“受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算”的教學(xué)方法探討

孟遠(yuǎn)遠(yuǎn)　劉健　陳英杰

[摘要]針對《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》中“受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算”章節(jié)的公式多、概念多、構(gòu)造要求多等特點(diǎn)，從注重知識點(diǎn)之間邏輯關(guān)系的講解；注重計(jì)算公式、構(gòu)造要求的建立依據(jù)及推導(dǎo)過程；注重構(gòu)件設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性與合理性等方面對“受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算”章節(jié)的教學(xué)方法進(jìn)行了探討。

[關(guān)鍵詞]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理；受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算；教學(xué)方法

受彎構(gòu)件承載力計(jì)算是《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》中的重點(diǎn)內(nèi)容，其中受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算又是受彎構(gòu)件承載力計(jì)算中的難點(diǎn)，其公式多、概念多、構(gòu)造要求多，學(xué)生在學(xué)習(xí)該章內(nèi)容時往往感到內(nèi)容煩瑣、公式復(fù)雜、理解困難，做課程設(shè)計(jì)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(guān)系，這都是由于學(xué)生沒有真正理解混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)原理和工程實(shí)質(zhì)。下面以“受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算”章節(jié)在教學(xué)中存在的問題為研究對象，就問題產(chǎn)生的原因及如何改進(jìn)教學(xué)方法進(jìn)行了探討。

1 知識點(diǎn)間的邏輯關(guān)系混亂

受彎構(gòu)件在荷載作用下可能發(fā)生正截面破壞或斜截面破壞，當(dāng)正截面受彎承載力有保證的情況下，構(gòu)件會沿剪力最大或彎矩和剪力都較大的截面發(fā)生破壞，破壞截面與構(gòu)件的軸線斜交。在受彎梁的設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生常忽略正截面承載力計(jì)算與斜截面承載力計(jì)算的先后關(guān)系。在教學(xué)過程中可用圖表的方式向?qū)W生直觀地展現(xiàn)知識點(diǎn)間的邏輯關(guān)系（見下圖），加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)各章節(jié)的連貫性，為培養(yǎng)學(xué)生綜合考慮問題的能力奠定基礎(chǔ)。

受彎構(gòu)件承載力計(jì)算邏輯關(guān)系

2 計(jì)算公式的推導(dǎo)過程及構(gòu)造要求的建立依據(jù)理解有誤

受彎構(gòu)件斜截面的破壞形態(tài)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(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免的，但脆性程度不同，其排序?yàn)椋盒崩茐?gt;斜壓破壞>剪壓破壞。所以我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定用構(gòu)造措施來防止斜拉、斜壓破壞，通過計(jì)算來防止剪壓破壞，其中計(jì)算要求與構(gòu)造要求如下：

2.1 計(jì)算要求

2.2 構(gòu)造要求

①截面最小尺寸的要求。②箍筋的要求。

學(xué)生反映做作業(yè)就是依葫蘆畫瓢的過程，根本不理解公式及構(gòu)造要求的建立依據(jù)，究其原因是學(xué)生沒有掌握斜截面三種破壞形態(tài)的破壞原理及破壞特征。所以，首先，應(yīng)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(dǎo)學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上應(yīng)用公式；其次，強(qiáng)調(diào)公式的建立依據(jù)：式（1）是以剪壓破壞的受力特征為依據(jù)建立的，因此，建立了構(gòu)造要求以保證構(gòu)件發(fā)生斜截面三種破壞形態(tài)中的剪壓破壞，構(gòu)造要求中截面最小尺寸的要求是為了避免構(gòu)件發(fā)生斜壓破壞，箍筋的要求是為了避免構(gòu)件發(fā)生斜拉破壞。通過對公式意義及建立依據(jù)的講解，使學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上記憶構(gòu)造措施，以避免出現(xiàn)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(rèn)識

在受彎構(gòu)件斜截面承載力腹筋的計(jì)算中，學(xué)生常認(rèn)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(xù)梁設(shè)計(jì)中應(yīng)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(xué)過程中宜多與實(shí)際工程相結(jié)合，結(jié)合圖片講解彎起鋼筋的概念，使學(xué)生對彎起鋼筋的形態(tài)有一個感性的認(rèn)識；引導(dǎo)學(xué)生綜合考慮受彎構(gòu)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(yīng)考慮到彎起鋼筋，以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性、合理性的要求。

3.2 忘記驗(yàn)算彎起點(diǎn)處斜截面抗剪承載力

在受彎構(gòu)件斜截面承載力腹筋的計(jì)算中，一旦配置彎起鋼筋學(xué)生常忘記驗(yàn)算彎起點(diǎn)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(diǎn)與彎終點(diǎn)需同時滿足計(jì)算要求和構(gòu)造要求，在構(gòu)造要求滿足的前提下，需注意彎起點(diǎn)處彎起鋼筋提供的受剪承載力發(fā)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(diǎn)處斜截面受剪承載力滿足要求需驗(yàn)算彎起點(diǎn)處受剪承載力。在教學(xué)過程中應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生積極思考計(jì)算要求與構(gòu)造要求的建立依據(jù)，讓學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.3 彎起點(diǎn)與彎終點(diǎn)的概念模糊

對于彎起鋼筋的設(shè)置學(xué)生常常會糾結(jié)于先確定彎起點(diǎn)還是彎終點(diǎn)，這是因?yàn)閷W(xué)生對彎起點(diǎn)及彎終點(diǎn)的概念模糊。不論先確定彎起點(diǎn)或彎終點(diǎn)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(jié)果都是正確的，但不一定是經(jīng)濟(jì)、合理的。先確定彎起點(diǎn)與先確定彎終點(diǎn)兩種計(jì)算模式的側(cè)重點(diǎn)不同，需驗(yàn)算的內(nèi)容不同，在教學(xué)過程中通過引導(dǎo)學(xué)生思索兩種計(jì)算模式的共性和差異，讓學(xué)生理解所學(xué)知識；鼓勵學(xué)生自主地去探討如何在計(jì)算正確的前提下設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)、合理的結(jié)構(gòu)。

4 結(jié) 論

“受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算”章節(jié)是《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》這門課程中的一個難點(diǎn)，對基礎(chǔ)力學(xué)知識，空間想象能力要求較高。在短時間內(nèi)很難使學(xué)生理解所學(xué)知識，學(xué)生往往靠機(jī)械記憶去死背公式和構(gòu)造要求，這是不現(xiàn)實(shí)，也沒有必要的。在教學(xué)過程中，應(yīng)注重概念、基礎(chǔ)知識及各知識點(diǎn)間邏輯關(guān)系的講解，著重培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問題的能力；強(qiáng)調(diào)公式及構(gòu)造要求的建立依據(jù)和推導(dǎo)過程，加強(qiáng)學(xué)生對公式及構(gòu)造要求的理解；引導(dǎo)學(xué)生注重理論計(jì)算的同時綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、合理性；鼓勵學(xué)生將課程內(nèi)容與實(shí)際工程相結(jié)合，在理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈蒲生，梁興文.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]東南大學(xué)，天津大學(xué)，同濟(jì)大學(xué).混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[3]雷洋，劉幸.對學(xué)生在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理作業(yè)中常見問題的探討[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)：哲學(xué)社會科學(xué)版，2012，14（11）：249-250.

[4]湯永凈，柳獻(xiàn).混凝土結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)研究[J].高等建筑教育，2015，24（4）：59-63.

[5]楊敬林，方亮，周錫玲.土木工程專業(yè)“混凝土結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)方法探討[J].中國電力教育，2013，（20）：82-85.