《混凝土结构设计原理》教学大纲

混凝土结构设计原理教学大纲课程编号：S072002 课程类型：专业基础课课程名称：混凝土结构设计原理 英文名称：Principles of Concrete Structure Designing学分：3.5 适用专业：土木工程第一部分 大纲说明一、课程的性质、目的和任务本课程是土木工程专业必修的专业基础课，是一门实践性很强，与现行的规范、规程等有关的专业基础课。本课程的目的和任务是通过课程的学习，使学生掌握混凝土结构学科的基本理论和基本知识，具备一般混凝土结构构件设计的能力以及正确处理施工及工程管理中常见混凝土结构构件问题的能力。为继续学习混凝土结构设计、桥梁设计、土木工程施工等后续专业课、毕业设计以及毕业后在混凝土结构学科领域继续学习提供坚实的基础。二、课程的基本要求知识要求：通过本课程学习，使学生掌握钢筋混凝土材料的物理力学性能；熟悉各种基本构件受力特点及破坏特征；掌握各种基本构件的构造要求、设计基本原理和方法，能进行各类结构构件的设计计算。能力要求：本课程作为一门实践性很强的课，要使学生能理论联系实际，多实践，多观察，多思考，从而提高其自学能力、分析能力、计算能力，使学生具备运用混凝土结构设计基本理论知识正确进行混凝土结构设计和解决实际技术问题的能力。三、本课程与相关课程的联系本课程的先修课程：建筑制图、房屋建筑学、土木工程材料、理论力学、材料力学、结构力学。后修课程：混凝土结构设计、桥梁工程、钢结构、高层建筑结构。本课程与先修课程结构力学关系密切。该课程的学习必将为后修课程的学习和今后进行结构设计、科学研究打下坚实的基础。四、学时分配本课程学分为3.5学分，建议开设56学时。章（节）内容讲课学时实验（上机）学时课堂讨论（习题课）学时现场教学学时总学时第1章 绪论22第2章 混凝土结构材料的物理力学性能55第3章 受弯构件的正截面受弯承载力819第4章 受弯构件的斜截面承载力718第5章 受压构件的截面承载力9110第6章 受拉构件的截面承载力22第7章 受扭构件的扭曲截面承载力44第8章 挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性55第9章 预应力混凝土构件8311合计50656五、教材与参考书使用教材：东南大学、同济大学、天津大学合编，清华大学主审，面向 21 世纪课程教材、普通高等教育“十一五”国家级规划教材混凝土结构上册“混凝土结构设计原理”，中国建筑工业出版社，2008年11月第四版.主要参考书：1沈蒲生主编混凝土结构设计原理，高等教育出版社，2007年11月第3版.2吴培明主编混凝土结构(上、下册) ，武汉理工大学出版社，2002年2月第二版.3蓝宗建主编混凝土结构设计原理，东南大学出版社，2002年4月第一版.4许成祥、何培玲主编混凝土结构设计原理，北京大学出版社，2006年1月第1版.六、教学方法与手段建议本课程以课程讲授为主，课堂讲授与实践教学相结合。建议采用计算机多媒体教学和板书教学相结合的授课方法。在保证教学质量的基础上提高教学效率。七、课程考核方式与成绩评定办法本课程为考试课，采用闭卷方式考核。考试范围应涵盖所有讲授及自学的内容，考试内容应能客观反映出学生对本门课程主要概念的记忆、掌握程度，对有关理论的理解、掌握及综合运用能力。考试题型应尽量多样化，题型可采用填空，选择，判断，计算，简答等方式。总评成绩：课外作业、平时测验占30%；期末考试占70%。八、其它1本课程的计划学时不包括实践教学环节。2本课程应执行混凝土结构设计规范等有关规范的相关规定。3教学中应用多媒体辅助教学，图文并茂，提高感性认识。第二部分 课程内容大纲第1章 绪论（2学时）一、本章的教学目的和要求：掌握混凝土结构的特点；掌握结构的功能、荷载、材料强度的取值及分项系数的意义；了解本课程的内容、任务和学习方法；了解混凝土结构在国内外的应用与发展简况。二、教学内容及要求： 知识点：混凝土结构的一般概念；混凝土结构的发展与应用概况；结构的功能和极限状态；学习本课程应注意的问题。重点：钢筋混凝土结构的特点；结构的功能和极限状态。第2章 混凝土结构材料的物理力学性能（5学时）一、本章的教学目的和要求：掌握钢筋的应力、应变曲线特征、钢筋弹性模量、屈服应力、极限应力及其相应的应变值；掌握混凝土强度和变形的基本概念和基本规律、混凝土的抗压强度及其应力、应变曲线特性、弹性模量与变形模量的关系、混凝土强度等级、不同受力强度指标之间的关系、多重荷载作用下混凝土应力、应变关系及复合受力强度；掌握混凝土的收缩、徐变性质及其对混凝土结构构件性能的影响；理解混凝土与钢筋之间的粘结性能；深入理解混凝土与钢筋共同工作的原理。二、教学内容及要求： 知识点：混凝土的组成结构，混凝土强度的基本概念，单轴向和复合应力状态下混凝土的强度，混凝土强度等级与各种不同受力强度指标之间的关系；混凝土变形的基本概念，混凝土在一次短期加载、荷载长期作用和多次重复荷载作用下的变形性能，影响混凝土收缩与膨胀的主要因素；钢筋的品种和级别,钢筋应力-应变曲线特征及数学模型，钢筋的疲劳,混凝土结构对钢筋性能的要求；混凝土与钢筋粘结的意义, 粘结力的组成、粘结强度、影响粘结强度的因素，钢筋的锚固与搭接构造要求。重点：混凝土的强度，混凝土受压时的应力-应变关系，混凝土的徐变，混凝土的疲劳强度；钢筋的品种和级别 ,钢筋应力-应变曲线特征，钢筋的疲劳；钢筋的锚固与搭接构造要求。难点：混凝土在一次短期加载、荷载长期作用和多次重复荷载作用下的变形性能。 第3章 受弯构件的正截面受弯承载力（9学时）一、本章的教学目的和要求：深入理解梁受力各阶段截面应变和应力的分布、破坏特征及配筋率对破坏特征的影响；理解正截面承载力计算的基本假定及其意义；熟练掌握矩形、双筋、T形截面的配筋计算方法、适用条件及构造要求。二、教学内容及要求：知识点：梁、板的一般构造；受弯构件正截面受弯的受力全过程；正截面受弯承载力计算原理；单筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算；双筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算；T形截面受弯构件正截面受弯承载力计算。重点：梁、板的一般构造。梁受力各阶段截面应力应变分布、破坏特征及配筋率对破坏特征的影响；正截面承载力计算的基本假定、等效矩形应力图、界限配筋率和最小配筋率；单筋、双筋矩形及单筋T形截面受弯构件正截面受弯承载力基本计算公式及适用条件、计算方法。难点：单筋、双筋矩形及单筋T形截面受弯构件正截面受弯承载力计算。第4章 受弯构件的斜截面承载力（8学时）一、本章的教学目的和要求：理解无腹筋梁斜裂缝出现后的应力状态及其破坏形态；了解影响抗剪能力的因素；深入理解腹筋的作用及其对破坏形态的影响；熟练掌握有腹筋梁斜截面受剪承载力计算方法及其限制条件；掌握受弯构件纵向钢筋的布置、弯起、截断、锚固等构造措施。二、教学内容及要求： 知识点：斜裂缝、剪跨比及斜裂面受剪破坏形态；简支梁斜截面受剪机理；斜截面受剪承载力计算公式；斜截面受剪承载力的设计计算；保证斜截面受弯承载力的构造措施，其他构造要求。重点：钢筋混凝土梁的斜裂缝、剪跨比、斜截面受剪破坏的三种主要形态；斜截面受剪承载力基本计算公式及适用范围、设计方法和计算截面；材料抵抗弯矩图、纵筋弯起点和弯终点的位置、纵筋的锚固、纵筋的截断、箍筋的间距；梁中纵向受力钢筋、弯筋和箍筋的其他构造要求。 难点：斜截面受剪承载力基本计算公式及适用范围、设计方法和计算截面；材料抵抗弯矩图、纵筋弯起点和弯终点的位置、纵筋的锚固、纵筋的截断、箍筋的间距。第5章 受压构件的截面承载力（10学时）一、本章的教学目的和要求：深入理解轴心受力构件受力全过程及其破坏特征；掌握轴心受压构件中由徐变所引起的内力重分布；掌握轴心受力构件的承载力计算方法；熟悉螺旋箍筋柱的承载力计算；深入理解偏心受压构件的两种破坏形态、特征及其形成条件，不同长细比柱的破坏类型，偏心距增大系数的意义及其影响；熟练掌握矩形、工字形截面偏心受压构件（不对称及对称配筋）的计算方法、适用条件及其构造要求。二、教学内容及要求： 知识点：受压构件一般构造要求；轴心受压构件正截面受压承载力；偏心受压构件正截面受压破坏形态；偏心受压长柱的二阶弯矩；矩形截面偏心受压构件正截面受压承载力基本计算公式；不对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面受压承载力计算方法；对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面受压承载力计算方法；对称配筋形截面偏心受压构件正截面受压承载力计算；正截面承载力Nu-Mu的相关曲线及其应用；双向偏心受压构件的正截面承载力计算；偏心受压构件斜截面受剪承载力计算。重点：受压构件一般构造要求；轴心受压普通箍筋柱和螺旋式箍筋柱的正截面受压承载力计算；偏心距e0、附加偏心距ea、初始偏心距ei及偏心距增大系数，偏心距增大系数的计算方法；偏心受压构件的破坏形态，区分大、小偏心受压破坏形态的界限；矩形截面大、小偏心受压构件正截面受压承载力计算公式、适用条件，不对称配筋和对称配筋受压承载力计算方法。难点：矩形截面大、小偏心受压构件正截面受压承载力计算公式、适用条件，不对称配筋和对称配筋受压承载力计算方法。第6章 受拉构件的截面承载力（2学时）一、本章的教学目的和要求：掌握受拉构件的受力特性；掌握偏心受拉构件正截面的承载力计算方法和偏心受拉构件斜截面的承载力计算方法。二、教学内容及要求： 知识点：轴心受拉构件正截面受拉承载力计算；偏心受拉构件正截面受拉承载力计算；偏心受拉构件斜截面受剪承载力计算。重点：轴心受拉构件正截面受拉承载力计算方法；大、小偏心受拉构件正截面承载力基本计算公式、适用条件、计算方法；偏心受拉构件斜截面受剪承载力计算方法。难点：大、小偏心受拉构件正截面承载力基本计算公式、适用条件、计算方法。第7章 受扭构件的扭曲截面承载力（4学时）一、本章的教学目的和要求：理解矩形截面纯扭构件的受力性能、破坏特点、截面限制条件及构造配筋界限的意义；掌握矩形截面弯、剪、扭构件配筋计算方法及其构造要求及T形和工字形截面弯、剪、扭构件承载力计算的解题步骤。二、教学内容及要求： 知识点：纯扭构件裂缝出现前和裂缝出现后的性能及破坏特点；纯扭构件的扭曲截面承载力；弯剪扭构件的扭曲截面承载力；在轴向压力、弯矩、剪力和扭矩共同作用下钢筋混凝土矩形截面框架柱受扭承载力计算；受扭构件的构造要求。重点：纯扭构件的扭曲截面承载力按混凝土结构设计规范的配筋计算方法；弯扭及弯剪扭构件的扭曲截面承载力按混凝土结构设计规范的配筋计算方法；受扭构件的构造要求。难点：弯扭及弯剪扭构件的扭曲截面承载力按混凝土结构设计规范的配筋计算方法。第8章 挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性（5学时）一、本章的教学目的和要求：理解裂缝宽度及截面抗弯刚度的计算原理；掌握构件挠度和最大裂缝宽度的验算方法；了解对不需验算构件挠度及裂缝宽度规定的依据；深入理解梁在纯弯区段内的应力重分布全过程、构件开裂后钢筋和混凝土应变分布规律及其影响因素、等主要参数的物理意义、裂缝控制的目的与要求、非荷载效应引起裂缝的原因及相应的措施。二、教学内容及要求： 知识点：钢筋混凝土受弯构件短期刚度BS 和刚度B（长期刚度）的概念及计算公式，最小刚度原则，受弯构件的挠度验算方法；钢筋混凝土构件裂缝的出现、分布和开展机理以及应力重分布全过程，平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度概念及计算公式，钢筋混凝土构件裂缝宽度验算方法；混凝土构件的延性和延性系数的概念，受弯构件截面曲率延性系数的计算表达式、主要影响因素及提高截面曲率延性系数的措施；混凝土结构耐久性的概念与主要影响因素，混凝土碳化和钢筋锈蚀的机理、主要影响因素以及防范措施，混凝土结构耐久性的设计方法。重点：钢筋混凝土受弯构件短期刚度BS 和刚度B（长期刚度），受弯构件的挠度验算方法；最大裂缝宽度计算公式，钢筋混凝土构件裂缝宽度验算方法； 混凝土碳化和钢筋锈蚀的机理、主要影响因素以及防范措施。难点：钢筋混凝土受弯构件短期刚度BS和刚度B（长期刚度），受弯构件的挠度验算；钢筋混凝土构件裂缝宽度验算。第9章 预应力混凝土构件（11学时）一、本章的教学目的和要求：通过本章学习，使学生了解预应力砼的概念，了解预应力砼与普通混凝土相比有什么特点，掌握张拉控制应力概念及计算，掌握构件在施加预应力的过程中的不同阶段有哪些预应力损失，全预应力和部分预应力构件的概念等。通过本章学习，使学生重点理解预应力砼构件工作性能，熟练掌握预应力混凝土轴心受拉构件在施工阶段和使用阶段的受力过程及各阶段的应力计算，掌握预应力混凝土构件的配筋计算方法和构造要求；了解预应力混凝土受弯构件在施工阶段和使用阶段的受力过程及应力计算方法，了解受弯构件的设计方法。同时对照普通钢筋混凝土材料，对比两者在抗裂度、刚度和承载力计算上有什么共同点和不同点。二、教学内容及要求： 知识点：预应力混凝土的概念，预应力混凝土材料，张拉预应力钢筋的方法，张拉控制应力，六项预应力损失产生的原因、损失值的计算方法以及减少预应力损失值的措施，先张法构件预应力钢筋的传递长度，后张法构件端部锚固区的局部受压承载力计算；预应力混凝土轴心受拉构件各阶段的应力分析，预应力混凝土轴心受拉构件使用阶段的计算（承载力计算、抗裂度及裂缝宽度验算）和施工阶段的验算，预应力混凝土轴心受拉构件的设计步骤；预应力混凝土受弯构件各阶段的应力分析，受弯构件使用阶段正截面的计算、使用阶段斜截面的计算和施工阶段的验算，预应力混凝土受弯构件的设计步骤；预应力混凝土构件的构造要求；部分预应力混凝土与无粘结预应力混凝土。重点：预应力损失产生的原因、损失值的计