土木工程分析的施工力學與時變力學基礎

張尉

摘要：這個經濟快速發展的社會，帶動了土木工程行業的發展，使得土木工程建設中的項目增多起來，其規模也在不斷壯大，同時，伴隨而來的是工程項目的復雜性，在施工的過程中安全事故問題也在逐漸上升。導致施工安全事故發生的一個最主要的方面，是由于在整個工程的設計中對于具體施工過程可能出現的情況考慮不全面。土木工程中對于施工力學和時變力學的提出，是對土木工程分析的規范，使得土木工程分析趨于科學性，降低了施工過程中安全事故的發生。

關鍵詞：土木工程;施工力學;時變力學

隨著經濟的快速發展，土木工程中的項目規模不斷擴大，比較大的工程項目包括高大的建筑、有相當跨度的建筑、地下建筑、大壩、海洋工程等都在不斷增加，它們都是施工大規模、范圍廣、持續的時間長、過程復雜。在土木工程建設規模在不斷增大的同時，伴隨而來的是土木工程施工的過程中安全事故的增多，這嚴重給人民的生命財產安全帶來了傷害以及影響了工程建設的效率。因此，對于土木工程的分析研究是有意義的。

一、土木工程分析中的施工力學

1、施工力學和數學基礎

對于土木工程的分析，還要參照數學方面的東西。在土木工程項目的具體施工過程中，那些關于土木工程內在因素的分析需要用到數學中的微積分，因此，在土木工程分析中，涉及到了時變性的數學知識。在具體的土木工程分析過程中，時變數學的施工分析難免會遇到很多困難，這就需要在具體的實際操作中，要注重分析和研究。

2、土木工程施工分析中的力學效應

土木工程施工分析中的力學效應包括兩類，即時效和路效。第一類時效，說的是在相同結構的建筑設計中，由于選用了不同的設計方案，導致其最后的結果也是不同的，最終，力學所處的狀態也是不同的。例如，在實際的施工過程中，建筑物材料的狀態會隨著時間的變化而變化，這就是產生了土木工程中施工力學的時效性因素。第二類路效，在實際的施工過程中，由于采用施工方案不一致，施工的過程和施工力學最終的結果有所不同，導致狀態不同。在具體的土木工程施工過程中，原材料的幾何性質等都能引起施工力學的路效。

二、土木工程分析中的時變力學

1、物性時變力學

在土木工程分析施工的過程中，有一些建筑材料的物理性質會隨著施工的進行會發生改變，會發生這些變化的施工材料就屬于物時性力學的范疇。例如，像施工的過程中用到的混凝土這樣的建筑材料，在使用其后，過一段時間它的物理性質就會發生一定程度的改變，那么對其進行的施工方面的計算就屬于物性時變力學分析的范疇。關于這一類的時變力學分析中，要特別注重對時間函數的區分，假如用到了時間函數那么就可以直接利用力學中的方程式進行分析研究。

2、線彈性時變力學

在土木工程分析的施工過程中，假如所選用的施工材料有線彈性和無熱效應。在整個工程的施工過程中，施工的循環的時間遠超出了系統自身發出振動是循環的時間，在這樣的情況下，可以不考慮由于慣性產生的結果，運用靜力學分析的方法，那么，對于土木工程分析的施工就屬于線彈性時變力學。在以前的分析手段中，關于這類問題的分析一開始采用的是空間變量方程，但是在目前的情況下，因為物理方面的因素和幾何范圍方面的因素會隨著時間的改變而改變，這就使得在實際的施工過程中要仔細的分析和計算，進而出現了時間上的變量參數。

3、粘彈性時變力學

在土木工程分析施工的過程中，所采用的施工材料很多，隨著施工的進行就會有一些施工材料隨著時間的改變而改變，擁有這種特性的施工材料具有一定的流變性。在土木工程分析的施工力學中，關于這類問題的分析就屬于粘彈性時變力學分析的范疇。在實際的操作過程中，依據的是時間參數、物理參數、幾何范圍產生的時變耦聯，把一開始的時間上的變量和空間上的變量轉化為有參數變化的方程式。在現實的實際施工過程中，像混凝土、瀝青和粘土等施工時用到的材料都具有這種流變的性質，對于這些原材料的施工分析就屬于粘彈性時變力學分析的范疇。

4、非線性時變力學

在土木工程分析施工的過程中，在施工過程中用到的材料有一定的非線性，那么關于這部分材料的施工分析就包括在非線性時變力學分析的類別中。在不屬于線性時變力學的計算范圍內的，最終得到的結果影響因素是多方面的，包括一開始的使用過程、幾何范圍、物理因素等。實際上，在不是線性分析中，時變分析和傳統分析方法所產生的最終結果是有區別的。

非線性包括了物理上的、邊界上的和幾何上的非線性，并且這三類中有細分為好多小的方面。在實際中的解決方法中，可以采用數學中的微分方程。

三、結語

（1）在土木工程分析施工的過程中，關于受力的分析屬于比較大的工程設計計算中的一個不可或缺的內容。在土木工程分析施工中，需要全面的分析所設計的圖紙和施工的整個過程兩個方面，這樣才可以保證工程順利進行。

（2）在對施工力學進行分析時，極值或者最后的結果是與一般的非施工力學分析法是有很大區別的，這種差別小到一倍之差，大到三倍之差，所以需要加大對其的重視程度。

（3）如果所采用的施工材料有明顯的粘性、非線性的特點或者施工中具有熱效應，那么就需要通過更加專業的施工力學方法進行研究;如果在施工中改變的只是幾何的范圍或者所使用材料的特點，就需要依據施工過程中的不同參數進行多次常規分析組合。

（4）如果施工材料有很明顯的粘性、非線性特點或者施工過程中有熱效應的產生，那么工程結束后表現出來的力學最終的結果與施工的過程有聯系，由此可以得出，采用施工力學手段，對施工的整個過程進行最優處理，使得在相同的工程條件下，使得最終的結果最優。

（5）在土木工程分析力學的施工過程中，依據的是時變力學，包括的對象有線彈性、粘彈性、非線性、熱彈性及物性時變力學。為了突破土木工程施工力學分析中的問題，需要注重研究在施工過程中的時變力學數值的方法及其通用程序，來找到施工分析計算的好用的方法。

（6）在土木工程分析施工的過程中，應依據不同工程類型的特征分別進行研究，例如，結構工程、地基工程、地下工程、大壩工程、橋梁工程、海洋工程等。