鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課堂教學(xué)的探討

1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課堂教學(xué)的探討鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理是土木工程專業(yè)重要的一門專業(yè)主干課，該課程主要研究典型構(gòu)件梁、板和柱等的一些力學(xué)性能、設(shè)計方法、構(gòu)造要求和破壞特征等，其任務(wù)是向?qū)W生傳授混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力性能、計算原理和設(shè)計方法，為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。然而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的特點是概念多、內(nèi)容多、符號多，加上規(guī)范的約束性，公式的經(jīng)驗性和問題的多解性，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了一定的困難。為了改變這種狀況，提高教學(xué)效果，本文結(jié)合作者多年的教學(xué)經(jīng)驗，從課堂教學(xué)的角度作了一些探討。1課程特點1）課程綜合性很強，要求學(xué)生具備扎實的數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)知識。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的教學(xué)內(nèi)容從材料的力學(xué)

2、性能入手，然后研究基本構(gòu)件的承載特性和破壞特征。由于混凝土是由水泥、骨料和水?dāng)嚢杞?jīng)凝結(jié)硬化而形成，因此，混凝土材料的離散性大，力學(xué)性能較為復(fù)雜，相應(yīng)的材料參數(shù)具有不確定性。為了獲得混凝土材料及其構(gòu)件的強度設(shè)計值，需要學(xué)生掌握概率論與數(shù)理統(tǒng)計相關(guān)的數(shù)學(xué)知識，理解極限狀態(tài)設(shè)計方法。在分析構(gòu)件基本受力過程中，雖然混凝土材料不是均質(zhì)且非各向同性材料，但仍采用了材料力學(xué)分析問題的方法。因此，需要學(xué)生具有扎實的數(shù)學(xué)與力學(xué)基礎(chǔ)。2）理論與工程實踐相結(jié)合，需要培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本原理是一門由理論向工程實踐轉(zhuǎn)化的學(xué)科，也是學(xué)生第一次接觸理論與工程實踐都很強的課程。在教學(xué)過程中，學(xué)生經(jīng)常有解決問

3、題的結(jié)果為什么不是唯一的困惑。因此，需要讓學(xué)生明白，影響一個實際工程的參數(shù)很多。在滿足鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的前提條件下，很多參數(shù)的選取具有一定的主觀性和經(jīng)驗性。因此，需要在課程教學(xué)中，建立學(xué)生的工程概念，培養(yǎng)他們的工程素質(zhì)。3）涉及內(nèi)容多，知識覆蓋面廣。鋼筋混凝土基本原理內(nèi)容主要包括：材料特性、構(gòu)件的承載性能、理論分析、構(gòu)件設(shè)計計算等四個部分。在材料特性中，不僅要掌握混凝土的力學(xué)特性，也要掌握其非力學(xué)特性，如收縮與徐變。構(gòu)件的承載性能中，由于混凝土的離散性及脆性特征、鋼筋與混凝土2種材料的配比，以及荷載的加載方式，都會影響著構(gòu)件的承載性能。通過分析構(gòu)件的承載性能，建立合理的力學(xué)計算模型，進行

4、理論分析，推導(dǎo)出構(gòu)件的設(shè)計計算理論。并與實驗結(jié)果相對比，并考慮工程的安全性及舒適性，最終落實到工程實踐中。因此，鋼筋混凝土基本原理涉及內(nèi)容多，體系龐雜。課堂教學(xué)探討1）采用案例法，梳理混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的內(nèi)容。案例教學(xué)法是以學(xué)生對案例的運用和討論為特點，幫助學(xué)生掌握對實際問題進行分析和反思的方法，重在提高學(xué)生的認識水平和解決問題的能力。其教學(xué)方法是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)的需要，以案例為基本素材，把學(xué)生帶入特定的事件情景中，進而識別問題、分析問題和解決問題，其最根本的內(nèi)容就是案例的選取和使用，這也是案例教學(xué)區(qū)別于其它方法的關(guān)鍵。其特點有：真實性、典型性、規(guī)范性、啟發(fā)性和實用性。（2）樹立正確的設(shè)計觀念，培

5、養(yǎng)工程素養(yǎng)。在剛開始講授鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理課程時，學(xué)生的概念里仍然是任何問題都只有唯一的精確理論解，學(xué)生只會解答嚴(yán)格給出條件的問題，但條件設(shè)定不完全時，學(xué)生往往會無法下手。面對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本原理，學(xué)生總會設(shè)法找到設(shè)計結(jié)果的唯一性與精確性。這就需要授課老師回答正確的設(shè)計觀念。設(shè)計是從未知到已知，包括收集資料，方案比較，計算分析，結(jié)果評價，反復(fù)修改。在收集資料過程，使用材料的屬性只能估算；結(jié)構(gòu)方案分析時，只能進行結(jié)構(gòu)的近似分析；建筑結(jié)構(gòu)物上承受的外荷載并不能準(zhǔn)確得知。因此，設(shè)計也是一項綜合性的創(chuàng)造性工作，設(shè)計不是一次就能成功的。它是一個尋求最佳解的過程。由于材料屬性的離散性和外荷載的不

6、確定性等因素的影響，使得設(shè)計結(jié)果答案不唯一，但有好壞之分。通過對設(shè)計概念的講解，讓學(xué)生明白設(shè)計一個工程與做一道數(shù)學(xué)題的區(qū)別，從而培養(yǎng)他們的工程素養(yǎng)。3）系統(tǒng)介紹研究思路，幫助學(xué)生理解實驗性結(jié)果的科學(xué)性。與材料力學(xué)課程比較，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本理論是建立在大量的試驗數(shù)據(jù)曲線擬合的基礎(chǔ)上，構(gòu)件的設(shè)計計算內(nèi)容是建立在實驗和工程實踐基礎(chǔ)上的，故存在很多經(jīng)驗系數(shù)和經(jīng)驗公式。這可能使得學(xué)生懷疑這門學(xué)科的科學(xué)性，難以讓學(xué)生找到學(xué)習(xí)這門課的方法。因此，需要老師系統(tǒng)地介紹以概率理論為基礎(chǔ)的設(shè)計理論方法。針對一個未知的領(lǐng)域，解決問題的主要思路分為以下幾個步驟：首先通過大量的實驗，觀察實驗現(xiàn)象，找到問題的主要影響因

7、素；建立合理的數(shù)學(xué)力學(xué)計算模型；以相關(guān)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，建立相應(yīng)的設(shè)計計算方法；將理論結(jié)果與對實驗經(jīng)果進行認真對比分析，尋找結(jié)果差異的原因；以工程實際需求為目標(biāo)，對設(shè)計計算方法進行修正。然后以某一構(gòu)件（如抗扭構(gòu)件）的設(shè)計計算理論為例，來講解其設(shè)計方法。這就使得學(xué)生易于理解規(guī)范中的相關(guān)構(gòu)造要求，以及設(shè)計參數(shù)的上下限值（如最小和最大配筋率）。（4）注重歸納總結(jié)，加強教學(xué)的邏輯性符號多是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本原理一大特點，在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生常?；煜?。因此，老師在教學(xué)過程中，需給學(xué)生講解符號的規(guī)律。符號的下標(biāo)一般是英文單詞的開始字母。如：e、p、sh、cr依次為彈性應(yīng)變，塑性應(yīng)變，收縮應(yīng)變和徐變。為了便于學(xué)生能很好記住這些符號，在課件中給出專業(yè)術(shù)語的英文單詞。另外，課本中構(gòu)造部分規(guī)定性東西多，內(nèi)容比較零散，缺少邏輯性，有時，一個規(guī)定，在不同的地方多次出現(xiàn)。結(jié)語鋼