網(wǎng)絡(luò)邏輯思想在鋼梁設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用★

(中國石油大學(xué)(華東)土木工程系，山東青島 266555)

1 網(wǎng)絡(luò)邏輯思想是一種仿生的思維方法

網(wǎng)絡(luò)邏輯思想是借用網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)中嚴格而又明確的思想邏輯推理概念。網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)(華羅庚教授稱之為統(tǒng)籌法)是一種項目規(guī)劃計劃，它將待進行的計劃項目看作一個系統(tǒng)，把計劃任務(wù)分解成多項工作;統(tǒng)籌規(guī)劃和反映組成系統(tǒng)的各項工作之間的相互關(guān)系，進行計算分析，不斷改進和優(yōu)化，從諸多方案中科學(xué)地選出滿意方案;執(zhí)行中通過信息反饋，對計劃及時進行調(diào)整，始終保持對整體計劃進行有效地監(jiān)督、控制和調(diào)整，以保證預(yù)定計劃目標的實現(xiàn)。我們將這種具有嚴格邏輯的思想方法移植于教學(xué)和工程設(shè)計活動中，取得了良好的效果。因為它們對于知識點的邏輯關(guān)系表示，都很符合我們的思維方式和思維習(xí)慣。因此，網(wǎng)絡(luò)邏輯思想是一種仿生的思維方法、一種高效的分析解決問題的方法。

它具有以下主要優(yōu)點:

1)它能充分反映各知識點之間的相互聯(lián)系和相互制約關(guān)系，活動之間的邏輯關(guān)系非常嚴格。

2)它提供的是動態(tài)的規(guī)劃概念。

3)可以區(qū)分關(guān)鍵知識點和非關(guān)鍵知識點，抓住主要矛盾，將有限的精力和時間用在刀刃上，以提高學(xué)習(xí)和工作效率，取得最大的學(xué)習(xí)和工作效益。

4)可以對學(xué)習(xí)工作方案進行優(yōu)化，即根據(jù)我們所要追求的目標，達到最優(yōu)效果。

2 網(wǎng)絡(luò)邏輯思想在鋼梁設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用

鋼梁設(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中的一個重要內(nèi)容，同時也是一個教學(xué)難點。我們不妨以最為常用的“工”字形組合截面鋼梁為例，采用仿生邏輯思想整理教學(xué)思路，教學(xué)效果將大大提高。通過近五年來嘗試與完善，同學(xué)們對該部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)反映良好。現(xiàn)將具體思路和步驟簡述如下。

2．1 “工”字形組合截面鋼梁的組成

“工”字形組合截面鋼梁的設(shè)計主要有兩部分:以截面設(shè)計為主，必要時還有加勁肋的設(shè)計。該種形式的梁一般用作主梁、跨度較大的次梁或吊車梁。

鋼梁的截面由兩塊翼緣板和一塊腹板組成，俗稱“三塊板”。兩塊翼緣通常相同，以組成雙軸對稱截面。翼緣與腹板采用通長雙面直角焊縫連接。設(shè)計思路是首先根據(jù)設(shè)計資料，初選梁的截面，然后進行驗算。如何使所選截面滿足要求，同時截面形式和尺寸又比較合理，對于缺乏設(shè)計初學(xué)者是非常困難的。這一步非常關(guān)鍵。鋼梁的設(shè)計思路和內(nèi)容如圖1所示。

截面初選的內(nèi)容主要有三部分:

1)腹板尺寸;

2)翼緣板尺寸;

3)連接腹板和翼緣的焊縫。

截面初選的依據(jù)是設(shè)計資料，設(shè)計資料主要包括:

1)梁的跨度;

2)支承情況;

3)荷載情況:類型、位置、數(shù)值;

4)材料選擇:一般為Q235B或Q345B;

5)設(shè)計要求:最大高度限制、最小高度限制和經(jīng)濟高度，其中最小高度限制是由鋼梁的撓度來控制的。在滿足最大、最小高度的前提下，我們要盡量使梁高接近經(jīng)濟高度。

2．2 腹板尺寸選擇

兩塊翼緣板的厚度與腹板高度相比非常小，梁的高度主要取決于腹板高度。我們可以近似地說，腹板受設(shè)計要求的最大高度、最小高度限制，見圖2。

其中，控制最小高度的近似公式為:

經(jīng)濟高度的近似公式有兩個:

式(2)和式(3)中的Wx有強度和穩(wěn)定兩個方面的要求。根據(jù)強度要求:

根據(jù)穩(wěn)定要求:

其中，γx≥1．0;φb通常先假定為0．9，所以 Wx由式(5)決定。腹板厚度要滿足抗剪要求，通常要求:

經(jīng)驗公式也有兩個:

或:

其中式(7)與式(2)，式(8)與式(3)配套使用，效果較好。

2．3 翼緣尺寸選擇

翼緣尺寸也由兩個條件控制:

1)強度要求;

2)局部穩(wěn)定要求。

強度要求:

局部穩(wěn)定要求:

其中，Wx由式(5)決定。這樣根據(jù)鋼板規(guī)格就可以確定出翼緣的截面尺寸。

通常意義上，對于翼緣和腹板面積總面積的比值，我們一般將腹板控制在20%～30%左右，翼緣板為35%～40%左右較為合理。

2．4 翼緣與腹板的連接焊縫

翼緣與腹板的連接焊縫通常為雙面直角焊縫，其焊腳尺寸要滿足式(11)的要求。該焊縫的焊腳尺寸計算取值通常較小，一般由構(gòu)造要求確定:

2．5 “工”字形組合截面鋼梁的驗算

鋼梁的截面尺寸初選后，是否滿足要求，以及是否合理，我們要進行驗算。驗算內(nèi)容一般為四個方面，即:強度驗算、剛度驗算、整體穩(wěn)定驗算和局部穩(wěn)定驗算，具體內(nèi)容見圖3。有關(guān)加勁肋的配置與設(shè)計將不再敘述。

綜上所述，運用仿生的網(wǎng)絡(luò)邏輯思想梳理教學(xué)知識點，并將它們有機地聯(lián)系起來，可以使得我們的表達方式更為明確和清晰。在講課時，我們采用這種網(wǎng)絡(luò)邏輯的方法，解決問題的思路直觀、形象，提高了講課效率，明確了解決問題的思路，并把這種思路清晰自然地“流入”學(xué)生的腦海里，避免了學(xué)生死記硬背，更有利于學(xué)生對于知識點理解和掌握，同時將各知識點有機地聯(lián)系，有利于學(xué)生的實踐和應(yīng)用。

當(dāng)然，這里談的僅僅是講課中的一種方法，在構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)時，同樣的知識內(nèi)容，可從不同角度分析。比如可以采用圖文結(jié)合法、熱點歸納法、樹形拓展法、層層展開法、列表比較法、關(guān)鍵詞輻射法、章節(jié)互聯(lián)法和檢索表法等。

教學(xué)改革是一個永恒的主題，在高等教育大發(fā)展的今天，更要求我們教師勇于探索、勇于創(chuàng)新、不斷提高、與時俱進。教師應(yīng)該改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，使單調(diào)的專業(yè)課學(xué)習(xí)生動起來，教與學(xué)互動起來，真正使學(xué)生感覺到不是為了應(yīng)付考試而學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)是為了更好地掌握專業(yè)知識，為以后工作打下堅實的基礎(chǔ)，這才是我們教學(xué)的主旨。

［1］TJ-74，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］．

［2］GB 17-88，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］．

［3］GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］．

［4］JGJ 82-2011，鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接技術(shù)規(guī)程［S］．

［5］丁蕓孫，劉羅靜．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計誤區(qū)與釋義［M］．北京:人民交通出版社，2008．

［6］劉聲揚．鋼結(jié)構(gòu)疑難釋義［M］．第2版．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998．

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［8］趙風(fēng)華，高福聚．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理［M］．北京:高等教育出版社，2005．

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［10］高福聚．鋼結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)指南［Z］．2010．

［11］王景文．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計新舊規(guī)范對照理解與應(yīng)用實例［M］．北京:中國建材工業(yè)出版社，2005．

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