混凝土結(jié)構(gòu)原理學(xué)生作業(yè)反映的問題探討

陳 小 英

(重慶科技學(xué)院，重慶 401331)

?

混凝土結(jié)構(gòu)原理學(xué)生作業(yè)反映的問題探討

陳 小 英

(重慶科技學(xué)院，重慶 401331)

介紹了混凝土結(jié)構(gòu)原理課程的特點，對學(xué)生在該課程作業(yè)中普遍出現(xiàn)的問題進行了原因分析，并從注重理論講解、理論與實踐相結(jié)合、引導(dǎo)學(xué)生思考等方面，提出了該課程的教學(xué)方法，以達到良好的教學(xué)效果。

混凝土結(jié)構(gòu)原理，教學(xué)方法，承載力，配筋率

0 引言

《混凝土結(jié)構(gòu)原理》課程是土木工程專業(yè)大三第五個學(xué)期開設(shè)的一門專業(yè)平臺課，該門課程是學(xué)習《材料力學(xué)》和《結(jié)構(gòu)力學(xué)》等力學(xué)課程之后，需要學(xué)生具有一定的力學(xué)理論基礎(chǔ)才能很好的掌握該門課程的相關(guān)知識點。該門課程是一門基于試驗和理論的研究來指導(dǎo)工程應(yīng)用的課程，它的特點為“概念多、原理多、實驗現(xiàn)象多、計算公式多”[1，2]，因此，理論性強、實踐性強，學(xué)生們很難在短時間內(nèi)找到自己合適的學(xué)習方法，作業(yè)中常常出現(xiàn)比較多的基礎(chǔ)錯誤，老師在教學(xué)中需要及時發(fā)現(xiàn)作業(yè)中的問題，結(jié)合學(xué)生的錯誤進行查找問題出現(xiàn)的原因，跟進學(xué)生的學(xué)習進度組織有效的課程教學(xué)。

1 作業(yè)中出現(xiàn)的普遍問題及原因分析

1)截面有效高度計算錯誤。

截面的有效高度是縱向受拉鋼筋的合力點到截面受壓區(qū)邊緣的豎向距離[3]。該參數(shù)是鋼筋混凝土構(gòu)件的正截面承載力計算中一個非常重要的參數(shù)。如果該參數(shù)計算錯誤則按其參數(shù)計算出的配筋量也是錯誤的。仔細查看過程以及與同學(xué)交流才發(fā)現(xiàn)同學(xué)們沒有很好的掌握該參數(shù)的正確計算方法，而老是套用教材中有效高度的計算公式即單層布筋時，或者雙層布筋時，而沒有正確理解該參數(shù)的本質(zhì)含義。

2)最小配筋率驗算的錯誤。

按教材的配筋率的定義是縱向受拉鋼筋總截面與正截面的有效面積的比值。因此學(xué)生們在受彎構(gòu)件及受壓構(gòu)件最小配筋率的驗算時直接用計算出的數(shù)值與最小配筋率的限值進行比較。而GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范8.5.1[4]條規(guī)定：受彎構(gòu)件、大偏心受拉構(gòu)件一側(cè)受拉鋼筋的配筋率按全截面面積扣除受壓翼緣面積后的截面面積計算，受壓構(gòu)件的全部縱向鋼筋和一側(cè)縱向鋼筋的配筋率以及軸心受拉構(gòu)件和小偏心受拉構(gòu)件一側(cè)受拉鋼筋的配筋率均按構(gòu)件的全截面面積計算。因此對于配筋率在不同的地方其計算是不同的，而同學(xué)們沒有很好的掌握這個區(qū)別。

3)承載力計算時荷載值錯誤。

在驗算變形、裂縫寬度時，應(yīng)采用荷載的標準值，在計算截面承載力時為了滿足可靠度的要求，應(yīng)采用比其標準值大的荷載設(shè)計值。而同學(xué)們常常是直接按題目中的荷載進行后續(xù)的承載力計算或變形和裂縫寬度的驗算，而沒有關(guān)注題目中給的是什么樣的荷載值。或者是在計算荷載的設(shè)計值時將荷載的分項系數(shù)錯誤套用而未分清是恒荷載或是活荷載的分項系數(shù)。

4)受彎構(gòu)件斜截面承載力計算時公式錯用。

對集中荷載作用下(包括作用有多種荷載，其中集中荷載對支座截面或節(jié)點邊緣所產(chǎn)生的剪力值占總剪力的75%以上的情況)的獨立梁，斜截面承載力計算公式的混凝土項中的系數(shù)，與一般受彎構(gòu)件則中取值不同。因此在進行受彎構(gòu)件斜截面承載力計算時應(yīng)根據(jù)受彎構(gòu)件的約束條件和荷載情況進行判斷再確定為何值。同學(xué)們在作業(yè)中常常直接套用0.7的系數(shù)而沒有之前的判斷。

5)受壓構(gòu)件正截面承載力計算時驗算不全。

軸心受壓構(gòu)件配置鋼筋的計算完成后需要驗算其單側(cè)截面和全截面的最小配筋率是否滿足要求，同時還要驗算全截面的最大配筋率；偏心受壓構(gòu)件則不僅要驗算其單側(cè)截面和全截面的最小配筋率以及全截面的最大配筋率，同時還要驗算垂直于彎矩方面按軸心受壓構(gòu)件驗算已經(jīng)配置好的鋼筋能否滿足其承載力。這與受彎構(gòu)件正截面計算相比需要驗算的種類比較多，因此也容易遺漏。

6)鋼筋直徑的選擇與構(gòu)件類型不符。

對于不同的構(gòu)件其常用的鋼筋一般都在教材相應(yīng)章的第一節(jié)里的構(gòu)造要求進行了說明，比如受彎構(gòu)件縱向鋼筋：梁常用的直徑為12 mm，14 mm，16 mm，18 mm，20 mm，22 mm和25 mm；板常用直徑是6 mm，8 mm，10 mm和12 mm，而受壓構(gòu)件的縱向鋼筋直徑通常在16 mm～32 mm范圍內(nèi)選用。同時市面上能買到的鋼筋也不是任意直徑，比如直徑為7 mm，9 mm，11 mm，13 mm，15 mm，17 mm，19 mm，21 mm，23 mm，24 mm就沒有。因此同學(xué)們在構(gòu)件配置鋼筋時想當然地進行配置則是不符合專業(yè)的構(gòu)造要求的。而同學(xué)們的作業(yè)中常常會出現(xiàn)類似的情況，比如，在梁的縱向鋼筋配置時配置10根6 mm直徑的鋼筋是不正確的，因為這樣可能鋼筋在布置時滿足了鋼筋與鋼筋凈距的要求，而截面的寬度放置不下該數(shù)量的鋼筋，另外就是選擇這么小的鋼筋直徑也不符合常用直徑的選擇。因此，對于不同構(gòu)件的鋼筋直徑在進行配置時不僅要考慮常用直徑的選擇，還要考慮到鋼筋的凈距的要求，在現(xiàn)有的截面寬度范圍內(nèi)布置得下才可以。

2 作業(yè)中出現(xiàn)問題的應(yīng)對教學(xué)方法

1)注重基本原理、概念的講解。

從學(xué)生們的作業(yè)中反映的問題來看學(xué)生們對于基本概念不清楚，對于一些基礎(chǔ)性的知識沒有很好的掌握。比如在計算截面的有效高度時因為沒有掌握其基本概念而直接套用教材里的公式，同時也沒有弄懂教材里的單層布筋是一類環(huán)境且假定箍筋為10 mm，縱筋假定為20 mm得來的，因此，要能正確計算截面的有效高度不僅要弄懂截面有效高度的定義，還得弄明白保護層的概念以及構(gòu)件常用鋼筋直徑等。現(xiàn)比如配筋率的計算，這就要求首先明白計算的配筋率的目的是什么，然后才能對應(yīng)選擇是用“全截面”或“有效截面”計算配筋率。

2)注重計算公式的建立與構(gòu)建圖形相結(jié)合。

比如本課程中構(gòu)件的正截面承載力計算是核心的教學(xué)內(nèi)容之一，該部分主要是因為承受的內(nèi)力及截面的不同致使公式眾多，如若沒有教給學(xué)生較好的學(xué)習方法，學(xué)生們要掌握好該部分內(nèi)容則相當困難。而該部分內(nèi)容是學(xué)生們必須要掌握的內(nèi)容，而同學(xué)們看到該部分的公式繁多且每個公式均有其適用范圍，如果全靠死記硬背的學(xué)習方法極容易產(chǎn)生畏難情緒，從而不能學(xué)好該部分相關(guān)知識。因此，在教學(xué)中重在授之以“漁”而不是授之以“魚”，讓同學(xué)們借助于空間想象力，構(gòu)建各類正截面承載力計算簡圖，在此基礎(chǔ)之上，再利用力學(xué)平衡知識自行推導(dǎo)相應(yīng)的計算公式。在這個教學(xué)活動中重點不是在推導(dǎo)公式的過程而是構(gòu)建正截面承載力計算簡圖。可以說如果能構(gòu)建受彎構(gòu)件單筋矩形截面的正截面承載力的計算簡圖，則只要洞悉不同之處受彎構(gòu)件的雙筋矩形截面、T形截面以及偏心受壓和偏心受拉構(gòu)件的正截面承載力計算簡圖則非常容易構(gòu)建。

3)注重與實踐相結(jié)合的教學(xué)。

本課程的許多教學(xué)內(nèi)容來源于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，其應(yīng)用性較強，所學(xué)的知識最終將用到實踐中去。如果作為老師只懂得拿著課本或者規(guī)范去給學(xué)生灌輸知識的話，學(xué)生們會覺得十分枯燥再加上難以理解而較容易失去學(xué)習該門課程的興趣。在整個教學(xué)中要注重與實踐相結(jié)合的教學(xué)方法，從而調(diào)動學(xué)生們動手實驗，動眼觀察，動腦思考，從而便于理解。

一方面，本課程有課帶實驗，即鋼筋混凝土簡支梁受彎破壞實驗和鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件的受壓破壞實驗。實驗過程中通過讓同學(xué)們參與粘貼應(yīng)變片、混凝土和鋼筋的材性實驗以及加強培養(yǎng)動手能力，通過安排學(xué)生采集數(shù)據(jù)、讀取變形值和觀察裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，并觀察構(gòu)件的破壞特征，將教材中描述的與實驗所見進行對比，引導(dǎo)學(xué)生們積極思考。

另一方面，本課程開設(shè)之前有認識實習，之后有生產(chǎn)實習，在工地現(xiàn)場實習的環(huán)節(jié)中，老師可以有意識地選擇一些正在進行鋼筋作業(yè)的工地，帶領(lǐng)學(xué)生進入工地觀察鋼筋的加工，讓學(xué)生們有一個直觀感受，可以促進理論聯(lián)系實際，加深對知識的理解。

最后，本課程學(xué)習之后還安排有課程設(shè)計即通過一個常用、典型的鋼筋混凝土樓蓋——現(xiàn)澆式單向板肋梁樓蓋的設(shè)計，具體內(nèi)容有梁與板的結(jié)構(gòu)布置、荷載計算、板、次梁和主梁的內(nèi)力計算與配筋，最后繪制出樓蓋結(jié)構(gòu)施工圖并整理計算書，通過以上內(nèi)容讓學(xué)生將所學(xué)到的理論知識與設(shè)計方法運用于具體的設(shè)計實踐中，提高專業(yè)設(shè)計能力及創(chuàng)造性思維能力，使所學(xué)知識能夠融會貫通。

4)在教學(xué)中設(shè)置任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生思考。

在學(xué)生們的作業(yè)中反映出了不少常見的問題，課下與學(xué)生們多次溝通與交流并深度分析常見問題，發(fā)現(xiàn)這些常見問題很大程度上是源于學(xué)生們不動腦思考而直接套用教材中的公式或者是按照教材中類似的例題進行步驟套用的結(jié)果，因此，在平時的教學(xué)活動中如何引導(dǎo)學(xué)生們進行深度思考就尤為重要。設(shè)置任務(wù)可以有多種形式，其中一種就是任務(wù)教學(xué)，該方法是老師提煉學(xué)習任務(wù)，學(xué)生在老師的引導(dǎo)下圍繞任務(wù)進行探索，在問題動機的驅(qū)動下，查閱多方面的資料，進行主動的學(xué)習，比如在講鋼筋與混凝土的粘結(jié)之前，給學(xué)生們布置任務(wù)“鋼筋與混凝土間的粘結(jié)力出現(xiàn)時在構(gòu)件的哪些部位”。另一種就是在核心內(nèi)容講授完成之后，給學(xué)生們分組把講授的內(nèi)容制作成圖文并茂的PPT，并通過任務(wù)完成后的成果進行答辯。比如在講完單筋矩形截面正截面承載力計算之后，給學(xué)生們布置任務(wù)“將單筋矩形截面正截面承載力的公式推導(dǎo)以及相應(yīng)的截面設(shè)計和承載力驗算兩類問題的計算步驟制作成圖文并茂的PPT，尤其是兩類問題的計算步驟重點在邏輯思維的展現(xiàn)”，這不僅要求學(xué)生們要掌握好所學(xué)的內(nèi)容，同時還得進行深度思考如何在PPT里展現(xiàn)，同時還培養(yǎng)了學(xué)生們的團隊協(xié)作能力。

3 結(jié)語

混凝土結(jié)構(gòu)原理課程教學(xué)內(nèi)容多、概念多、構(gòu)造多、實踐性強、對力學(xué)知識要求較高，一周4學(xué)時～6學(xué)時的理論課的安排很難讓學(xué)生們在短時間內(nèi)掌握所學(xué)知識。作業(yè)是老師與學(xué)生溝通的一種方式，可以直觀反映學(xué)生們對教學(xué)內(nèi)容的掌握情況。作為老師應(yīng)該高度重視學(xué)生作業(yè)中反映出的共性問題，做到及時發(fā)現(xiàn)問題，深度分析問題，在充分了解學(xué)生學(xué)習狀況之后，對教學(xué)的方式和進度做出適當?shù)恼{(diào)整，采取有效的教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習熱情，幫助學(xué)生們更好地理解課程內(nèi)容，并掌握適用專業(yè)所需的學(xué)習方法與思維方式，從而提高教學(xué)效果。

[1] 孫惠得，許金余，楊文星，等.《混凝土結(jié)構(gòu)原理》課程“多元化”教學(xué)方法和考核方式的探索與實踐[J].東南大學(xué)學(xué)報(哲學(xué)社會科學(xué)版)，2012，14(sup)：241-243.

[2] 雷 洋，劉 幸.對學(xué)生在混凝土結(jié)構(gòu)原理中常見問題的探討[J].東南大學(xué)學(xué)報(哲學(xué)社會科學(xué)版)，2012，14(sup)：249-250.

[3] 東南大學(xué),天津大學(xué)，同濟大學(xué).混凝土結(jié)構(gòu)(上冊)[M].第5版.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[4] GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

On problems in students’ homework for concrete structural principle

Chen Xiaoying

(ChongqingUniversityofScienceandTechnology,Chongqing401331,China)

The paper introduces the features for the course of the concrete structure, analyzes the reasons for the problems in students’ homework, and points out the teaching methods of the course from the interpretation of theories, combination between theories and practice, and guidance for students’ consideration, so as to achieve better teaching effect.

concrete structural principle, teaching method, loading capacity, reinforcement ratio

1009-6825(2016)24-0234-02

2016-06-17

陳小英(1975- )，女，博士，副教授

G642.0

A