“受弯构件斜截面承载力计算”的教学方法探讨

孟远远,刘　健,陈英杰

(新疆农业大学　水利与土木工程学院,新疆　乌鲁木齐　830052)

“受弯构件斜截面承载力计算”的教学方法探讨

孟远远,刘健,陈英杰

(新疆农业大学水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐830052)

[摘要]针对《混凝土结构设计原理》中“受弯构件斜截面承载力计算”章节的公式多、概念多、构造要求多等特点,从注重知识点之间逻辑关系的讲解；注重计算公式、构造要求的建立依据及推导过程；注重构件设计的经济性与合理性等方面对“受弯构件斜截面承载力计算”章节的教学方法进行了探讨。

[关键词]混凝土结构设计原理；受弯构件斜截面承载力计算；教学方法

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

受弯构件承载力计算是《混凝土结构设计原理》中的重点内容,其中受弯构件斜截面承载力计算又是受弯构件承载力计算中的难点,其公式多、概念多、构造要求多,学生在学习该章内容时往往感到内容烦琐、公式复杂、理解困难,做课程设计也是通过模仿例题生搬硬套,不理解各步骤的意义及其逻辑关系,这都是由于学生没有真正理解混凝土结构的力学原理和工程实质。下面以“受弯构件斜截面承载力计算”章节在教学中存在的问题为研究对象,就问题产生的原因及如何改进教学方法进行了探讨。

1知识点间的逻辑关系混乱

受弯构件在荷载作用下可能发生正截面破坏或斜截面破坏,当正截面受弯承载力有保证的情况下,构件会沿剪力最大或弯矩和剪力都较大的截面发生破坏,破坏截面与构件的轴线斜交。在受弯梁的设计过程中,学生常忽略正截面承载力计算与斜截面承载力计算的先后关系。在教学过程中可用图表的方式向学生直观地展现知识点间的逻辑关系(见下图),加强学生学习各章节的连贯性,为培养学生综合考虑问题的能力奠定基础。

受弯构件承载力计算逻辑关系

2计算公式的推导过程及构造要求的建立依据理解有误

受弯构件斜截面的破坏形态主要有三种：斜压破坏、剪压破坏、斜拉破坏。它们都属于脆性破坏,是设计中应尽量避免的,但脆性程度不同,其排序为：斜拉破坏>斜压破坏>剪压破坏。所以我国《混凝土结构设计规范》中规定用构造措施来防止斜拉、斜压破坏,通过计算来防止剪压破坏,其中计算要求与构造要求如下：

2.1计算要求

Vu=Vc+Vs+Vsb

(1)

其中,Vu：梁斜截面受剪承载力设计值。

Vc：混凝土剪压区受剪承载力设计值。

Vs：与斜裂缝相交的箍筋的受剪承载力设计值。

Vsb：与斜裂缝相交的弯起钢筋的受剪承载力设计值。

2.2构造要求

①截面最小尺寸的要求。②箍筋的要求。

学生反映做作业就是依葫芦画瓢的过程,根本不理解公式及构造要求的建立依据,究其原因是学生没有掌握斜截面三种破坏形态的破坏原理及破坏特征。所以,首先，应抓住斜截面受剪承载力是由混凝土、箍筋及弯起钢筋三部分提供的这个思路,引导学生在理解的基础上应用公式；其次,强调公式的建立依据：式(1)是以剪压破坏的受力特征为依据建立的,因此,建立了构造要求以保证构件发生斜截面三种破坏形态中的剪压破坏,构造要求中截面最小尺寸的要求是为了避免构件发生斜压破坏,箍筋的要求是为了避免构件发生斜拉破坏。通过对公式意义及建立依据的讲解,使学生在理解的基础上记忆构造措施,以避免出现由于死记硬背造成的记忆不牢和做题时生搬硬套等问题。

3弯起钢筋配置错误

3.1对弯起钢筋缺乏感性认识

在受弯构件斜截面承载力腹筋的计算中,学生常认为弯起钢筋是需额外配置的受力钢筋,忽略了弯起钢筋是由纵向钢筋弯起得来的概念。在一般的连续梁设计中应先满足跨中处正截面承载力要求,这时所配置的纵筋仅在跨中正弯矩最大值处得到充分利用,在临近支座处正截面受弯承载力大大富余,这时往往将部分纵筋弯起得到弯起钢筋。在教学过程中宜多与实际工程相结合,结合图片讲解弯起钢筋的概念,使学生对弯起钢筋的形态有一个感性的认识；引导学生综合考虑受弯构件正截面承载力与斜截面承载力,在选配纵向受力钢筋时应考虑到弯起钢筋,以满足结构设计经济性、合理性的要求。

3.2忘记验算弯起点处斜截面抗剪承载力

在受弯构件斜截面承载力腹筋的计算中，一旦配置弯起钢筋学生常忘记验算弯起点处斜截面受剪承载力。若利用弯起钢筋受剪,则钢筋的弯起点与弯终点需同时满足计算要求和构造要求,在构造要求满足的前提下，需注意弯起点处弯起钢筋提供的受剪承载力发生了变化,它是斜截面受剪承载力的薄弱位置,为保证弯起点处斜截面受剪承载力满足要求需验算弯起点处受剪承载力。在教学过程中应注重引导学生积极思考计算要求与构造要求的建立依据,让学生在理解的基础上完成结构设计。

3.3弯起点与弯终点的概念模糊

对于弯起钢筋的设置学生常常会纠结于先确定弯起点还是弯终点,这是因为学生对弯起点及弯终点的概念模糊。不论先确定弯起点或弯终点都是可行的,只要保证梁各截面的正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力、斜截面受弯承载力均满足要求,那么结果都是正确的,但不一定是经济、合理的。先确定弯起点与先确定弯终点两种计算模式的侧重点不同,需验算的内容不同,在教学过程中通过引导学生思索两种计算模式的共性和差异,让学生理解所学知识；鼓励学生自主地去探讨如何在计算正确的前提下设计出经济、合理的结构。

4结论

“受弯构件斜截面承载力计算”章节是《混凝土结构设计原理》这门课程中的一个难点,对基础力学知识,空间想象能力要求较高。在短时间内很难使学生理解所学知识,学生往往靠机械记忆去死背公式和构造要求,这是不现实,也没有必要的。在教学过程中,应注重概念、基础知识及各知识点间逻辑关系的讲解,着重培养学生综合解决问题的能力；强调公式及构造要求的建立依据和推导过程,加强学生对公式及构造要求的理解；引导学生注重理论计算的同时综合考虑经济性、合理性；鼓励学生将课程内容与实际工程相结合,在理解的基础上进行结构设计,激发学生学习的兴趣,提高学生学习的成就感,从而达到更好的教学效果。

参考文献:

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[5]杨敬林,方亮,周锡玲.土木工程专业“混凝土结构”课程的教学方法探讨[J].中国电力教育,2013,(20):82-85.

[基金项目]新疆水利水电工程重点学科基金(项目编号：xjslgczdxk20101202)；新疆农业大学教研项目资助。

[作者简介]孟远远(1989—),女,安徽萧县人,硕士,助教。研究方向：结构工程。