МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ _________________________________________________________________________________ ________ Утверждаю Проректор по учебной работе ______________ И.Э. Вильданов “ ____ ” ______________2013г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ М1.ДВ1.2 «Диаграммные методы расчёта железобетонных конструкций» Направление подготовки 270800.68 «Строительство» Магистерская программа 270801 «Теория и проектирование несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений» Квалификация выпускника МАГИСТР Форма обучения очная Кафедра Железобетонных и каменных конструкций г. Казань - 2013 г. Рабочая программа разработана в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 270800.68 «Строительство», утвержденным приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 21.12.2009 г. и рабочим учебным планом по магистерской программе 270801 «Теория и проектирование несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений», утвержденным Учёным Советом университета 24.06.2013 г. Разработал: ст. преп. кафедры к.т.н. Радайкин О.В. Рассмотрена и одобрена на заседании кафедры ЖБ и КК Протокол № Заведующий кафедрой Соколов Б.С. Рассмотрена и утверждена на заседании методической комиссии Строительного факультета Протокол № Председатель комиссии Агафонкин В.С. Отдел управления качеством образовательного процесса и тестирования знаний УМУ: Бикчентаева Р.Р. «___» __________________ 2013г. 2 . 1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Целями освоения дисциплины «Диаграммные методы расчёта железобетонных конструкций» являются подготовка будущего магистра к решению профессиональных, научно-исследовательских и научно-педагогических задач в области строительства, формирование знаний, умений и навыков, необходимых для успешной профессиональной деятельности. 2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП Дисциплина «Диаграммные методы расчёта железобетонных конструкций» относится к базовой части профессионального цикла учебного плана. Изучение дисциплины требует основных знаний, умений и компетенций студента по курсам: «Железобетонные и каменные конструкции» (СД.Ф.4), «Сопротивление материалов и основы теории упругости» (ОД.Ф.2), «Современные проблемы строительной науки, техники и технологии» (М1.В1), «Методология научных исследований» (М1.Б4), «Методы механики деформируемого тела в расчетах строительных конструкций» (М1.В3), «Специальные разделы высшей математики» (М1.Б3), «Информационные технологии в строительстве» (М2.Б1). Приступая к освоению данной дисциплины, магистрант должен: знать: - основные научно-технические проблемы и перспективы развития строительной науки, техники и технологии; - системы и методы проектирования, создания и эксплуатации строительных объектов, инженерных систем, материалов, изделий и конструкций, оборудования и технологических линий; - возможности современных программных комплексов для проектирования зданий и их конструкций; - теоретические основы методов расчета конструкций в том числе с применением программных комплексах; - основную нормативную и техническую документацию по проектированию строительных конструкций. уметь: - разрабатывать проектную рабочую техническую документацию с использованием современных информационных технологий; - с учетом требований и особенностей программных комплексов сформировать компьютерную модель конструкции или здания; - произвести сбор нагрузок в соответствии с действующими нормативными документами; - подготовить отчет о результатах проектирования и расчета. владеть: - методикой создания и принципами идеализации компьютерных моделей строительных конструкций; - методикой проведения экспериментальных и численных исследований для изучения напряженно-деформированного состояния зданий, конструкций или их стыков; - навыками анализа результатов физического эксперимента и компьютерного моделирования. Дисциплина «Диаграммные методы расчёта железобетонных конструкций» является предшествующих для изучения следующих дисциплин: «Техническая эксплуатация, обследование и оценка технического состояния зданий и сооружений» (М1.ДВ2.1), «Проектирование усиления железобетонных конструкций» (М2.ДВ1.1), «Проектирование усиления каменных конструкций» (М2.ДВ1.2) «Расчет несущих систем многоэтажных зданий» (М2.В3), а также при написании магистерской диссертации. 3. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций: - способности к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности, к изменению социокультурных и социальных условий деятельности (ОК-2); 3 - готовности к принятию ответственности за свои решения в рамках профессиональной компетенции, способности принимать нестандартные решения, разрешать проблемные ситуации (ОК5); - способности демонстрировать знания фундаментальных и прикладных дисциплин ООП магистратуры (ПК-1); - способности использовать углубленные теоретические и практические знания, часть из которых находится на передовом рубеже данной науки (ПК-2); - способности самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять своё научное мировоззрение (ПК-3); - способности осознать основные проблемы своей предметной области, при решении которых возникает необходимость в сложных задачах выбора, требующих использования количественных и качественных методов (ПК-6); - способности ориентироваться в постановке задачи и определять, каким образом искать средства её решения (ПК-7); - способности и готовностью применять знания о современных методах исследования (ПК-8); - способности и готовности проводить научные эксперименты, оценивать результаты исследований (ПК-9); - способности анализировать, синтезировать и критически резюмировать информацию (ПК-10); - способности разрабатывать методики, планы и программы проведения научных исследований и разработок, готовить задания для исполнителей, организовывать проведение экспериментов и испытаний, анализировать и обощать их результаты (ПК-17); - умения вести сбор, анализ и систематизацию информации по теме исследования, готовить научно-технические отчёты, обзоры публикаций по теме исследования (ПК-18); - способности разрабатывать физические и математические модели явления и объектов, относящихся к профилю деятельности (ПК-19). В результате освоения дисциплины студент должен: знать: - новейшие достижения строительной науки, техники и технологии, методологию научного творчества, современные информационные технологии, методы получения, обработки и хранения научной информации; - цели и задачи проводимых исследований и разработок, отечественную и зарубежную информацию по этим исследованиям и разработкам; - возможности математического аппарата при решении теоретических и прикладных задач строительства; - современные математические и естественно научные методы исследования, применяемые в строительной науке; - компьютерную, вычислительную и графопостроительную технику; - методы автоматизации исследовательских работ. уметь: - формулировать и решать задачи, возникающие в ходе научно-исследовательской и педагогической деятельности; - выбирать необходимые методы исследования, модифицировать существующие и разрабатывать новые методы, исходя из конкретного исследования; - обрабатывать полученные результаты, анализировать и осмысливать их с учетом имеющихся литературных данных; - представлять итоги работы в виде отчетов, рефератов, статей, оформленных в соответствии с имеющимися требованиями, с привлечением современных средств редактирования и печати; - ориентироваться в новейших достижениях строительной науки, техники и технологии; - использовать педагогические знания и методы в преподавательской деятельности. владеть: - навыками самостоятельной научно-исследовательской и научно-педагогической деятельности, требующими широкого образования в области строительства; - методикой оформления результатов проводимых опытов и теоретических исследований; - методикой проведения экспериментальных исследований; - современной вычислительной техникой, компьютерными технологиями и способами их использования в профессиональной деятельности. 4 4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1. Объём дисциплины и виды учебной работы Вид учебной работы Аудиторные занятия (всего) в том числе - лекции ( Л ) - лабораторные занятия ( ЛЗ ) - практические занятия ( ПЗ ) - семинары ( С ) - курсовой проект (работа) Самостоятельная работа (всего) в том числе - по разделу “К” - курсовой проект (КП) К - курсовой работа (КР) - по разделу “Р” - расчётно-графические работы (РГР, РР, ГР) - реферат (Рф.) Р (колич./ - коллоквиумы (Кл.) /часы) - сочинение (Сч.) - контрольная работа (Кр.) - другие виды заданий (Дз.) - по разделу “Т” Вид промежуточной аттестации часы Общая трудоёмкость зачётные единицы 5 Всего часов, зачётных единиц 36 18 Семестры 2 18 108 36 20/1 10/1 6/1 72 144 4 Зачёт 144 4 4.2. Лекции № темы № лекции 1 2 1 1 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 Наименование лекции и программные вопросы 3 2 Семестр Тема: Обзор тематики курса. 1. Предметная область дисциплины и суть диаграммных методов кратко. 2. Постановка основных задач. 3. Взаимосвязь с другими дисциплинами. 4. История и перспективы развития диаграммных методов расчёта ЖБК. Тема: Геометрические характеристики и жёсткость сечений железобетонных элементов. 1. Приведённый модуль деформаций, осреднение свойств материалов при растяжении/сжатии, изгибе и сдвиге. 2. Приведённые площадь сечения, статический момент, момент инерции. Центр тяжести приведённого сечения. 3. Осевая, изгибная и сдвиговая жёсткость сечений железобетонных элементов. Тема: Экспериментальное получение диаграмм деформирования бетона и арматуры. 1. Методика экспериментального получения диаграмм деформирования бетона и арматуры при кратковременном и длительном нагружениях. Физический смысл ниспадающей ветви кривой деформирования. 2. Статистическая обработка экспериментальных данных. Класс бетона, нормативные и расчётные диаграммы. Тема: Нормирование диаграмм деформированием материалов, их аналитическое описание. 1. Параметрические точки на диаграммах деформирования. Взаимосвязь со стадиями работы железобетонных конструкций. 2. Аппроксимация экспериментальных данных, получение аналитических зависимостей, описывающих диаграммы. 3. Диаграммы деформирования по СП 63.1330.2012, Еврокод-2, СНБ 5.03.01-2002 и др. Тема: Стадии напряжённо-деформированного состояния изгибаемых и внецентренно-сжатых ж/б элементов. 1. Три стадии НДС изгибаемых и внецентренно сжатых ж/б элементов. 2. Деформационные критерии предельных состояний на различных стадиях работы конструкции. 3. Взаимосвязь диаграмм состояния бетона и арматуры со стадиями работы конструкции. Тема: Основные положения нелинейной 6 Номер практич. занятия 4 Номер лабор. занятия 5 - - 1 - 2 - 3,4 - - - 5,6 - деформационной модели нормального сечения при чистом изгибе и внецентренном сжатии. 7 8 9 7 8 9 1. Геометрическая схема расчётного сечения. Правила разбиения на элементарные площадки. Схема распределения усилий и напряжений в нормальном сечении на трёх стадиях работы конструкции. 2. Уравнения равновесия, гипотеза плоских сечения, физический соотношения, условие совместности деформаций, граничные условия. 3. Общий алгоритм расчёта прочности, жёсткости и трещиностойкости по диаграммному методу. Тема: Применение нелинейной деформационной модели для расчёта наклонных сечений. 7 - - - 8,9 - 1. Особенности напряжённо-деформированного состояния в наклонном сечении изгибаемого элемента. 2. Расчётная схема усилий и напряжений в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил. 3. Диаграммы деформирования бетона и арматуры при сдвиге. 4. Общий алгоритм расчёта прочности, жёсткости и трещиностойкости наклонного сечения по диаграммному методу. Тема: Алгоритм расчёта ЖБК по нелинейной деформационной модели методом последовательных приближений. 1. Численные методы расчёта конструкций в механике железобетона. Метод последовательных итераций (приближений). 2. Оценка погрешности численного метода. 3. Численный алгоритм расчёта по диаграммному методу изгибаемого и внецентренно сжатого элемента на языке блок-схем. Тема: Программные комплексы расчёта железобетонных конструкций по диаграммному методу. Перспективы развития методов расчёта железобетонных конструкций. Заключение. 1. Обзор существующих ПК, их возможности, область применения. 2. Элементы программирования в ПК MathCAD и Exel. Примеры алгоритмов расчёта. 3. Перспективы развития методов расчёта железобетонных конструкций. Заключение. 4.3. Лабораторные занятия Лабораторные занятия учебным планом не предусмотрены. 7 Номер темы Номер занятия 4.4. Практические занятия Наименование занятий и рассматриваемые вопросы 1 2 3 1 семестр 2 3 4 6 6 7 1 2 Тема: Геометрические характеристики и жёсткость сечений железобетонных элементов. Для железобетонного изгибаемого элемента прямоугольного сечения с арматурой в растянутой и сжатой зоне по формулам сопротивления материалов (формулам осреднения свойств материалов – формулам «смесей») определить: - приведённый модуль деформаций при растяжении, сжатии и сдвиге; - приведённые площадь сечения, статический момент, момент инерции; - центр тяжести приведённого сечения. - осевую, изгибную и сдвиговую жёсткости. Результат получить тремя способами: 1 – по известным выражением строительной механики и сопротивления материалов; 2 – интегрированием в общем виде; 3 – заменой интегрирования суммированием по элементарным площадкам. Сделать сравнение и оценить погрешность. Тема: Экспериментальное получение диаграмм деформирования бетона и арматуры. Выполнить статистическую обработку экспериментальных данных для получения зависимостей «σ-ε» и «τ-γ» бетона и арматуры. Проверить достоверность результатов по критерию Фишера. Построить графически для каждого вида испытаний (на сжатие, растяжение, сдвиг) бетона и стали: - семейство опытных диаграмм; - осреднённую диаграмму; - нормативную диаграмму; - расчётную диаграмму. Определить класс по прочности материала, выделить параметрические точки диаграмм, характеризующие стадии работы материалов. 3,4 Тема: Нормирование диаграмм деформирования материалов, их аналитическое описание. 5 6 7 Построить аппроксимирующие кривые для экспериментальных – нормативных и расчётных – диаграмм состояния бетона и арматуры, полученных на предыдущем занятии. Использовать формулы СП 63.13330.2012, Еврокод-2, СНБ 5.03.01-2002, Карпенко Н.И. и др. Сделать сравнение. Тема: Основные положения нелинейной деформационной модели нормального сечения при чистом изгибе и внецентренном сжатии. Расчёт изгибаемого железобетонного элемента прямоугольного профиля по прочности нормального сечения: (проверка армирования, подбор арматуры). Тема: Основные положения нелинейной деформационной модели нормального сечения при чистом изгибе и внецентренном сжатии. Расчёт изгибаемого железобетонного элемента прямоугольного профиля по деформациям и по трещиностойкости. Тема: Применение нелинейной деформационной модели для расчёта наклонных сечений. Расчёт изгибаемого железобетонного элемента прямоугольного профиля по прочности 8 на совместное действие изгибающих моментов и перерезывающих сил. 9 8,9 Тема: Программные комплексы расчёта железобетонных конструкций по диаграммному методу. Перспективы развития методов расчёта железобетонных конструкций. Заключение. Разработка программ в ПК MathCAD, Exel для расчёта железобетонного изгибаемого элемента по прочности, жёсткости и трещиностойкости. 9 4.5. Самостоятельная работа студентов Всего часов – 108 Вид работы Тематика работы Трудоемкость (час) 1 2 3 Семестр 1 Всего по самостоятельной работе 108 Тема: Самостоятельная 1. Расчёт изгибаемого элемента прямоугольного профиля по работа по видам двум группам предельных состояний с применением индивидуальных нелинейной деформационной модели. заданий и контролирующих мероприятий (Р) – выполнение расчётнографических (РГР) (1 шт.) 20 Темы: 1. Методы расчета по допускаемым напряжениям, по разрушающим нагрузкам, по предельным состояниям. 2. Метод расчета по предельным состояниям. 3. Статистический подход к расчету строительных Самостоятельная конструкций. 4. Основы теории пластичности и расчет строительных работа по видам конструкций за пределом упругости. индивидуальных 5. Основы расчета строительных конструкций с заданий и контролирующих применением ЭВМ. мероприятий (Р) – 6. Расчет конструкций из композитных материалов. выполнение рефератов 7. Определения долговечности и остаточной прочности (Рф) конструкций методами теории повреждаемости. (1 шт.) 8. Диаграммный метод расчёта строительных конструкций. 9. Анализ диаграмм состояния бетона и стали. 10. Нелинейная деформационная модель и её разновидности. 11. Индивидуальная по заданию руководителя и связанная с ВКР. Самостоятельная Тема: 1. Диаграммный метод расчёта строительных конструкций. работа по видам Алгоритм расчёта. индивидуальных заданий и контролирующих мероприятий (Р) – контрольная работа (Кр) (1 шт.) Всего по текущей работе (Т) 10 6 72 ИТОГО за 1-й семестр 10 108 5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В образовательном процессе используются активные и интерактивные формы проведения занятий: - семинарские занятия; - круглые столы с приглашением специалистов различного профиля; - общение магистрантов и преподавателей по заданной проблематике на форуме сайта кафедры ЖБиКК. 6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Вопросы для подготовки к зачёту по дисциплине «Методы решения научно-технических задач в строительстве»: 1. Методы расчета по допускаемым напряжениям, по разрушающим нагрузкам, по предельным состояниям. 2. Метод расчета по предельным состояниям. 3. Статистический подход к расчету строительных конструкций. 4. Основы теории пластичности и расчет строительных конструкций за пределом упругости. 5. Основы расчета строительных конструкций с применением ЭВМ. 6. Расчет конструкций из композитных материалов. 7. Определения долговечности и остаточной прочности конструкций методами теории повреждаемости. 8. Диаграммный метод расчёта строительных конструкций. 9. Анализ диаграмм состояния бетона и стали. 10. Нелинейная деформационная модель и её разновидности. 11. Расчёт изгибаемого элемента прямоугольного профиля по второй группе предельных состояний. 12. Гармонизация отечественных и зарубежных норм проектирования. 7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 7.1. Основная литература 1. Шустов М.А. Методические основы инженерно-технического творчества. – Томск: Изд-во Томск. политехн. ун-та, 2010. – 78 с. 2. Соколов Б.С. Теория силового сопротивления анизотропных материалов сжатию и ее практическое применение. Монография. – М.: Изд-во АСВ, 2011. – 160 3. Новиков А.М., Новиков Д.А. Методология научного исследования. – М.: Либроком, 2010. – 280с. 4. Бондаренко В.М., Бакиров Р.О. «Железобетонные и каменные конструкции. 2-е издание». Москва. Высшая школа, 2008 г. – 436 с. 2. Кодыш Э.Н., Никитин И.К., Трекин Н.Н. «Расчет железобетонных конструкций из тяжелого бетона по прочности, трещиностойкости и деформациям». Изд-во АСВ, М., 2010. – 352 с. 7.2. Дополнительная литература 1. Алмазов В.О. Проектирование железобетонных конструкций по Евронормам. Москва, АСВ, 2007 г. 2. Колмогоров А.Г., Плевков В.С. Расчет железобетонных конструкций по российским и зарубежным нормам. Томск, ТГАСИ, 2009 г. 5. Терегулов И. Г. Сопротивление материалов и основы теории упругости и пластичности: Учебник для студентов вузов. – М.: Высш. шк., 1984. – 472 с. 6. Терегулов И.Г., Каюмов Р.А., Сибгатуллин Э.С. Расчет конструкций по теории предельного равновесия. Казань, ФЭН, 2003 г. – 180 с. 7. Иванов В.Ф. История строительной техники. – М.-Л.: Гос. изд. по строительству, архитектуре и строй. материалам, 1962. – 414 с. 11 7.3. Учебно-методическое обеспечение 1. Радайкин О.В. Методические указания по подготовке к практическим занятиям по дисциплине «Диаграммные методы расчёта железобетонных конструкций». – Казань, 2012. – с. 2. Радайкин О.В. Методические указания по написанию реферата по дисциплине «Диаграммные методы расчёта железобетонных конструкций». – Казань, 2012. – с. 3. Соколов Б.С. Применение информационных технологий в научных исследованиях, проектировании, реконструкции строительных объектов и в учебном процессе. Курс видео лекций. Открытая сеть образования в строительстве. МГСУ, 2008. 4. Электронные версии конспекта практических занятий по курсу учебной дисциплины. 5. Мультимедийные пособия по освоению программных комплексов «Лира» и «Мираж». 6. Миронова Ю.В. Использование информационных технологий при выполнении самостоятельной работы студентами и при курсовом проектировании (для студентов всех специальностей). Методические указания. Казань, КГАСУ, 2008. - 37 с. 7. А.И.Габитов, А.А.Семенов. Железобетонные конструкции. Курсовое и дипломное проектирование с использованием программного комплекса SCAD. М., Изд-во АСВ, 2011. 7.4. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы 1. Расчётные программные комплексы «Лира 9.6», «Мономах 4.5». 2. САПР «AutoCad 2007» 3. Учебно-информационные сайты: - официальный сайт КГАСУ http://www.kgasu.ru/, - официальный сайт кафедры ЖБиКК http://gbk.kgasu.ru/, - учебно-методический сайт для выполнения первого курсового «Железобетонные и каменные конструкции» http://kp1check.ru/; проекта по - материалы для проектировщиков http://dwg.ru/ - открытая сеть образования в строительстве Московского государственного строительного университета http://os.mgsu.ru/. 8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1. Компьютерный класс; 2. Интерактивная доска; 3. Комплекс аппаратуры: ноутбук – мультимедиа-проектор; 4. Маркерная доска. 12 курсу 9. ЛИСТ ДОПОЛНЕНИЙ И ИЗМЕНЕНИЙ, ВНЕСЁННЫХ В РАБОЧУЮ ПРОГРАММУ Дата пересмотра Внесение дополнений и изменений, Подпись зав.кафедрой Дата и номер протокола 1 2 3 13