料分項(xiàng)系數(shù)取值較大。鋼筋力學(xué)性能較好，抗拉強(qiáng)度高，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中主要承擔(dān)拉力；在柱與雙筋受彎構(gòu)件中，也用于受壓，其抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度相當(dāng)，但鋼筋用于受壓時(shí)，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(yīng)力-應(yīng)變曲線是較為重要的，它是鋼筋混凝土構(gòu)件應(yīng)力分析、建立強(qiáng)度和變形計(jì)算理論必不可少的依據(jù)。此外，還應(yīng)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?cái)?、錨固、彎起等構(gòu)造措施的依據(jù)。

二、抓住教學(xué)主線

構(gòu)件承載力計(jì)算是這門課程的重點(diǎn)，涉及到拉、壓、彎、剪、扭等基本受力形式及其復(fù)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(xué)課程采用純理論的方法直接建立承載力計(jì)算公式。通常是在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，引入合理的基本假定，畫出應(yīng)力圖形，借助力學(xué)知識或回歸分析等方法建立承載力計(jì)算公式（包括其適用條件），然后用于工程設(shè)計(jì)，對于計(jì)算公式中未考慮的一些不利因素，通過構(gòu)造措施進(jìn)行補(bǔ)充。因此，在承載力計(jì)算章節(jié)中，要牢牢抓住“試驗(yàn)現(xiàn)象分析—引入基本假定—畫出應(yīng)力圖形—建立基本公式—進(jìn)行工程設(shè)計(jì)”這一主線，其中試驗(yàn)與假定是基礎(chǔ)，應(yīng)力圖形是關(guān)鍵，基本公式是結(jié)論，工程設(shè)計(jì)是目的[4]。值得注意的是，工程設(shè)計(jì)既包含計(jì)算，也包含構(gòu)造措施。

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

三、進(jìn)行對比分析

大多數(shù)教材將構(gòu)件承載力計(jì)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(xué)生學(xué)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(xué)生掌握。

受彎構(gòu)件中，單筋矩形截面較為簡單，大多數(shù)學(xué)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(yīng)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(xué)

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，引入案例教學(xué)，可以增強(qiáng)學(xué)生對這門課程的認(rèn)識和理解。設(shè)計(jì)案例應(yīng)符合教學(xué)目標(biāo)的要求、符合工程實(shí)際、符合混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢[5]，有一定的啟發(fā)性和適用性。根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況合理設(shè)置案例的難度，選擇現(xiàn)實(shí)生活中關(guān)心或常見的問題，可以提高學(xué)生的興趣，使教學(xué)效果更好。在實(shí)施案例教學(xué)前，需要學(xué)生準(zhǔn)備好相應(yīng)的理論知識。呈現(xiàn)案例后，應(yīng)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(xué)的核心部分，教師應(yīng)當(dāng)做適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，對于學(xué)生提出的解決方案，應(yīng)進(jìn)行點(diǎn)評與總結(jié)，并對案例進(jìn)行拓展與深化。案例教學(xué)過程中的重點(diǎn)在于學(xué)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(shí)踐能力

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的理論體系不完善，很多公式是由試驗(yàn)結(jié)果回歸而成，實(shí)踐性強(qiáng)，問題抽象，理解起來較為困難。培養(yǎng)實(shí)踐動手能力對于學(xué)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(shí)踐能力可以從以下幾個方面著手：①現(xiàn)場觀摩，安排學(xué)生參觀建成或在建的混凝土結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)對梁、板、柱等混凝土構(gòu)件的感性認(rèn)識；②參與試驗(yàn)，本課程中涉及大量的試驗(yàn)，應(yīng)盡可能讓每位學(xué)生參與到試驗(yàn)過程中，若學(xué)校不具備這樣的試驗(yàn)條件，可以通過觀看試驗(yàn)錄像，加強(qiáng)對各種構(gòu)件破壞機(jī)理的理解；③編制計(jì)算程序，教材中有各種承載力計(jì)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(jì)奠定了一定的基礎(chǔ)；④理論聯(lián)系實(shí)際，在學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容后，可以讓學(xué)生尋找相關(guān)破壞的工程實(shí)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(yīng)相關(guān)的工作。

六、板書與多媒體并重

當(dāng)前，大多數(shù)教師習(xí)慣于采用多媒體進(jìn)行教學(xué)，這種教學(xué)手段形象、信息量大，可以較好地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，加深對所學(xué)知識的理解。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理這門課程，涉及到大量的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，大多數(shù)學(xué)校不具備開展各類型構(gòu)件破壞試驗(yàn)的條件，但可以通過圖文、錄像資料重現(xiàn)試驗(yàn)過程，增加學(xué)生的感性認(rèn)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(shí)驗(yàn)過程中所蘊(yùn)含的力學(xué)知識。但對于大量的公式推導(dǎo)，在黑板上一步步演示推導(dǎo)過程，可以加強(qiáng)學(xué)生對公式的理解和記憶?？傊诮虒W(xué)過程中，合理的結(jié)合板書和多媒體，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效果。

通過在上述幾個方面的努力，這幾年的教學(xué)效果逐漸提高，在今后的教學(xué)中，還需要在創(chuàng)新教育教學(xué)方法，培養(yǎng)實(shí)踐動手能力，增強(qiáng)概念設(shè)計(jì)意識等方面進(jìn)行進(jìn)一步探索，進(jìn)一步提高教學(xué)水平和教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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

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[5]畢重，聶淼鑫.《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》的案例教學(xué)[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2008，10（6）：131-133.