结构设计原理教学大纲.docx
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结构设计原理教学大纲
《结构设计原理
(2)》教学大纲
第一部分教学大纲说明
一、课程的性质与任务
1.《结构设计原理》
(2)是中央广播电视大学工科土建类土木工程专业(专升本)本科一门必修课程。
本课程针对中央广播电视大学土木工程专业(专科)学生具有钢筋混凝土结构基本知识,在此基础上,理解结构设计理论,掌握构件计算方法。
本课程的主要任务是:
1)理解结构设计理论,掌握构件设计计算方法。
2)了解现行《公路桥规》对结构构件计算的有关规定。
2.《结构设计原理》课程是在已开设的《建筑材料学》、《材料力学》、《结构力学》等先修课程的基础上设置的专业基础课,后续课程是《桥梁工程》。
3.《结构设计原理》课程内容包括:
钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、混凝土与砌体结构、钢结构、钢—混凝土组合结构。
二、课程的目的与要求
1.《结构设计原理》课程研究各种结构构件的设计计算理论、截面应力应变、承载力计算方法。
通过对材料力学性能、截面受力性能的分析、结合试验,给出截面承载力计算方法,应力、位移、裂缝计算方法。
本课程要求学生重点掌握:
结构设计计算理论、截面受力分析、承载力计算方法。
2.《结构设计原理》课程,在了解材料力学性能、本构关系、掌握受力分析的基础上,要求学生了解结构试验方法、观察试验过程、能将试验结果应用到承载力计算中。
3.《结构设计原理》课是一门实践性较强的课程。
一方面各种构件计算方法都有试验分析作为基础,同时截面设计要考虑构造要求;另一方面设计计算为工程实际服务。
要求学生加强实践性环节:
如观摩受弯构件正截面试验分析、受压构件强度试验、预应力施工技术等。
了解《公路桥规》有关构造要求。
4.通过习题练习加深对所学内容的理解。
三.课程教学要求层次
教学环节中,基本概念、定义、截面性质、受力性能等概念,由低到高分为“知道、了解、掌握”三个层次。
有关截面承载力计算、应力计算、连接计算、变形、裂缝计算等公式及其设计计算方法,由低到高分为“会、掌握、熟练掌握”三个层次。
第二部分媒体使用与教学过程建议
一.学时分配与学分
1.学时分配
本课程共72个学时(具体课时分配如下表)。
课时分配表
章号
内容
课内
学时
IP课时
备注
总论
介绍本课程的主要内容、结构设计理论简介
2
一
混凝土结构基本概念
4
二
受弯构件正截面承载力
6
三
受弯构件斜截面承载力
6
四
受扭构件承载力
4
五
轴心受力、偏心受力构件承载力
10
六
应力、裂缝、变形
6
七
预应力混凝土结构的基本概念
4
八
预应力混凝土受弯构件的设计与计算
12
九
部分预应力混凝土结构
4
十
砌体与混凝土结构
2
十一
钢结构
8
十二
钢——混凝土组合结构
4
合计
72
2.学分
本课程共4学分。
二.教学安排
《结构设计原理》课安排在第3学期,一个学期完成全部教学任务。
三.媒体选择
1.文字教材
根据远程教育要求和电大学生特点,本课程文字教材采用文字主教材和文字辅助教材两部分,采取合一式编排。
各章中的前面部分为主教材的内容,后面部分为辅助教材的内容。
文字教材是学生学习本课程的主要用书,主教材部分的内容是课程的基本内容,是教学的主要依据。
辅助教材部分的内容是对主教材相应内容的推演或归纳总结,配有例题、习题与思考题,帮助学生加深理解和掌握课程内容。
文字教材是学生获得知识、提高能力的重要媒体之一,教材内容力求科学性,教材中的概念叙述要直观无误,方法阐述要详细,论证要清楚,公式推导要严谨,充分体现远程开放教育的特色,适合成人教育、以自学为主的特点,便于自学。
2.IP教材
本课程要积极探索基于网络环境的远程开放教育的教学模式,充分利用IP课程的网络传播优势,充分发挥IP课程的教学内容可选性和交换性,为学生为主自主学习本课程提供更方便的教学资源。
3.录象教材
本课程安排电视教学录象课。
建议安排钢筋混凝土受弯构件正截面试验,轴心、偏心受压试验,预应力混凝土技术三个专题录象。
四.教学环节
本课程配有电视课、IP课程及文字教材。
电视课和IP课程是教学的重要形式,文字教材适合于学生自学。
课后有习题练习和思考题、网上答疑,期末考试。
1.自学
自学是广播电视大学学生获得知识的重要方式,自学能力的培养是远程开放高等教育的目的之一,本课程的教学要注意对学生自学能力的培养。
学生可以通过收看电视、IP课程、直播课堂和网上教学辅导等方式进行学习,各教学点可以采取灵活多样的助学方式,帮助学生学习。
2.作业
独立完成作业是学好本课程的必不可少的一项教学环节。
作业的内容以教材中的习题、思考题为主,通过这些习题、思考题的练习,熟悉各种基本题形的解题方法、加深对课程中各种概念的理解,以达到基本掌握本课程主要内容的目的。
3.考核
考试题符合大纲要求,考核内容力求全面,同时体现重点突出、难度适中、题量适度,不出难题、怪题。
题量和难度的梯度按教学大纲的三个不同层次安排。
第三部分教学内容与教学要求
总论(2学时)
介绍《结构设计原理》课程的主要内容,课程的重点、难点;需要一般了解的知识点。
课程安排、学习要求、授课方法。
结构设计理论简介;结构动力性能介绍。
一、钢筋混凝土结构的基本概念及结构设计理论
(4学时)
(一)教学内容
本章内容为钢筋混凝土结构计算基本概念与基本理论,是本课程的重点章节之一,对重点概念要求熟练掌握。
1.钢筋混凝土结构的基本概念
钢筋混凝土结构及其特点,钢筋混凝土共同工作。
2.材料的物理力学性能
混凝土强度及其强度取值,混凝土变形,本构关系,弹性模量,收缩、徐变及其计算。
钢筋的强度与变形,钢筋的成分、品种与等级,钢筋的加工。
重点:
钢筋混凝土共同工作,混凝土变形及其变形性能,本构关系;钢筋的强度与变形。
难点:
混凝土变形性能
(二)教学要求
1.了解有关荷载计算
2.掌握混凝土变形特征
3.熟练掌握钢筋混凝土共同工作、材料力学性能、混凝土徐变等概念
二、受弯构件正截面承载力(6学时)
(一)教学内容
受弯构件正截面承载力是本课程的重点内容,并配有习题练习。
1.钢筋混凝土受弯构件概述
受弯构件及构造要求(截面与配筋)。
2.正截面承载力计算的基本原则
正截面受力分析与破坏特征,正截面计算基本假定,受压区混凝土等效矩应力图形,受压区高度界限系数
与最小配筋率μmin。
3.受弯构件正截面承载力设计计算
单筋、双筋矩形截面、T形截面受弯构件,深受弯构件。
重点:
正截面试验分析、正截面受力、承载力计算方法
难点:
正截面计算方法与公式推导
(二)教学要求
1.知道深受弯构件。
2.了解截面配筋率的定义(μ)、适筋梁界限破坏及适筋梁条件(ξjg及μmin)、不同配筋率下的正截面破坏状态、配有相应的习题练习。
3.掌握受弯构件正截面三个工作阶段及其特点。
4.熟练掌握受弯构件正截面承载力计算。
三、受弯构件斜截面承载力(6学时)
(一)教学内容
受弯构件斜截面是本课程的重点内容,并配有习题练习。
1.受弯构件斜截面概述
斜截面受力分析、构造要求。
2.受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态
无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态,简支梁斜截面破坏主要形态,有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态。
3.斜截面承载力
影响斜截面抗剪能力的主要因素,斜截面承载力、基本公式及适用条件,等高度简支梁腹筋设计初步。
4.受弯构件斜截面抗弯
斜截面抗弯计算,纵向钢筋的起弯点位置。
5.全梁承截能力校核与构造要求
6.连续梁斜截面抗剪
连续梁斜截面的破坏特点,等高度连续梁抗剪承载力计算。
重点:
斜截面破坏主要形态、影响斜截面抗剪强度的主要因素、腹筋设计计算。
难点:
斜截面受力分析模型、斜截面抗弯计算、全梁承载力校核。
(二)教学要求
1.知道斜截面抗弯承载力计算、深受弯构件。
2.了解箍筋配筋率的定义(μk)、了解斜截面抗剪、斜截面抗弯对弯起钢筋起弯点构造要求。
3.掌握斜截面破坏特征、抗剪计算、全梁承载力较核。
四、受扭构件承载力(4学时)
(一)教学内容
本章节为了解内容
1.纯扭构件的破坏特征和强度计算
矩形截面纯扭构件的开裂扭矩、破坏特征,纯扭构件强度计算理论,矩形截面纯扭构件强度计算。
2.弯剪扭构件承载力
在弯、剪、扭共同作用下的破坏特征,弯剪扭构件配筋计算方法。
3.T形截面受扭构件、箱形截面受扭构件,构造要求。
重点:
开裂扭矩、弯剪扭构件配筋计算方法。
难点:
纯扭构件承载力计算理论。
(二)教学要求
1.会弯剪扭构件配筋计算方法、矩形截面开裂扭矩计算。
2.了解纯扭构件强度计算理论、受扭构件构造要求。
五、轴向受力构件承载力(10学时)
(一)教学内容
轴心受力构件是本课程的重点内容,并配有习题练习。
1.轴心受拉构件
轴心受拉构件受力分析、破坏特征、承载力计算。
2.轴心受压构件
普通箍筋柱:
普通箍筋柱受力分析与破坏形态,纵向弯曲系数
,承载力计算。
螺旋箍筋柱:
受力特点与破坏特征,正截面计算,构造要求。
3.偏心受压构件
正截面的受力特点和破坏形态、受力分析,拉破坏、压破坏、界限破坏,M-N关系曲线,偏心距增大系数η。
偏心受压构件:
矩形截面计算基本公式及适用条件,矩形截面非对称配筋设计计算,矩形截面对称配筋设计计算,构造要求。
4.工字形和T形截面偏心受压构件
正截面强度计算基本公式、承载力计算方法。
5.圆形截面偏心受压构件
正截面承载力计算基本假定、计算基本公式、设计计算方法。
重点:
轴心受拉、轴心受压构件受力分析与计算、矩形截面大偏心受压构件强度计算。
难点:
纵向弯曲对轴心受压、偏心受压构件承载力的影响、矩形截面小偏心受压构件强度计算、圆形截面强度计算公式推导。
(二)教学要求
1.会T形、工字形截面受压构件强度计算、偏心受拉构件强度计算。
2.了解长柱对受压构件承载力的影响、螺旋箍筋柱受力特点。
3.了解偏心受压构件截面破坏形态,大、小偏心受压的界限、偏心矩增大系数、构造要求。
4.掌握螺旋箍筋柱正截面强度计算、小偏心受压构件强度计算。
5.熟练熟练掌握轴心受力构件强度计算、大偏心受压构件强度计算、圆形截面偏心受压构件强度计算。
六、钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形(6学时)
(一)教学内容
本章节是正常使用极限状态要求的,是本课程的重点内容,配有习题练习。
1.概述
正常使用极限状态要求,换算截面的概念。
2,应力计算
3.受弯构件裂缝及最大裂缝宽度验算
钢筋混凝土的裂缝,受弯构件裂缝宽度理论与计算方法简介,《公路桥规》最大裂缝宽度计算方法和裂缝宽度限值。
3.变形计算
受弯构件变形刚度、预拱度的设置、挠度限制。
重点:
换算截面的概念、混凝土裂缝、受弯构件变形计算。
难点:
截面抗弯刚度。
(二)教学要求
1.会利用规范计算截面应力、混凝土裂缝宽度、受弯构件变形。
2.了解裂缝宽度计算理论。
3。
掌握换算截面、截面抗弯刚度的概念。
七、预应力混凝土结构的基本概念(4学时)
(一)教学内容
本章节预应力的基本概念是课程的次重点内容。
1.预力混凝土结构的基本原理
2.预应力混凝土结构的特点
3.预应力混凝土结构的应用
4.加筋结构的分类
5.预加应力技术与设备
6.预加应力的主要方法,锚具与预应力设备
重点:
预应力的基本原理、预应力度、预应力技术。
难点:
先张法温差损失。
(二)教学要求
1.熟练掌握预应力混凝土的基本原理、预应力度的概念。
2.掌握预应力技术、预应力结构的特点、预应力结构的应用。
八、预应力混凝土受弯构件的设计与计算(12学时)
(一)教学内容
预应力混凝土受弯构件计算是本课程的重点,安排有习题练习。
1.预应力混凝土各阶段受力分析
预加力阶段受力分析,使用阶段受力分析,预应力消压弯矩,预应力混凝土结构破坏特征。
2.预加力的计算与预应力损失的估算
预应力钢筋的张拉控制应力,钢筋预应力损失估算,钢筋的有效预应力计算。
3.预应力混凝土受弯构件的应力计算
受弯构件正应力验算,主应力验算。
4.预应力混凝土受弯构件的强度计算
受弯构件正截面强度计算,受弯构件斜截面强度计算。
5.端部锚固区的计算
局部承压的破坏形态和破坏机理,混凝土局部承压受力分析及破坏特征,局部承压理论,局部承压区开裂计算、强度计算,局部承压强度提高系数。
后张法构件锚下局部承压计算。
先张法构件预应力钢筋的传递长度和锚固长度。
6.变形计算
预应力受弯构件的变形,预拱度的设置。
7.预应力混凝土简支梁设计
简支梁设计初步,截面设计,预应力钢筋数量的选择,预应力钢筋的布置。
重点:
受弯构件受力分析、消压弯矩、预应力损失、受弯构件截面应力验算。
混凝土局部承压提高系数。
难点:
先张法温度应力损失、受压区预应力筋应力、预应力筋的索界,局部承压破坏机理。
(二)教学要求
1.了解预应力混凝土简支梁设计。
2.掌握预应力混凝土受弯构件各受力阶段的受力特点及其破坏特征、预应力损失、有效预应力的概念,部承压破坏机理。
3.掌握端部锚固区计算、变形计算及预拱度设置、预应力筋设计。
4.熟练掌握截面应力计算、承载力计算方法。
混凝土局部承压提高系数计算。
九、部分预应力混凝土受弯构件介绍(4学时)
(一)教学内容
部分预应力混凝土受弯构件是本课程的一般了解内容。
1.部分预应力混凝土结构
部分预应力混凝土结构的特点、发展。
2.部分预应力混凝土结构的受力特性
3.部分预应力混凝土受弯构件的计算
B类构件使用阶段正截面应力计算,裂缝宽度计算,变形计算,疲劳计算。
4.部分预应力混凝土受弯构件的设计与构造要求
截面配筋设计的预应力度法、名义拉应力法,构造要求。
重点:
部分预应力混凝土结构的受力特性、受弯构件的计算。
难点:
配筋截面设计预应力度法。
(二)教学要求
1.会B类构件使用阶段正截面应力计算,裂缝宽度计算,变形计算,疲劳计算。
2.了解部分预应力混凝土结构的特点及其发展。
3.了解部分预应力混凝土受弯构件的设计与构造要求。
十、砌体与混凝土结构(2学时)
(一)教学内容
1.混凝土及砌体结构材料
砌体材料的种类、砂浆的性能、砌体的强度与变形。
2.砌体的承载力
计算原则、轴心受压构件承载力、偏心受压构件承载力、受弯直接受剪和局部承压计算
(二)教学要求
1.了解砌体结构材料性能、砂浆的性能、砌体的强度与变形。
2.会砌体承载力计算。
十一、钢结构(8学时)
(一)教学内容
钢结构是本课程次重点内容,安排有习题练习。
1.钢结构基本概念
钢结构计算基本原则、设计的基本要求。
钢结构材料的主要性能,影响钢材性能的主要因素,钢材的种类及其选用。
2.钢结构的连接
焊缝连接:
焊接方法,焊缝型式与焊接计算,焊接应力与焊缝变形,焊缝的疲劳强度。
普通螺栓和铆钉连接:
构造和计算,铆钉连接的构造和计算特点。
高强螺栓连接:
工作原理、连接的构造、连接计算。
3.钢桁架构件
钢桁架桥的组成,联结系的构造,桁架截面形式,组合构件。
实腹式轴心受力构件:
实腹式轴心受拉构件,实腹式轴心受压构件。
组合式受压构件:
截面形式,换算长细比,组合式压杆的剪力,缀板缀条的计算。
偏心受力构件:
偏心受拉构件,偏心受压构件。
钢桁架节点设计:
节点构造,杆端部连接计算,实腹式轴心受力构件节点板强度验算。
4.钢板梁
钢板梁构造,截面设计,截面沿跨长的变化,焊接钢板梁翼板和腹板的连接焊缝,钢板梁的局部稳定性和腹板加劲肋的布置,钢板梁的支承加劲肋。
重点:
钢材的种类、性能、钢结构的连接方式、钢结构的接点设计。
难点:
钢材的疲劳、焊缝应力。
(二)教学要求
1.了解钢板梁设计计算。
2.熟练掌握钢材的性能、钢结构的连接、钢结构计算原则、钢结构的稳定性。
3.熟练掌握焊接、铆接及高强螺栓连接计算、实腹式桁架接点、截面设计计算。
十二、钢-混凝土组合构件(4学时)
(一)教学内容
钢—混凝土组合构件是本课程了解内容。
1.钢-混凝土组合梁
钢-混凝土组合梁的基本概念,计算原则及一般规定。
组合梁的截面设计,抗剪连接件设计。
2.钢管混凝土构件
钢管混凝土的基本概念、受压构件的工作性能。
受压构件的计算、构造要求。
重点:
钢—混凝土构件计算原则及一般规定、钢管混凝土截面工作性能。
难点:
组合梁中温度应力及混凝土收缩应力、徐变影响。
(二)教学要求
1.了解钢—混凝土组合构件计算方法、钢管混凝土受压构件截面设计。
2.掌握钢—混凝土组合构件基本概念、钢管混凝土截面工作性能。