“受彎構件斜截面承載力計算”的教學方法探討

孟遠遠,劉　健,陳英杰

(新疆農業大學　水利與土木工程學院,新疆　烏魯木齊　830052)

“受彎構件斜截面承載力計算”的教學方法探討

孟遠遠,劉健,陳英杰

(新疆農業大學水利與土木工程學院,新疆烏魯木齊830052)

[摘要]針對《混凝土結構設計原理》中“受彎構件斜截面承載力計算”章節的公式多、概念多、構造要求多等特點,從注重知識點之間邏輯關系的講解；注重計算公式、構造要求的建立依據及推導過程；注重構件設計的經濟性與合理性等方面對“受彎構件斜截面承載力計算”章節的教學方法進行了探討。

[關鍵詞]混凝土結構設計原理；受彎構件斜截面承載力計算；教學方法

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.10.170

受彎構件承載力計算是《混凝土結構設計原理》中的重點內容,其中受彎構件斜截面承載力計算又是受彎構件承載力計算中的難點,其公式多、概念多、構造要求多,學生在學習該章內容時往往感到內容煩瑣、公式復雜、理解困難,做課程設計也是通過模仿例題生搬硬套,不理解各步驟的意義及其邏輯關系,這都是由于學生沒有真正理解混凝土結構的力學原理和工程實質。下面以“受彎構件斜截面承載力計算”章節在教學中存在的問題為研究對象,就問題產生的原因及如何改進教學方法進行了探討。

1知識點間的邏輯關系混亂

受彎構件在荷載作用下可能發生正截面破壞或斜截面破壞,當正截面受彎承載力有保證的情況下,構件會沿剪力最大或彎矩和剪力都較大的截面發生破壞,破壞截面與構件的軸線斜交。在受彎梁的設計過程中,學生常忽略正截面承載力計算與斜截面承載力計算的先后關系。在教學過程中可用圖表的方式向學生直觀地展現知識點間的邏輯關系(見下圖),加強學生學習各章節的連貫性,為培養學生綜合考慮問題的能力奠定基礎。

受彎構件承載力計算邏輯關系

2計算公式的推導過程及構造要求的建立依據理解有誤

受彎構件斜截面的破壞形態主要有三種：斜壓破壞、剪壓破壞、斜拉破壞。它們都屬于脆性破壞,是設計中應盡量避免的,但脆性程度不同,其排序為：斜拉破壞>斜壓破壞>剪壓破壞。所以我國《混凝土結構設計規范》中規定用構造措施來防止斜拉、斜壓破壞,通過計算來防止剪壓破壞,其中計算要求與構造要求如下：

2.1計算要求

Vu=Vc+Vs+Vsb

(1)

其中,Vu：梁斜截面受剪承載力設計值。

Vc：混凝土剪壓區受剪承載力設計值。

Vs：與斜裂縫相交的箍筋的受剪承載力設計值。

Vsb：與斜裂縫相交的彎起鋼筋的受剪承載力設計值。

2.2構造要求

①截面最小尺寸的要求。②箍筋的要求。

學生反映做作業就是依葫蘆畫瓢的過程,根本不理解公式及構造要求的建立依據,究其原因是學生沒有掌握斜截面三種破壞形態的破壞原理及破壞特征。所以,首先，應抓住斜截面受剪承載力是由混凝土、箍筋及彎起鋼筋三部分提供的這個思路,引導學生在理解的基礎上應用公式；其次,強調公式的建立依據：式(1)是以剪壓破壞的受力特征為依據建立的,因此,建立了構造要求以保證構件發生斜截面三種破壞形態中的剪壓破壞,構造要求中截面最小尺寸的要求是為了避免構件發生斜壓破壞,箍筋的要求是為了避免構件發生斜拉破壞。通過對公式意義及建立依據的講解,使學生在理解的基礎上記憶構造措施,以避免出現由于死記硬背造成的記憶不牢和做題時生搬硬套等問題。

3彎起鋼筋配置錯誤

3.1對彎起鋼筋缺乏感性認識

在受彎構件斜截面承載力腹筋的計算中,學生常認為彎起鋼筋是需額外配置的受力鋼筋,忽略了彎起鋼筋是由縱向鋼筋彎起得來的概念。在一般的連續梁設計中應先滿足跨中處正截面承載力要求,這時所配置的縱筋僅在跨中正彎矩最大值處得到充分利用,在臨近支座處正截面受彎承載力大大富余,這時往往將部分縱筋彎起得到彎起鋼筋。在教學過程中宜多與實際工程相結合,結合圖片講解彎起鋼筋的概念,使學生對彎起鋼筋的形態有一個感性的認識；引導學生綜合考慮受彎構件正截面承載力與斜截面承載力,在選配縱向受力鋼筋時應考慮到彎起鋼筋,以滿足結構設計經濟性、合理性的要求。

3.2忘記驗算彎起點處斜截面抗剪承載力

在受彎構件斜截面承載力腹筋的計算中，一旦配置彎起鋼筋學生常忘記驗算彎起點處斜截面受剪承載力。若利用彎起鋼筋受剪,則鋼筋的彎起點與彎終點需同時滿足計算要求和構造要求,在構造要求滿足的前提下，需注意彎起點處彎起鋼筋提供的受剪承載力發生了變化,它是斜截面受剪承載力的薄弱位置,為保證彎起點處斜截面受剪承載力滿足要求需驗算彎起點處受剪承載力。在教學過程中應注重引導學生積極思考計算要求與構造要求的建立依據,讓學生在理解的基礎上完成結構設計。

3.3彎起點與彎終點的概念模糊

對于彎起鋼筋的設置學生常常會糾結于先確定彎起點還是彎終點,這是因為學生對彎起點及彎終點的概念模糊。不論先確定彎起點或彎終點都是可行的,只要保證梁各截面的正截面受彎承載力、斜截面受剪承載力、斜截面受彎承載力均滿足要求,那么結果都是正確的,但不一定是經濟、合理的。先確定彎起點與先確定彎終點兩種計算模式的側重點不同,需驗算的內容不同,在教學過程中通過引導學生思索兩種計算模式的共性和差異,讓學生理解所學知識；鼓勵學生自主地去探討如何在計算正確的前提下設計出經濟、合理的結構。

4結論

“受彎構件斜截面承載力計算”章節是《混凝土結構設計原理》這門課程中的一個難點,對基礎力學知識,空間想象能力要求較高。在短時間內很難使學生理解所學知識,學生往往靠機械記憶去死背公式和構造要求,這是不現實,也沒有必要的。在教學過程中,應注重概念、基礎知識及各知識點間邏輯關系的講解,著重培養學生綜合解決問題的能力；強調公式及構造要求的建立依據和推導過程,加強學生對公式及構造要求的理解；引導學生注重理論計算的同時綜合考慮經濟性、合理性；鼓勵學生將課程內容與實際工程相結合,在理解的基礎上進行結構設計,激發學生學習的興趣,提高學生學習的成就感,從而達到更好的教學效果。

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[基金項目]新疆水利水電工程重點學科基金(項目編號：xjslgczdxk20101202)；新疆農業大學教研項目資助。

[作者簡介]孟遠遠(1989—),女,安徽蕭縣人,碩士,助教。研究方向：結構工程。