現代預應力設計與施工課程教學改革研究

劉 桐

(鹽城工學院土木工程學院，江蘇鹽城 224051)

現代預應力設計與施工課程是土木工程應用型本科專業，高年級學生的一門專業選修課，是學生在掌握一定的結構基本知識后，學完《建筑力學》《鋼筋混凝土結構》等一系列結構課程后設置的一門理論性、應用性較強的學科，主要論述現代預應力混凝土結構設計的原理和施工工藝。本課程的目的是讓學生了解現代預應力混凝土結構設計與預應力混凝土結構的施工，使學生了解現代預應力混凝土結構設計的基本知識與預應力施工的技術措施與方法，并能夠進行一般現代預應力結構的初步能力。經過多年的教學與實踐，對本課程的教學內容與教學模式進行了探索與研究。

1 強化預應力結構的概念教學模式

在預應力設計的教學過程中著重講解現代預應力混凝土的基本概念、基本形式、預應力混凝土的分類、預應力張拉控制應力，各種預應力損失的計算、有效預應力的計算以及減小其損失的方法。預應力次彎矩，主彎矩和綜合彎矩的概念及計算方法，學習如何利用等效荷載求彎矩，使學生掌握等效荷載法和荷載平衡法的概念及計算方法。

在預應力施工內容教學過程中著重講解預應力節點處理的構造措施，預應力鋼筋的檢測手段與方法，非預應力鋼筋的力學性能;預應力結構對混凝土的要求以及混凝土的種類，混凝土的應力—應變關系、變形、收縮徐變等;后張法混凝土構件的孔道以及灌漿的作用與灌漿材料;預應力錨具的要求以及預應力錨具錨固性能試驗;預應力錨具的種類及其組成;理解各種預應力方法的施工工藝(有粘結、無粘結、體外預應力等)。

了解預應力結構發展史以及現代預應力結構最新進展、預應力孔道成孔方法，先張法預應力混凝土的施工工藝、預應力筋與臺座之間溫差引起的應力損失等。對了解的內容，在教學過程中采用討論課的方式進行。

2 教學中堅持理論聯系實際，結合實際工程進行講解的教學模式

2.1 采用多媒體教學手段并結合實際工程教學模式

由于本課程比較枯燥，學生不直接接觸到實際工程，很難對預應力的基本概念接受，在教學過程堅持與實際的預應力工程結合講解的方式進行講解。通過拍攝實際預應力工程中的各種照片，預應力筋的布置形式照片、錨具照片、端部構造照片、工人師傅進行的預應力張拉照片、配合大量的預應力工程圖片，通過講授預應力工程實例和觀看大量的預應力工程圖片，并對現場的預應力張拉過程進行全程錄像，在上課時，將照片與錄像放給同學看，并邊看邊講解，學生的學習興趣有了很大的提高，把原本書本上抽象、枯燥的預應力設計與施工內容，變得更加形象、直觀、易于理解與掌握。進行預應力圖紙的設計時，首先教會同學們如何讀懂預應力圖紙，通過實際工程的預應力圖紙，對學生講解預應力施工圖的表示方法，預應力配筋及符號、預應力線性、預應力梁施工圖表示方式、預應力板施工圖表示方式等。通過講解圖1中各種參數的含義，使學生對預應力圖紙的設計與施工內容有更深的理解。

圖1 預應力曲線控制點示意圖

2.2 采用讓學生直接參與預應力工程設計與施工方案的編制

讓學生直接參與老師所做的預應力工程設計與施工中，學生有切身的感受，自己能參與到真正的預應力工程設計與施工方案的編制中，進行預應力設計的二次深化設計，一致認為有成就感，提高了學生對本門課程的學習興趣。通過二次深化設計復算預應力梁的撓度計算，讓學生具體參與計算在后張預應力施工階段，預應力反拱值的計算。通過計算跨中截面剛度(短期剛度、長期剛度)、荷載作用下的跨中撓度、預應力作用下的跨中反拱值，學生對預應力作用的反拱計算公式中各個參數的含義有了清楚的認識。

在預應力施工方案的編制時，著重講解預應力關鍵施工技術內容、預應力施工節點的做法等。讓學生參與繪制有粘結與無粘結預應力節點詳圖，見圖2，圖3，使學生更好地掌握有粘結與無粘結的節點構造。

圖2 有粘結張拉端與固定端的擠壓錨與構造做法

讓學生主要參與編制預應力施工技術內容以及注意事項，讓學生掌握預應力筋未張拉前，不得拆除梁底的模板支架。由于預應力張拉要引起預應力梁反拱，所以預應力梁支模時，模板起拱值比普通鋼筋混凝土框架梁模板起拱要小，一般按0.5‰～1‰起拱。在安裝對拉螺栓時，為了防止波紋管被對拉螺栓打穿破壞，要求先支好一側的側模，并避開波紋管的位置，先打孔，然后再封梁另一側側模，最后安裝對拉螺栓等相關注意事項。在預應力筋張拉過程中，要采用應力控制為主，張拉伸長值校核等關鍵技術問題。

圖3 無粘結張拉端構造做法

3 采用到正在施工的預應力工地參觀學習的方式

讓學生到預應力施工工地進行參觀學習，是一種很好的教學形式，本課程利用課余時間，組織有學習興趣的同學，到施工工地，參觀工人師傅在現場如何布置波紋管曲線坐標、如何固定波紋管的支架鋼筋，并根據現場講解實際工程中固定波紋管的方式與書本上固定波紋管的方式有什么區別，為什么采用了與書本上不同的固定波紋管的方式，現場固定波紋管的方式會產生什么樣的質量問題等。通過這樣理論聯系實際的講解，使學生能理解各種固定波紋管的構造做法。在參觀工人師傅張拉時，要求學生如何計算油壓表的讀數，如何更準確量測預應力筋的伸長值，現場量測千斤頂缸體的方法，在缸體倒缸時，如何進行量測鋼絞線的伸長值，與書本上講解的伸長值量測有何不同，同時讓學生思考，采取何種方法量測鋼絞線的伸長值最為準確。采用到工地參觀學習的方式，收到了事半功倍的效果，學生真正感受到了理論學習與工程實踐相結合的重要性，同時也達到了培養應用型土木工程專業本科生的要求。

4 籌建預應力施工操作實驗室

由于學校經費的原因，一直積極籌備預應力施工操作實驗室，讓學生親自進行預應力張拉的操作試驗，解決了學生到施工工地的安全的問題。讓學生通過對預應力混凝土梁的預應力張拉，掌握后張法預應力混凝土構件的施工設計和預應力張拉的施工方法及基本要求，熟悉預應力結構的工作原理及其施工方法，掌握預應力鋼筋、錨具、張拉機械的種類、特點及配套使用，熟悉后張法施工工藝、張拉應力控制的要求及鋼筋張拉程序，掌握張拉施工中的預應力損失及其補償方法;學生根據提供的實驗梁及有關材料、設備，進行預應力鋼筋、錨具及張拉機械的配套選擇，讓學生掌握后張法施工鋼筋張拉力的計算及預應力施加方法的確定，同時完成混凝土預應力梁的預應力張拉設計和施工。

現代預應力設計與施工課程教學改革的嘗試，經多年來教學的不斷探索與準備籌建的預應力施工操作實驗室，證明該項的教學改革目的已經達到，取得了很好的教學效果，受到學生的好評。

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