力學(xué)與土木工程簡述

陳熙坤

摘 要：在現(xiàn)代土木工程中，應(yīng)用非常廣泛的就是力學(xué)， 本文主要從力學(xué)的一些基本概念和一些相關(guān)內(nèi)容以及建筑學(xué)與力學(xué)的關(guān)系進(jìn)行研究。并且將力學(xué)中的平衡學(xué)說與建筑學(xué)中的實際應(yīng)用相結(jié)合，主要對經(jīng)常在土木工程中使用的力學(xué)進(jìn)行研究，然后根據(jù)這些相關(guān)的土木學(xué)知識，著重闡述力學(xué)在土木工程學(xué)中的發(fā)展情況。

關(guān)鍵詞：力學(xué)；土木工程；計算簡圖；內(nèi)力計算

土木工程的發(fā)展不僅帶來了經(jīng)濟效益，同時也創(chuàng)造了社會效益，為人們的生活帶來了新的物質(zhì)環(huán)境，提高了人們的生活水平。在其發(fā)展的歷程中逐漸成為了人類社會的重要組成部分，為人們帶來更多的和實用的利益。建筑工程產(chǎn)品作為關(guān)系到人民生產(chǎn)生活以及人身安全和財產(chǎn)安全的學(xué)科，它最被重視的因素之一就是它的安全性、穩(wěn)定性。雖然一些在常識上不符合人類安全性習(xí)慣的建筑存在在世界上，如古巴比倫的空中花園、意大利的比薩斜塔等等，但是其實從專業(yè)的分析來看，這些建筑盡管在外觀上看上去不安全，實際上符合力學(xué)要求的，能夠使用力學(xué)的一些原來來進(jìn)行解釋。

一、力學(xué)的基本內(nèi)容

力學(xué)是物理學(xué)的其中一個組成部分，同時也是獨立的一門基礎(chǔ)性物理學(xué)科。在物理方面，力學(xué)主要講解的就是力的合成，指一個物體不僅僅是受一個力的作用而是受幾個力的共同作用。力學(xué)的主要研究對象就是物體之間的運動，而力學(xué)由于其特殊性，可以說是所有物理學(xué)科的基礎(chǔ)，同時也是在中學(xué)階段學(xué)習(xí)的重點。力學(xué)的規(guī)律和定理都是科學(xué)家從生活規(guī)律中發(fā)現(xiàn)并證實的，力學(xué)原理在生活中處處可見，因此，就可以使用力學(xué)的原理來解決生活生產(chǎn)中的一些問題。

二、力學(xué)與建筑力學(xué)的聯(lián)系

建筑力學(xué)是應(yīng)用于土木工程中的基礎(chǔ)理論，為工程的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。在建筑力學(xué)基礎(chǔ)知識里面包括了靜力學(xué)基本概念平面力系平衡條件的應(yīng)用、內(nèi)力與內(nèi)力圖、軸向拉壓桿的內(nèi)力、單跨靜定梁的內(nèi)力等。建筑力學(xué)的研究對象主要是建筑結(jié)構(gòu)，其中建筑結(jié)構(gòu)是由構(gòu)件組成的。建筑工程力學(xué)的主要任務(wù)是把建筑結(jié)構(gòu)打造成一個可靠、適用、耐久的材料，能夠具有一定的剛度和強度，還要保持平衡和穩(wěn)定性。不管是理論力學(xué)、材料力學(xué)還是結(jié)構(gòu)力學(xué)，都是以力學(xué)為基礎(chǔ)的，是力學(xué)的擴展應(yīng)用。

但是， 事物都有兩方面的特性，力學(xué)推進(jìn)了建筑學(xué)的發(fā)展，解決了許多建筑學(xué)的難題，而建筑學(xué)也同樣使力學(xué)得到了發(fā)展，在一些十分難以解決的建筑學(xué)問題中，現(xiàn)有的力學(xué)原理也很難解決，就促使物理學(xué)家進(jìn)行研究，從而發(fā)展了更多的力學(xué)定理，例如在建筑工程施工時出現(xiàn)的極端條件下的技術(shù)難題，現(xiàn)有的力學(xué)已經(jīng)無法解決，物理學(xué)家就不得不根據(jù)這個問題對力學(xué)進(jìn)行深層次的研究，然后提出新的力學(xué)理論。

因此，總的來說，建筑力學(xué)脫胎于力學(xué)原理，沒有力學(xué)也就沒有建筑力學(xué)，而建筑力學(xué)的發(fā)展又是對力學(xué)的一種補充，填充了一些力學(xué)領(lǐng)域的空白，提出了一些新的理論，使得整個力學(xué)的體系更加的完整。但是，建筑力學(xué)不只是力學(xué)，它也是建筑學(xué)，因此，兩者之間不是包含關(guān)系，更多的是交叉關(guān)系，有相通的部分，但也有許多地方不一樣，不能一概而論。比如說力學(xué)的原理可以解釋高溫氣體、氣體激光器和核物理等領(lǐng)域的科學(xué)問題，但是相反的，這些卻是建筑力學(xué)的局限性。

三、力學(xué)在土木工程實踐中的應(yīng)用實例

我國有一項從古代開始就是聞名世界、領(lǐng)先世界的建筑技術(shù)，那就是關(guān)于修建石拱橋的技術(shù)。石拱橋，顧名思義就是利用石塊通過一些技術(shù)搭建起來的拱橋，雖然這些石拱橋都是使用簡單的石塊堆積而成，但是其中卻蘊含了許多的力學(xué)原理。我們可以根據(jù)一些相關(guān)的力學(xué)原理計算得知，這些橋梁中每一塊石頭的受力情況，從而計算出每塊石頭的受力值，將橋的承重控制在受力范圍內(nèi)，這樣就可以選擇合適的石料、面積以及經(jīng)濟化的考慮，修建出美觀、科學(xué)、經(jīng)濟的石拱橋。

四、力學(xué)解析計算方法

在土木工程的建設(shè)過程中，建立的力學(xué)模型大多是平面問題，空間問題基本上很少而且也過于繁瑣。力學(xué)的解析計算方法根據(jù)不同的計算對象的差異性有著不同的計算方法，大多數(shù)工程結(jié)構(gòu)都可以進(jìn)行平面結(jié)構(gòu)的簡化計算。在計算的過程中首先考慮的是基本假設(shè)的問題，它是力學(xué)計算的基本建立依據(jù)，在工程建設(shè)中，針對不同的材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)，有著不同的計算假設(shè)，為了減少外部因素的影響，在進(jìn)行力學(xué)解析錢做出基本假設(shè)，能夠加快力學(xué)的計算。另外，內(nèi)力和位移是重要的物理基礎(chǔ)知識，在工程方面也有重要的作用，很多的力學(xué)解析方法都在內(nèi)力和力學(xué)的基礎(chǔ)上建立的，從而形成了力法和位移法。其中，力法是最原始、最傳統(tǒng)的計算方法，比較符合人們的思維習(xí)慣，為人們所廣泛運用。而位移法則是一種以位移為未知量的力學(xué)解析計算方法，總的來說，位移通常被人們所淡忘。但是，隨著時代的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在各種建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)范都以設(shè)計強度為基礎(chǔ)，也就彰顯了位移法的重要性。結(jié)構(gòu)力學(xué)中位移法的計算思想相對于其他力學(xué)來說具有較大的難度，主要是不能確定固定基，建筑結(jié)構(gòu)處于一個空間立體中，所以，在整體上加大了對力學(xué)解析的計算難度。

五、力學(xué)在建筑領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展

整個建筑力學(xué)的理論都是脫胎于力學(xué)的原理，并且從多方面將力學(xué)原理在建筑領(lǐng)域進(jìn)行闡述，這就使得建筑力學(xué)成為建筑領(lǐng)域不可或缺的一門學(xué)科。但是建筑力學(xué)也不只是與力學(xué)原理有關(guān)，它還與其他許多領(lǐng)域像關(guān)聯(lián)，如流體力學(xué)、爆炸力學(xué)以及彈性力學(xué)等?？偠灾?，建筑力學(xué)對于建筑領(lǐng)域的適用范圍十分廣泛，滲透到建筑工程的每一個方面。

六、內(nèi)力的計算

在內(nèi)力的計算方面要結(jié)合物理力學(xué)的計算方法，例如：材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等方法計算。針對不同的建筑結(jié)構(gòu)有不同的計算方法，同時，建筑構(gòu)件的不同也影響著內(nèi)力的計算。一般來說，在力學(xué)的假設(shè)下，結(jié)合力學(xué)的理論知識，針對不同的材料的餓特殊性差異還采取合理的材料參數(shù)，最后帶入力學(xué)公式，計算內(nèi)力。

七、結(jié)語

建筑的發(fā)展離不開物理知識的運用，更是與力學(xué)息息相關(guān)。相關(guān)的力學(xué)基礎(chǔ)理論知識能夠促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展，為建筑行業(yè)帶來很多便利，避免不必要的困難。同時，力學(xué)的物理知識也告訴我們，沒有物體之間共同受力的支撐點，就不能建造出那么多的優(yōu)秀建筑物和構(gòu)筑物，而且建筑結(jié)構(gòu)也存在較大的危險性，所以，建筑的發(fā)展離不開力學(xué)的支持。而力學(xué)原理與建筑力學(xué)的結(jié)合，也是發(fā)展現(xiàn)代高科技建筑的必然趨勢，它們互相替代，互相促進(jìn)，互相發(fā)展。相信有了力學(xué)的支撐，建筑工程會越走越遠(yuǎn)，會有越來越多優(yōu)美堅固的建筑屹立在東方大陸上。

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