胡　狄

1998年教育部颁布的专业目录中,将以前交通土建工程、桥梁工程、建筑工程、市政建设工程、港口工程等专业合并为土木工程专业。目前我国没有关于预应力混凝土结构设计的统一规范,现行各技术标准、设计规范中预应力混凝土结构设计方法不尽相同,符号存在差异,部分内容计算原理、计算公式差别大。将预应力混凝土基本原理与国内各设计规范相应内容有机结合,并简要介绍国外设计规范的计算方法,同时融入国内外最新研究成果,进行《预应力混凝土结构设计原理》(下简称《PC设计原理》)宽口径课程从内容至教学方式的全方位改革,有助于学生建立具宽阔视野、独立思考和创新能力的知识体系,有助于提高我国土木工程设计、施工、监理和监控领域在世界范围的竞争能力。

宽口径课程《PC设计原理》的内容应围绕预应力混凝土知识体系而展开,上图为按概率极限状态设计的预应力混凝土知识体系框架,显示了体系的主要内容及其相互关系。预应力混凝土所使用材料的特性、预应力筋的有效预应力和结构体系及荷载特征,是预应力混凝土知识体系的核心;满足结构的可靠性是运用预应力混凝土知识进行结构设计的终极目标,亦是知识体系的归宿。预应力筋的有效预应力由施工时的张拉控制应力和预应力损失确定,前者主要与预应力筋品种、施工工艺及预应力混凝土类别有关,后者则几乎涉及材料特性、构造特征、施工工艺、预应力筋形状、预应力体系及结构服役期间的工作环境、使用荷载等各个方面,它是理解预应力混凝土工作机理和进行结构设计、分析的基础,因此,课程内容首先应围绕与预应力筋有效预应力相关的知识而展开。在此基础上,结合结构体系特点及荷载特征,课程内容以满足结构可靠性——安全性、适用性和耐久性而展开,即满足承载能力极限状态(安全性)和正常使用极限状态(适用性和耐久性),前者学习承载能力计算,后者学习变形和裂缝计算及控制。如此,课程已经包含预应力混凝土结构设计原理的主要内容。

宽口径课程《PC结构设计原理》的教学应围绕预应力混凝土知识体系的主要内容和相互关系而展开,教学手段应根据教学内容特点而变化。如讲授预应力筋种类和锚具种类时,可采用预应力筋和锚具图片与其结构或断面解剖讲解相结合;讲授预应力施加工艺时,可放映预制厂或实际工程中预应力施工的录像。又如讲授后张法构件预应力损失的计算时,结合施工录像,首先明确构件的施工过程:立模→非预应力筋绑扎和预应力筋孔道定位→浇注混凝土→预应力筋张拉→预应力筋锚固→孔道灌浆→施加二期恒载,然后根据施工过程及其特点逐项展开讨论:摩擦损失(预应力筋张拉引起,包括预应力管道定位偏差及孔道弯曲等影响)、钢筋回缩损失(预应力筋锚固引起)、时变效应损失(混凝土受压后发生的徐变、混凝土凝结硬化时发生的收缩及受张拉后在高应力作用下预应力筋发生的松弛所引起),使学生不必死记硬背便可轻松掌握预应力损失计算的各项内容及计算特点,亦为学生将来进一步学习和深入研究预应力损失的相关内容打下扎实的基础。以预应力混凝土知识体系为核心,以培养学生具创新能力的知识体系为目标,灵活采用教学手段和教学方法,是进行《PC结构设计原理》教学改革的关键。

预应力混凝土基本原理及其设计理论不断发展,教学内容应结合工程技术的进步和工程实践的需求及国内外相关研究进展,不断进行改革。如,近年来我国大力发展以客运专线为主体的高速铁路,由于对线路平顺性要求很高,线路中广泛采用高架桥并采用无碴轨道技术(如京津城际铁路的桥梁总长占线路的86.1%)。鉴于轨道扣件的调高量有限,因此必须严格控制桥梁铺轨后的徐变变形。我国普通铁路桥梁和公路桥梁的设计规范中未对预应力混凝土桥梁的徐变变形限值进行规定,亦未提供较准确的徐变变形的计算方法;在高速铁路设计暂行规定中规定了徐变变形限值,但亦未提供徐变变形计算方法。学习服务于应用,因此,现有宽口径课程《PC结构设计原理》的内容在徐变变形计算理论方面应进行加强,以适应不断发展的工程实践的需求。

学生建立预应力基本概念,深刻理解预应力混凝土原理,掌握设计基本理论,构建具宽广视野和创新能力的预应力混凝土知识体系,是宽口径课程《PC设计原理》以预应力混凝土知识体系为核心而展开的从内容至教学方法改革的终极目标。

作者单位:中南大学土木建筑学院