现代预应力设计与施工课程教学改革研究

刘 桐

(盐城工学院土木工程学院，江苏盐城 224051)

现代预应力设计与施工课程是土木工程应用型本科专业，高年级学生的一门专业选修课，是学生在掌握一定的结构基本知识后，学完《建筑力学》《钢筋混凝土结构》等一系列结构课程后设置的一门理论性、应用性较强的学科，主要论述现代预应力混凝土结构设计的原理和施工工艺。本课程的目的是让学生了解现代预应力混凝土结构设计与预应力混凝土结构的施工，使学生了解现代预应力混凝土结构设计的基本知识与预应力施工的技术措施与方法，并能够进行一般现代预应力结构的初步能力。经过多年的教学与实践，对本课程的教学内容与教学模式进行了探索与研究。

1 强化预应力结构的概念教学模式

在预应力设计的教学过程中着重讲解现代预应力混凝土的基本概念、基本形式、预应力混凝土的分类、预应力张拉控制应力，各种预应力损失的计算、有效预应力的计算以及减小其损失的方法。预应力次弯矩，主弯矩和综合弯矩的概念及计算方法，学习如何利用等效荷载求弯矩，使学生掌握等效荷载法和荷载平衡法的概念及计算方法。

在预应力施工内容教学过程中着重讲解预应力节点处理的构造措施，预应力钢筋的检测手段与方法，非预应力钢筋的力学性能;预应力结构对混凝土的要求以及混凝土的种类，混凝土的应力—应变关系、变形、收缩徐变等;后张法混凝土构件的孔道以及灌浆的作用与灌浆材料;预应力锚具的要求以及预应力锚具锚固性能试验;预应力锚具的种类及其组成;理解各种预应力方法的施工工艺(有粘结、无粘结、体外预应力等)。

了解预应力结构发展史以及现代预应力结构最新进展、预应力孔道成孔方法，先张法预应力混凝土的施工工艺、预应力筋与台座之间温差引起的应力损失等。对了解的内容，在教学过程中采用讨论课的方式进行。

2 教学中坚持理论联系实际，结合实际工程进行讲解的教学模式

2.1 采用多媒体教学手段并结合实际工程教学模式

由于本课程比较枯燥，学生不直接接触到实际工程，很难对预应力的基本概念接受，在教学过程坚持与实际的预应力工程结合讲解的方式进行讲解。通过拍摄实际预应力工程中的各种照片，预应力筋的布置形式照片、锚具照片、端部构造照片、工人师傅进行的预应力张拉照片、配合大量的预应力工程图片，通过讲授预应力工程实例和观看大量的预应力工程图片，并对现场的预应力张拉过程进行全程录像，在上课时，将照片与录像放给同学看，并边看边讲解，学生的学习兴趣有了很大的提高，把原本书本上抽象、枯燥的预应力设计与施工内容，变得更加形象、直观、易于理解与掌握。进行预应力图纸的设计时，首先教会同学们如何读懂预应力图纸，通过实际工程的预应力图纸，对学生讲解预应力施工图的表示方法，预应力配筋及符号、预应力线性、预应力梁施工图表示方式、预应力板施工图表示方式等。通过讲解图1中各种参数的含义，使学生对预应力图纸的设计与施工内容有更深的理解。

图1 预应力曲线控制点示意图

2.2 采用让学生直接参与预应力工程设计与施工方案的编制

让学生直接参与老师所做的预应力工程设计与施工中，学生有切身的感受，自己能参与到真正的预应力工程设计与施工方案的编制中，进行预应力设计的二次深化设计，一致认为有成就感，提高了学生对本门课程的学习兴趣。通过二次深化设计复算预应力梁的挠度计算，让学生具体参与计算在后张预应力施工阶段，预应力反拱值的计算。通过计算跨中截面刚度(短期刚度、长期刚度)、荷载作用下的跨中挠度、预应力作用下的跨中反拱值，学生对预应力作用的反拱计算公式中各个参数的含义有了清楚的认识。

在预应力施工方案的编制时，着重讲解预应力关键施工技术内容、预应力施工节点的做法等。让学生参与绘制有粘结与无粘结预应力节点详图，见图2，图3，使学生更好地掌握有粘结与无粘结的节点构造。

图2 有粘结张拉端与固定端的挤压锚与构造做法

让学生主要参与编制预应力施工技术内容以及注意事项，让学生掌握预应力筋未张拉前，不得拆除梁底的模板支架。由于预应力张拉要引起预应力梁反拱，所以预应力梁支模时，模板起拱值比普通钢筋混凝土框架梁模板起拱要小，一般按0.5‰～1‰起拱。在安装对拉螺栓时，为了防止波纹管被对拉螺栓打穿破坏，要求先支好一侧的侧模，并避开波纹管的位置，先打孔，然后再封梁另一侧侧模，最后安装对拉螺栓等相关注意事项。在预应力筋张拉过程中，要采用应力控制为主，张拉伸长值校核等关键技术问题。

图3 无粘结张拉端构造做法

3 采用到正在施工的预应力工地参观学习的方式

让学生到预应力施工工地进行参观学习，是一种很好的教学形式，本课程利用课余时间，组织有学习兴趣的同学，到施工工地，参观工人师傅在现场如何布置波纹管曲线坐标、如何固定波纹管的支架钢筋，并根据现场讲解实际工程中固定波纹管的方式与书本上固定波纹管的方式有什么区别，为什么采用了与书本上不同的固定波纹管的方式，现场固定波纹管的方式会产生什么样的质量问题等。通过这样理论联系实际的讲解，使学生能理解各种固定波纹管的构造做法。在参观工人师傅张拉时，要求学生如何计算油压表的读数，如何更准确量测预应力筋的伸长值，现场量测千斤顶缸体的方法，在缸体倒缸时，如何进行量测钢绞线的伸长值，与书本上讲解的伸长值量测有何不同，同时让学生思考，采取何种方法量测钢绞线的伸长值最为准确。采用到工地参观学习的方式，收到了事半功倍的效果，学生真正感受到了理论学习与工程实践相结合的重要性，同时也达到了培养应用型土木工程专业本科生的要求。

4 筹建预应力施工操作实验室

由于学校经费的原因，一直积极筹备预应力施工操作实验室，让学生亲自进行预应力张拉的操作试验，解决了学生到施工工地的安全的问题。让学生通过对预应力混凝土梁的预应力张拉，掌握后张法预应力混凝土构件的施工设计和预应力张拉的施工方法及基本要求，熟悉预应力结构的工作原理及其施工方法，掌握预应力钢筋、锚具、张拉机械的种类、特点及配套使用，熟悉后张法施工工艺、张拉应力控制的要求及钢筋张拉程序，掌握张拉施工中的预应力损失及其补偿方法;学生根据提供的实验梁及有关材料、设备，进行预应力钢筋、锚具及张拉机械的配套选择，让学生掌握后张法施工钢筋张拉力的计算及预应力施加方法的确定，同时完成混凝土预应力梁的预应力张拉设计和施工。

现代预应力设计与施工课程教学改革的尝试，经多年来教学的不断探索与准备筹建的预应力施工操作实验室，证明该项的教学改革目的已经达到，取得了很好的教学效果，受到学生的好评。

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