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土木-专业核心-混凝土结构设计原理

一、课程基本信息

开课单位

土木工程学院

课程代码

CE05060

课程名称

混凝土结构设计原理

英文名称

Principle of Concrete Structure Design

课程性质

专业核心

  

4

64+4(实验)+8(讨论)

先修课程

土木工程材料、结构力学

开课学期

第五学期

适应专业

土木工程

二、课程描述

混凝土结构设计原理是土木工程专业的一门重要的专业技术基础课,主要包括钢筋混凝土结构的基本概念,组成材料及构件的力学性能,钢筋混凝土结构的分析和设计基本方法。本课程的知识是力学在钢筋混凝土这一主要现代工程结构分析和设计中的工程应用。通过学习本课程,可以加深对材料和力学的理解,初步掌握解决实际问题的工程学方法论,同时为学习后续专业课程、毕业设计、以及从事土木工程领域相关工作打下坚实的基础。

As a basic specialty course, Principle of Concrete Structure Design focuses on the fundamental concepts of reinforced concrete structures, mechanical properties of the compositing materials, mechanical behavior of structural components, and the methods used in analysis and design of reinforced concrete structures. The fundamental knowledge introduced is the engineering application of mechanics in the analysis and design of reinforced concrete structures. Through this course, the students should deepen their understanding of materials and mechanics, and learn the methodology for solving engineering problems. The course also serves as a milestone course for further studies in the follow-up professional courses, graduation design and future practices in civil engineering.

三、课程内容

(一)课程教学目标

通过学习,使学生掌握坚实的专业理论知识,确立正确的结构设计观念,养成利用所学知识进行全面思考问题的习惯,掌握解决实际工程结构问题的方法论。

(二)基本教学内容

本课程涉及混凝土结构设计原理的十个章节,即:绪论,混凝土结构用材料的性能,混凝土结构设计方法,钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算,钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算,钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算,钢筋混凝土受扭构件承载力计算,钢筋混凝土构件的裂缝、变形和耐久性,预应力混凝土结构的原理和设计。

第一章 绪论

教学目的与要求:掌握混凝土结构的基本概念;了解混凝土结构的发展概况;了解本课程特点、与其他课程关系及学习方法。

教学重点:混凝土结构的特点;混凝土结构设计原理课程的学习方法。

教学难点:混凝土结构设计原理课程的学习方法。

教学内容:混凝土结构的一般概念及特点;混凝土结构在国内外土木工程中的发展与应用概况;本课程的主要内容和课程特点。

学时分配:1学时。

第二章 混凝土结构用材料的性能

教学目的与要求:要求掌握钢筋的品种、级别及其性能;掌握土木工程对钢筋性能的要求及选用原则;掌握混凝土三种强度及影响因素;重点掌握混凝土的本构关系,了解混凝土在重复荷载下的变形性能;掌握混凝土的徐变和收缩的机理和钢筋与混凝土之间的粘结性能;掌握混凝土的选用原则;了解钢筋与混凝土的共同工作原理,熟悉保证钢筋与混凝土之间协同工作的构造措施。

教学重点:钢筋的品种和级别,热轧钢筋的应力-应变曲线特征、伸长率和冷弯性能,钢筋的选用原则;混凝土的强度,混凝土受压时的应力-应变关系,混凝土的变形及疲劳强度,混凝土的选用原则。

教学难点:混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能。

教学内容:钢筋的品种与性能,热轧钢筋的应力-应变曲线、塑性性能和弹性模量,混凝土结构对钢筋性能的要求,钢筋的选用原则;单轴向和复合应力状态下的混凝土强度及应力-应变曲线,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及影响因素,混凝土选用原则;钢筋与混凝土的粘结,保证可靠粘结的构造措施。建筑工程与交通工程相关内容的异同。

学时分配:6学时授课+1学时(讨论)

第三章 混凝土结构设计方法

教学目的与要求:了解结构可靠度;掌握荷载和材料强度的标准值和设计值的取值方法;熟悉承载力极限状态和正常使用极限状态,了解极限状态设计方法的原理,掌握极限状态设计方法。

教学重点:极限状态设计方法。

教学难点:可靠度相关知识。

教学内容:结构可靠度的基本概念;荷载分类及其标准值,材料强度的标准值与设计值;极限状态及其设计方法。建筑工程与交通工程相关内容的异同。

学时分配:5学时授课+1学时(讨论)

第四章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算

教学目的与要求:了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受力全过程及特点;掌握轴心受力构件的正截面承载力计算方法;熟悉轴心受力构件的一般构造要求。

教学重点:轴心受拉和轴心受压构件正截面承载力的设计计算方法

教学难点:螺旋式箍筋柱和焊接环式箍筋的正截面受压承载力计算。

教学内容:轴心受拉构件和轴心受压构件的受力过程及受力特点,轴心受力(受压、受拉)构件的承载力计算和配筋构造。建筑工程与交通工程相关内容的异同。

学时分配:6学时授课+1学时(讨论)

第五章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算

教学目的与要求:了解受弯构件的工程应用;了解配筋率对受弯构件破坏特征的影响和适筋受弯构件在各阶段的受力特点;熟悉受弯构件的一般构造要求;熟练掌握适筋梁的正截面受弯承载力的三个工作阶段和受弯构件正截面破坏形态;掌握受弯构件正截面受弯承载力的计算原理;熟练掌握单筋矩形截面、双筋矩形截面、T形等截面受弯构件的正截面受弯承载力计算。

教学重点: 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。

教学难点:三种截面的配筋构造。

教学内容: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。建筑工程与交通工程相关内容的异同。

学时分配:12学时(授课),4学时(试验),1学时(讨论)

第六章 钢筋混凝土受弯构件和压弯构件的斜截面承载力计算

教学目的与要求:熟悉受弯构件斜截面承载力一般概念;掌握斜截面受剪的破坏形态、破坏机理和影响斜截面抗剪承载力的主要因素;掌握斜截面受剪承载力的计算机理;掌握受弯构件斜截面受剪承载力的计算方法及防止斜压破坏和斜拉破坏的措施;了解纵向受力钢筋的弯起、截断和锚固方法;掌握斜截面受弯承载力的构造要求。掌握偏心受力构件的斜截面承载力计算方法。

教学重点:受弯构件斜截面承载力计算方法;无腹筋梁和有腹筋梁受剪承载力的计算公式及适用条件。

教学难点:纵向受力钢筋的弯起、截断和锚固。

教学内容:无腹筋梁和有腹筋梁的抗剪性能;无腹筋梁和有腹筋梁斜截面受剪承载力计算;连续梁的抗剪性能及斜截面受剪承载力计算;保证受弯构件斜截面受剪承载力的构造要求。偏心受压和受拉构件斜截面承载力计算方法。建筑工程与交通工程相关内容的异同。

学时分配:12学时授课+1学时(讨论)

第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力计算

教学目的与要求:了解受扭构件的分类和受扭构件开裂、破坏机理;掌握受扭构件的承载力计算原理和计算方法;了解受扭构件的试验研究;掌握构造要求。

教学重点: 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。

教学难点:空间桁架理论和剪扭相关性。

教学内容:受扭构件的分类和受扭构件开裂、破坏机理,受扭构件试验研究;纯扭构件截面承载力计算;弯剪扭及压弯剪扭构件截面承载力计算;受扭构件计算公式的适用条件和构造要求。建筑工程与交通工程相关内容的异同。

学时分配:4学时授课+1学时(讨论)

第八章 钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算

教学目的与要求:掌握偏心受压构件正截面的受力过程与破坏形态;熟悉两种不同的受压破坏特征和两类偏心受压构件及其辨别方法;熟悉偏心受压构件的二阶效应及计算方法;掌握两类偏心受压构件正截面承载力的计算方法;了解双向偏信受压构件正截面承载力的计算方法;熟悉偏心受压构件的构造要求;掌握偏心受拉构件的受力特性及正截面计算方法。

教学重点:偏心受压和偏心受拉构件的承载力计算方法。

教学难点:小偏心受压构件的正截面承载力计算。

教学内容:偏心受压构件正截面的受力过程与破坏形态;两种不同的受压破坏特征和两类偏心受压构件及其判别方法;偏心受压构件的二阶效应及计算方法;矩形截面偏心受压构件、T形及工字形截面偏心受压构件正截面承载力的计算方法;双向偏心受压构件正截面承载力的计算方法;偏心受拉构件的受力特性及正截面承载力计算方法;偏心受力构件的构造要求。建筑工程与交通工程相关内容的异同。

学时分配:10学时

第九章 钢筋混凝土构件的裂缝、变形和耐久性

教学目的与要求:了解构件变形、裂缝和耐久性的重要性;熟悉减小构件变形和裂缝宽度以及提高结构构件耐久性的方法;掌握裂缝宽度的计算原理和裂缝宽度验算方法;掌握受弯构件挠度的验算方法;了解混凝土结构的耐久性设计。

教学重点:构件变形和裂缝宽度的验算方法。

教学难点:验算公式的推导过程。

教学内容:正常使用极限状态的有关限值;裂缝宽度验算;受弯构件变形验算;耐久性设计。建筑工程与交通工程相关内容的异同。

学时分配:4学时授课+1学时(讨论)

第十章 预应力混凝土构件设计

教学目的与要求:初步了解预应力混凝土结构的基本概念、分类方法、各项预应力损失值的意义和计算方法、预应力损失值的组合,以及计算方法;了解应力法进行预应力混凝土基本构件的分析方法。

教学重点:预应力的基本知识以及各阶段预应力损失的概念和计算。轴心受拉构件和受弯构件的设计;预应力混凝土构件各阶段的应力分析,轴心受拉构件使用阶段的计算。

教学难点:各阶段预应力损失的计算。

教学内容:预应力混凝土的概念;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,先张法和后张法; 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。建筑工程与交通工程相关内容的异同。

学时分配:4学时授课+1学时(讨论)

四、考核方式

   本课程考核采用闭卷方式,总评成绩100%=(1)+(2)+(3)+(4)

   1)考勤及课堂测验10%

   2)平时作业10%

   3)期中考试30%    

   4)期末考试50%

五、教材及参考书

教 材:

沈蒲生主编,钢筋混凝土结构设计原理(第四版),高等教育出版社。

叶见曙主编,结构设计原理(第二版),人民交通出版社。

参考书:

混凝土结构(上册,混凝土结构设计原理,第5版,普通高等教育土建学科专业十二五规划教材),东南大学/天津大学/同济大学,中国建筑工业出版社。

叶列平编著,混凝土结构(普通高等教育土建学科专业十二五规划教材),清华大学出版社。

顾祥林编著,混凝土结构基本原理(第二版),同济大学出版社。

六、授课手段

多媒体课件与粉笔书写相结合。组织课堂讨论、组织结构试验、课程指导等实践环节。

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