國際化課程《混凝土結構設計原理》教學內容與能力考核：受彎構件的斜截面承載力與配筋計算

岳健廣 吳巧云

摘要：國際化課程建設是我國工程教育國際化的重要組成部分，是實現國際化人才培養的重要環節，課程的教學內容及能力考核點應面向全球經濟發展與國際人才市場的需求進行確定。我國“一帶一路”倡議的推進，急需培養大量熟悉國際規則、具有國際視野的外向型土木工程人才。土木工程專業主干課《混凝土結構設計原理》教學內容中應體現不同地區、不同國家采用設計規范的分析比較，并將“具有一定的國際視野、能夠在跨文化背景下進行溝通和交流”作為此課程的能力考核點。文章以“受彎構件斜截面承載力與配筋計算””內容為例，從受彎構件受剪機理與破壞形態、斜截面受剪承載力、截面設計方法等幾個方面，分析比較了中國、歐洲各國、美國等國家混凝土設計規范的異同，建議了對應的學時分配和能力考核點。

關鍵詞：國際化課程建設;土木工程;能力考核點;斜截面抗剪承載力

中圖分類號：G642.1? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）41-0098-03

隨著全球經濟化的不斷發展和我國“一帶一路”倡議帶來的巨大機遇，加快土木工程國際化課程的建設，對實現土木工程專業國際化具有重要意義。

《混凝土結構設計原理》是土木工程專業一門重要的專業基礎課，面向國際建設工程的要求，其教學內容中應恰當反映不同地區或國家所采用設計規范的不同[1]，通過課堂教學，使學生具備應用不同國家規范開展土木工程及相關領域項目的能力。同時，結合《高等學校土木工程專業評估（認證）標準》[2]中的12項畢業要求（見表1），將“WA10——具備一定的國際視野、能夠在跨文化背景下進行溝通和交流”作為國際人才培養的一項畢業要求。

一、教學內容與能力考核點

以“受彎構件斜截面承載力與配筋計算”為例，其教學內容包括受彎構件受剪破壞機理、斜截面抗剪承載力計算公式、斜截面抗剪設計。表1列出了具體的教學內容和對應學時及能力考核點，相比國內課程，此部分國際化課程的總學時增加了1個學時，主要用來突出闡述中、歐、美規范在斜截面抗剪計算公式上的異同。由此，通過教學使學生達到“具備一定的國際視野、能夠在跨文化背景下進行溝通和交流”（WA10項）的要求。

二、受彎構件受剪機理與破壞形態

以集中荷載作用下的簡支梁為例（見圖1），在支座A附近橫截面上一點C所受到的正應力σ、剪應力τ為：

當主拉應力σ達到混凝土抗拉強度f時混凝土開裂，裂縫與主拉應力跡線垂直即沿著主壓應力跡線發展，最終引起斜截面破壞。若剪跨比λ=a/h減小（即τ/σ比值增大）且<1.0時，夾角α增大，主拉應力減小而主壓應力增大，破壞時一般發生斜壓破壞;若剪跨比λ增大（即τ/σ比值減小）且>3.0時，夾角α減小，主拉應力增大而主壓應力減小，破壞時一般發生斜拉破壞;若剪跨比1.0≤λ≤3.0時，主拉應力與主壓應力的值差別較小，破壞時一般發生剪壓破壞。

三、斜截面抗剪承載力計算

我國《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）[3]根據剪壓破壞形態建立的斜截面抗剪承載力計算公式為;

四、斜截面抗剪設計

（一）計算截面

我國《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）[3]給出的斜截面抗剪承載力驗算時應考慮的計算截面包括支座邊緣處、箍筋改變處、斜截面尺寸改變處的截面。

美國規范ACI318-11[4]給出的斜截面抗剪承載力驗算時應考慮的計算截面為當滿足構件底面是局部受壓時、構件整體剛性連接于其他構件時距支座h（截面有效高度）處的截面。

歐洲規范EN1992-1-1[5]中無腹筋構件受剪驗算截面的位置，與受拉鋼筋A的錨固長度l有關。對主要承受均布荷載的構件，歐洲規范要求只需驗算與支座表面距離為h（截面有效高度）的截面的設計剪力。

（二）構造要求

我國《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）[3]對于截面最小尺寸和箍筋的最小配筋率做出了規定，根據截面的腹板高度與矩形截面的高度的比值，控制剪力最大值。為避免斜拉破壞，當≤4時，V≤0.25βfbh;當≥6時，V≤0.2βfbh;當4<<6時，按線性內插法確定。式中β為混凝土強度影響系數，當混凝土強度等級不超過C50時，β取1.0;當混凝土強度等級為C80時，β取0.8;其間按線性內插法確定。為避免斜拉破壞，我國規范規定了最小配筋率ρ=0.24，式中f為混凝土軸心抗拉強度設計值，f為箍筋的抗拉強度設計值。

美國規范ACI318-11[4]要求配置抗剪鋼筋的最小截面面積為A=0.75≥50，式中f′為混凝土圓柱體抗壓強度;b為截面寬度;s為箍筋間距，f為箍筋的抗拉強度設計值。垂直與構件軸線的抗剪配筋，其間距應不超過h/2，h為截面有效高度。

歐洲規范EN1992-1-1[5]為了避免發生斜壓破壞，決定了構件的最小截面尺寸，為了使腹筋早于混凝土的斜壓破壞，決定了構件的最大腹筋面積為≤（cotθ=1），為了避免斜拉破壞，其規定了最小配箍率為ρ=0.08，式中b為截面寬度;s為箍筋間距，f為箍筋的抗拉強度設計值，α和v分別是應力系數和強度折減系數，f為混凝土抗壓強度設計值，θ為混凝土壓桿與垂直與剪力的梁軸線之間的角度，α為抗剪鋼筋與垂直與剪力的梁軸線之間的角度

五、結論

面向留學生的《混凝土結構設計原理》課程，建議將“具備一定的國際視野、能夠在跨文化背景下進行溝通和交流”作為一項畢業要求。本文以“受彎構件斜截面承載力與配筋計算”內容為例，相比中國學生的課程增加1個課時。授課時通過分析中國、美國、歐洲混凝土結構設計規范在“受彎構件受剪機理與破壞形態、斜截面受剪承載力、截面設計方法”方面的異同，使學生能夠掌握并應用不同國家規范的設計方法，達到相應的畢業能力要求。

參考文獻：

[1]蘇成，季靜，陳慶軍，王湛，李靜.以全英專業建設為載體的土木工程——國際化人才培養探索與實踐.高等工程教育研究，2018，（增刊），294-297.

[2]住房和城鄉建設部高等教育土木工程專業評估委員會.高等學校土木工程專業評估（認證）標準（2017版）[M]，2017.

[3]GB 50010-2010.混凝土結構設計規范[M]，北京：中國建筑工業出版社，2010.

[4]ACI 318-11.Building Code Requirement for Structural Concrete.American Concrete Institute，P.O.Box 9094，Farmington Hills，MI 48333-9094，2011.

[5]EN 1992-1-1.Eurocode 2：Design of concrete structures Part 1-1：General rules and rules for buildings，London，British Standards Institution，2004.