胡　狄

1998年教育部頒布的專業(yè)目錄中,將以前交通土建工程、橋梁工程、建筑工程、市政建設工程、港口工程等專業(yè)合并為土木工程專業(yè)。目前我國沒有關于預應力混凝土結構設計的統(tǒng)一規(guī)范,現(xiàn)行各技術標準、設計規(guī)范中預應力混凝土結構設計方法不盡相同,符號存在差異,部分內容計算原理、計算公式差別大。將預應力混凝土基本原理與國內各設計規(guī)范相應內容有機結合,并簡要介紹國外設計規(guī)范的計算方法,同時融入國內外最新研究成果,進行《預應力混凝土結構設計原理》(下簡稱《PC設計原理》)寬口徑課程從內容至教學方式的全方位改革,有助于學生建立具寬闊視野、獨立思考和創(chuàng)新能力的知識體系,有助于提高我國土木工程設計、施工、監(jiān)理和監(jiān)控領域在世界范圍的競爭能力。

寬口徑課程《PC設計原理》的內容應圍繞預應力混凝土知識體系而展開,上圖為按概率極限狀態(tài)設計的預應力混凝土知識體系框架,顯示了體系的主要內容及其相互關系。預應力混凝土所使用材料的特性、預應力筋的有效預應力和結構體系及荷載特征,是預應力混凝土知識體系的核心;滿足結構的可靠性是運用預應力混凝土知識進行結構設計的終極目標,亦是知識體系的歸宿。預應力筋的有效預應力由施工時的張拉控制應力和預應力損失確定,前者主要與預應力筋品種、施工工藝及預應力混凝土類別有關,后者則幾乎涉及材料特性、構造特征、施工工藝、預應力筋形狀、預應力體系及結構服役期間的工作環(huán)境、使用荷載等各個方面,它是理解預應力混凝土工作機理和進行結構設計、分析的基礎,因此,課程內容首先應圍繞與預應力筋有效預應力相關的知識而展開。在此基礎上,結合結構體系特點及荷載特征,課程內容以滿足結構可靠性——安全性、適用性和耐久性而展開,即滿足承載能力極限狀態(tài)(安全性)和正常使用極限狀態(tài)(適用性和耐久性),前者學習承載能力計算,后者學習變形和裂縫計算及控制。如此,課程已經包含預應力混凝土結構設計原理的主要內容。

寬口徑課程《PC結構設計原理》的教學應圍繞預應力混凝土知識體系的主要內容和相互關系而展開,教學手段應根據教學內容特點而變化。如講授預應力筋種類和錨具種類時,可采用預應力筋和錨具圖片與其結構或斷面解剖講解相結合;講授預應力施加工藝時,可放映預制廠或實際工程中預應力施工的錄像。又如講授后張法構件預應力損失的計算時,結合施工錄像,首先明確構件的施工過程:立?！穷A應力筋綁扎和預應力筋孔道定位→澆注混凝土→預應力筋張拉→預應力筋錨固→孔道灌漿→施加二期恒載,然后根據施工過程及其特點逐項展開討論:摩擦損失(預應力筋張拉引起,包括預應力管道定位偏差及孔道彎曲等影響)、鋼筋回縮損失(預應力筋錨固引起)、時變效應損失(混凝土受壓后發(fā)生的徐變、混凝土凝結硬化時發(fā)生的收縮及受張拉后在高應力作用下預應力筋發(fā)生的松弛所引起),使學生不必死記硬背便可輕松掌握預應力損失計算的各項內容及計算特點,亦為學生將來進一步學習和深入研究預應力損失的相關內容打下扎實的基礎。以預應力混凝土知識體系為核心,以培養(yǎng)學生具創(chuàng)新能力的知識體系為目標,靈活采用教學手段和教學方法,是進行《PC結構設計原理》教學改革的關鍵。

預應力混凝土基本原理及其設計理論不斷發(fā)展,教學內容應結合工程技術的進步和工程實踐的需求及國內外相關研究進展,不斷進行改革。如,近年來我國大力發(fā)展以客運專線為主體的高速鐵路,由于對線路平順性要求很高,線路中廣泛采用高架橋并采用無碴軌道技術(如京津城際鐵路的橋梁總長占線路的86.1%)。鑒于軌道扣件的調高量有限,因此必須嚴格控制橋梁鋪軌后的徐變變形。我國普通鐵路橋梁和公路橋梁的設計規(guī)范中未對預應力混凝土橋梁的徐變變形限值進行規(guī)定,亦未提供較準確的徐變變形的計算方法;在高速鐵路設計暫行規(guī)定中規(guī)定了徐變變形限值,但亦未提供徐變變形計算方法。學習服務于應用,因此,現(xiàn)有寬口徑課程《PC結構設計原理》的內容在徐變變形計算理論方面應進行加強,以適應不斷發(fā)展的工程實踐的需求。

學生建立預應力基本概念,深刻理解預應力混凝土原理,掌握設計基本理論,構建具寬廣視野和創(chuàng)新能力的預應力混凝土知識體系,是寬口徑課程《PC設計原理》以預應力混凝土知識體系為核心而展開的從內容至教學方法改革的終極目標。

作者單位:中南大學土木建筑學院