《建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)分析（新形態(tài)活頁式）》 教案 項(xiàng)目4 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件

項(xiàng)目四鋼筋混凝土受扭構(gòu)件建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)教學(xué)團(tuán)隊(duì)任務(wù)一扭轉(zhuǎn)的基本概念、外力偶矩計算、扭矩圖繪制課程名稱建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)課程性質(zhì)專業(yè)基礎(chǔ)課授課對象建技大一學(xué)生授課學(xué)時2學(xué)時學(xué)情分析1.學(xué)生在之前的部分學(xué)習(xí)了力矩與力偶矩，有一定的基礎(chǔ)知識儲備；2.學(xué)生之前學(xué)習(xí)的鋼筋混凝土梁的彎曲，也用到了力矩與力偶矩，60%以上的同學(xué)不能很好的區(qū)別開兩個的不同之處；3.90%的同學(xué)能夠意識到力學(xué)中計算的重要性，但是不知道怎么能夠靈活運(yùn)用計算。教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.明確扭轉(zhuǎn)的基本概念；2.掌握外力偶矩的計算公式；3.掌握截面法求扭矩的規(guī)則；4.掌握扭矩圖的繪制。能力目標(biāo)會用扭矩圖來表示受扭構(gòu)件的扭矩大小情況。素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度和對扭矩的基本認(rèn)識。教學(xué)重點(diǎn)1.扭轉(zhuǎn)的概念；2.外力偶矩的計算；3.扭矩圖的繪制。教學(xué)難點(diǎn)扭矩圖的繪制。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)過程設(shè)計課堂實(shí)施過程一、扭轉(zhuǎn)：以橫截面繞軸線作相對旋轉(zhuǎn)為主要特征的變形形式。受力特點(diǎn)：在垂直于桿件軸線的平面內(nèi)，作用一對大小相等、轉(zhuǎn)向相反的力偶。變形特點(diǎn)：任意橫截面繞桿軸相對轉(zhuǎn)動。扭轉(zhuǎn)角：兩橫截面間相對轉(zhuǎn)動的角度稱為扭轉(zhuǎn)角。學(xué)生：從實(shí)際生活中舉例說明扭轉(zhuǎn)的用途。老師：結(jié)合學(xué)生的實(shí)例,講解扭轉(zhuǎn)的概念。二、外力偶矩的計算老師：講解外力偶矩計算公式。學(xué)生：分成小組，根據(jù)公式來求解案例中外力偶矩，并在小組中總結(jié)交流。三、截面法求扭矩：1.扭矩扭矩：構(gòu)件受扭時，橫截面上的內(nèi)力偶矩，記作T。2.扭矩的正負(fù)規(guī)定：右手螺旋法則右手螺旋法則：以右手四指表示扭矩的轉(zhuǎn)向，當(dāng)大拇指的指向與橫截面的外法線n指向一致時，扭矩為正，反之，扭矩為負(fù)。3.應(yīng)用案例求解練習(xí)一傳動系統(tǒng)的主軸，如圖所示。其轉(zhuǎn)速n=960r/min，輸入功率PA=27.5KW，輸出功率PB=20KW，PC=7.5KW。試求指定截面1-1、2-2上的扭矩。老師：講解扭矩的概念。學(xué)生：1.根據(jù)外力偶公式和截面法求扭矩的方法來求解應(yīng)用案例；2.小組通過練習(xí)交流體會扭矩的求解方法，進(jìn)行總結(jié)。老師：對學(xué)生的練習(xí)結(jié)果給予評價，并就學(xué)生出現(xiàn)的問題給出重點(diǎn)提示。課堂實(shí)施過程四、扭矩圖的繪制：1.扭矩圖反映軸各截面上扭矩隨截面位置不同而變化的圖形稱為扭矩圖。2.扭矩圖的繪制方法需先以軸線為橫軸x，以扭矩T為縱軸，建立T-x坐標(biāo)系，然后將各截面上的扭矩標(biāo)在T-x坐標(biāo)系中，正扭矩在x軸上方，負(fù)扭矩在x軸下方。3.應(yīng)用案例1傳動軸如圖所示。主動輪A的輸入功率PA=120KW，從動輪B、C、D的輸出功率分別為PB=30KW，PC=40KW，PD=50KW，軸的轉(zhuǎn)速n=300r/min，試作出該軸的扭矩圖。4.應(yīng)用案例25.練習(xí)1老師：1.講解扭矩圖的概念及繪制方法。2.根據(jù)所學(xué)內(nèi)容，分步驟講解應(yīng)用案例1，繪制扭矩圖。學(xué)生：1.針對應(yīng)用案例1進(jìn)行小組討論總結(jié)，加深對受扭構(gòu)件的扭矩圖繪制方法的掌握；2.根據(jù)小組討論結(jié)果，個人進(jìn)行應(yīng)用案例2的求解，繪制扭矩圖。老師：對應(yīng)用案例2進(jìn)行講解，并就學(xué)生出現(xiàn)的問題給出重點(diǎn)提示與更正。學(xué)生：分小組對練習(xí)1進(jìn)行求解，加深鞏固。教學(xué)反思學(xué)生在之前的內(nèi)容中學(xué)過力矩與力偶矩，對基本的扭轉(zhuǎn)概念有一定的認(rèn)識，但是容易和鋼筋混凝土梁的彎曲弄混，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知，從學(xué)生的實(shí)際生活出發(fā)，多舉一些他們在生活中能夠接觸到的實(shí)例，讓學(xué)生明白扭轉(zhuǎn)與彎曲的區(qū)別，并對繪制扭矩圖產(chǎn)生興趣。任務(wù)二受扭構(gòu)件的構(gòu)造要求課程名稱建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)課程性質(zhì)專業(yè)基礎(chǔ)課授課對象建技大一學(xué)生授課學(xué)時2學(xué)時學(xué)情分析1.學(xué)生在之前的部分學(xué)習(xí)了扭轉(zhuǎn)的概念及扭矩圖的繪制要求，對受扭構(gòu)件的認(rèn)識有一定的基礎(chǔ)知識儲備；2.80%的同學(xué)能夠意識到力學(xué)的重要性，但是不知道怎么能夠靈活將力學(xué)與結(jié)構(gòu)的相應(yīng)知識點(diǎn)結(jié)合并學(xué)會運(yùn)用。教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.學(xué)會識讀受扭構(gòu)件；2.理解并掌握受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn)；3.掌握受扭構(gòu)件的構(gòu)造要求。能力目標(biāo)根據(jù)受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn)，掌握構(gòu)造要求。素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度和對受扭構(gòu)件構(gòu)造要求的掌握。教學(xué)重點(diǎn)1.受扭構(gòu)件的概念及分類；2.受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn)；3.受力構(gòu)件的構(gòu)造要求。教學(xué)難點(diǎn)理解并掌握受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn)。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)過程設(shè)計課堂實(shí)施過程一、受扭構(gòu)件：概念：在構(gòu)件截面中有扭矩（T)作用的構(gòu)件。受扭構(gòu)件的分類：純扭剪扭彎扭彎剪扭構(gòu)件學(xué)生：從實(shí)際生活中舉例受扭構(gòu)件有哪些。老師：結(jié)合學(xué)生的實(shí)例,講解受扭構(gòu)件的概念及分類。二、受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn)：（一）素混凝土純扭構(gòu)件1.開裂前的受力性能構(gòu)件在扭矩作用下主要產(chǎn)生剪應(yīng)力。最大剪應(yīng)力發(fā)生在截面長邊中點(diǎn)，與該點(diǎn)剪應(yīng)力作用相對應(yīng)的主拉應(yīng)力σtp和主壓應(yīng)力σcp分別與構(gòu)件軸線成45°角，其大小為σtp=σcp=τmax。當(dāng)主拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，混凝土將首先在截面長邊中點(diǎn)處，垂直于主拉應(yīng)力方向開裂,在純扭構(gòu)件中，構(gòu)件裂縫與軸線成45°角。對于理想的彈塑性材料而言，截面上某點(diǎn)的應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時并不會立即破壞，該點(diǎn)能保持極限應(yīng)力不變而繼續(xù)變形，整個截面仍能繼續(xù)承受荷載，直到截面上各點(diǎn)的應(yīng)力都達(dá)到極限值ft時，構(gòu)件才達(dá)到極限抗扭能力。在截面四角點(diǎn)處剪應(yīng)力為零。當(dāng)截面長邊中點(diǎn)附近最大主拉應(yīng)變達(dá)到混凝土的極限拉應(yīng)變時，構(gòu)件就會開裂。隨著扭矩的增加，裂縫與構(gòu)件縱軸線成450角向相鄰兩個面延伸，最后構(gòu)件三面開裂，一面受壓，形成一空間扭曲斜裂面而破壞。自開裂至構(gòu)件破壞的過程短暫，破壞突然，屬于脆性破壞，抗扭承載力很低。2.矩形截面開裂扭矩素混凝土既非完全彈性，又非理想塑性，是介于兩者之間的彈塑性材料。因而受扭時的極限應(yīng)力分布將介于上述兩種情況之間。素混凝土構(gòu)件的受扭承載力即開裂扭矩。Tcr=0.7ftWt式中ft—-混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計值；Wt—受扭構(gòu)件的截面抗扭塑性抵抗矩。對矩形截面；Wt=b2(3h-b)/6。（二）鋼筋混凝土純扭構(gòu)件1.配筋方式配置受扭鋼筋對提高受扭構(gòu)件抗裂性能的作用不大，當(dāng)混凝土開裂后，可由鋼筋繼續(xù)承擔(dān)拉力，最合理的配筋方式是在構(gòu)件靠近表面處設(shè)置呈45°走向的螺旋形鋼筋。2.破壞形態(tài)（1）適筋受扭構(gòu)件配置了適量受扭鋼筋的構(gòu)件，在裂縫出現(xiàn)以后不會立即破壞。隨著外扭矩的不斷增大，在構(gòu)件表面逐漸形成多條大致沿45°方向呈螺旋形發(fā)展的裂縫。整個破壞過程具有一定延性和較明顯的預(yù)兆，類似受彎構(gòu)件適筋破壞。（2）少筋受扭構(gòu)件構(gòu)件的受扭承載力與素混凝土沒有實(shí)質(zhì)差別，破壞過程迅速而突然，類似于受彎構(gòu)件的少筋破壞。（3）超筋受扭構(gòu)件鋼筋未達(dá)到屈服強(qiáng)度，構(gòu)件即由于斜裂縫間混凝土被壓碎而破壞，這種破壞與受彎構(gòu)件的超筋梁類似。注意：少筋受扭構(gòu)件和超筋受扭構(gòu)件均屬脆性破壞，設(shè)計中應(yīng)予避免。（三）鋼筋混凝土彎剪扭構(gòu)件1.彎型破壞構(gòu)件破壞開始于底面及兩側(cè)的混凝土開裂，底部鋼筋屈服，然后頂部混凝土壓碎。這類破壞主要因彎矩引起。2.扭型破壞構(gòu)件破壞開始于構(gòu)件頂面及兩側(cè)面的混凝土開裂，頂部鋼筋因受扭而先屈服，最后底部混凝土壓碎。此類破壞主要因扭矩引起。3.剪扭破壞構(gòu)件破壞開始于截面長邊的一側(cè)開裂和該側(cè)的受扭縱筋和受扭、受剪箍筋屈服，最后另一長邊壓區(qū)混凝土壓碎。此類破壞主要因剪力和扭矩引起。老師：講解受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn)。學(xué)生：分成小組，分別討論素混凝土純扭構(gòu)件、鋼筋混凝土純扭構(gòu)件、鋼筋混凝土彎剪扭構(gòu)件的受力分析，并進(jìn)行總結(jié)交流。三、受力構(gòu)件的構(gòu)造要求：（一）受扭縱筋（二）受扭箍筋（三）雨篷的構(gòu)造由雨篷梁和雨篷板組成。雨篷梁一方面支承雨篷板，另一方面又兼作門過梁，除承受自重及雨篷板傳來的荷載外，還承受著上部墻體的重量以及樓面梁、板可能傳來的荷載。雨篷可能發(fā)生的破壞形態(tài)：1.雨篷梁雨篷梁的寬度一般與墻厚相同，梁高應(yīng)符合磚的模數(shù)。為防止雨水沿墻縫滲入墻內(nèi)，通常在梁頂設(shè)置高過板頂60mm的凸塊。雨篷梁嵌入墻內(nèi)的支承長度不應(yīng)小于370mm。雨篷梁的配筋按彎、剪、扭構(gòu)件計算配置縱筋和箍筋，雨篷梁的箍筋必須滿足抗扭箍筋的要求。2.雨篷板雨篷板通常都做成變厚度板，根部厚度通常不小于70mm，而端部厚度不小于50mm。雨篷板按懸臂板計算配筋，計算截面在板的根部。雨篷板的受力鋼筋應(yīng)布置在板的上部，且不少于φ6@200，伸入雨篷梁的長度應(yīng)滿足受拉鋼筋錨固長度la的要求。分布鋼筋應(yīng)布置在受力鋼