混凝土结构基本原理课程教学大纲

《混凝土结构基本原理》课程教学大纲

一、 课程名称：混凝土结构基本原理

二、 学分：4

三、 先修课程：《理论力学》、《材料力学》、《结构力学》、《建筑材料》、《房屋建筑学》

四、 课程的性质、目的和任务：

《混凝土结构基本原理》是土木工程、建筑安装工程、建筑管理与房地产等专业的必修专业基础课程，对工业与民用建筑专业而言更是主干课程中的一门重要课程，该课程具有理论性与实践性并重的特点。

本课程的目的是使学生掌握钢筋混凝土构件的设计原理及相应的构造措施，具备对简单构件进行设计及综合运用基本概念分析构件受力特性的能力，并为学习后续课程和毕业设计打下基础。

本课程的主要任务是讲授混凝土结构的材料性能、设计原理、受力分析、设计方法，以及各类构件（拉、压、弯、剪、扭、预应力）的受力性能、计算方法和配筋构造等结构设计的基本知识。

五、 课程的教学基本要求及主要内容：

第一章 绪 论

一、学习要求

要求学生掌握混凝土结构的特点、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、课程内容

混凝土结构的一般概念，混凝土结构的发展与应用概况，本课程学习中需注意的问题。

第二章 混凝土结构材料的物理力学性能

一、学习要求

掌握混凝土在各种应力状态下的强度与变形性能（一次加载、反复加载、单轴应力、复合应力等）；

熟悉钢筋的品种、级别，掌握钢筋的力学性能、加工工艺；

了解混凝土与钢筋的应力－应变曲线数学模型；

掌握钢筋与混凝土的粘结性能，熟悉钢筋的锚固与搭接构造措施。

二、课程内容

混凝土的组成结构；

混凝土立方体抗压强度和强度等级；

各受力强度指标与混凝土立方体抗压强度标准值间的关系；

双向应力、三向应力、正应力与剪应力共同作用下的混凝土复合受力强度；

一次短期加载下混凝土应力－应变曲线特征及其数学模型；

弹性模量与变形模量的关系；

重复荷载下混凝土的疲劳强度及应力－应变关系；

混凝土的收缩、徐变性质及其影响因素；

钢筋的品种与级别；

钢筋应力－应变全曲线特性（屈服应力、极限应力及其相应的应变值）；

钢筋的疲劳特性；

钢筋的冷加工及塑性性能；

钢筋与混凝土粘结的意义；

变形钢筋、光面钢筋的粘结机理；

影响粘结性能的因素；

锚固与搭接构造。

第三章 按近似概率理论的极限状态设计法

一、学习要求

了解结构的功能要求，理解结构功能的两类极限状态；

熟悉结构设计中的不确定性因素（荷载效应和结构抗力的随机性）；

熟悉概率极限状态设计法的基本原理（失效概率、可靠度、可靠指标），理解结构设计中安全性与经济性的协调处理方法；

掌握荷载及材料强度的标准值、设计值和分项系数的意义；

熟练掌握实用设计表达式的应用。

二、课程内容

结构上的作用与结构的功能要求；

结构功能的两类极限状态；

结构可靠度、可靠指标与失效概率；

实用设计表达式；

荷载代表值、材料强度代表值及分项系数。

第四章 受弯构件的正截面受弯承载力

一、学习要求

深入理解受弯构件各受力阶段截面应变和应力的分布规律；

掌握受弯构件的破坏形态并理解配筋率对破坏形态的影响规律；

掌握正截面承载力计算的基本假定及简化计算方法；

熟练掌握单筋矩形截面、双筋矩形截面和T形截面正截面承载力计算公式与适用条件；

了解梁、板配筋构造要求；

理解混凝土强度、钢筋强度及截面尺寸等对受弯承载力的影响。

二、课程内容

梁、板的一般构造；

受弯构件的三阶段受力特征；

各受力阶段截面应变和应力分布规律；

受弯构件的三种破坏形态；

受弯构件正截面承载力计算的基本假定及简化计算方法；

单筋矩形截面正截面承载力计算方法与适用条件；

双筋矩形截面正截面承载力计算方法与适用条件；

T形截面正截面承载力计算方法与适用条件；

混凝土强度等级、钢筋强度等级及截面尺寸等对正截面受弯承载力的影响。

三、实践环节内容和基本要求

钢筋混凝土简支梁正截面受弯性能实验

1、教学实验内容：

（1） 通过梁侧面的电阻应变片以及受拉钢筋上的电阻应变片，测定沿梁高不同纤维层的应变，以

验证平均应变的平截面假定，并测定受压区混凝土的极限压应变；

（2） 通过百分表测出梁的挠度，绘出荷载－挠度曲线，并验证曲线在裂缝出现及钢筋屈服时具有

明显转折点；

（3） 通过测定主筋应变验证钢筋屈服与梁破坏形式之间的关系（钢筋先屈服，然后压区混凝土压

碎，导致梁破坏）；

（4） 观察开裂荷载和0.3mm裂缝荷载，记录裂缝分布图形；

（5） 观察梁的最终破坏现象（适筋梁典型破坏特征）并记录破坏荷载，验证现行承载力计算公式。

2、教学实验基本要求：

（1） 熟悉分级加载方法，了解实验量测仪器，通过实验获得：

（2） 观察裂缝的发生和发展，绘制裂缝分布图；

（3） 绘制各级荷载下沿截面高度的应变分布图；

（4） 绘制荷载－跨中挠度曲线；

（5） 记录试件承载力，并验证现行承载力计算公式。

第五章 受弯构件的斜截面承载力

一、学习要求

理解无腹筋梁斜裂缝出现的机理，掌握斜裂缝的分类及破坏形态；

深入理解腹筋的作用及其对破坏形态的影响；

理解斜截面受剪承载力的影响因素，熟练掌握有腹筋梁斜截面受剪承载力计算方法及其适用条件； 掌握受弯构件纵筋的弯起及截断、纵筋的锚固及搭接等构造要求；

了解连续梁受剪性能及其承载力计算原则。

二、课程内容

斜裂缝类型及出现条件；

无腹筋梁的受剪破坏形态及发生条件；

有腹筋梁的受剪破坏形态、发生条件及受剪机理；

斜截面受剪的几种力学模型；

斜截面受剪承载力的影响因素；

斜截面受剪承载力的两类计算公式及其相应的适用条件；

连续梁受剪性能及其承载力计算原则；

斜截面受弯和材料抵抗图的概念；

纵筋的弯起及截断；

纵筋的锚固及搭接等构造措施。

三、实践环节内容和基本要求

钢筋混凝土简支梁斜截面受剪性能实验

1、教学实验内容：

（1） 观察斜裂缝出现（斜截面开裂荷载）和发展（0.3mm斜裂缝荷载），并记录梁的裂缝图形；

（2） 观察斜裂缝剪压破坏的过程及破坏特征，了解腹筋和剪压区混凝土的抗剪作用，记录剪

压破坏时的破坏剪力，验证现行斜截面承载力计算公式；

（3） 观察斜截面斜压破坏过程及特征，了解剪跨比对斜截面抗剪的影响，记录斜压破坏时的

破坏剪力，验证现行计算公式的适用条件。

2、教学实验基本要求：

（1） 观察裂缝的发生和发展，理解弯剪斜裂缝和腹剪斜裂缝的分布规律，绘出梁两侧主要斜裂

缝的图形；

（2） 根据记录的剪压破坏时的破坏剪力，验证现行斜截面承载力计算公式；

（3） 根据记录的斜压破坏时的破坏剪力，验证现行斜截面承载力计算公式的适用条件。

第六章 受压构件的截面承载力

一、学习要求

深入理解轴心受压构件受力全过程及其破坏特征；

掌握轴心受压普通箍筋柱的承载力计算及构造；

熟悉轴心受压螺旋式箍筋柱的受力特征、正截面承载力计算方法和适用条件；

深入理解偏心受压构件的两种破坏形态、破坏特征及其形成条件；

理解不同长细比柱的破坏形式；

掌握偏心距增大系数和附加偏心距的意义及其影响因素；

了解偏心受压长柱的二阶弯矩规律；

熟练掌握矩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；

了解受压构件的构造要求；

熟悉偏压构件的受剪承载力设计方法；

了解工字形截面和双向偏心受压构件设计原理。

二、课程内容

受压构件的一般构造要求；

轴心受压构件的受力特征及正截面受压承载力计算方法；

轴心受压螺旋式箍筋柱的正截面受压承载力计算方法；

大、小偏心受压构件的破坏形态及界限破坏状态；

长柱的正截面破坏特征；

二阶弯矩的概念及其分布规律；

二阶弯矩的简化计算方法（η－l0法）；

矩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；

偏压构件正截面承载力N－M相关曲线特点及应用；

工字形截面正截面受压承载力计算的基本原理；

双向偏心受压构件正截面承载力计算的基本原理；

偏压构件斜截面受剪承载力计算方法；

三、实践环节内容和基本要求

钢筋混凝土大偏心受压中长柱的承载力实验

1、教学实验内容：

（1） 通过柱侧面的电阻应变片以及纵向钢筋上的电阻应变片，测定截面不同纤维层的应变值，

以验证平均应变的平截面假定，并测定受压区混凝土的极限压应变；

（2） 通过百分表量测柱的水平挠度，说明纵向弯曲对偏心受压中长柱的影响；同时用实测结果

验证η的计算公式；

（3） 观察大偏心受压构件的破坏特性，记录破坏荷载，验证现行承载力计算公式；

（4） 测定开裂荷载及0.3mm裂缝荷载。

2、教学实验基本要求：

（1） 观察裂缝的发生和发展，绘制裂缝分布图；

（2） 绘制荷载－水平挠度曲线；

（3） 绘制各级荷载下沿截面高度的应变分布图；

（4） 根据记录的破坏荷载，验证现行承载力计算公式。

第七章 受拉构件的截面承载力

一、学习要求

掌握受拉构件的受力特性及正截面承载力计算方法；

掌握偏心受拉构件斜截面受剪承载力的计算方法。

二、课程内容

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受拉承载力计算方法；

偏心受拉构件斜截面受剪承载力计算方法。

第八章 受扭构件的扭曲截面承载力

一、学习要求

理解矩形截面纯扭构件的受力性能、破坏特点；

了解纯扭构件的变角空间桁架模型；

了解纯扭构件的开裂扭矩和极限扭矩的计算方法；

掌握矩形截面纯扭构件扭曲截面承载力的计算方法及配筋强度比的意义；

了解T形、工字形及箱形截面扭曲截面承载力计算原则；

了解弯剪扭构件破坏形态、扭曲截面的承载力计算方法及构造要求。

二、课程内容

受扭构件的分类与纯扭构件的受力特性、破坏形态；

受扭构件的变角空间桁架模型及开裂扭矩和极限扭矩的计算方法；

矩形截面纯扭构件扭曲截面承载力的计算方法及配筋强度比的意义；

T形、工字形及箱形截面纯扭构件扭曲截面承载力计算原则；

弯剪扭构件的破坏形态、扭曲截面的承载力计算方法及构造要求。

第九章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性

一、学习要求

深入理解钢筋混凝土受弯构件截面刚度的概念及其在各受力阶段的变化规律；

掌握受弯构件刚度的推导思路及其影响因素（理解参数η、ψ及ζ的物理意义）；

深入理解钢筋混凝土受弯构件裂缝的出现、分布及开展规律；

掌握推导最大裂缝宽度计算公式的思路，以及最大裂缝宽度的影响因素；

深入理解钢筋混凝土构件截面延性的概念；

掌握受弯构件、偏心受压构件截面曲率延性的影响因素及影响规律；

了解耐久性的概念及主要影响因素；

深入理解混凝土碳化和钢筋锈蚀现象；

了解耐久性设计的目的和基本原则。

二、课程内容

钢筋混凝土受弯构件截面弯曲刚度的概念及其在各受力阶段的变化规律；

短期刚度的推导思路（参数η、ψ及ζ的物理意义）；

考虑荷载效应长期作用下截面刚度的计算方法；

最小刚度原则及挠度计算；

受弯构件挠度的影响因素及变形限值条件；

钢筋混凝土受弯构件裂缝的出现、分布及开展规律；

平均裂缝间距、平均裂缝宽度、最大裂缝宽度间的关系及最大裂缝宽度表达式的推导思路； 最大裂缝宽度的影响因素及最大裂缝宽度限值条件；

钢筋混凝土构件截面延性的概念；

受弯构件、偏心受压构件截面曲率延性的影响因素及影响规律；

耐久性的概念及主要影响因素；

混凝土碳化和钢筋锈蚀的条件、影响因素及防治措施；

耐久性设计的目的和基本原则。

第十章 预应力混凝土构件

一、学习要求

深入理解预应力混凝土的基本概念和受力特点；

掌握预应力混凝土的分类与预应力钢筋的张拉方法；

了解锚夹具特点、预应力钢筋的种类；

熟练掌握张拉控制应力的概念及预应力损失的计算，了解产生预应力损失的原因及减小损失的措施； 熟悉先张法构件预应力钢筋的传递长度和后张法构件端锚区的局部受压概念；

掌握预应力轴心受拉构件各阶段的截面应力分析及设计方法；

了解预应力受弯构件的布筋方式、截面尺寸确定方法等构造要求；

了解预应力受弯构件各阶段的截面应力分析及承载力计算方法；

了解预应力受弯构件变形验算、抗裂度验算、裂缝宽度验算及施工阶段的验算方法；

了解部分预应力混凝土与无粘结预应力混凝土概念与特点。

二、课程内容

预应力混凝土的基本概念和受力特点；

预应力混凝土的分类与预应力钢筋的张拉方法；

各类锚夹具特点、预应力钢筋的种类；

张拉控制应力的概念、取值方法；

各种预应力损失的产生原因、计算方法及减少预应力损失的措施；

先张法构件预应力钢筋的传递长度和后张法构件端锚区的局部受压概念与承载力计算方法； 先张法预应力轴心受拉构件各阶段的截面应力分析；

后张法预应力轴心受拉构件各阶段的截面应力分析；

预应力轴心受拉构件使用阶段的承载力计算、抗裂度及裂缝宽度验算；

预应力轴心受拉构件施工阶段的承载力计算、端锚区的局部受压承载力验算；

预应力受弯构件的布筋方式，截面形式、截面尺寸选择方法等构造要求；

预应力受弯构件的承载力计算，变形验算、抗裂度验算、裂缝宽度验算及施工阶段的验算方法； 部分预应力混凝土与无粘结预应力混凝土概念与特点。

Ⅴ 自学安排：

一、 第3章第3.3.1节（关于分项系数的简化推导方法）；

二、 第6章第6.8节（对称配筋工字形截面偏心受压构件正截面承载力计算）；

三、 第6章第6.10节（双向偏心受压构件的正截面承载力计算）；

四、 第10章第10.3节（预应力受弯构件的计算）；

五、 第10章第10.5节（部分预应力混凝土与无粘结预应力混凝土概念与特点）。