混凝土结构设计原理的教学思考

李永贵　戴益民

摘要：混凝土结构设计原理是土木工程专业重要的专业基础课，理论性与实践性较强，与先修课程相比差异性大，学生学起来难度较大。笔者结合近几年的教学实践，在教学内容与教学方法上进行了一些思考与总结，取得了较好的效果。

关键词：混凝土结构设计原理；教学方法；土木工程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）41-0267-02

混凝土结构设计原理是土木工程专业重要的专业基础课，在专业教学中具有承上启下的作用，先修课程有建筑制图、土木工程材料、理论力学、材料力学、结构力学等，对后续的混凝土结构设计、高层建筑结构设计等课程的学习有重要影响，也是课程设计、毕业设计等实践环节的重要基础。课程内容涉及混凝土结构材料的基本性能，构件承载力计算，构件的裂缝、变形和耐久性以及预应力混凝土构件设计[1]。

混凝土结构设计原理这门课程，具有材料的不确定性、解答的多样性、设计的综合性等特点[2]，课程内容中的实验现象多、假定多、概念多、公式多、系数多、条件多、构造要求多，且逻辑性、系统性差，较为零散[3，4]，但理论性与实践性较强，与先修课程相比差异性大，导致教师教起来不易、学生学起来困难。笔者结合近几年的教学，在以下几个方面进行了一些思考和实践，取得了较好的效果。

一、熟悉材料性能

钢筋混凝土由钢筋和混凝土两种物理、力学性能很不相同的材料组成，只有熟悉钢筋和混凝土这两种材料的性能，才能较好地理解与解释实验现象。混凝土抗压强度高，抗拉强度低，因此结构构件处于承载力极限状态时，只考虑混凝土抗压，不考虑抗拉。混凝土由水泥、骨料、水等材料拌合而成，强度的离散性大，且混凝土的破坏属于脆性破坏，因此在确定其强度设计值时，材料分项系数取值较大。钢筋力学性能较好，抗拉强度高，在结构构件中主要承担拉力；在柱与双筋受弯构件中，也用于受压，其抗压强度与抗拉强度相当，但钢筋用于受压时，容易失稳，因此需要合理配置横向约束，即箍筋。钢筋及混凝土的应力-应变曲线是较为重要的，它是钢筋混凝土构件应力分析、建立强度和变形计算理论必不可少的依据。此外，还应熟悉钢筋和混凝土之间粘结力的相关知识，这是钢筋截断、锚固、弯起等构造措施的依据。

二、抓住教学主线

构件承载力计算是这门课程的重点，涉及到拉、压、弯、剪、扭等基本受力形式及其复合受力形式，但钢筋和混凝土均为弹塑性材料，且离散性大，因此无法根据先修力学课程采用纯理论的方法直接建立承载力计算公式。通常是在试验的基础上，引入合理的基本假定，画出应力图形，借助力学知识或回归分析等方法建立承载力计算公式（包括其适用条件），然后用于工程设计，对于计算公式中未考虑的一些不利因素，通过构造措施进行补充。因此，在承载力计算章节中，要牢牢抓住“试验现象分析—引入基本假定—画出应力图形—建立基本公式—进行工程设计”这一主线，其中试验与假定是基础，应力图形是关键，基本公式是结论，工程设计是目的[4]。值得注意的是，工程设计既包含计算，也包含构造措施。

在计算过程中，初学者往往习惯于联立解方程，实际上应用基本公式也是有主线可依的，如单筋矩形截面设计，按的步骤计算，思路清晰，每一步都可以检验适用条件。

三、进行对比分析

大多数教材将构件承载力计算分为多个章节，各章节之间看似没有联系，知识信息处于零散状态，学生学起来比较困难。教师需找出各章节之间的内在联系，对比讲解，便于学生掌握。

受弯构件中，单筋矩形截面较为简单，大多数学生能较好地掌握。与单筋矩形截面相比，双筋矩形截面在受压区配置了受力钢筋，图1（a）为双筋矩形截面，抵抗的极限弯矩为Mu。从受力的角度，可以将受压区的混凝土和钢筋分开，并配置相应的受拉钢筋，如图1（b）、（c）所示，其中图1（b）为单筋矩形截面，抵抗的极限弯矩为M1，图1（c）为纯钢筋部分，抵抗的极限弯矩为M2，根据叠加原理，有Mu=M1+M2。

四、引入案例教学

混凝土结构设计原理是一门实践性较强的课程，引入案例教学，可以增强学生对这门课程的认识和理解。设计案例应符合教学目标的要求、符合工程实际、符合混凝土结构设计的发展趋势[5]，有一定的启发性和适用性。根据学生的实际情况合理设置案例的难度，选择现实生活中关心或常见的问题，可以提高学生的兴趣，使教学效果更好。在实施案例教学前，需要学生准备好相应的理论知识。呈现案例后，应明确要解决的问题。然后，寻找解决问题的方法，这是案例教学的核心部分，教师应当做适当的引导，对于学生提出的解决方案，应进行点评与总结，并对案例进行拓展与深化。案例教学过程中的重点在于学生的思路与讨论的质量，结果可以是多样化的。

五、培养实践能力

混凝土结构设计原理的理论体系不完善，很多公式是由试验结果回归而成，实践性强，问题抽象，理解起来较为困难。培养实践动手能力对于学好这门课程大有裨益，对今后从事相关工作也奠定了良好基础。实践能力可以从以下几个方面着手：①现场观摩，安排学生参观建成或在建的混凝土结构，加强对梁、板、柱等混凝土构件的感性认识；②参与试验，本课程中涉及大量的试验，应尽可能让每位学生参与到试验过程中，若学校不具备这样的试验条件，可以通过观看试验录像，加强对各种构件破坏机理的理解；③编制计算程序，教材中有各种承载力计算的框图，按框图写出程序（采用Excel表格也可以），可以加深对本课程的理解，也为毕业设计奠定了一定的基础；④理论联系实际，在学习相关内容后，可以让学生寻找相关破坏的工程实例，并分析其原因，具备这种能力后，毕业后可以较迅速地适应相关的工作。

六、板书与多媒体并重

当前，大多数教师习惯于采用多媒体进行教学，这种教学手段形象、信息量大，可以较好地调动学生学习的兴趣，加深对所学知识的理解。混凝土结构设计原理这门课程，涉及到大量的实验现象，大多数学校不具备开展各类型构件破坏试验的条件，但可以通过图文、录像资料重现试验过程，增加学生的感性认识，将枯燥的内容变得生动起来，再结合老师讲解，就能较好地理解实验过程中所蕴含的力学知识。但对于大量的公式推导，在黑板上一步步演示推导过程，可以加强学生对公式的理解和记忆。总之，在教学过程中，合理的结合板书和多媒体，可以提高学生的学习积极性，提高教学效果。

通过在上述几个方面的努力，这几年的教学效果逐渐提高，在今后的教学中，还需要在创新教育教学方法，培养实践动手能力，增强概念设计意识等方面进行进一步探索，进一步提高教学水平和教学效果。

参考文献：

[1]沈蒲生，梁兴文.混凝土结构设计原理（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]关萍.《混凝土结构设计原理》课程建设[J].大连大学学报，2010，（5）：116-118.

[3]李书进，沈少波.混凝土结构课程教学探讨[J].建筑结构，2008，38（9）：204-206.

[4]唐玉文.《混凝土结构原理》课程教学研究[J].铜陵学院学报，2010，（4）：110-111.

[5]毕重，聂淼鑫.《混凝土结构设计原理》的案例教学[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2008，10（6）：131-133.