土木工程分析的施工力学与时变力学基础

张尉

摘要：这个经济快速发展的社会，带动了土木工程行业的发展，使得土木工程建设中的项目增多起来，其规模也在不断壮大，同时，伴随而来的是工程项目的复杂性，在施工的过程中安全事故问题也在逐渐上升。导致施工安全事故发生的一个最主要的方面，是由于在整个工程的设计中对于具体施工过程可能出现的情况考虑不全面。土木工程中对于施工力学和时变力学的提出，是对土木工程分析的规范，使得土木工程分析趋于科学性，降低了施工过程中安全事故的发生。

关键词：土木工程;施工力学;时变力学

随着经济的快速发展，土木工程中的项目规模不断扩大，比较大的工程项目包括高大的建筑、有相当跨度的建筑、地下建筑、大坝、海洋工程等都在不断增加，它们都是施工大规模、范围广、持续的时间长、过程复杂。在土木工程建设规模在不断增大的同时，伴随而来的是土木工程施工的过程中安全事故的增多，这严重给人民的生命财产安全带来了伤害以及影響了工程建设的效率。因此，对于土木工程的分析研究是有意义的。

一、土木工程分析中的施工力学

1、施工力学和数学基础

对于土木工程的分析，还要参照数学方面的东西。在土木工程项目的具体施工过程中，那些关于土木工程内在因素的分析需要用到数学中的微积分，因此，在土木工程分析中，涉及到了时变性的数学知识。在具体的土木工程分析过程中，时变数学的施工分析难免会遇到很多困难，这就需要在具体的实际操作中，要注重分析和研究。

2、土木工程施工分析中的力学效应

土木工程施工分析中的力学效应包括两类，即时效和路效。第一类时效，说的是在相同结构的建筑设计中，由于选用了不同的设计方案，导致其最后的结果也是不同的，最终，力学所处的状态也是不同的。例如，在实际的施工过程中，建筑物材料的状态会随着时间的变化而变化，这就是产生了土木工程中施工力学的时效性因素。第二类路效，在实际的施工过程中，由于采用施工方案不一致，施工的过程和施工力学最终的结果有所不同，导致状态不同。在具体的土木工程施工过程中，原材料的几何性质等都能引起施工力学的路效。

二、土木工程分析中的时变力学

1、物性时变力学

在土木工程分析施工的过程中，有一些建筑材料的物理性质会随着施工的进行会发生改变，会发生这些变化的施工材料就属于物时性力学的范畴。例如，像施工的过程中用到的混凝土这样的建筑材料，在使用其后，过一段时间它的物理性质就会发生一定程度的改变，那么对其进行的施工方面的计算就属于物性时变力学分析的范畴。关于这一类的时变力学分析中，要特别注重对时间函数的区分，假如用到了时间函数那么就可以直接利用力学中的方程式进行分析研究。

2、线弹性时变力学

在土木工程分析的施工过程中，假如所选用的施工材料有线弹性和无热效应。在整个工程的施工过程中，施工的循环的时间远超出了系统自身发出振动是循环的时间，在这样的情况下，可以不考虑由于惯性产生的结果，运用静力学分析的方法，那么，对于土木工程分析的施工就属于线弹性时变力学。在以前的分析手段中，关于这类问题的分析一开始采用的是空间变量方程，但是在目前的情况下，因为物理方面的因素和几何范围方面的因素会随着时间的改变而改变，这就使得在实际的施工过程中要仔细的分析和计算，进而出现了时间上的变量参数。

3、粘弹性时变力学

在土木工程分析施工的过程中，所采用的施工材料很多，随着施工的进行就会有一些施工材料随着时间的改变而改变，拥有这种特性的施工材料具有一定的流变性。在土木工程分析的施工力学中，关于这类问题的分析就属于粘弹性时变力学分析的范畴。在实际的操作过程中，依据的是时间参数、物理参数、几何范围产生的时变耦联，把一开始的时间上的变量和空间上的变量转化为有参数变化的方程式。在现实的实际施工过程中，像混凝土、沥青和粘土等施工时用到的材料都具有这种流变的性质，对于这些原材料的施工分析就属于粘弹性时变力学分析的范畴。

4、非线性时变力学

在土木工程分析施工的过程中，在施工过程中用到的材料有一定的非线性，那么关于这部分材料的施工分析就包括在非线性时变力学分析的类别中。在不属于线性时变力学的计算范围内的，最终得到的结果影响因素是多方面的，包括一开始的使用过程、几何范围、物理因素等。实际上，在不是线性分析中，时变分析和传统分析方法所产生的最终结果是有区别的。

非线性包括了物理上的、边界上的和几何上的非线性，并且这三类中有细分为好多小的方面。在实际中的解决方法中，可以采用数学中的微分方程。

三、结语

（1）在土木工程分析施工的过程中，关于受力的分析属于比较大的工程设计计算中的一个不可或缺的内容。在土木工程分析施工中，需要全面的分析所设计的图纸和施工的整个过程两个方面，这样才可以保证工程顺利进行。

（2）在对施工力学进行分析时，极值或者最后的结果是与一般的非施工力学分析法是有很大区别的，这种差别小到一倍之差，大到三倍之差，所以需要加大对其的重视程度。

（3）如果所采用的施工材料有明显的粘性、非线性的特点或者施工中具有热效应，那么就需要通过更加专业的施工力学方法进行研究;如果在施工中改变的只是几何的范围或者所使用材料的特点，就需要依据施工过程中的不同参数进行多次常规分析组合。

（4）如果施工材料有很明显的粘性、非线性特点或者施工过程中有热效应的产生，那么工程结束后表现出来的力学最终的结果与施工的过程有联系，由此可以得出，采用施工力学手段，对施工的整个过程进行最优处理，使得在相同的工程条件下，使得最终的结果最优。

（5）在土木工程分析力学的施工过程中，依据的是时变力学，包括的对象有线弹性、粘弹性、非线性、热弹性及物性时变力学。为了突破土木工程施工力学分析中的问题，需要注重研究在施工过程中的时变力学数值的方法及其通用程序，来找到施工分析计算的好用的方法。

（6）在土木工程分析施工的过程中，应依据不同工程类型的特征分别进行研究，例如，结构工程、地基工程、地下工程、大坝工程、桥梁工程、海洋工程等。