混凝土結構設計原理的教學思考

李永貴　戴益民

摘要：混凝土結構設計原理是土木工程專業重要的專業基礎課，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。筆者結合近幾年的教學實踐，在教學內容與教學方法上進行了一些思考與總結，取得了較好的效果。

關鍵詞：混凝土結構設計原理；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

混凝土結構設計原理是土木工程專業重要的專業基礎課，在專業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、結構力學等，對后續的混凝土結構設計、高層建筑結構設計等課程的學習有重要影響，也是課程設計、畢業設計等實踐環節的重要基礎。課程內容涉及混凝土結構材料的基本性能，構件承載力計算，構件的裂縫、變形和耐久性以及預應力混凝土構件設計[1]。

混凝土結構設計原理這門課程，具有材料的不確定性、解答的多樣性、設計的綜合性等特點[2]，課程內容中的實驗現象多、假定多、概念多、公式多、系數多、條件多、構造要求多，且邏輯性、系統性差，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象。混凝土抗壓強度高，抗拉強度低，因此結構構件處于承載力極限狀態時，只考慮混凝土抗壓，不考慮抗拉。混凝土由水泥、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計值時，材料分項系數取值較大。鋼筋力學性能較好，抗拉強度高，在結構構件中主要承擔拉力；在柱與雙筋受彎構件中，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，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，它是鋼筋混凝土構件應力分析、建立強度和變形計算理論必不可少的依據。此外，還應熟悉鋼筋和混凝土之間粘結力的相關知識，這是鋼筋截斷、錨固、彎起等構造措施的依據。

二、抓住教學主線

構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），然后用于工程設計，對于計算公式中未考慮的一些不利因素，通過構造措施進行補充。因此，在承載力計算章節中，要牢牢抓住“試驗現象分析—引入基本假定—畫出應力圖形—建立基本公式—進行工程設計”這一主線，其中試驗與假定是基礎，應力圖形是關鍵，基本公式是結論，工程設計是目的[4]。值得注意的是，工程設計既包含計算，也包含構造措施。

在計算過程中，初學者往往習慣于聯立解方程，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

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

受彎構件中，單筋矩形截面較為簡單，大多數學生能較好地掌握。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，根據疊加原理，有Mu=M1+M2。

四、引入案例教學

混凝土結構設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、符合混凝土結構設計的發展趨勢[5]，有一定的啟發性和適用性。根據學生的實際情況合理設置案例的難度，選擇現實生活中關心或常見的問題，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，教師應當做適當的引導，對于學生提出的解決方案，應進行點評與總結，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量，結果可以是多樣化的。

五、培養實踐能力

混凝土結構設計原理的理論體系不完善，很多公式是由試驗結果回歸而成，實踐性強，問題抽象，理解起來較為困難。培養實踐動手能力對于學好這門課程大有裨益，對今后從事相關工作也奠定了良好基礎。實踐能力可以從以下幾個方面著手：①現場觀摩，安排學生參觀建成或在建的混凝土結構，加強對梁、板、柱等混凝土構件的感性認識；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，也為畢業設計奠定了一定的基礎；④理論聯系實際，在學習相關內容后，可以讓學生尋找相關破壞的工程實例，并分析其原因，具備這種能力后，畢業后可以較迅速地適應相關的工作。

六、板書與多媒體并重

當前，大多數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，可以較好地調動學生學習的興趣，加深對所學知識的理解。混凝土結構設計原理這門課程，涉及到大量的實驗現象，大多數學校不具備開展各類型構件破壞試驗的條件，但可以通過圖文、錄像資料重現試驗過程，增加學生的感性認識，將枯燥的內容變得生動起來，再結合老師講解，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。總之，在教學過程中，合理的結合板書和多媒體，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，還需要在創新教育教學方法，培養實踐動手能力，增強概念設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.混凝土結構設計原理（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]關萍.《混凝土結構設計原理》課程建設[J].大連大學學報，2010，（5）：116-118.

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

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

[5]畢重，聶淼鑫.《混凝土結構設計原理》的案例教學[J].遼寧工業大學學報（社會科學版），2008，10（6）：131-133.