土木工程中力學的運用研究

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摘要：隨著國家整體經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，對建筑行業(yè)起到了良好促進作用，加上人們的生活水平的不斷提升，對居住環(huán)境的綜合要求也在愈加提升，這樣也促進了土木工程技術(shù)的應用與發(fā)展。土木工程在實際應用中，使用最廣泛的便是力學知識，通過借助力學知識的理論基礎(chǔ)，能夠?qū)ㄖこ痰馁|(zhì)量與穩(wěn)定性提供保障。基于此，文章針對土木工程中的力學應用情況進行研究，首先闡述力學概念，并且對建筑力學內(nèi)容進行介紹，其次對土木工程中的力學基礎(chǔ)理論進行分析，最后對力學知識在土木工程中的實際應用情況進行探討，旨在促進力學理論知識的應用。對工程應用具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：土木工程；力學理論；應用研究

1前言

近年來，在現(xiàn)代化科學技術(shù)的推動下，人們社會生活中土木工程不斷給人們創(chuàng)造新的物質(zhì)環(huán)境，已經(jīng)成為現(xiàn)代文明的重要組成部分。土木工程建筑構(gòu)造的主要基礎(chǔ)就是力學原理，同時也是所有建筑項目必須考慮的核心因素。在現(xiàn)實生活中，我們經(jīng)常可以看到一些神奇的建筑結(jié)構(gòu)，例如比薩斜塔、空中花園等，通過對力學原理進行深入分析，能夠?qū)⑵鋺玫酵聊竟こ讨校M而賦予建筑更加豐富多彩的體現(xiàn)形式。

2力學概述

力學本身就是物體之間產(chǎn)生的相互作用，也就是當一個物體受到力的作用時，其自身的整體情況會產(chǎn)生相應的變化，同時會將這個力轉(zhuǎn)移給另一個物體。對于施加這個力的物體而言，前者主要為受力物體，后者主要為施力物體，根據(jù)力學的性質(zhì)與效果將其分成兩類，其中前者主要有重力、摩擦力及電磁力等；后者主要包括壓力、支持力及阻力等。在力學原理中，最為主要的內(nèi)容就是力的合成、分解及平衡作用，這部分內(nèi)容貫穿力學，也是相關(guān)學習的基礎(chǔ)。力學本身來源自生活，因此實際中可以用力學方法簡化生活問題，并采取有效解決措施。通過將力學理念應用到土木工程中，不僅能夠?qū)唧w環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量作出保證，同時也能夠很好的解釋工程項目中的力學現(xiàn)象。

3土木工程建筑力學內(nèi)容

土木工程中的建筑力學內(nèi)容需要圍繞實際項目展開，同時可以將其分為理論力學、材料力學以及結(jié)構(gòu)力學。其中結(jié)構(gòu)力學指的是物體在受力情況下會對自身的平衡狀態(tài)造成影響，而采取相應的處理措施能夠使這種狀態(tài)重新回到平衡，這樣也是對整體力學結(jié)構(gòu)的維系。材料力學主要指的是施工材料的應力應變關(guān)系以及綜合強度，通過對傳統(tǒng)力學理念進行分析，能夠根據(jù)材料特質(zhì)進行相應的優(yōu)化處理，這樣可以對土木工程項目的整體結(jié)構(gòu)進行強化。理論力學指的是在理論基礎(chǔ)上進行延伸，結(jié)合工程實際情況作出分析，并且在設(shè)計環(huán)節(jié)制定相應的針對性措施。此外，土木工程的建筑力學內(nèi)容可以對工程項目的施工質(zhì)量與進度作出保證，采用專業(yè)知識對施工中的工程技術(shù)問題進行解決，并且對施工技術(shù)與材料進行測定，這樣可以通過力學理論的方式對土木工程進行驗證，并且在施工實踐中不斷對力學原理進行驗證與豐富完善。然而力學與建筑力學之間存在一定的差異，其中后者主要針對土木工程項目開展的力學理論研究，其本質(zhì)目的是為了有效保證工程項目整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4土木工程中力學理論的應用分析

4.1土木工程中的力學基本量。由于土木工程中多數(shù)的力學理論都體現(xiàn)為靜態(tài)形式，因此在針對其應用進行分析時還要從力學基本量方面入手，具體如下：首先在土木工程中所使用的基本量為外力形式，理論力學中所包含的外力則需要材料力學理論進行集中分析，這樣才能對土木工程中的外力與分布力情況進行準確計算，而且對于不同種類的外力影響而言，在實際施工環(huán)節(jié)中對力學參數(shù)進行計算，也要以靜力平衡狀態(tài)為基礎(chǔ)，這樣才能體現(xiàn)出面力與體力的綜合作用。其次為土木工程中所涉及到的內(nèi)力形式，例如剪力與正應力，結(jié)合材料力學中的理論知識進行綜合分析，可以將部分內(nèi)力轉(zhuǎn)換到不同的研究對象身上，并且在實際工程中也可以借助作用點對內(nèi)力情況進行計算，這樣能夠為土木工程的順利開展提供豐富的力學參考指標。此外，在土木工程中還會包括應變與位移現(xiàn)象，由于不同力學類型的呈現(xiàn)方式存在差異，因此在針對結(jié)構(gòu)力學進行計算時可以選擇適當?shù)膮⒖贾笜恕＠缭趶椥粤W中位移分析可以采用坐標的形式進行分析，在材料與結(jié)構(gòu)力學中可以用截面位移情況進行綜合分析，其余內(nèi)在力學特征也可以在土木工程計算機中進行相似處理。4.2土木工程中的力學解析計算方式。由于在土木工程中所涉及的多數(shù)力學問題均為平面形式，因此在針對各類力學問題進行分析與計算時，可以將比較復雜的空間問題轉(zhuǎn)化為比較簡單的平面處理形式，通過將數(shù)據(jù)代入到計算模型中，可以使用基本求解方程進行力學解析。例如，通過對土木工程中的力學特征與發(fā)展形式進行假設(shè)，并且根據(jù)動量平衡理論進行計算分析，這樣在固體力學計算中能夠取得良好的應用效果。此外，考慮到被研究對象的位移、平衡、結(jié)構(gòu)等因素都會對計算結(jié)果造成影響，可以在力學方程的基礎(chǔ)上構(gòu)建柯西方程、納維方程以及物理方程等，這樣在計算中可以充分考慮到微元狀態(tài)的影響，使計算分析結(jié)果更加準確。在當前的土木工程力學計算中，通常會涉及到位移法與力法兩種形式，其中力法屬于比較傳統(tǒng)的計算分析形式，需要根據(jù)研究對象的實際情況對計算過程進行調(diào)整，而位移法則重點針對物體的位移狀態(tài)與程度進行分析，并且采用應力函數(shù)進行求解，這樣可以根據(jù)幾何情況與平衡情況進行聯(lián)立求解，進而求出方程中的未知量。

5土木工程中力學理論的實際應用

5.1土木工程中的壓力應用研究。壓力理論是土木工程中基本支撐，壓力可以應用于土木工程設(shè)計與施工環(huán)節(jié)，通過對工程項目的實際需求進行分析，進而制定相應的施工方案，在此過程中還要對施工技術(shù)與材料進行綜合考慮，以此來明確壓力在土木工程中的應用價值。例如在實際施工環(huán)節(jié)，由于建筑材料的選擇會涉及到大量的壓力知識，這時借助于壓力知識對施工材料的廣度與寬度進行選擇與計算，根據(jù)材料壓力情況來設(shè)計施工步驟，這樣不僅能夠保證工程項目在壓力范圍內(nèi)，同時也可以將壓力直接作用于施工質(zhì)量與效率方面，而壓力系數(shù)也是衡量土木工程項目綜合質(zhì)量的重要參考因素。5.2土木工程中的摩擦力應用研究。對于摩擦力來說，在土木工程中的應用也比較廣泛，其涉及的建設(shè)工作具體如下：一方面在土木工程需要大量應用滑輪，通過摩擦力可以對施工材料的運輸方向進行調(diào)整，并且針對滑輪的受力情況進行綜合分析，這樣能夠計算出阻力因素造成的各類影響，通過對各類不良現(xiàn)象進行規(guī)避，可以為土木工程的運輸工作提供助力。另一方面為土木工程中多數(shù)接觸作業(yè)也需要涉及到摩擦力，摩擦力會將壓力面的受壓情況進行放大，并且在實際施工環(huán)節(jié)中合理借助摩擦力，可以大幅度提升土木工程項目的穩(wěn)定程度。總而言之，通過對土木工程中摩擦力系數(shù)進行調(diào)整，可以科學提升施工技術(shù)與材料的應用效率，可以對成本控制工作進行強化，保證建筑企業(yè)的利潤。5.3土木工程中的重力應用研究。重力理論對于土木工程的設(shè)計與施工也具有重要作用，通過對重力相關(guān)力學知識進行研究，并且結(jié)合工程項目的實際建設(shè)情況，可以對各階段開展合理化的調(diào)整與完善，這樣可以優(yōu)化土木工程項目的設(shè)計內(nèi)容。此外，重力系數(shù)在施工材料質(zhì)量檢測方面也具有一定的作用，通過對材料的綜合性能進行檢測，可以在源頭處保證材料的穩(wěn)定性，也就是為土木工程人提供核心質(zhì)量的檢測，采用相關(guān)公式進行計算與分析，這樣可以對土木工程的高效開展提供助力。5.4土木工程的合力應用研究。根據(jù)土木工程中力學應用情況能夠看出，不同作用力在各自環(huán)節(jié)中都能夠起到良好的應用效果，而合力作為上述各類作用力的綜合效果，根據(jù)力學中主要的能量守恒定律，能夠得知不同作用力在經(jīng)過分析后可以產(chǎn)生合理作用，這也是土木工程中比較常見的力學理論。通過對合力理論進行合理應用，能夠?qū)κ┕み^程中的多數(shù)復雜形勢進行簡化處理。例如采用杠桿裝置可以對質(zhì)量較重的施工材料進行移動，采用科學方式可以減少無用功的消耗程度。此外，還可以借助于合力作用對材料產(chǎn)生直接影響，這樣不僅能夠?qū)狭πЧM行分化處理，而且可以使合力現(xiàn)象趨于平衡，保證施工環(huán)節(jié)中的各類力學現(xiàn)象可以形成良好的相互制約狀態(tài)，從而促進土木工程項目的整體穩(wěn)定程度。

6結(jié)論

綜上所述，在土木工程建筑行業(yè)的發(fā)展過程中，通過對現(xiàn)代化施工技術(shù)與設(shè)備進行引入，能夠保證施工質(zhì)量與效率。因此在行業(yè)今后的發(fā)展中，要針對土木工程中的力學理論進行研究，通過對力學基本理論知識進行研究，可以將不同力學理論應用到不同的施工階段，這樣不僅能夠促進工程項目的穩(wěn)定性，而且在項目設(shè)計與成本控制方面能夠取得有效的應用成果。本文針對土木工程中的力學應用情況進行研究，首先闡述力學概念與建筑力學內(nèi)容，其次對土木工程中的力學基礎(chǔ)理論進行分析，最后對力學知識在土木工程中的實際應用情況進行探析，具體從壓力、摩擦力、合力以及重力等方面展開研究，能夠有效促進土木工程行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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作者:王云飛 單位:太原科技大學晉城校區(qū)