预应力钢结构教材的几个关键 问题探讨唐柏鉴董军? ?江苏科技 大学,江苏镇江? ?南京工业大学土木工程学院,江苏南京? ? ?摘要?预应 力钢结构 近年来在我国得到了快速发展,?年底我国颁布了首部行业规程预 应 力钢结构技术规程,预示着预 应力钢结构将 迎来新的发展机遇。然而,目前我国还缺乏合适的预应 力钢结构教材,成 为阻碍预 应力钢结构发展的瓶颐之一。本文介绍了新编预 应力钢结构教材的编 写原则、内容取舍、体例特征,对教材编 写实践中几个关健问题的 处理进行了较细致探讨。关链词?预 应 力钢结构?原理与设计?教材一、引言预应力钢结构学科自诞生以来,已经走过了? ?多年历程。尤其近年来新材料、新工艺、新结构发展迅猛,预应力钢结构的应用范围几乎已筱盖 了全部钢结构领域。特别是随着我国经济实力 的不断增强,兴建了很多大跨公共建筑,预应力技术在空间屋盖结构中的应用得到了飞跃发展。合适的规范规程是工程发展的基础和催化剂,钢结构设计规范已完成了全面更新? ? ,?年底我国关于 预应力钢结构设计的首部行业规程预应力钢结构技术规程? ? ? ?,以下简称规程? ? ? 阁颁布实施,表明预应力钢结构发展的更好时期已经来临。与预应力钢结构发展形势相适应,国内很多高校 土木类专业 相继设置 了预 应力钢结构课程,供高年级本科生和研究生 选修。然而,到目前为止还缺乏合适的预应力钢结构教材,目前几本预应力钢结构方面 的书均是预 应力钢结构专著,一,其中文献?是目前国内外关于预应力钢结构最好的参考资料,系统全面,以多年的研究成果作为后盾,著作内容紧密联系工程实践。但由于内容偏多、偏于研究,逻辑体系并未考虑教材需要,作为教材并不合适。当前预应力钢结构教材的缺乏与预应力钢结构工 程实践的发展形势不相适应,与高校课程设置的需要不相符合,迫切需要新编合适的预应力钢结构教材。二、教材 编写原则、内容取舍及体例特征新编预应力钢结构教材主要 面向高年级本科生,按照 ? ?一? ?学时考虑,兼顾研究 生 和工 程 技术人员参考。教材 内容安排主要考虑预应 力钢结构课程的内在逻辑规律,遵循以学 生为本、简明 适用、可读性强 的编写原则。突 出原理,注 重分析 问题解 决问题的思路,淡化规范具体条文,避免 简单 介绍 规 范条文 的现象。预应力钢结构涉及的内容很多,内容取舍兼顾建立基础和实际应用。总体上遵循“基本原理? 构件作者简介?基金项目?唐柏鉴? !?,江苏人,讲师,博士,主要从事炯结 构理论和工程应用及钥结构教学研究。董军? ?,湖北人,教授,博士,主要 从事俐结构 理论和工程应用及钢结构教学研究。南京工业大学“钢结构原理”精品课程建设项目? ?年度?高等学校土木工程专业建设的研究与实践平面结构?空间结构”的内容编排顺序,但以“基本原理”和“构件”为重点内容。在具体行文时,依据本教材编写原则,强化了可读性好的特色? 每章开始设“本章导读”,介绍本章主要内容、重点内容和 了解性内容,提出本章需要 达到的学习目的,特别是导读开始采用一 两句精辟的语言引导读者快速领会本章的或关键内容、或内容含义、或重要性。章末设重 要公式小结表,目的在于进一步强化本章重点内容、关键内容所在,同时也便于学生复习,引导他们 自觉对照理解,因为工 程科学中一般都不是单个公式能够说明问题,往往围绕一个重 要 问题有一组公式。? ?每章尽量从典型工程图片开始,加强读者感性认识和对其主要构造的熟悉?然后按序介绍工作原理、分析思路、计算方法及设计要点,理论介绍结束后精心设计了典型算例,方便读者前后对 照深化理解?每章最后,精心 设计了丰富的思考题和 习题,提高读者解决问题 的能力和实际应用的能力。所有算例、习题都紧密结合工程实践,突出解决实际问题 的关键思路,从而确保了“源于实践? 学于实践? 归于实践”的教材特色。三、教材编写实践 中的几个关键问题根据上述编写原 则,开展 了预 应 力钢结构教材编写实践,对其中 的几 个 关 键 问题 进行了较细 致 的探讨。?内容体系的完整性作为本科生 教材和预应力钢结构基 础文献,必须保证内容体系的完整性。与现有文献相 比,特别注意了加强以下保证体系完整性的内容? ?材料及锚具。安排在绪论中,并注意与预应力混凝土结构中的材料及锚 具区别。? ?预 应力损失。安排在“预 应力钢结构基本原则和设计方法”一章,毫无 疑问,新编教 材完整 地介绍钢结构中预应 力损失的计算方法,对于读者全面掌握预应力钢结构技术是很有益处 的。? ?悬索结构。“预应力空间钢结构”章节属 于开拓眼界 和 了解性内容,而 悬索结构属于经典、也 是我国技术上 比较领先的预应力空间钢结构,因此纳人到新编教材 中。? ?施 工及维 护。单独一章,与规 程对 应。预 应 力 钢结构施工技 术 具有与普通钢 结构不同的特点,有必 要加以强调。? ?常用索材。作为教材附录 列 出,既 有利于学生加强对常用 材 料 的定性把握,也 利于技术人员 查用,而这种“常用索材表”在很多文献中都难以寻觅。?清晰的逻辑关系和基本概念文献?比较深层 次地讲述 了预应力钢结构的工作机理,包括力的重复、力的转移、力 的质变和力的优选等,我们认为这些 概念 是本科 学生 和普通 技术人 员 难以理 解 的,在逻辑上也 与 前面的 预应 力 钢 结构特点 有所重复。因此,新编 教材对 此进 行了认 真梳 理和精简,直接以“工作原理”出现。预应力构件同普通钢结构构件一样,具有强度、刚度和整体稳定性三方面问题,新编教 材非常重 视尽力将各类构件的 这三个 问题都交代清楚,并考虑 这 三个 问题内在 的逻辑关 系。比如 预应 力 钢拉杆,新编教材 增加 了变形计算?预应 力钢 压杆,新 编教 材在 重新梳理 内在逻辑 关 系的基础上,完善了初 始预张力 的限值计算理 论?预应 力实腹 梁则增 加了整体稳 定计算方法?拉索预应 力析架增加了变 形验算 内容,等等。文献?作为专著,花了很大篇幅讲解了其特色 内容“多 次 预应 力技 术”,但 作为 基础 教 材,我们仅 作了简单介绍,同时也因为理解 了单次预 应力技术,对于定性上掌握 多 次 预应力技术,没有太 大 难 度。另外,预 应力钢结构有 多种施 加预应力的方 法,并非只有 张拉法,将预应 力 施加 方案定 名为“先 张 法”“中张法”及“后 张法”不够准确,特别是未能突 出与混凝土结构 的本质区别,容易 造成概 念混淆。新 编教 材作了调 整,将预应 力施 加方案相应 更名为“先期施加 法”、“中期 施加 法”及“后期施 加法”。唐柏鉴等?预应 力钢结构教材的几个关键问题探讨?准确的表达和 完善的公式推导?年底首部预应力钢结构规程的问世结束了我国多年来在预应力钢结构设计施工上“各 自为战”的局 面,因此是学科发展与工程建设上的一个里程碑。由于是首部规程,也还存在一 些明显的问题。新编教材作了力所能及的修正和探讨。主要包括? ?对规程几处关键符号存在的明显问题作了修改,符号尽力统一。? ?对预应力拉索总安全系数作了进一步探讨。? ?补充推导了拉索预应力摩擦损失计算公式,完善了预应力钢结构预应力损失计算方法。? ?完善了预应力压杆拉索初张力限值控制计算方法。? ?提出了预应力拉索实腹梁整体稳定计算方法。文献?对于各类预 应力钢结构构件给出 了理论公式推导,但不少地方公式的跳跃性较大,部分内容不够直观难于理解,因此新编教材对所有理论公式进行了重新推导,并强调逻辑性和 可读性,关键地方辅以文字说明,让读者了解为什么该公式能够成立。限于篇幅,详细内容另文给出。?合适的算例和针对性强的习题新编教材特别重视算例和习题的设计与安排,学习新的学科理论,学生 经常感到理论上似乎懂了,但遇到问题或者遇到实际工程,仍然无从下手,这实际上是没有真正掌握理论,也是理论与实际缺乏联系的必然结果。因此新编教材花 了很大力气设计算例和 习题,这些算例和 习题源 于实际 工 程,并且直接针对本章重点和关键内容,重视提高工程应 用能力。对于各类结构,则尽力给出了丰富多彩的工 程实例,而且注意突出结构,利于学生开拓思路。四、结语及展望新编预应力钢结构教材已经完稿,并通 过 了 国内知名钢结构专家的审阅,正在中国建筑工 业 出版社编辑加工,年内即将正式出版。虽然我们对预应力钢结构教材的几个关键问题进行了相关探索和实践,取得了一定的成效,但仍然还有不尽如人意之处,正在继续进行研讨,以便在教材修订再版时补充完善,主要准备做以下几方面工作?进一步提高教材的可读性,各章配置内容框图、全书配备总框图?习题与授课 内容紧密结合,适当增加适应课堂讨论和短时间练习的习题?制作完善与教材配套的多媒体课件,方便教师授课,促进学生自学?补充充实最新工程实例,调动学生学 习积极性。我们希望得到各位专家学者和使用本书的教师学生的不吝赐教,通过不断地努力使预应力钢结构教材建设水平尽快与我国蓬勃发 展 的预应力钢结构工程实践相适应,更加有效地促进 土木工程专业钢结构尤其是预 应力钢结构人才的培养。参考 文 献?国家标 准?俐结构设计规范?一?行业标 准?预应力钢结构技术 规程?钟普桐?预应力钢结构【?北京?建筑工业出版社,? ?钟善桐?预应力钢结构?哈尔滨?哈尔滨工业大学 出版社,? ? ? ? ? ? ? ? ? !? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?,? ? ? ? ? ? ? ?,?陆踢麟,尹思明,刘锡良?现代预应力钢结构?修订版? ?北京?人民交通 出版社,?