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钢筋混凝土轴心受拉构件的受力性能

课程名称：《混凝土结构基本原理》

课程类型：技术类专业基础课

授课对象：土木工程专业三年级本科生

参赛内容：钢筋混凝土轴心受拉构件的受力性能

参赛教师：蒋庆

2015.4

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一、《混凝土结构基本原理》课程简介

本课程主要讲授钢筋混凝土和预应力混凝土基本构件的受力性能、承载力和变形计算方法及其配筋构造，使学生掌握钢筋混凝土和预应力混凝土构件的基本原理和设计计算方法。本课程是学习《混凝土结构设计》、《多高层建筑结构》、《结构抗震设计》等专业课程的基础，也是从事结构工程相关工作的重要基础知识。

本课程是土木工程专业的核心课程，具有理论与工程实际紧密结合的特点，既有很强的工程性，又有系统的科学体系；既是先修的力学类课程的实际应用，又是后续专业课程的理论基础。通过本课程学习，应使学生在知识层次、能力层次以及思维层次上都得到提高。

本课程的目标为：①使学生熟悉各种钢筋混凝土构件的受力性能，熟练掌握其设计计算方法；②采用研究型教学，使学生掌握分析钢筋混凝土构件受力的原理和方法；③将本课程与已修课和后续课融会贯通，引入科研前沿的内容，使学生了解学科知识体系，建立辩证的工程科学观。

二、教学任务

讲授“第四章钢筋混凝土轴心受拉构件的受力性能”中的两节：

三、教学目标

1、知识层次

了解分析钢筋混凝土构件的基本方法；

掌握钢筋混凝土轴心受拉构件的受力全过程的分析；

理解钢筋混凝土轴心受拉构件设计公式的内涵、适用条件以及必要的构造要求；

了解钢筋混凝土轴心受拉构件在实际工程中的应用以及科研前沿中的地位。

2、能力层次

学会针对混凝土和钢筋的非线性应力-应变关系的分析方法；

学会分析两种不同性能的材料的组合受力。

3、思维层次

能从工程科学知识体系的角度，认识材料力学中的杆件与钢筋混凝土构件在力学分析上的差异与统一，从而准确把握钢筋混凝土构件的力学本质；

能辩证地认识精确分析最优解与工程应用合理解之间的关系，从而理解工程设计规范的科学性和实用性。

四、知识重点

1、钢筋混凝土轴心受拉构件的受力全过程的分析

轴心受拉是钢筋混凝土构件5种基本受力形式之一，是最基本、最简单的一种情况，也是本课程讲解的第一种受力形式，其分析方法很有代表性。

2、钢筋混凝土轴心受拉构件的设计计算方法

设计方法是在受力性能分析的基础上得到的实用化的公式，其中引入了针对工程应用的关键变量和概念，其核心是从受力分析原理到设计公式这一“提炼”过程。

五、学生分析与教学难点

1、 “不可解”——“可解”——“统一”

学生先修过《材料力学》和《建筑材料》两门课程。《材料力学》中针对线弹性单一均匀材料进行力学分析，《建筑材料》对钢筋和混凝土的基本材料性能进行介绍。本堂课上学生将首次接触带有组合受力、材料非线性以及细观粘结锚固等复杂问题的钢筋混凝土构件，存在三个认知“台阶”：力学模型是怎样的？组合受力怎么分析？非线性怎样处理？因此，初学者将会认为运用已有的知识“不可解”！在讲授中通过过渡模型将复杂问题分解，从而应用材料力学知识使问题“可解”；并进一步分析《混凝土结构》的内容实质是针对组合的特殊《建筑材料》的《材料力学》，从而“统一”相关知识体系，提升学生的认识层次。最后引入科研前沿成果，再次使之“不可解”，进而引导学生进行小论文、小课题的研究，激发学生创新意识。

“精确解”、“最优解”和“合理解”

本课程是整个教学计划中第一门面向工程应用的专业课程，其研究目标为解决问题，即为“How”而非“What”，因此有大量基于经验和试验的知识，有大量的工程简化，并且结果不唯一。这对习惯了推理和计算的学生在思维方式上是一个冲击。有些数学学得很好的学生面对《混凝土结构》会钻入“牛角尖”，而无法把握工程问题的实质；也有学生把解题程式化，死记公式，而忽略了工程概念以及背后的科学理论。因此既要避免忽视主要矛盾的钻“牛角尖”，又要反对做只会“死抠”规范公式的“奴隶”。本堂课着重模型、原理和方法的讲述，突出工程背景，并对思维方式进行讨论。将点明工程问题的特殊性，即在多种约束条件下寻找“合理解”，适度地接近“最优解”，而不是要获得一个绝对的“精确解”或“最优解”，这就使学生从辩证法的高度认识工程问题的特点，形成科学性与工程性相结合的思维方式。

“夕阳学科”Vs“科技前沿”

钢筋混凝土在日常生活中很常见，但技术形象落后，学生容易先入为主的认为混凝土结构是没有新意的“夕阳学科”，从而影响学习兴趣。而实际上，混凝土结构一直在随着工程建设规模的发展而发展，不断有新技术和新工艺出现，材料性能也大大提升，相应的理论和方法也不断更新；并且在世贸大厦倒塌、阪神地震等灾难后，不断有新的研究成果出现。这些都是科技含量很高的内容，对学生有很强的吸引力，也有助于学生对结构工