力學(xué)在土木工程中的應(yīng)用探討

劉宏杰 高藝

力學(xué)是人類在長期的實(shí)踐和研究中發(fā)現(xiàn)并證實(shí)的， 具有極強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。建筑的發(fā)展與力學(xué)存在密不可分的聯(lián)系， 土木工程中也廣泛應(yīng)用到力學(xué)知識(shí)， 隨著現(xiàn)代土木工程的發(fā)展， 力學(xué)的應(yīng)用更加深入和廣泛， 同時(shí)迎來了新的發(fā)展。本文介紹了力學(xué)的基本內(nèi)容， 并且對(duì)力學(xué)在土木工程中的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行了探討。

土木工程在人類的建筑史上有十分重要的意義， 而所有建筑的構(gòu)造的基礎(chǔ)是力學(xué)理論， 也是建筑施工中主要的影響因素。同時(shí)， 力學(xué)與工程也是相輔相成的，土木工程中技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)性離不開力學(xué)理論， 力學(xué)理論可以提高建筑施工質(zhì)量與效率， 土木工程中遇到的難題也促使力學(xué)的發(fā)展，同時(shí)新的力學(xué)理論也不斷被提出。

1 力學(xué)的基本內(nèi)容

力學(xué)是屬于物理學(xué)的一門學(xué)科， 同時(shí)也是一門獨(dú)立的基礎(chǔ)性學(xué)科。力學(xué)的主要研究對(duì)象是物體間的相互作用， 當(dāng)一個(gè)物體受到力的作用時(shí)， 必然有另一物體在施加這種作用， 稱為受力物體和施力物體， 力學(xué)主要內(nèi)容是力的分解、合成與平衡。目前， 力主要有兩種分類方法， 根據(jù)力的性質(zhì)， 可以分為重力、摩擦力、電磁力等;根據(jù)力的效果， 可以分為壓力， 支持力、阻力等。力學(xué)發(fā)展來源于生活， 力學(xué)的定理和規(guī)律是科學(xué)家在生活實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)并證實(shí)的， 因此， 在實(shí)際生活中， 我們可以應(yīng)用力學(xué)的原理和方法來解決問題， 土木工程建設(shè)中， 力學(xué)就被廣泛應(yīng)用并發(fā)揮著重要作用。

2 力學(xué)在土木工程中的具體應(yīng)用

2.1 壓力在土木工程中的應(yīng)用

土木工程施工的理論基礎(chǔ)之一是壓力，也是現(xiàn)代土木工程施工中關(guān)注的重點(diǎn)。土木工程施工過程中， 工程的材料、建設(shè)寬度、廣度等都受物體最大承受壓力水平的影響， 壓力的有效運(yùn)用可以很好的提高土木工程建筑的穩(wěn)定性， 比如， 建筑施工中， 需要重點(diǎn)參考柱子的受壓情況， 保證橋每個(gè)柱子具有足夠的承載力。此外， 工程驗(yàn)收人員在進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)時(shí)， 需要測(cè)量建筑中與承壓相關(guān)的數(shù)據(jù)。因此， 壓力不僅是土木工程中的檢測(cè)指標(biāo)，也是施工過程中的參考數(shù)據(jù)。

圖1

2.2 摩擦力在土木工程中的應(yīng)用

摩擦力在土木工程中十分的常見，而且應(yīng)用十分的廣泛，凡是兩個(gè)接觸的物體，只要有相對(duì)位移都會(huì)受到摩擦力，例如放在地面的箱子，要推動(dòng)箱子，就必須克服箱子與地面的摩擦力，才能使箱子產(chǎn)生位移?；拥闹亓κ綋跬翂υ隍?yàn)算抗滑移穩(wěn)定性時(shí)，就必須計(jì)算擋土墻地面與地面的摩擦力，而且摩擦力是保證重力式擋土墻抗滑移穩(wěn)定性非常重要的一部分組成力。如下圖所示。合理的利用摩擦力不僅可以有效的提高建筑物的安全性及穩(wěn)定性，同時(shí)充分利用摩擦力的有效效果時(shí)，還可以節(jié)省工程材料，增加工程效益，降低工程的成本。

圖2

2.3 重力在土木工程中的應(yīng)用

任何物體都會(huì)受到重力，在考慮重力給工程應(yīng)用帶來的影響是，必須進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)與驗(yàn)算，例如吊裝的時(shí)候，要考慮物體的重力，進(jìn)而反算塔吊的起重力;在設(shè)計(jì)基坑支護(hù)的時(shí)候要考慮作用在基礎(chǔ)上面由土體重力產(chǎn)生的土壓力，如何設(shè)計(jì)選擇最合理的基坑支護(hù)形式，就必須研究土體重力產(chǎn)生的土壓力;在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)形式時(shí)，必須考慮上部重力傳到地基土體的壓力是否滿足地基承載力特征值的要求等等都是重力在土木工程應(yīng)用中的具體表現(xiàn)。合理的利用重力，可以使建筑物更加的穩(wěn)定，同時(shí)節(jié)約成本支出。

3 力學(xué)在土木工程中的發(fā)展

力學(xué)的發(fā)展離不開應(yīng)用，尤其是在土木工程中的應(yīng)用，很多設(shè)計(jì)驗(yàn)算都必須保證受力平衡，并且滿足穩(wěn)定安全需求，因此土木工程的發(fā)展也伴隨著力學(xué)的發(fā)展。

理論力學(xué)是所有力學(xué)中最基本的力學(xué)課程，也是一本基礎(chǔ)學(xué)科，其主要的內(nèi)容包括靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)，靜力學(xué)主要研究的是靜止的物體，在不受外力或者受到外力并保證平衡時(shí)候的受力特征;動(dòng)力學(xué)是研究物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)候的受力情況;而運(yùn)動(dòng)學(xué)是從物體的幾何角度來研究物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)候受到的力及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

材料力學(xué)主要研究的是材料在受到外力的時(shí)候發(fā)生的變形，進(jìn)而產(chǎn)生的軸力，剪力，彎矩等，是分析和研究單獨(dú)桿件在受力情況下的主要力學(xué)之一，在材料力學(xué)中假定所有的桿件材料都是均勻、連續(xù)、并且各個(gè)方向同性的，這樣在分析計(jì)算的時(shí)候就可以做很多其他的基本假設(shè)，通過計(jì)算結(jié)果顯示，這些假定基本能滿足土木工程設(shè)計(jì)施工的需要。

4 結(jié)語

力學(xué)在土木工程中的是非常廣泛的，土木工程中所有的物體都會(huì)受力，通過力學(xué)來教學(xué)分析計(jì)算，同時(shí)采用新的計(jì)算方法，新的設(shè)計(jì)理念，新的技術(shù)要求，可以使力學(xué)在土木工程中應(yīng)用更加廣泛，同時(shí)還可以不斷提升土木工程的技術(shù)水平，保質(zhì)保量的完成優(yōu)質(zhì)工程。

（作者單位：陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院）