國際化課程《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》教學(xué)內(nèi)容與能力考核：受彎構(gòu)件的斜截面承載力與配筋計算

岳健廣 吳巧云

摘要：國際化課程建設(shè)是我國工程教育國際化的重要組成部分，是實現(xiàn)國際化人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，課程的教學(xué)內(nèi)容及能力考核點應(yīng)面向全球經(jīng)濟發(fā)展與國際人才市場的需求進行確定。我國“一帶一路”倡議的推進，急需培養(yǎng)大量熟悉國際規(guī)則、具有國際視野的外向型土木工程人才。土木工程專業(yè)主干課《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)體現(xiàn)不同地區(qū)、不同國家采用設(shè)計規(guī)范的分析比較，并將“具有一定的國際視野、能夠在跨文化背景下進行溝通和交流”作為此課程的能力考核點。文章以“受彎構(gòu)件斜截面承載力與配筋計算””內(nèi)容為例，從受彎構(gòu)件受剪機理與破壞形態(tài)、斜截面受剪承載力、截面設(shè)計方法等幾個方面，分析比較了中國、歐洲各國、美國等國家混凝土設(shè)計規(guī)范的異同，建議了對應(yīng)的學(xué)時分配和能力考核點。

關(guān)鍵詞：國際化課程建設(shè);土木工程;能力考核點;斜截面抗剪承載力

中圖分類號：G642.1? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）41-0098-03

隨著全球經(jīng)濟化的不斷發(fā)展和我國“一帶一路”倡議帶來的巨大機遇，加快土木工程國際化課程的建設(shè)，對實現(xiàn)土木工程專業(yè)國際化具有重要意義。

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》是土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，面向國際建設(shè)工程的要求，其教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)恰當(dāng)反映不同地區(qū)或國家所采用設(shè)計規(guī)范的不同[1]，通過課堂教學(xué)，使學(xué)生具備應(yīng)用不同國家規(guī)范開展土木工程及相關(guān)領(lǐng)域項目的能力。同時，結(jié)合《高等學(xué)校土木工程專業(yè)評估（認(rèn)證）標(biāo)準(zhǔn)》[2]中的12項畢業(yè)要求（見表1），將“WA10——具備一定的國際視野、能夠在跨文化背景下進行溝通和交流”作為國際人才培養(yǎng)的一項畢業(yè)要求。

一、教學(xué)內(nèi)容與能力考核點

以“受彎構(gòu)件斜截面承載力與配筋計算”為例，其教學(xué)內(nèi)容包括受彎構(gòu)件受剪破壞機理、斜截面抗剪承載力計算公式、斜截面抗剪設(shè)計。表1列出了具體的教學(xué)內(nèi)容和對應(yīng)學(xué)時及能力考核點，相比國內(nèi)課程，此部分國際化課程的總學(xué)時增加了1個學(xué)時，主要用來突出闡述中、歐、美規(guī)范在斜截面抗剪計算公式上的異同。由此，通過教學(xué)使學(xué)生達到“具備一定的國際視野、能夠在跨文化背景下進行溝通和交流”（WA10項）的要求。

二、受彎構(gòu)件受剪機理與破壞形態(tài)

以集中荷載作用下的簡支梁為例（見圖1），在支座A附近橫截面上一點C所受到的正應(yīng)力σ、剪應(yīng)力τ為：

當(dāng)主拉應(yīng)力σ達到混凝土抗拉強度f時混凝土開裂，裂縫與主拉應(yīng)力跡線垂直即沿著主壓應(yīng)力跡線發(fā)展，最終引起斜截面破壞。若剪跨比λ=a/h減小（即τ/σ比值增大）且<1.0時，夾角α增大，主拉應(yīng)力減小而主壓應(yīng)力增大，破壞時一般發(fā)生斜壓破壞;若剪跨比λ增大（即τ/σ比值減小）且>3.0時，夾角α減小，主拉應(yīng)力增大而主壓應(yīng)力減小，破壞時一般發(fā)生斜拉破壞;若剪跨比1.0≤λ≤3.0時，主拉應(yīng)力與主壓應(yīng)力的值差別較小，破壞時一般發(fā)生剪壓破壞。

三、斜截面抗剪承載力計算

我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）[3]根據(jù)剪壓破壞形態(tài)建立的斜截面抗剪承載力計算公式為;

四、斜截面抗剪設(shè)計

（一）計算截面

我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）[3]給出的斜截面抗剪承載力驗算時應(yīng)考慮的計算截面包括支座邊緣處、箍筋改變處、斜截面尺寸改變處的截面。

美國規(guī)范ACI318-11[4]給出的斜截面抗剪承載力驗算時應(yīng)考慮的計算截面為當(dāng)滿足構(gòu)件底面是局部受壓時、構(gòu)件整體剛性連接于其他構(gòu)件時距支座h（截面有效高度）處的截面。

歐洲規(guī)范EN1992-1-1[5]中無腹筋構(gòu)件受剪驗算截面的位置，與受拉鋼筋A(yù)的錨固長度l有關(guān)。對主要承受均布荷載的構(gòu)件，歐洲規(guī)范要求只需驗算與支座表面距離為h（截面有效高度）的截面的設(shè)計剪力。

（二）構(gòu)造要求

我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）[3]對于截面最小尺寸和箍筋的最小配筋率做出了規(guī)定，根據(jù)截面的腹板高度與矩形截面的高度的比值，控制剪力最大值。為避免斜拉破壞，當(dāng)≤4時，V≤0.25βfbh;當(dāng)≥6時，V≤0.2βfbh;當(dāng)4<<6時，按線性內(nèi)插法確定。式中β為混凝土強度影響系數(shù)，當(dāng)混凝土強度等級不超過C50時，β取1.0;當(dāng)混凝土強度等級為C80時，β取0.8;其間按線性內(nèi)插法確定。為避免斜拉破壞，我國規(guī)范規(guī)定了最小配筋率ρ=0.24，式中f為混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值，f為箍筋的抗拉強度設(shè)計值。

美國規(guī)范ACI318-11[4]要求配置抗剪鋼筋的最小截面面積為A=0.75≥50，式中f′為混凝土圓柱體抗壓強度;b為截面寬度;s為箍筋間距，f為箍筋的抗拉強度設(shè)計值。垂直與構(gòu)件軸線的抗剪配筋，其間距應(yīng)不超過h/2，h為截面有效高度。

歐洲規(guī)范EN1992-1-1[5]為了避免發(fā)生斜壓破壞，決定了構(gòu)件的最小截面尺寸，為了使腹筋早于混凝土的斜壓破壞，決定了構(gòu)件的最大腹筋面積為≤（cotθ=1），為了避免斜拉破壞，其規(guī)定了最小配箍率為ρ=0.08，式中b為截面寬度;s為箍筋間距，f為箍筋的抗拉強度設(shè)計值，α和v分別是應(yīng)力系數(shù)和強度折減系數(shù)，f為混凝土抗壓強度設(shè)計值，θ為混凝土壓桿與垂直與剪力的梁軸線之間的角度，α為抗剪鋼筋與垂直與剪力的梁軸線之間的角度

五、結(jié)論

面向留學(xué)生的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程，建議將“具備一定的國際視野、能夠在跨文化背景下進行溝通和交流”作為一項畢業(yè)要求。本文以“受彎構(gòu)件斜截面承載力與配筋計算”內(nèi)容為例，相比中國學(xué)生的課程增加1個課時。授課時通過分析中國、美國、歐洲混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范在“受彎構(gòu)件受剪機理與破壞形態(tài)、斜截面受剪承載力、截面設(shè)計方法”方面的異同，使學(xué)生能夠掌握并應(yīng)用不同國家規(guī)范的設(shè)計方法，達到相應(yīng)的畢業(yè)能力要求。

參考文獻：

[1]蘇成，季靜，陳慶軍，王湛，李靜.以全英專業(yè)建設(shè)為載體的土木工程——國際化人才培養(yǎng)探索與實踐.高等工程教育研究，2018，（增刊），294-297.

[2]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部高等教育土木工程專業(yè)評估委員會.高等學(xué)校土木工程專業(yè)評估（認(rèn)證）標(biāo)準(zhǔn)（2017版）[M]，2017.

[3]GB 50010-2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[M]，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]ACI 318-11.Building Code Requirement for Structural Concrete.American Concrete Institute，P.O.Box 9094，F(xiàn)armington Hills，MI 48333-9094，2011.

[5]EN 1992-1-1.Eurocode 2：Design of concrete structures Part 1-1：General rules and rules for buildings，London，British Standards Institution，2004.