岳健廣 方華

摘要：國(guó)際化課程建設(shè)是實(shí)現(xiàn)我國(guó)工程教育國(guó)際化的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展與國(guó)際人才市場(chǎng)的需求，合理確定課程教學(xué)內(nèi)容與能力考核點(diǎn)。由于我國(guó)“一帶一路”倡議急需培養(yǎng)大量熟悉國(guó)際規(guī)則、具有國(guó)際視野的土木工程專業(yè)人才，作為專業(yè)主干課的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》應(yīng)體現(xiàn)出不同國(guó)家或地區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范在應(yīng)用時(shí)的區(qū)別，并將“具有一定的國(guó)際視野、能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流”作為能力考核點(diǎn)。文章以“受扭構(gòu)件扭曲截面承載力”內(nèi)容為例，分析比較了中國(guó)、歐洲、美國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范的異同，提出了相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和能力考核點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：國(guó)際化課程建設(shè);土木工程;能力考核點(diǎn);受扭構(gòu)件;截面承載力

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）42-0199-03

一、教學(xué)內(nèi)容與能力考核點(diǎn)

以“受扭構(gòu)件扭曲截面承載力”為例，其教學(xué)內(nèi)容包括非預(yù)應(yīng)力混凝土純扭構(gòu)件的開(kāi)裂扭矩、純扭構(gòu)件的扭曲截面承載力、構(gòu)造要求。表1列出了具體的教學(xué)內(nèi)容、對(duì)應(yīng)學(xué)時(shí)及能力考核點(diǎn)，相比國(guó)內(nèi)課程，建議此部分國(guó)際化課程的總學(xué)時(shí)不增加;教學(xué)內(nèi)容上減少“I和T形截面受扭構(gòu)件”的內(nèi)容，增加中、歐、美規(guī)范關(guān)于扭曲截面承載力計(jì)算方面的對(duì)比。由此，通過(guò)教學(xué)使學(xué)生達(dá)到“具備一定的國(guó)際視野、能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流”（WA10項(xiàng)）的要求。

二、純扭構(gòu)件開(kāi)裂扭矩

混凝土構(gòu)件開(kāi)裂扭矩可近似按塑性開(kāi)裂扭矩fW計(jì)算，同時(shí)混凝土抗拉強(qiáng)度要適當(dāng)降低。我國(guó)規(guī)范GB50010-2002[1]給出的混凝土構(gòu)件開(kāi)裂扭矩T計(jì)算公式為

T=0.7fW （1）

式中，f為混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;系數(shù)0.7是混凝土強(qiáng)度的折減系數(shù);W為構(gòu)件扭轉(zhuǎn)塑性抵抗矩。

混凝土開(kāi)裂前，歐洲規(guī)范EN1992-1-1：2004[2]的扭轉(zhuǎn)計(jì)算是以變角空間桁架模型中的閉合薄壁截面模型為基礎(chǔ)的，平衡時(shí)形成閉合剪力流。將實(shí)心截面等效為薄壁截面。

純扭作用下截面壁內(nèi)的剪應(yīng)力按下式計(jì)算

τt= （2）

式中，T為截面上扭矩;A為壁中心連線包圍的面積;τ為第i個(gè)壁的扭轉(zhuǎn)剪力;t為有效壁厚，可取為;A為外周邊所包圍截面的總面積;u為橫截面的周長(zhǎng)。當(dāng)τ=f時(shí)，構(gòu)件將發(fā)生扭轉(zhuǎn)開(kāi)裂，故開(kāi)裂扭矩為

T=2Aft （3）

美國(guó)ACI318M-05[3]規(guī)范中純扭的開(kāi)裂扭矩T也是通過(guò)用閉合薄壁截面代替真實(shí)截面所導(dǎo)出，壁厚t在開(kāi)裂前取0.75A/u，而由壁中線圍成的面積A則等于2A/3。假定開(kāi)裂發(fā)生的主拉應(yīng)力達(dá)到0.33時(shí)，在只受扭矩作用的構(gòu)件中，主拉應(yīng)力等于扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力τ=T/2At。于是，根據(jù)開(kāi)裂發(fā)生在τ=0.33時(shí)，就可以給出構(gòu)件的開(kāi)裂扭矩為：

T=0.33

（4）

式中，f′為混凝土圓柱體抗壓強(qiáng)度平均值;A為橫截面面積。

三、純扭構(gòu)件的扭曲截面承載力

我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002[1]以試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，并考慮抗扭鋼筋的作用，給出下面的受扭承載力計(jì)算公式：

T=αfW+αf （5）

ξ= （6）

式中，α與α分別取0.35、1.2，α與α由試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)得;ξ為受扭縱向鋼筋與箍筋的配筋強(qiáng)度比值，對(duì)于鋼筋混凝土純扭構(gòu)件，其值應(yīng)符合0.6≤ξ≤1.7的要求，當(dāng)時(shí)ξ<0.6，取ξ=0.6;當(dāng)ξ>時(shí)，取ξ=

1.7;u為截面核心部分的周長(zhǎng)，u=2（b+h）;A為縱向普通鋼筋截面面積;A為箍筋單肢截面面積;f為受扭箍筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;f為受扭縱筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;A為截面核心部分的面積，A=bh，此處，b，h分別為箍筋內(nèi)表面范圍內(nèi)截面核心部分的短邊、長(zhǎng)邊尺寸;s為受扭箍筋間距。

歐洲規(guī)范EN1992-1-1：2004[2]中受扭構(gòu)件承載力的計(jì)算是以閉合薄壁截面空間桁架模型為基礎(chǔ)的，構(gòu)件所需的縱向鋼筋截面面積∑A按下式計(jì)算：

=cotθ （7）

式中，T為設(shè)計(jì)扭矩;A為管壁中心連線包圍的面積，包括內(nèi)部空心區(qū);u為面積A的周長(zhǎng);θ為壓桿相對(duì)于縱筋的傾斜角，見(jiàn)圖1，22.5°≤θ≤45°;A為第i個(gè)薄壁中縱筋的面積。

需要的受扭箍筋按下列計(jì)算：

=.tanθ （8）

對(duì)于形狀復(fù)雜的截面，如I形、T形截面，歐洲規(guī)范的計(jì)算與我國(guó)規(guī)范計(jì)算相同。

美國(guó)ACI318M-05[3]規(guī)范計(jì)算鋼筋混凝土構(gòu)件抗扭承載力時(shí)，也采用角變空間桁架模型，其承載力計(jì)算式如下：

T=cotθ （9）

式中，A為剪應(yīng)力包圍的毛面積，可取A=0.85A;A為受扭箍筋所包圍區(qū)域的面積;f為封閉受扭箍筋的屈服強(qiáng)度;s為平行于縱筋方向的抗剪或抗扭鋼筋的間距;θ為桁架模型中壓桿的角度，30°≤θ≤60°。

變角空間桁架中當(dāng)縱向鋼筋和箍筋都屈服時(shí)有：

cotθ= ? （10）

式中，p為最外層封閉受扭鋼筋中心線的周長(zhǎng)。

由式（9）求得A后，代入式（10）得到抗扭所需的縱筋面積為：

A=pcotθ ? （11）

四、構(gòu)造要求

按構(gòu)造配筋的條件。我國(guó)規(guī)范GB50010-2002[1]規(guī)定，梁內(nèi)受扭縱向鋼筋的配筋率應(yīng)符合下面規(guī)定：

ρ=≥0.6· ? （12）

式中，當(dāng)>2時(shí)，取=2;ρ受扭縱向鋼筋的配筋率;A為沿截面周邊布置的受扭縱向鋼筋的總截面面積;T為扭矩的設(shè)計(jì)值;V為剪力的設(shè)計(jì)值。

梁內(nèi)受扭箍筋配筋率應(yīng)符合下面的規(guī)定：

ρ=≥0.28 ? （13）

歐洲規(guī)范EN1992-1-1：2004[2]規(guī)定，梁內(nèi)受扭箍筋配筋率應(yīng)符合下面的規(guī)定：

ρ=≥ ? （14）

式中，f為箍筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，f為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值。

美國(guó)規(guī)范ACI318-05[3]規(guī)定，梁內(nèi)受扭縱向鋼筋的最小總面積A的公式：

A=-（）p（） ? （15）

梁內(nèi)受扭箍筋配筋率應(yīng)符合下面的規(guī)定：

ρ=≥0.75 ? （16）

且不小于。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB 50010-2002.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[2]EN1992-1-1：2004.Eurocode 2：Design of concrete structures Part 1-1：General rules and rules for buildings，London，British Standards Institution，2004.

[3]ACI 318M-05.Building Code Requirement for Structural Concrete.American Concrete Institute，P.O.Box 9094，F(xiàn)armington Hills，MI 48333-9094，2011.