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混凝土结构设计原理-沈蒲生-湖南大学
  • 混凝土结构设计原理-沈蒲生-湖南大学

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  • 课件状态:正常
  • 课件老师:沈蒲生  
  • 课件类型:工学
  • 课件地区:大陆
  • 更新时间:2010-10-21 21:15:59
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  • 混凝土结构设计原理-沈蒲生-湖南大学-课件简介
  • 课程名称:混凝土结构设计原理
    一级学科:08 工学
    二级学科:0807 土建类
    教学层次:本科
    教师姓名:沈蒲生
    万亿娱乐平台名称:湖南大学
    院系名称:土木工程学院
    申报状态:已获奖
    申报级别:国家级
    申报文件下载: 无下载文件
    获奖名称:
    获奖年度: 2004
    课程介绍:
     
    ※<历史沿革>
    本课程作为目前土木工程专业的主导课程,定位为专业基础课,覆盖土木工程专业下属的建筑工程、道路桥涵工程、岩土工程及工程管理等专业方向。其课程的性质定位及内容是随着专业人才培养的目标及人才知识结构和能力结构的要求而变化的。
       湖南大学土木工程专业是具有百年历史的老专业,从成立之初就设立了桥涵与隧道专业。为培养这方面的专业人才,数学、力学、材料及结构是必不可少的知识体系,当时《混凝土结构》作为四大结构之一来进行讲授,其教材和教学内容只能借鉴有限的英美版资料。
        文革前,本课程定名为《钢筋混凝土结构》。教学内容分为两部分:钢筋混凝土结构设计原理及结构设计。由于当时国家建设对专业人才的需要,专业划分得很细,要求掌握所学的知识既专又深,目的是有计划地分配到工程建设岗位后能独挡一面,成为专家。因此,《钢筋混凝土结构》是土建类建筑工程专业学生的一门专业必修课,该课不划分基础和专业。作为实用的专业学科,一部教材从材性、设计原理到构件及结构设计形成一条主线,专业面很窄。由于是专业课程,课程内容与工程应用紧密相连,所以该课程的内容应反映各个时期国家的工程设计规范的变化,课程讲授的内容除一般的设计理论之外,就是同时期国家所采用工程规范的一些规定、条款说明及应用。因此,随着工程材料性能的不断改进,施工技术和方法的不断革新,科学技术的发展,规范经历了几个时期的变化,《钢筋混凝土结构》课程也随之变化。
        解放初期,我国没有自己的规范,沿用前苏联的规范,其设计准则为允许应力法、破损阶段法;1966年,新中国在该领域的第一部规范产生,即:BGJ21-66,其原理基本上照搬前苏联规范,采用三系数的极限状态设计法。1974年,钢筋混凝土结构设计规范修订为单一安全系数表达的极限状态设计法,名为TJ10-74;1989年,74规范修订为89规范,即:GBJ10-89,仍为行业规范,其设计原理则是以概率论为基础的多分项系数的表达法,其经济性和可靠性与当时国家经济建设相适应。目前,混凝土结构设计规范已成为国标,即:GB50010-2002,其设计原理与GBJ10-89大体相同,但其可靠度在原有基础上有较大的提高,其内容反映了我国在混凝土结构领域的最新成果,且表达符号完全与国际接轨。因为本课程的体系和内容有能脱离规范,所以其材和教学内容总在不断变化和更新中,这一点不同于其它基础课教材,其定理、定律是不会改变的。
        1995年国家教委(现国家万亿国际娱乐部)推出了“面向21世纪高等工程万亿国际娱乐教学内容和课程体系改革计划”,湖南大学主持了“土建类专业实验与工程实践及基地建设方案”课程的研究。从此开始,对土木工程专业人才的培养方向实现了从专才向通才,从狭窄的专业面负大土木宽口径的转变。与此相适应的课程设置、课程内容及教材的编写也随之改变,将原为建筑工程专业学生的《钢筋混凝土结构》课程由专业课程,将其分解,将原理部分定名为《混凝土结构设计原理》课程,作为土建类各相关专业的专业基础课—平台课。其目的是避免各近专业方向过分局限于各自专业规范、自成体系的弊端,培养厚基础、宽专业、适应面广的土建类人才。
        《混凝土结构设计原理》课程教学体系和教学内容的建设正是在国家人才培养目标调整的大前提下,经过不断探索、不断改进而逐步成熟的。它完成了新老规范的交替,尝试了各专业规范的融合,采用了传统教学方法和手段与现代信息技术相结合的举措,使课程达到学时减少、效率提高的目的。为土建类学生学习后续专业课程打下坚实宽广的基础,并成为学生知识结构和能力结构培养中的重要组成部分。
    ※<课程在本专业中的定位与课程目标>
    本课程《混凝土结构设计原理》是土木工程专业必修的专业基础课,是一门实践性很强与现行规范、规程等有关的专业基础课。主要讲授:混凝土结构所用材料的性能,混凝土结构设计原则,混凝土结构中常见的种类受力构件(轴心受力、受弯、受剪、偏心受力、裂缝及变形、预应力混凝土构件)的破坏特征、设计模型建立及设计方法。本课程所讲述的内容是后续各方向的《混凝土结构设计》或《桥梁工程》或《基础工程设计》或《工程结构设计》等专业课程的理论基础和工程基础,也是土建类学生毕业设计及参与工程实践活动必不可少的知识。因此,在土建类专业高级工程技术人员的培养过程中处于核心地位。
           本课程以提高教学质量和教学效果为核心,以培养学生的综合能力,提高学生整体素质为目的。其总体目标是:通过本课程的学习,让学生掌握混凝土结构材料的特性、混凝土结构的设计方法和原则,能运用结构的设计原理及结构的特点设计一般的钢筋混凝土构件,并满足工程实际所需的构造要求。了解混凝土结构的最新成果及发展方向,为后续专业方向的专业课程的学习及今后的工作打下扎实的基础,最终实现境况具有创新能力的土建高级工程技术人才的目的。
    ※<知识模块顺序与对应的学时>
    一、本课程的知识结构
    本课程的知识结构如下图所示:
    其知识结构分为二大部分:
    理论基础部分:主要的混凝土结构所用材料的力学性能及混凝土结构设计的基本原则,这是贯穿整个课程的基础知识,是学习该课程的基层知识结构。
    ②工程基础部分:主要包括各类钢筋混凝土及预应力混凝土构件的承载力设计知识和正常使用状态下的验算方法,包括各类构件的破坏形态、受力特征,承载力极限状态下力学模型的建立,承载力计算公式的推导,公式的适用范围及工程应用。是学习该课程的核心内容,其先修内容涉及到基础理论,其后续内容延伸到结构设计即工程应用部分。
     
    二、本课程的知识模块顺序及对应学时
         本课程的知识模块顺序设计是本着由浅入深,由已知向未知过渡的认知规律确定的,全部内容分为九部分,其顺序和对应的学时如下:
    混凝土用材料的性能               6  学时
    混凝土结构设计原则               4  学时
    轴心受力构件正截面承载力计算     4  学时
    受弯构件正截面承载力计算         10 学时
    受弯构件斜截面承载力计算         8  学时
    受扭构件承载力计算               6  学时
    偏心受力构件承载力计算           10 学时
    变形、裂缝和耐久性               4  学时
    预应力混凝土构件设计             12 学时
             合计学时                       60 学时
     
    三、本课程的知识模块顺序设计的特点
     
    1、由浅入深,由经典的数学、力学定律过渡到简明实用的模型和公式;
    多年的教学实践表明,学生最难闯的是从先修数学、力学课程到混凝土结构设计原理的过渡关。往往数学、力学要求严格、精确,不差分毫。如果将这些引入到本门课程的话,势必考虑的问题过细,变化参数过多,计算公式过于复杂而抓不到问题的重点。为此,本课程的知识模块先将混凝土所用材料的性能设在最前面讲解,通过材性的学习。了解混凝土所用材料性能的复杂性,并强调材料的性能影响构件的性能,并最终影响结构的性能。在学习中要学会抓主要矛盾,通过构件破坏特征和受力特点的分析,建立反映问题实质的实用计算模型和公式。实现理论基础学习方法与工程应用学习方法的顺利过渡,要抓本质,而不必斤斤计较
     
    2、先基础后应用,理论基础与工程应用交叉融合、互相渗透;
    混凝土结构设计基本原则,是继混凝土结构所用材料后又一基础内容。它非常抽象,只有一些一般性的概念和表达公式。但正是这些,统一了全部混凝土结构构件的设计方法和材料性能的取值,同时也体现国家对混凝土结构设计的可靠性和经济性的统一。在初学时,名词、符号、术语繁多,又没有实际具体的计算,一次很难掌握。但在后续的钢筋混凝土及预应力混凝土构件设计的工程应用的学习过程中,反复说明建立公式的原则,将理论基础与工程应用交叉融合,达到将设计原则贯穿全部结构构件设计即工程应用的全过程。
     
    3、   理论计算与规范运用结合,突出学科及课程的实用性;
    混凝土结构设计原理是一门实用性的课程,尽管我们建立的计算公式能反映结构受力的本质,但还有很多未考虑的因素。同时由于混凝土结构中材料和结构及施工过程的复杂性,使我们无法也没有必要将所有的影响因素都通过计算式表达出来,另外工程实践经验也给了我们一些启示,这些都反映在相关规范的条文上。因此在教学上本课程一定要将结构构件的理论计算与规范的条文结合起来学习,使学生不成为学究而是在学习工程。
     
    4、不同规范相融合,突出课程的基础性和广泛性;
    本课程作为土木类专业各方向的专业基础课程,其设计的教学内容应具有的涵盖面。但如前所述,其工程应用部分又与各专业方向的规范有密切的联系,这就存在着矛盾。为此,在教材及课程教学中,是将结构受力特点这些共同的东西放在一起讲解,而涉及到各自的差别时,分开进行公式的推导和构造措施的表述。目前作为尝试,先将土木工程中最量大的建筑工程和公路桥涵工程的内容进行融合,充分体现大土木的思路,而不是只以某个方向为主,其他方向用很少的篇幅只作简介。
     
    5、引入学科发展的最新成果,在老课程中注入先进性和时代性。
    规范是国家技术政策和经济政策的体现,也是国家成熟的科学技术成果的反映。因此与本课程配套的教材及课程教学的内容应随着新的规范的更新而更新。这样学生学习的才是最前沿的东西,这是本课程和课程教学的责任,因而我们的教材建设总是与规范的修订同步更新的。另一方面,随着材料科学,计算机科学、新的试验方法和手段的出现、施工技术水平和管理水平的提高,都对混凝土结构这一老结构、老课程注入了新的生机。如纳米材料技术,外加剂技术、计算机仿真、计算机控温等,都要在课程教学中得以体现,让“古老”的《混凝土结构设计原理》课程保持先进性和时代性。   
    ※<重点、难点及解决办法>
     
    1、 课程的重点
          本课程的重点是材性、设计方法、受弯构件的正截面和斜截面承载力及偏心受压构件设计。具体为:
    混凝土强度及变形,钢筋的强度及变形,材料的选用原则,钢筋与混凝土共工作;
    可靠度概念,极限状态设计法,荷载及材料强度取值,实用设计表达式;
    结构的试验研究方法,正截面受力的全过程,承载力计算模型的建立及简化,正截面承载力计算公式及适用范围,双筋及T形截面受弯构件正截面承载力计算;
    受弯构件斜截面承载力的影响因素,斜截面破坏的受力特征、承载力计算模型的建立及简化,斜截面承载力计算公式及适用范围;
    偏心受压构件的破坏特征,大小偏压构件的划分界限,受压构件纵向弯曲的概念及计算,大、小偏压构件正承载力计算模型的建立及简化,计算公式及适用范围。
                               
    2 本课程的难点
    受弯构件综合考虑正截面和斜截面承载力时,纵向钢筋的弯起与截断;
    偏压构件的破坏特征的判别,小偏压构件正截面承载力计算;
    混凝土构件变形、裂缝的机理及计算方法;
    预应力混凝土构件的预应力损失的概念及损失计算;各阶段应力分析;
    各章有关的构造要求。
     
    3 本课程重点和难点的解决办法
    鉴于本课程属于理论基础部分抽象,工程应用基础部分实践性、实用突出的特点,在课程内容及课堂教学上采用如下解决重点和难点的办法:
     
    ①     预习引导、重点突破
    对于重点、难点内容,在讲解前进行预习引导,提出几个下次讲课前要求学生回答的问题,使课前预习有目的性和针对性。在讲授中,对重点、难点部分放慢节奏,观察学生的反应,及时调整反复强调的内容。课后复习主要要求学生进行教学内容的分析、对比和总结。为帮助学生学习,我们在教材编写上,每一章有内容提要,要求学生掌握的重点内容,每一章最后有小结,将一章的重点、难点及带规律性问题进行归纳。
     
    ②     开展多媒体教学、双语教学,利用网络教学资源
    根据课程特点,采用了传统的粉笔加黑板的方法与自制的PPT件相结合的方式进行课堂教学,对于纲目性质的内容及上课时绘制比较费时费力的图形,采用课件形式先制作出来,而对于必须掌握的公式推导部分仍采用传统的教学手段,两种结合比只采用其中之一的方法效果要好。在讲授课程的过程中,对于一些重要的关键词,采用中英对照,加深理解的印象。如果遇到某些问题上课时没有及时做出笔记或理解透,可以在课后登陆校园网通过课程PPT及《混凝土结构设计原理》网络课程进行进一步学习。
     
    ③     启发式提问,引出重点及难点内容
    强调教学过程中的师生互动,教师对学生进行启发式提高,引导教学主线;学生遇到问题上课及时提问,通过教师的回答将难点及时化解。
     
    ④     例题、作业练习、辅导答疑、阶段小测验
    对课程学习的知识,要通过练习才能牢固掌握,本课程对于有示范作用的问题通过例题讲解传授一般解决方法,对于其他参数的变化是通过学生的作业练习来完成。并设置了课后定期答疑制度,对同学们学习过程遇到的问题进行解答。在某一个中心内容讲解完后,进行不定期的课堂小测验,一方面督促学生及时复习,另一方面将平时作业,回答问题的情况及小测验的成绩作为平时成绩计入最终课程考核成绩。
     
    ⑤     观看试验录像、动手进行试验,加深理解、巩固知识
    对难于理解,且以试验结果为基础进行结构受力特点总结并进行公式推导的部分内容,可组织学生难看录像资料,对于重要的受弯构件及偏心受压构件部分,通过学生分组进行实物试验来加深对课堂内容的理解。
     
    ⑥     设计编程框图,通过计算机编程进行各类构件的设计计算
            对于各类构件的设计计算方法,教材都编制的程序设计的框图,学生可以通过先修课程中所学的计算机语言进行计算机编程,并通过调整不同的变化参数找出规律,加深理解。
    ※<实践教学的设计思想与效果>
       一、设计思想是三条主线:
      ①课堂学习课后习题、作业练习后续课的课程设计综合运用;
     理论试验理论试验理论的过程;
      ③计算机模拟动画观看—计算机编程计算—后续课的计算机绘图。
     
    二、效果:知识学习循序渐进,能力培养逐渐积累。
     
     
     
     
     
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