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高等钢筋混凝土结构理论(土木工程核心课程)

时间:2020-11-02 21:42:25     发布者:

高等钢筋混凝土结构理论

0814土木工程一级学科研究生核心课程指南

一、课程概述

钢筋混凝土结构是充分利用了钢筋和混凝土两种材料的特点而建造的结构,具有造价低,耐久性和耐火性好、可模性好等特点,在世界范围内得到广泛应用。就我国而言,建筑、桥梁等建筑物中钢筋混凝土结构占95%以上,特别是改革开放以来,我国土木工程建设发展迅猛,产生了一批具有国际影响力的建筑物。据专家预测,在未来一段时期内,钢筋混凝土结构仍然是土木建筑物的主要结构形式;未来的钢筋混凝土结构规模将会更大,形式更为复杂。为满足这样的要求,必须有高级的研究型人才和卓越的结构工程师担当此任,这就对培养知识结构合理、适应时代变化和国际视野、具有创造性的高级人才的培养提出了新的要求。

本课程是从事土木工程设计、施工等人员的必修课程,注重原理性讲解,培养学生理论与实践相结合及解决实际问题的能力。

二、先修课程

材料力学,结构力学,建筑材料,钢筋混凝土结构。

三、课程目标

(1)通过本课程学习,使研究生深刻理解混凝土和钢筋的材料性能、钢筋混凝土构件性能、混凝土结构性能等的基本概念与基础理论。

(2)掌握钢筋混凝士结构的最新研究进展,培养研究生捕捉学科研究前沿和动态思维能力。

(3)根据土木工程学科的特点,引导学生利用已有的力学知识和科学的思维方法解决钢混凝土结构设计、建造中的问题,掌握钢筋混凝土结构设计规范的背景和灵活处理工程问题能力。

四、适用对象

硕士研究生。

五、授课方式

(1)教学方法:多媒体、板书、讨论等。

(2)教字形式;课堂讲授为主,有条件时可请钢筋混凝土方面的专家就某个问题的国内研究进展举办讲座,或请设计人员就工程中遇到的疑难问题的处理方法进行讲解。

.课程内容

第一讲 绪论


内容与要求:

序号

内容

要求

了解

理解

掌握

灵活运用

1

现代钢筋混凝土结构的特点




2

混凝土和钢筋材料的发展




3

混凝土结构试验方法和计算理论的发展




4

现代钢筋混凝士结构物的发展





*重点:掌握钢筋混凝土的特点,认识到不断学习的重要性,适应未来社会对土木工程人员的新要求。

第二讲 混凝土和钢筋的材料性能

内容与要求:

序号

内容

要求

了解

理解

掌握

灵活运用

1

混凝土的物理性能




2

混凝土的单轴力学性能和应力一应变关系




3

混凝土的多轴力学性能和应力一放变关系




4

钢筋的力学性能和应力-应变关系




5

混凝土和钢筋的动态性能




6

灌筋约束混凝土及应力一应变关系




7

钢筋与混凝土的黏结-滑移




*重点:混凝土的单轴、多轴强度和本构关系,钢筋的力学性能和本构关系。

*难点:混凝土的多轴强度和多轴本构关系,需适当补充有关数学和力学方面的基础知识。

第三讲 钢筋混凝土构件正截面性能和承载力

内容与要求

序号

内容

要求

了解

理解

掌握

灵活运用

1

任意截面构件正截面承载力计算




2

梁、柱双向承载力计算




3

板基于塑性理论的承载力计算




4

截面弯矩-曲率和构件荷载一变形计算




5

构件的延性和截面转动能力




6

 构件弯矩重分布对延性的要求




7

结构抗连续倒塌对延性的要求




8

结构抗对延性的要求




*重点:钢筋混凝土构件的正截面性能、变形能力。钢筋混凝土结构的变形能力主要由正截面变形提供,在钢筋混凝土结构弯矩重分布设计、抗连续倒塌设计、抗震设计中都对构件的变形能力有专门的要求。

*难点:结构强度要求和结构变形要求的辩证关系。

第四讲 钢筋混凝土构件受剪性能和承载力

内容与要求:

序号

内容

要求

了解

理解

掌握

灵活运用

1

钢筋混凝土构件抗剪理论的发展




2

钢筋混凝土构件的抗剪机理




3

钢筋混凝土构件抗剪的修正压力场理论




4

钢筋混凝土梁受剪承载力




5

钢筋混凝土柱受剪承载力(含弯剪破坏)




6

 钢筋混凝上墙受剪承载




7

钢筋混凝土板受冲切承载力




8

叠合面剪摩擦




*重点:修正压力场理论与钢筋混凝土构件的抗剪机理。柱的弯剪破坏是一种近年受到关注的破坏方式,破坏时在纵向受拉钢筋与横向抗剪箍筋均屈服;对于抗震设计中需要通过塑性铰转动提供变形能力的受压构件,国外一些抗震规范已经提出了弯剪承载力验算的要求。

*难点:钢筋混凝土构件剪切性能的复杂性在于截面同时承受正应力和剪应力以及破坏时混凝土和钢筋的非线性。修正压力场理论从静力平衡、几何协调和物理方程(应力-应变关系)三个条件出发建立公式,进行受剪承载力计算,理论相对完善;但修正压力场理论比较复杂,需要有较好的理论基础。。

第五讲 钢筋混凝土构件受扭性能和承载力

序号

内容

要求

了解

理解

掌握

灵活运用

1

钢筋混凝土构件的开裂扭矩




2

钢筋混凝土构件受扭的斜弯和桁架模型




3

钢筋混凝土软化桁架分析理论




4

钢筋混凝土构件受扭承载力




5

钢筋混凝土构件扭剪承载力




6

钢筋混凝土构件弯扭剪承载力




内容与要求:

*重点:以裂缝间的混凝土为压杆、纵向和横向钢筋为压杆的空间桥架模型描述的钢筋混凝土纯扭构件的抗扭机理;多数情况下受扭构件还同时承受弯矩和剪力作用。软化析架理论是对筋混凝土构件受扭的精细化分析方法,应予以深入掌握。

*难点:软化桁架理论也是从静力平衡、几何协调和物理方程(应力-应变关系)三个条件出建立计算公式,属于三维空间的分析,比较复杂,需要做细致讲解。

第六讲钢筋混凝土结构复杂应力区的设计()

内容与要求:

序号

内容

要求

了解

理解

掌握

灵活运用

1

结构复杂应力区和拉压杆设计方法




2

压杆、拉杆和节点的构成和强度




3

建立拉压杆模型的原则和步骤




4

基于拉压杆模型的设计




5

 常用应力复杂构件的拉压杆模型




*重点:钢筋混凝土结构的复杂应力区又称D区,指结构或构件不符合平截面假定的区域(合平截面假定的区域称为B),如深梁、牛腿、梁柱节点和桩基承台等。在传统的钢筋混凝结构理论中,这类结构、构件或区域的设计缺乏理论基础,对于工程中出现的不同问题,没有通用的解法。拉压杆方法是近年发展起来的一种解决这类问题的方法,考虑到压杆方法会在未来得到广泛应用,本课程作为讲授内容引入。

*难点:拉压杆方法是基于塑性理论下限解的分析方法,主要难点是根据力流建立拉压杆模型,需要有清楚的力学概念和较强的力学感觉

第七讲 钢筋混凝土结构的二阶效应和非线性分析()

内容与要求:

序号

内容

要求

了解

理解

掌握

灵活运用

1

钢筋混凝土结构和构件二阶效应的概念




2

构件长细比和计算长度




3

无侧移框架二阶效应计算




4

有侧移框架二阶效应计算




5

钢筋混凝土框架结构的整体二阶效应




6

钢筋混凝土框架结构的非线性分析




*重点:理解无侧移框架和有侧移框架二阶效应的区别和判别条件,掌握两种不同类型二阶效应的计算方法。

*难点:无侧移框架和有侧移框架是两种理想的情况,实际结构中两种类型的二阶效应可能同时存在,应指导学生学会综合考虑这两类二阶效应的方法。

第八讲 混凝土结构裂缝和变形的控制

内容与要求

序号

内容

要求

了解

理解

掌握

灵活运用

1

混凝土结构的裂缝形式和开裂机理




2

非荷载裂缝的分析和控制




3

荷载裂缝的计算和控制




4

构件短别刚度和变形




5

 长期变形和控制




*重点:判各类裂缝(特别是非荷载裂缝)的方法,并从计算和工程措施两个方面学会如何控制各种裂缝。对于变形,应掌握构件开裂后混凝土的拉伸硬化所起的作用。

*点;非荷载裂缝产生的原因比较复杂,有时是多种因素共同作用的结果,应从材料、设计、施工、养护等多方面采取措施,工程经验非常重要,需多讲解工程案例。

第九讲 钢筋混凝土结构整体稳固性和抗连续倒塌设计()

内容与要求:

序号

内容

要求

了解

理解

掌握

灵活运用

1

偶然作用与钢筋混凝土结构的连续倒塌




2

钢筋混凝土抗连续倒塌设计原则




3

钢筋混凝土抗连续倒塌设计方法




4

钢筋混凝土抗连续倒塌设计和计算




5

钢筋混凝土抗连续倒塌构造措施




*重点:导致钢筋混凝土结构连续倒塌的原因,结构抗连续倒塌设计的原则和方法,结构或构件塑性变形能力在抗连续倒塌中的作用。

*难点:对于钢筋混凝土结构抗连续倒塌,通过概念设计选择合理的结构形式和采用比较好的构造措施,来化解巨大的偶然作用比单纯的抵抗更为重要,需要培养学生综合和整体分析的能力。

七、考核要求

采用开卷考试、大作业或开卷+大作业的形式,重在考查学生独立思考,决实际题的能力。

八、编写成员名单

贡金鑫(大连理工大学)、吴智敏(大连理工大学)、王玉银(尔滨工业大学)、王震(哈尔滨工业大学)、肖建庄(同济大学)、孟少平(东南大学)、周继凯(河海大学)、陆新征(华大学)史庆轩(西安建筑科技大学)、方志(湖南大学)、张川(重庆大学)、吕朝(江大学)