网络逻辑思想在钢梁设计教学中的应用★

2012-05-23

山西建筑 2012年9期

(中国石油大学(华东)土木工程系，山东青岛 266555)

1 网络逻辑思想是一种仿生的思维方法

网络逻辑思想是借用网络计划技术中严格而又明确的思想逻辑推理概念。网络计划技术(华罗庚教授称之为统筹法)是一种项目规划计划，它将待进行的计划项目看作一个系统，把计划任务分解成多项工作;统筹规划和反映组成系统的各项工作之间的相互关系，进行计算分析，不断改进和优化，从诸多方案中科学地选出满意方案;执行中通过信息反馈，对计划及时进行调整，始终保持对整体计划进行有效地监督、控制和调整，以保证预定计划目标的实现。我们将这种具有严格逻辑的思想方法移植于教学和工程设计活动中，取得了良好的效果。因为它们对于知识点的逻辑关系表示，都很符合我们的思维方式和思维习惯。因此，网络逻辑思想是一种仿生的思维方法、一种高效的分析解决问题的方法。

它具有以下主要优点:

1)它能充分反映各知识点之间的相互联系和相互制约关系，活动之间的逻辑关系非常严格。

2)它提供的是动态的规划概念。

3)可以区分关键知识点和非关键知识点，抓住主要矛盾，将有限的精力和时间用在刀刃上，以提高学习和工作效率，取得最大的学习和工作效益。

4)可以对学习工作方案进行优化，即根据我们所要追求的目标，达到最优效果。

2 网络逻辑思想在钢梁设计教学中的应用

钢梁设计是钢结构教学中的一个重要内容，同时也是一个教学难点。我们不妨以最为常用的“工”字形组合截面钢梁为例，采用仿生逻辑思想整理教学思路，教学效果将大大提高。通过近五年来尝试与完善，同学们对该部分内容的学习反映良好。现将具体思路和步骤简述如下。

2．1 “工”字形组合截面钢梁的组成

“工”字形组合截面钢梁的设计主要有两部分:以截面设计为主，必要时还有加劲肋的设计。该种形式的梁一般用作主梁、跨度较大的次梁或吊车梁。

钢梁的截面由两块翼缘板和一块腹板组成，俗称“三块板”。两块翼缘通常相同，以组成双轴对称截面。翼缘与腹板采用通长双面直角焊缝连接。设计思路是首先根据设计资料，初选梁的截面，然后进行验算。如何使所选截面满足要求，同时截面形式和尺寸又比较合理，对于缺乏设计初学者是非常困难的。这一步非常关键。钢梁的设计思路和内容如图1所示。

截面初选的内容主要有三部分:

1)腹板尺寸;

2)翼缘板尺寸;

3)连接腹板和翼缘的焊缝。

截面初选的依据是设计资料，设计资料主要包括:

1)梁的跨度;

2)支承情况;

3)荷载情况:类型、位置、数值;

4)材料选择:一般为Q235B或Q345B;

5)设计要求:最大高度限制、最小高度限制和经济高度，其中最小高度限制是由钢梁的挠度来控制的。在满足最大、最小高度的前提下，我们要尽量使梁高接近经济高度。

2．2 腹板尺寸选择

两块翼缘板的厚度与腹板高度相比非常小，梁的高度主要取决于腹板高度。我们可以近似地说，腹板受设计要求的最大高度、最小高度限制，见图2。

其中，控制最小高度的近似公式为:

经济高度的近似公式有两个:

式(2)和式(3)中的Wx有强度和稳定两个方面的要求。根据强度要求:

根据稳定要求:

其中，γx≥1．0;φb通常先假定为0．9，所以 Wx由式(5)决定。腹板厚度要满足抗剪要求，通常要求:

经验公式也有两个:

或:

其中式(7)与式(2)，式(8)与式(3)配套使用，效果较好。

2．3 翼缘尺寸选择

翼缘尺寸也由两个条件控制:

1)强度要求;

2)局部稳定要求。

强度要求:

局部稳定要求:

其中，Wx由式(5)决定。这样根据钢板规格就可以确定出翼缘的截面尺寸。

通常意义上，对于翼缘和腹板面积总面积的比值，我们一般将腹板控制在20%～30%左右，翼缘板为35%～40%左右较为合理。

2．4 翼缘与腹板的连接焊缝

翼缘与腹板的连接焊缝通常为双面直角焊缝，其焊脚尺寸要满足式(11)的要求。该焊缝的焊脚尺寸计算取值通常较小，一般由构造要求确定:

2．5 “工”字形组合截面钢梁的验算

钢梁的截面尺寸初选后，是否满足要求，以及是否合理，我们要进行验算。验算内容一般为四个方面，即:强度验算、刚度验算、整体稳定验算和局部稳定验算，具体内容见图3。有关加劲肋的配置与设计将不再叙述。

综上所述，运用仿生的网络逻辑思想梳理教学知识点，并将它们有机地联系起来，可以使得我们的表达方式更为明确和清晰。在讲课时，我们采用这种网络逻辑的方法，解决问题的思路直观、形象，提高了讲课效率，明确了解决问题的思路，并把这种思路清晰自然地“流入”学生的脑海里，避免了学生死记硬背，更有利于学生对于知识点理解和掌握，同时将各知识点有机地联系，有利于学生的实践和应用。