探討材料力學(xué)在水利水電工程中的應(yīng)用

李澳

摘 要：伴隨著近些年大型水利工程建設(shè)各種失敗案例的發(fā)生，人們?cè)絹碓角宄恼J(rèn)識(shí)到材料力學(xué)和水利水電工程中的重要作用，無論是水平水電工程強(qiáng)度的合格與否，或者是怎樣選擇更合適的材料，材料力學(xué)都提供了有效解決措施。本文從材料力學(xué)的應(yīng)用原理入手，詳細(xì)探討了材料力學(xué)在水電工程中的實(shí)際應(yīng)用情況，通過本文的研究，更好的表明了材料力學(xué)在水利水電工程中發(fā)揮的重要作用。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；水利水電工程；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TV641 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）01-0127-01

在科學(xué)技術(shù)日漸發(fā)展的時(shí)代背景下，人們?cè)絹碓街匾暪芾淼倪M(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，在水利水電工程中也是如此。材料力學(xué)主要探索的是材料在外力條件下發(fā)生應(yīng)變、應(yīng)力、強(qiáng)度的變化以及對(duì)材料造成的破壞極限等，其被廣泛的應(yīng)用于生活的方方面面。無論是機(jī)械中的結(jié)構(gòu)，還是生活中的食品包裝，所有的物件都必須要滿足其應(yīng)有的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性，才能夠真正的做到安全，可見材料力學(xué)的重要作用。那么，現(xiàn)將材料力學(xué)應(yīng)用于水利水電工程中，能夠有效的將水工建筑安全性和穩(wěn)定性問題解決。

1 材料力學(xué)的應(yīng)用原理

從力學(xué)材料變形的原理看，其結(jié)構(gòu)為：R-S≥0，其中，S代表的是結(jié)構(gòu)作用的效應(yīng)量，R代表的是抗力。在具體應(yīng)用中，除了要對(duì)一系列在和工況以及不利載荷組合條件下的變形進(jìn)行計(jì)算之外，還需要構(gòu)建變形和強(qiáng)度以及穩(wěn)定性之間的函數(shù)式子。通過材料力學(xué)法，能夠把不同載荷情形下的各個(gè)截面的壓應(yīng)力以及截面中心點(diǎn)的變形等等計(jì)算出來[1]。值得注意的是，由于在水利水電工程中，抗力R是有特別規(guī)定的，所以，在計(jì)算效應(yīng)量S之后，便能夠知道設(shè)計(jì)的合理與否。

2 材料力學(xué)在水利水電工程中的應(yīng)用

2.1 材料力學(xué)在混凝土變形中得應(yīng)用

首先，混凝土在絕對(duì)濕度以及恒溫條件下，受到水化作用的影響而造成體積的變形，這種變形我們稱之為自身體積的變形。它實(shí)際上是和水泥的用量、水泥的類型以及摻用混合料等有著直接聯(lián)系的。膨脹性的自身體積變形，在混凝土結(jié)構(gòu)降溫時(shí)，對(duì)拉應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生補(bǔ)償作用。從宏觀層面看，自身提及的變形應(yīng)該是比較均勻的，因而，它對(duì)由于室內(nèi)外存在溫差而造成的溫度應(yīng)力是沒有補(bǔ)償作用的。

其次，混凝土的干濕變形。混凝土如果沒有了水分的保證，便會(huì)產(chǎn)生收縮作用，而一旦吸入水分，則又會(huì)產(chǎn)生膨脹，而我們知道，在干濕度作用下造成的體積的變化便是我們所說的干濕變形，混凝土的內(nèi)部溫度狀態(tài)會(huì)對(duì)環(huán)境的溫度和導(dǎo)濕性等造成巨大的影響[2]。

再者，混凝土的溫度變形，如果沒有任何的約束，直接在溫度變化作用下產(chǎn)生變形，則為自由溫度變形，則懷中變形的公式是：。其中α所表示的是熱膨脹的系數(shù)，它會(huì)對(duì)溫度應(yīng)力的數(shù)值產(chǎn)生直接的影響，所以，它是一個(gè)關(guān)鍵性的參數(shù)，不容忽視。

最后，混凝土的彈性變形，如果處于單向受力條件之下，它的應(yīng)力以及應(yīng)變之間會(huì)遵循這樣的規(guī)律：，其中，E代表的是彈性模量。按照這樣的規(guī)律，可以知道，如果應(yīng)力不變，應(yīng)變也隨之不發(fā)生改變，但在現(xiàn)實(shí)情況中，卻并不是這樣。相關(guān)的研究也證明了應(yīng)力不變的情況下，混凝土的應(yīng)變會(huì)隨著時(shí)間的增加而不斷增加，這種現(xiàn)象我們稱之為混凝土的徐變。

2.2 材料力學(xué)在混凝土實(shí)際應(yīng)力計(jì)算中的應(yīng)用

假設(shè)θ規(guī)定從x軸到外法線n上的逆時(shí)針轉(zhuǎn)向的方位角θ是正向。那么，通過公示，我們可以得到：

從而，可以得出最大主應(yīng)力以及最小主應(yīng)力，其公式為：

那么，最大剪應(yīng)力的公式為：

2.3 材料力學(xué)在建筑材料選擇中的應(yīng)用

2.3.1 預(yù)應(yīng)力混凝土

預(yù)應(yīng)力混凝土的結(jié)構(gòu)主要指在結(jié)構(gòu)承受到負(fù)荷之前，事先對(duì)它加壓，使其在外荷作用的這一過程中，受到拉區(qū)混凝土內(nèi)，從而形成壓應(yīng)力，以壓應(yīng)力將外載荷出現(xiàn)的拉應(yīng)力抵消，當(dāng)然，這一過程，必須要保證結(jié)構(gòu)在使用的過程中，沒有裂縫產(chǎn)生。

2.3.2 水利水電工程的構(gòu)造設(shè)計(jì)

水利水電工程工件的構(gòu)造設(shè)計(jì)中，材料力學(xué)主要是把固體作為研究對(duì)象，研究的內(nèi)容則是構(gòu)建受到拉力、剪力以及彎曲力等作用時(shí)，材料力學(xué)的性能。當(dāng)然，對(duì)于不同的材料，其在這些外力作用下的材料力學(xué)性能也是各不相同的，所以，按照不同的力學(xué)性能，進(jìn)行構(gòu)件材料的選擇就顯得十分重要了。

首先，拉力，在受到拉力作用之下，構(gòu)件的材料選擇需要對(duì)構(gòu)件內(nèi)不由于拉壓存在而造成的反向應(yīng)力進(jìn)行充分的考慮。鋼材以其良好的抗拉壓能力而成為了比較好的建筑材料。實(shí)際上，很多單一的材料或多或少都會(huì)體現(xiàn)出抗拉壓的特點(diǎn)，如果將一系列具有不同性能的材料，通過復(fù)合作用混合在一起，從而使其變成力學(xué)性能好、物理化學(xué)性能優(yōu)的復(fù)合材料。

其次，剪力以及彎曲變形力。當(dāng)構(gòu)建在彎曲變形力之下，會(huì)產(chǎn)生拉壓應(yīng)力，在扭曲變形和剪切作用之下，構(gòu)件的橫截面會(huì)產(chǎn)生剪應(yīng)力，但是，兩者之間是存在著巨大不同的。在剪力作用之下，構(gòu)件的斷面是不會(huì)有相對(duì)錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生的，同時(shí)構(gòu)件的表現(xiàn)局部會(huì)有應(yīng)壓力，因而在工作狀態(tài)下，建筑的構(gòu)建會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，這樣一來，無論是構(gòu)件的強(qiáng)度，還是剛度，都會(huì)被大大削弱，所以，在設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)該盡量減少扭曲變形的出現(xiàn)，如果有可能，應(yīng)該完全避免扭曲變形的產(chǎn)生。

綜上所述，水利水電工程項(xiàng)目是一項(xiàng)重要的工程，它和我國的民生息息相關(guān)，是一項(xiàng)利國利民的特殊工程，所以，必須要對(duì)其引起足夠的重視。而在科技日益進(jìn)步的時(shí)代背景下，對(duì)材料力學(xué)的研究也將日漸深入，在今后的探索實(shí)踐中，必然會(huì)涉及出安全性、可靠性更好，性能更好的水利工程，帶動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)的更進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張濤，郭雙.新型NE環(huán)氧樹脂砂漿的研制及其在水利水電工程中的應(yīng)用[J].新型建筑材料，2011，11：94-97.

[2]孫志恒，郝巨濤.聚脲防水材料在水利水電工程中的應(yīng)用[J].工程質(zhì)量，2013，10：20-22+26.