国际化课程《混凝土结构设计原理》教学内容与能力考核：受弯构件的斜截面承载力与配筋计算

岳健广 吴巧云

摘要：國际化课程建设是我国工程教育国际化的重要组成部分，是实现国际化人才培养的重要环节，课程的教学内容及能力考核点应面向全球经济发展与国际人才市场的需求进行确定。我国“一带一路”倡议的推进，急需培养大量熟悉国际规则、具有国际视野的外向型土木工程人才。土木工程专业主干课《混凝土结构设计原理》教学内容中应体现不同地区、不同国家采用设计规范的分析比较，并将“具有一定的国际视野、能够在跨文化背景下进行沟通和交流”作为此课程的能力考核点。文章以“受弯构件斜截面承载力与配筋计算””内容为例，从受弯构件受剪机理与破坏形态、斜截面受剪承载力、截面设计方法等几个方面，分析比较了中国、欧洲各国、美国等国家混凝土设计规范的异同，建议了对应的学时分配和能力考核点。

关键词：国际化课程建设;土木工程;能力考核点;斜截面抗剪承载力

中图分类号：G642.1     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）41-0098-03

随着全球经济化的不断发展和我国“一带一路”倡议带来的巨大机遇，加快土木工程国际化课程的建设，对实现土木工程专业国际化具有重要意义。

《混凝土结构设计原理》是土木工程专业一门重要的专业基础课，面向国际建设工程的要求，其教学内容中应恰当反映不同地区或国家所采用设计规范的不同[1]，通过课堂教学，使学生具备应用不同国家规范开展土木工程及相关领域项目的能力。同时，结合《高等学校土木工程专业评估（认证）标准》[2]中的12项毕业要求（见表1），将“WA10——具备一定的国际视野、能够在跨文化背景下进行沟通和交流”作为国际人才培养的一项毕业要求。

一、教学内容与能力考核点

以“受弯构件斜截面承载力与配筋计算”为例，其教学内容包括受弯构件受剪破坏机理、斜截面抗剪承载力计算公式、斜截面抗剪设计。表1列出了具体的教学内容和对应学时及能力考核点，相比国内课程，此部分国际化课程的总学时增加了1个学时，主要用来突出阐述中、欧、美规范在斜截面抗剪计算公式上的异同。由此，通过教学使学生达到“具备一定的国际视野、能够在跨文化背景下进行沟通和交流”（WA10项）的要求。

二、受弯构件受剪机理与破坏形态

以集中荷载作用下的简支梁为例（见图1），在支座A附近横截面上一点C所受到的正应力σ、剪应力τ为：

当主拉应力σ达到混凝土抗拉强度f时混凝土开裂，裂缝与主拉应力迹线垂直即沿着主压应力迹线发展，最终引起斜截面破坏。若剪跨比λ=a/h减小（即τ/σ比值增大）且<1.0时，夹角α增大，主拉应力减小而主压应力增大，破坏时一般发生斜压破坏;若剪跨比λ增大（即τ/σ比值减小）且>3.0时，夹角α减小，主拉应力增大而主压应力减小，破坏时一般发生斜拉破坏;若剪跨比1.0≤λ≤3.0时，主拉应力与主压应力的值差别较小，破坏时一般发生剪压破坏。

三、斜截面抗剪承载力计算

我国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[3]根据剪压破坏形态建立的斜截面抗剪承载力计算公式为;

四、斜截面抗剪设计

（一）计算截面

我国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[3]给出的斜截面抗剪承载力验算时应考虑的计算截面包括支座边缘处、箍筋改变处、斜截面尺寸改变处的截面。

美国规范ACI318-11[4]给出的斜截面抗剪承载力验算时应考虑的计算截面为当满足构件底面是局部受压时、构件整体刚性连接于其他构件时距支座h（截面有效高度）处的截面。

欧洲规范EN1992-1-1[5]中无腹筋构件受剪验算截面的位置，与受拉钢筋A的锚固长度l有关。对主要承受均布荷载的构件，欧洲规范要求只需验算与支座表面距离为h（截面有效高度）的截面的设计剪力。

（二）构造要求

我国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[3]对于截面最小尺寸和箍筋的最小配筋率做出了规定，根据截面的腹板高度与矩形截面的高度的比值，控制剪力最大值。为避免斜拉破坏，当≤4时，V≤0.25βfbh;当≥6时，V≤0.2βfbh;当4<<6时，按线性内插法确定。式中β为混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级不超过C50时，β取1.0;当混凝土强度等级为C80时，β取0.8;其间按线性内插法确定。为避免斜拉破坏，我国规范规定了最小配筋率ρ=0.24，式中f为混凝土轴心抗拉强度设计值，f为箍筋的抗拉强度设计值。

美国规范ACI318-11[4]要求配置抗剪钢筋的最小截面面积为A=0.75≥50，式中f′为混凝土圆柱体抗压强度;b为截面宽度;s为箍筋间距，f为箍筋的抗拉强度设计值。垂直与构件轴线的抗剪配筋，其间距应不超过h/2，h为截面有效高度。

欧洲规范EN1992-1-1[5]为了避免发生斜压破坏，决定了构件的最小截面尺寸，为了使腹筋早于混凝土的斜压破坏，决定了构件的最大腹筋面积为≤（cotθ=1），为了避免斜拉破坏，其规定了最小配箍率为ρ=0.08，式中b为截面宽度;s为箍筋间距，f为箍筋的抗拉强度设计值，α和v分别是应力系数和强度折减系数，f为混凝土抗压强度设计值，θ为混凝土压杆与垂直与剪力的梁轴线之间的角度，α为抗剪钢筋与垂直与剪力的梁轴线之间的角度

五、结论

面向留学生的《混凝土结构设计原理》课程，建议将“具备一定的国际视野、能够在跨文化背景下进行沟通和交流”作为一项毕业要求。本文以“受弯构件斜截面承载力与配筋计算”内容为例，相比中国学生的课程增加1个课时。授课时通过分析中国、美国、欧洲混凝土结构设计规范在“受弯构件受剪机理与破坏形态、斜截面受剪承载力、截面设计方法”方面的异同，使学生能够掌握并应用不同国家规范的设计方法，达到相应的毕业能力要求。

参考文献：

[1]苏成，季静，陈庆军，王湛，李静.以全英专业建设为载体的土木工程——国际化人才培养探索与实践.高等工程教育研究，2018，（增刊），294-297.

[2]住房和城乡建设部高等教育土木工程专业评估委员会.高等学校土木工程专业评估（认证）标准（2017版）[M]，2017.

[3]GB 50010-2010.混凝土结构设计规范[M]，北京：中国建筑工业出版社，2010.

[4]ACI 318-11.Building Code Requirement for Structural Concrete.American Concrete Institute，P.O.Box 9094，Farmington Hills，MI 48333-9094，2011.

[5]EN 1992-1-1.Eurocode 2：Design of concrete structures Part 1-1：General rules and rules for buildings，London，British Standards Institution，2004.