“受彎構(gòu)件斜截面承載力計算”的教學(xué)方法探討

孟遠遠,劉　健,陳英杰

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)　水利與土木工程學(xué)院,新疆　烏魯木齊　830052)

“受彎構(gòu)件斜截面承載力計算”的教學(xué)方法探討

孟遠遠,劉健,陳英杰

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院,新疆烏魯木齊830052)

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

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

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.10.170

受彎構(gòu)件承載力計算是《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》中的重點內(nèi)容,其中受彎構(gòu)件斜截面承載力計算又是受彎構(gòu)件承載力計算中的難點,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)原理和工程實質(zhì)。下面以“受彎構(gòu)件斜截面承載力計算”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教學(xué)方法進行了探討。

1知識點間的邏輯關(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)計過程中,學(xué)生常忽略正截面承載力計算與斜截面承載力計算的先后關(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)知識點間的邏輯關(guān)系(見下圖),加強學(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)件承載力計算邏輯關(guān)系

2計算公式的推導(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)計中應(yīng)盡量避免的,但脆性程度不同,其排序為：斜拉破壞>斜壓破壞>剪壓破壞。所以我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定用構(gòu)造措施來防止斜拉、斜壓破壞,通過計算來防止剪壓破壞,其中計算要求與構(gòu)造要求如下：

2.1計算要求

Vu=Vc+Vs+Vsb

(1)

其中,Vu：梁斜截面受剪承載力設(shè)計值。

Vc：混凝土剪壓區(qū)受剪承載力設(shè)計值。

Vs：與斜裂縫相交的箍筋的受剪承載力設(shè)計值。

Vsb：與斜裂縫相交的彎起鋼筋的受剪承載力設(shè)計值。

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識

在受彎構(gòu)件斜截面承載力腹筋的計算中,學(xué)生常認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)計經(jīng)濟性、合理性的要求。

3.2忘記驗算彎起點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算中，一旦配置彎起鋼筋學(xué)生常忘記驗算彎起點處斜截面受剪承載力。若利用彎起鋼筋受剪,則鋼筋的彎起點與彎終點需同時滿足計算要求和構(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,為保證彎起點處斜截面受剪承載力滿足要求需驗算彎起點處受剪承載力。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。

3.3彎起點與彎終點的概念模糊

對于彎起鋼筋的設(shè)置學(xué)生常常會糾結(jié)于先確定彎起點還是彎終點,這是因為學(xué)生對彎起點及彎終點的概念模糊。不論先確定彎起點或彎終點都是可行的,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、合理的。先確定彎起點與先確定彎終點兩種計算模式的側(cè)重點不同,需驗算的內(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算正確的前提下設(shè)計出經(jīng)濟、合理的結(jié)構(gòu)。

4結(jié)論

“受彎構(gòu)件斜截面承載力計算”章節(jié)是《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》這門課程中的一個難點,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)生往往靠機械記憶去死背公式和構(gòu)造要求,這是不現(xiàn)實,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；強調(diào)公式及構(gòu)造要求的建立依據(jù)和推導(dǎo)過程,加強學(xué)生對公式及構(gòu)造要求的理解；引導(dǎo)學(xué)生注重理論計算的同時綜合考慮經(jīng)濟性、合理性；鼓勵學(xué)生將課程內(nèi)容與實際工程相結(jié)合,在理解的基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)設(shè)計,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,從而達到更好的教學(xué)效果。

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[基金項目]新疆水利水電工程重點學(xué)科基金(項目編號：xjslgczdxk20101202)；新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)教研項目資助。

[作者簡介]孟遠遠(1989—),女,安徽蕭縣人,碩士,助教。研究方向：結(jié)構(gòu)工程。