浅谈力学在土木工程中的应用与发展

王懿祥

（重庆交通大学， 重庆 南岸 400074）

土木工程在人类的发展历史上发挥着重要作用，而力学理论是所有建筑的构造基础，也是建筑施工中必须要考虑的因素。同时，力学与土木工程也是相互促进的关系，力学理论的进步能够进一步提高土木工程中技术应用的科学性，提高施工质量与效率，土木工程中遇到的难题也促使力学做出突破，乃至提出新的力学理论。

1 力学的基本内容

力学是属于物理学的一门学科，同时也是一门独立的基础性学科。力学的主要研究对象是物体间的相互作用，当一个物体受到力的作用时，必然有另一物体在施加这种作用，称为受力物体和施力物体，力学主要内容是力的分解、合成与平衡。目前，力主要有两种分类方法，根据力的性质，可以分为重力、摩擦力、电磁力等；根据力的效果，可以分为压力，支持力、阻力等。力学发展来源于生活，力学的定理和规律是科学家在生活实践中发现并证实的，因此，在实际生活中，我们可以应用力学的原理和方法来解决问题，土木工程建设中，力学就被广泛应用并发挥着重要作用。

2 力学在土木工程中的具体应用

2.1 压力在土木工程中的应用

力学基本知识就能为土木工程提供科学的理论支持，如压力、摩擦力等，由于压力相关知识是土木工程施工的理论基础之一，也就称为了现代土木工程施工中关注的重点。土木工程施工过程中，工程的材料、建设宽度、广度等都受物体最大承受压力水平的影响，压力的有效运用可以很好的提高土木工程建筑的稳定性，比如，桥梁施工中，需要重点参考桥梁和桥墩的受压情况，保证桥梁具有足够的承载能力。此外，工程验收人员在进行质量检测时，需要测量建筑中与承压相关的数据。因此，压力不仅是土木工程的施工参考数据，还是工程质量的检测指标。

2.2 摩擦力在土木工程中的应用

在土木工程中，摩擦力相关知识也被广泛应用。首先，材料起吊运输时，一般通过采用滑轮来对力的方向作出调整，将原有阻力转化为材料运输的动力；其次，通过增加土木工程部件连接部位的接触面，增强接触面的受压能力，通过摩擦力和重力的共同作用，使土木工程更加稳定，摩擦力的有效应用不仅可以提高建筑的稳定性，还能够大大降低技术成本，提高土木工程施工技术水平。

2.3 重力在土木工程中的应用

重力是力学在土木工程中最主要的应用，工具为物理学中与重力有关的运算公式，实现对不同材料和不同施工阶段的力的作用分析，在施工之前就能够测试施工实际效果，及时发现施工过程中可能会出现的问题，提高了预见性；此外，在材料采购时，就要将材料的重力因素考虑在内，进一步提高土木工程建筑的稳定性。重力等因素的综合应用，可以充分发挥力学在土木工程中的作用，提高工程质量和施工效率。比如，在土木工程材料运输中，可以利用重力和反作用力，调节使工作有用功率与无用功率的关系。

2.4 合力作用在土木工程中的应用

能量守恒定律在土木工程施工中也发挥着重要作用，这也是对力学进行合理和综合应用的体现，也就是说，不同的力形成的合力在土木工程中也被广泛应用，通过不同力的叠加可以更好的提高效率和稳定性。比如，通过杠杆原理可以将材料本身具有的重力转化成可直接利用的动力。此外，各种力在同一部件上的相互平衡和相互制约也使土木工程的整体结构更加稳定。

3 力学在土木工程中的发展

力学在土木工程中的发展，主要体现在两者融合形成了建筑力学理论，并在建筑施工中得到广泛应用。

3.1 理论力学

建筑理论力学是一门专门研究物体运动规律的学科，是一般力学的基础，包括静力学、动力学和运动学。静力学主要研究受力物体达到平衡时所受各种作用力应满足的条件，还研究物体受力分析方法和力系的简化；动力学主要研究物体的机械运动与所受作用力之间的关系；运动学主要从几何角度研究物体运动，而不研究物体的运动原因。

3.2 固体力学

固体力学是力学中主要研究固体机械性质的学科，具体研究固体介质在外力、形变和温度作用下的表现，包括材料力学、弹性力学和塑性力学。比如，单个杆件是材料力学的主要研究对象，将其看着均匀、连续、各向同性的可变性固体，涉及到杆件的拉、弯、压、扭、剪等特征，以及刚度、强度、稳定性计算，包括力的分解、合成与平衡等。随着计算机技术的发展，固体力学在土木工程的设计中，围观模拟方法、复杂结构仿真等内容得到进一步发展和应用。

3.3 流体力学

流体力学主要研究流体流动和平衡时的机械运动规律，以及在工程实际中的应用，包括物理浮力定律和附体稳定性液体平衡理论等，研究的对象是流体，包括气体和液体。流体力学是在生产实践中逐渐发展起来的，比如我国秦朝时的都江堰、古罗马的大型供水管道系统等，都是流体力学在土木工程中成功应用的案例。随着对流体的进一步研究和应用，如开采石油、天然气等，流体力学也不断的完善，获得了新的发展。

4 结语

综上所述，将力学知识充分应用到土木工程中，是新形势下进行技术创新，加强技术运用的要求。随着我国土木工程的快速发展，力学应用已经具有较高水平，要进一步提高施工技术水平，还需要不断发展力学理论，研究力的综合应用。

[1]袁沁琳.新形势下力学在土木工程中的应用分析 [J].科技风,2017(22):97.

[2]陈熙坤.力学与土木工程简述 [J].科技风.2017(22):94.

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