網絡邏輯思想在鋼梁設計教學中的應用★

(中國石油大學(華東)土木工程系，山東青島 266555)

1 網絡邏輯思想是一種仿生的思維方法

網絡邏輯思想是借用網絡計劃技術中嚴格而又明確的思想邏輯推理概念。網絡計劃技術(華羅庚教授稱之為統籌法)是一種項目規劃計劃，它將待進行的計劃項目看作一個系統，把計劃任務分解成多項工作;統籌規劃和反映組成系統的各項工作之間的相互關系，進行計算分析，不斷改進和優化，從諸多方案中科學地選出滿意方案;執行中通過信息反饋，對計劃及時進行調整，始終保持對整體計劃進行有效地監督、控制和調整，以保證預定計劃目標的實現。我們將這種具有嚴格邏輯的思想方法移植于教學和工程設計活動中，取得了良好的效果。因為它們對于知識點的邏輯關系表示，都很符合我們的思維方式和思維習慣。因此，網絡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。

它具有以下主要優點:

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

2)它提供的是動態的規劃概念。

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

4)可以對學習工作方案進行優化，即根據我們所要追求的目標，達到最優效果。

2 網絡邏輯思想在鋼梁設計教學中的應用

鋼梁設計是鋼結構教學中的一個重要內容，同時也是一個教學難點。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思路，教學效果將大大提高。通過近五年來嘗試與完善，同學們對該部分內容的學習反映良好。現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計主要有兩部分:以截面設計為主，必要時還有加勁肋的設計。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。設計思路是首先根據設計資料，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，對于缺乏設計初學者是非常困難的。這一步非常關鍵。鋼梁的設計思路和內容如圖1所示。

截面初選的內容主要有三部分:

1)腹板尺寸;

2)翼緣板尺寸;

3)連接腹板和翼緣的焊縫。

截面初選的依據是設計資料，設計資料主要包括:

1)梁的跨度;

2)支承情況;

3)荷載情況:類型、位置、數值;

4)材料選擇:一般為Q235B或Q345B;

5)設計要求:最大高度限制、最小高度限制和經濟高度，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:

經濟高度的近似公式有兩個:

式(2)和式(3)中的Wx有強度和穩定兩個方面的要求。根據強度要求:

根據穩定要求:

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)局部穩定要求。

強度要求:

局部穩定要求:

其中，Wx由式(5)決定。這樣根據鋼板規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。驗算內容一般為四個方面，即:強度驗算、剛度驗算、整體穩定驗算和局部穩定驗算，具體內容見圖3。有關加勁肋的配置與設計將不再敘述。

綜上所述，運用仿生的網絡邏輯思想梳理教學知識點，并將它們有機地聯系起來，可以使得我們的表達方式更為明確和清晰。在講課時，我們采用這種網絡邏輯的方法，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”學生的腦海里，避免了學生死記硬背，更有利于學生對于知識點理解和掌握，同時將各知識點有機地聯系，有利于學生的實踐和應用。

當然，這里談的僅僅是講課中的一種方法，在構建知識網絡時，同樣的知識內容，可從不同角度分析。比如可以采用圖文結合法、熱點歸納法、樹形拓展法、層層展開法、列表比較法、關鍵詞輻射法、章節互聯法和檢索表法等。

教學改革是一個永恒的主題，在高等教育大發展的今天，更要求我們教師勇于探索、勇于創新、不斷提高、與時俱進。教師應該改變傳統的教學模式，使單調的專業課學習生動起來，教與學互動起來，真正使學生感覺到不是為了應付考試而學習，學習是為了更好地掌握專業知識，為以后工作打下堅實的基礎，這才是我們教學的主旨。

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