浅析力学发展对土木工程学科的推动

2023-06-201800

摘要:土木工程学科是最早建立的工程学科之一,其内涵与范围广阔,但以力学知识为基础,其中建筑材料选择、工程力学试验测试等均无法离开力学的支持。基于此,本文捋顺了力学与土木工程学科之间的关系,分析土木工程学科中涉及的力学知识,从而明确力学发展对土木工程学科的推动作用,以期更充分地发挥力学价值,推动土工工程学科高质量发展。

关键词:土木工程学科;力学;推动作用

力学是一门研究物质机械运动规律的科学,在土木工程领域中,需以结构力学、弹性力学、材料力学等知识为基础,完成工程地质、工程力学、建筑材料等方面的分析,形成完整闭合分析过程,因此,没有力学做支撑仅能得到只为装饰品的土木工程。而目前土木工程学科发展呈现出新的特点,应基于力学发展与土木工程学科之间的关系,合理发挥力学的强大推动作用,使土木工程学科创新发展。

一、力学与土木工程学科之间的关系

土木工程学科是一门服务于工程建设的工程学科,建设对象涉及地上、地下、水中,且不仅负责主体施工建造,也需要完成应用材料、设备选择以及工程勘测、设计、监理、检测、维护等工作。而力学是土木工程学科中的专业基础课程,学科中极大部分专业均要涉猎力学知识,因此,力学也是土木工程学科中各门专业课的基础。由此可以看出,力学与土木工程学科之间联系紧密,土木工程学科的发展离不开力学,力学的发展也会使土木工程学科出现新的设计理论、技术工艺。

二、土木工程学科中涉及的力学知识

1.理论力学

理论力学重点探寻与研究物体机械运动规律,其单纯从理论角度进行力学原理讲述,是学习其他力学理论的基础。从其研究内容来看,以质点、质点系、刚体为主,但不考虑变形对物体尺寸与形状的改变。从其知识体系来看,由静力学、动力学、运动学三部分组成,其中土木工程专业经常运用静力学知识平衡物体、物体系,运用动力学知识研究刚体、质点状态改变原因,运用运动学知识对质点、刚体运行进行描述。

2.材料力学

材料力学重点探究单个杆件,其假设杆件是由均匀、同性、连续材料形成的小的变形固体,可以通过扭转、拉伸、压缩等力的作用发生变形,进而对变形过程中杆件的刚度、强度、稳定性展开分析。

3.结构力学

结构力学重点探究杆系结构,对杆系处于外力作用下或温度等外界因素作用下结构变形情况、内力变化情况进行研究。其研究重点与材料力学类似,均需要分析杆系结构强度、稳定性、刚度,但在此基础上增加对结构动力反应的研究。目前,土木工程领域主要利用结构力学评测土木工程结构可行性[1]。

4.弹性力学

弹性力学重点探究对象是实体结构、板壳等弹性体,通过分析应力、位移、应变判断弹性体情况,完成精准的分析。并将有限元引入,使弹性力学分析更具实用性。目前,土木工程领域用利用弹性力学进行杆、实体结构、板等弹性体的计算。

5.土力学

土力学重点探究外力作用下土体应力-应变关系、应力-应变-时间关系、强度,其研究对象广,一切土和土体均在研究范围内,包括人工土体,甚至与土力学性能有紧密联系的地下水。目前在土木工程领域会利用土力学对可能发生的地质作用进行定量研究。

三、力学发展对土木工程学科的推动

力学作为一门专业基础性课程,其地位不可撼动,目前所有土木工程学科中的专业均需要学习一部分力学知识,因此,力学规律在土木工程学科是普适的。地上、地下、水中各类型工程建设以及施工、设计、监理、管理等专业均要掌握一定的力学知识,评价建筑材料性能与质量、优化建筑工程设计理论、实施与革新施工工艺技术,并要从土木工程的整体性出发,运用力学知识评价结构的安全性、可行性。

同时,力学又具有极强的技术性,力学发展过程中产生诸多新理论与新方法,解决了包括土木工程学科在内的诸多领域的技术性难题。现阶段从力学角度重新对一些学科进行审视,可以得出不一样的结论,甚至发现创新点。因此,力学发展对工程学科的推动作用毋庸置疑。而土木工程学科作为工程学科体系的重要组成内容,其发展仍然受力学发展的影响,且力学对土木工程学科也同样具有极强的推动力,缺乏力学的支撑,土木工程学科的发展将严重受阻[2]。基于此,在土木工程学科发展呈现出新的特点时,也要重视力学的发展,充分发挥力学的推动作用,使土木工程学科适应现代工程科学发展需要。

综上所述,土木工程学科的发展受力学发展的直接影响,无论在工程结构设计、结构内力计算、结构布置、施工监理还是施工管理中都不能缺少力学知识的身影。因此,力学是学习土工工程学科各专业必须具备的基础知识,立足当前土木工程学科的发展需要,调整力学发展方向,推动土木工程学科的发展,使力学知识在保障土木工程建设安全、减少危险事故、提高工程质量方面发挥更大的作用。

科研项目:商洛学院科研项目19SKY011侵蚀骨料对再生混凝土力学性能的研究。

参考文献:

[1]李彩红,张军军.土木工程中施工力学与时变力学基础分析[J].房地产世界,2022(10):142-144.

[2]于添闰.浅谈力学在土木工程中的应用与发展[J].中国建筑金属结构,2021(03):110-111.

(作者单位:商洛学院 程 鹏 魏瑶瑶 刘欣欣)