基础工程教案.doc

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Foundation Engineering

基 础 工 程

教 案

课程归属： 交通学院
教学课时： 28学时
适用专业： 土木工程
教案作者： 程国勇
基础工程教案 （No. 01）

课题：绪论、线性弹性地基模型、非线性弹性地基模型、地基的柔度矩阵和刚度矩阵 

一、 教学目的
使学生了解该学科的发展历程、现状与发展方向，说明本课程的学习方法。掌握三种线性弹性地基模型及邓肯—张非线性弹性模型，并了解它们的柔度矩阵。 

二、  教学内容分析
重点： 三种线性弹性地基模型及邓肯—张非线性弹性模型。
难点： 邓肯—张非线性弹性模型的柔度矩阵。 

三、  教学方法设计
讲授：三种线性弹性地基模型及邓肯—张非线性弹性模型及它们的柔度矩阵。
讨论：何谓地基模型。
研究：三种线性弹性地基模型及邓肯—张非线性弹性模型的柔度矩阵。  

四、  教学过程
1. 讲解文克勒地基模型。(15min)
2. 讲解弹性半空间地基模型。(15min)
3. 讲解分层地基模型。(10min)
4. 讲解非线性弹性地基模型。(20min)
5. 讲解地基的柔度矩阵和刚度矩阵的概念。(10min)
6. 讲解三种线性弹性地基模型及邓肯—张非线性弹性模型的柔度矩阵。(20min)  

五、 课外作业及思考题
思考题： 最常用、最简单的线弹性地基模型有哪几种？
基础工程教案 （No. 02）
基础工程教案 （No. 02）

课题：地基模型概述、地基模型参数的确定、地基模型的选择

一、 教学目的
使学生了解不同的地基模型，了解合理的选择地基模型对基础设计的重要性。
掌握地基模型参数的确定方法，掌握地基模型的选择原则。

二、  教学内容分析
重点：地基模型参数的确定，地基模型的选择原则。
难点：握地基模型参数的确定方法。

三、  教学方法设计
讲授：地基模型参数的确定，地基模型的选择原则。
讨论：非线性弹性地基模型的参数及其确定方法。
研究：几种曲线的线性变换及参数确定法。

四、  教学过程
1. 概述选择地基模型对基础设计的重要性(10min)
2. 讲解文克勒地基模型中基床系数k的确定。(15min)
3. 讲解几种曲线的线性变换及参数确定法（双曲线、指数曲线）。(15min)
4. 举例分析计算参数。(10min)
5. 讲解进行地基模型选择时需要考虑的因素。(20min)
6. 讲解地基模型的选择原则。(20min)

五、 课外作业及思考题
思考题：非线性弹性地基模型的参数及其确定方法？
计算题：计算地基的基床系数。

基础工程教案 （No. 03）

课题：浅基础概述、浅基础的类型及基础的埋置深度

一、 教学目的
使学生了解什么是地基基础设计，了解浅基础的分类，
掌握几种浅基础类型，了解影响基础埋置深度的因素。

二、  教学内容分析
重点：浅基础的类型。
难点：影响基础埋置深度的因素。

三、  教学方法设计
讲授：浅基础的类型，影响基础埋置深度的因素。
讨论：刚性基础和柔性基础的区别。
演示：几种浅基础的分类图片。

四、  教学过程
1. 浅基础概述。(10min)
2. 进行地基基础设计时要考虑的因素有哪些。(10min)
3. 讲解几种浅基础类型。(15min)
4. 运用多媒体课件演示几种浅基础。(10min)
5. 讲解影响基础埋置深度的因素(15min)
6. 具体分析各种影因素对基础埋深的影响。(30min)
五、 课外作业及思考题
思考题：何谓补偿基础？
地基基础设计原理是什么？
基础工程教案 （No. 04）

课题：地基承载力的确定及验算

一、 教学目的
使学生掌握地基承载力的确定及验算,掌握地基基础的设计原则。

二、  教学内容分析
重点：地基基础的设计原则，地承载力的确定及验算。
难点：地承载力的确定及验算。

三、  教学方法设计
讲授：地基基础的设计原则，地承载力的确定及验算。
讨论：何谓软弱下卧层？验算软弱下卧层强度的要素。
计算：举例说明如何进行地基基础设计。

四、  教学过程
1. 讲解地基基础的设计原则。(10min)
2. 讲解地基基础设计的技术要求。(10 min)
3. 讲解地基基础设计的三种表达式。(20min)
4. 持力层承载力验算。(15min)
5. 软弱下卧层承载力验算。(15min)
6. 举例计算说明如何进行地基承载力验算。(20min)

五、 课外作业及思考题
思考题：何谓软弱下卧层？验算软弱下卧层强度的要素
计算题：确定土层的承载力标准值及设计值。
验算地基承载力。

基础工程教案 （No. 05）

 课题：基础底面尺寸的确定，地基的变形验算，地基的稳定性验算

一、 教学目的
使学生掌握础底面尺寸的确定方法，掌握地基允许变形值的分类及计算方法，
了解地基的稳定性验算。

二、  教学内容分析
重点：础底面尺寸的确定方法。
难点：地基允许变形值的分类及计算方法。

三、  教学方法设计
讲授：础底面尺寸的确定方法，地基允许变形值的分类及计算方法。
讨论：什么情况下需要进行地基变形验算。
演示：地基变形特征的类型的图片。
建筑物的地基变形允许值表。

四、  教学过程
1. 讲解轴心荷载作用下的基础底面尺寸确定。(15min)
2. 讲解偏心荷载作用下的基础底面尺寸确定。(20min)
3. 用例题计算讲解基础底面尺寸确定。(15min)
4. 运用多媒体课件演示地基变形特征的类型，并进行讲解。(15min)
5. 运用多媒体课件演示建筑物的地基变形允许值表，并进行讲解。(15min)
6. 讲解地基的稳定性验算。(10min)

五、 课外作业及思考题
思考题：什么情况下需要进行地基变形验算？变形控制特征有哪些？
计算题：计算基础底面尺寸。

基础工程教案 （No. 06）

课题：减轻不均匀沉降危害的措施

一、 教学目的
使学生掌握减轻不均匀沉降危害的建筑措施、结构措施、施工措施，
理解地基基础与上部结构共同作用的概念。

二、  教学内容分析
重点：减轻不均匀沉降危害的建筑措施、结构措施、施工措施。
难点：地基基础与上部结构共同作用。

三、  教学方法设计
讲授：减轻不均匀沉降危害的措施。
讨论：地基基础与上部结构共同作用。
演示：建筑物因不均匀沉降破坏的图片。
沉降缝构造示意图。

四、  教学过程
1. 讲解地基基础与上部结构共同作用的概念。(10min)
2. 讲解上部结构刚度对共同作用的影响。(15min)
3. 讲解地基土性质与计算模型的影响。(15min)
4. 讲解减轻不均匀沉降危害的建筑措施。(10min)
5. 运用多媒体课件演示建筑物因不均匀沉降破坏的图片。(10min)
6. 运用多媒体课件演示沉降缝构造示意图。(10min)
7. 讲解减轻不均匀沉降危害的结构措施。(10min)
8. 讲解减轻不均匀沉降危害的施工措施。(10min)

五、 课外作业及思考题
思考题：由于地基不均匀变形引起的建筑物裂缝有什么规律？

基础工程教案 （No. 07）

课题：浅基础结构设计概述、刚性基础、墙下条形基础、柱下独立基础

一、 教学目的
使学生了解浅基础结构设计的常规设计方法，了解今后地基基础设计的发展方向，
掌握刚性基础、墙下条形基础、柱下独立基础的设计。

二、  教学内容分析
重点：刚性基础、墙下条形基础、柱下独立基础的设计。
难点：刚性基础、墙下条形基础、柱下独立基础的构造要求和设计计算步骤。

三、  教学方法设计
讲授：刚性基础、墙下条形基础、柱下独立基础的构造要求和设计计算步骤。
讨论：地基反力分布假设有哪些？其适用条件各是什么？
演示：墙下条形基础的验算截面图片。
墙下条形基础计算简图及配筋图。

四、  教学过程
1. 讲解浅基础概念。(5min)
2. 讨论地基反力分布假设。(5min)
3. 讲解刚性基础的设计原则、构造要求及设计计算步骤。(10min)
4. 用例题计算讲解刚性基础的设计计算步骤。(10min)
5. 讲解墙下条形基础的设计原则、构造要求及设计计算步骤。(15min)
6. 运用多媒体课件演示墙下条形基础的验算截面图片。(5min)
7. 运用多媒体课件演示墙下条形基础计算简图及配筋图。(5min)
8. 用例题计算讲解墙下条形基础的设计计算步骤。(5min)
9. 讲解柱下独立基础的设计计算及设计构造要求。(15min)
10. 用例题计算讲解柱下独立基础的设计计算步骤。(15min)
五、 课外作业及思考题
计算题：柱下独立基础的设计。

基础工程教案 （No. 08）

课题：柱下条形基础

一、 教学目的
使学生了解柱下条形基础的受力特点，掌握柱下条形基础的设计。

二、  教学内容分析
重点：柱下条形基础的设计。
难点：基础梁的纵向内力计算。

三、  教学方法设计
讲授：基础梁的纵向内力计算，柱下条形基础的构造要求和设计计算步骤。
讨论：倒梁法计算柱下条形基础的过程和适用条件？
演示：倒梁法计算图图片。
文克勒地基上的基础梁计算图。
长梁的挠度、转角、弯矩、剪力分布图。

四、  教学过程
1. 讲解柱下条形基础的受力特点。(15min)
2. 讲解基础梁的纵向内力计算。(15min)
3. 运用多媒体课件演示倒梁法计算图图片。(10min)
4. 用例题计算讲解倒梁法计算基础梁的内力。(10min)
5. 运用多媒体课件演示文克勒地基上的基础梁计算图，长梁的挠度、转角、弯矩、剪力分布图。(5min)
6. 用例题计算讲解用地基梁解析法计算基础梁。(5min)
7. 总结柱下条形基础的设计计算步骤。(15min)
8. 讲解柱下条形基础的构造要求。(15min)
五、 课外作业及思考题
思考题：如何区分无限长梁和有限长梁？
计算题：柱下条形基础的设计。

基础工程教案 （No. 09）

课题：十字交叉条形基础、筏板基础、箱形基础

一、 教学目的
使学生掌握十字交叉条形基础、筏板基础、箱形基础的设计方法，并了解它们的构造要求。

二、  教学内容分析
重点：筏板的内力计算。
难点：十字交叉条形基础内力计算。

三、  教学方法设计
讲授：十字交叉条形基础、筏板基础、箱形基础的构造要求和设计计算步骤。
讨论：有限单元法计算弹性地基梁与弹性地基板内力与变形的主要步骤？

四、  教学过程
1. 讲解柱下十字交叉条形基础的节点荷载的初步分配(10min)
2. 讲解筏板基础的地基承载力验算。(10min)
3. 讲解到楼盖法和刚性板条法计算筏板内力。(10min)
4. 讲解筏板基础的构造与基本要求。(15min)
5. 讲解箱形基础的构造与基本设计要求。(15min)
6. 箱形基础的设计计算方法及步骤。(15min)
7. 箱形基础的截面设计和强度验算。(15min)

五、 课外作业及思考题
思考题：有限单元法计算弹性地基梁与弹性地基板内力与变形的主要步骤。

基础工程教案 （No. 10） 

课题：桩基础概述、桩的类型及施工工艺

一、 教学目的
使学生了解桩基础的发展及桩的类型及施工工艺，
掌握竖向荷载下桩基础承载力的确定。

二、  教学内容分析
重点：竖向荷载下桩基础承载力的确定。
难点：竖向荷载下单桩的荷载传递和荷载—沉降特性。

三、  教学方法设计
讲授：竖向荷载下桩基础承载力的确定，桩的类型及施工工艺。
讨论：各类桩的优缺点及适用条件是什么？
演示：沉管灌注桩与夯扩桩的施工顺序图片。
单桩静荷载试验装置图。

四、  教学过程
1. 讲解桩基础概述。(10min)
2. 讲解桩的分类。(10min)
3. 运用多媒体课件演示沉管灌注桩与夯扩桩的施工顺序图片。(10min)
4. 讲解各类桩的主要特点。(10min)
5. 讲解竖向荷载下单桩的荷载传递和荷载—沉降特性。(10min)
6. 运用多媒体课件演示单桩静荷载试验装置图。(10min)
7. 讲解竖向荷载下单桩承载力的确定。(10min)
8. 用例题计算说明竖向荷载下单桩承载力的确定。(10min)

五、 课外作业及思考题
思考题：桩土体系荷载传递的基本方程及基本解答。
计算题：进行单桩承载力验算。

基础工程教案 （No. 11） 

课题：桩基础

一、 教学目的
使学生掌握竖向荷载下桩基础承载力的确定，桩基沉降计算，负摩阻力的计算。

二、  教学内容分析
重点：竖向荷载下桩基础承载力的确定，桩基沉降计算。
难点：桩基沉降计算，负摩阻力的计算。

三、  教学方法设计
讲授：竖向荷载下桩基础承载力的确定，桩基沉降计算，负摩阻力的计算。
讨论：负摩阻力产生的机理？桩基的抗拔承载力如何计算？
演示：桩基软弱下卧层承载力验算图。
桩的正、负摩阻力图。

四、  教学过程
1. 讲解群桩效应的基本概念。(5min)
2. 讲解分项群桩效应系数法确定群桩的承载力。(15min)
3. 讲解群桩软弱下卧层承载力验算。(15min)
4. 运用多媒体课件演示基软弱下卧层承载力验算图。(5min)
5. 讲解负摩阻力产生的机理。(15min)
6. 讲解桩基沉降计算。(15min)
7. 举例计算桩基础等效沉降系数。(10min)
8. 讲解控制复合桩基设计的基本概念。(10min)

五、 课外作业及思考题
思考题：负摩阻力产生的机理。
计算题：进行桩基础等效沉降系数计算。

基础工程教案 （No. 12） 

课题：水平荷载下的桩基础

一、 教学目的
使学生掌握弹性单桩、单排桩的内力和位移的计算，
了解单桩水平静荷载试验确定水平承载力。

二、  教学内容分析
重点：基桩内力和位移的计算。
难点：地基系数及其分布规律，弹性单桩、单排桩的内力和位移的计算。

三、  教学方法设计
讲授：基桩内力和位移的计算，弹性单桩、单排桩的内力和位移的计算。
讨论：刚性桩和弹性桩有什么受力变形特性。
演示：桩水平静载试验装置示意图。
地基系数的几种分布形式图。

四、  教学过程
1. 讲解单桩水平静荷载试验确定水平承载力。(20min)
2. 讲解基桩内力和位移的计算的概念。(10min)
3. 运用多媒体课件演示地基系数的几种分布形式图。(10min)
4. 讲解单桩、单排桩和多排桩的概念。(10min)
5. 讲解桩的计算宽度。(20min)
6. 讲解刚性桩和弹性桩的概念及受力变形特性。(20min)

五、 课外作业及思考题
思考题：桩的计算宽度如何规定？
计算题：弹性单桩的内力及位移计算。

基础工程教案 （No. 13） 

课题：水平荷载下的桩基础

一、 教学目的
使学生掌握弹性多排桩的内力和位移的计算。

二、  教学内容分析
重点：弹性多排桩的内力和位移的计算。
难点：竖直对称多排桩的计算。

三、  教学方法设计
讲授：弹性多排桩的内力和位移的计算。
讨论：单桩桩顶刚度系数如何规定。
演示：多排桩的受力变形图。

四、  教学过程
1. 讲解多排桩的概念。(10min)
2. 讲解单桩桩顶刚度系数的确定。(15min)
3. 讲解竖直对称多排桩的计算公式及推导。(15min)
4. 运用多媒体课件演示多排桩的受力变形图。(10min)
5. 讲解低承台桩的承台作用计算。(15min)
6. 讲解承台位移计算。(15min)
7. 举例计算说明桩顶作用力计算。(10min)

五、 课外作业及思考题
思考题：单桩桩顶刚度系数如何规定？
计算题：进行桩顶作用力计算。

基础工程教案 （No. 14） 

课题：桩基础设计

一、 教学目的
使学生了解桩型选择原则，
掌握基桩几何尺寸的确定计算，确定桩数及其平面布置，掌握承台的设计和计算。

二、  教学内容分析
重点：基桩几何尺寸的确定计算，确定桩数及其平面布置。
难点：承台的设计和计算。

三、  教学方法设计
讲授：基桩几何尺寸的确定计算，承台的设计和计算。
讨论：何谓群桩效应。
演示：承台抗冲切计算图片。

四、  教学过程
1. 讲解桩型的选择原则。(10min)
2. 讲解基桩几何尺寸的确定方法。(10min)
3. 讲解桩数的确定及其平面布置方法。(10min)
4. 讲解桩身强度验算。(15min)
5. 讲解承台的正截面抗弯计算。(15min)
6. 运用多媒体课件演示承台抗冲切计算图片。(10min)
7. 讲解承台抗冲切计算。(10min)
8. 讲解承台斜截面抗剪计算及承台局部受压计算。(10min)

五、 课外作业及思考题
思考题：何谓群桩效应？单桩承载力和群桩中一根桩的承载力有何不同？

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