張 波

新疆藍(lán)天七色建設(shè)工程有限公司 新疆 五家渠 831300

引言

由于土木工程施工建設(shè)時存在一定的難度與復(fù)雜性，施工期間可能會出現(xiàn)安全事故，分析與土木工程有關(guān)的施工力學(xué)與時變力學(xué)知識，能夠讓工程建設(shè)更加規(guī)范化，進(jìn)而提升施工安全性。土木工程的安全將直接影響工程質(zhì)量，只有對土木結(jié)構(gòu)工程施工力學(xué)與時變力學(xué)做出詳細(xì)分析，才能夠?qū)崿F(xiàn)工程管理制度的改革與升級，延長建筑物使用壽命。

1. 土木工程分析的施工力學(xué)研究

1.1 工程安全

與其他工程相比，土木工程施工周期很長，施工時會存在較多不確定影響因素，比如地基下沉、地震等。施工單位在前期準(zhǔn)備階段需要對實際情況展開勘查，實地勘查后找出對土木工程有影響的危險因素，隨后針對不同的隱患編制相應(yīng)的解決方案。施工部門需要對基礎(chǔ)設(shè)備進(jìn)行定期與不定期的檢測，以便了解設(shè)備的使用情況，從而構(gòu)建施工管理體系，保證土木工程的施工力學(xué)能夠在規(guī)范的操作標(biāo)準(zhǔn)下完成。為了盡可能的保障工程施工質(zhì)量，施工時需要加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)備管理工作，為設(shè)備編制維修與保養(yǎng)計劃。管理部門應(yīng)聘請技術(shù)人才，定期對設(shè)備和力學(xué)設(shè)施進(jìn)行檢測分析，根據(jù)土木工程進(jìn)度情況控制施工成本，加強(qiáng)對施工力學(xué)的有效管理。測量員在施工開始前需將道路邊線、中線施放出來，并做好標(biāo)記，此后土方開挖過程中步步跟隨控制開挖深度。開挖一段，放量一段，再開挖一段，如此反復(fù)，直到工地最后收工。東北地區(qū)的土木工程施工建設(shè)時，需要考慮到地基施工受凍土層的影響，同時需要對地基采取一定的加固措施，避免凍土層因周期性凍融而給工程結(jié)構(gòu)帶來影響。西南地區(qū)的土木工程多為軟土地質(zhì)，在施工時需要考慮地下水對地基的侵蝕影響，對土木工程展開防水與排水工作，從而實現(xiàn)對土木工程施工的防患于未然[1]。

1.2 力學(xué)基礎(chǔ)

與其他力學(xué)相比，土木工程的力學(xué)不是指特定的結(jié)構(gòu)，其對象會根據(jù)時間與空間的變化而改變。時變力學(xué)是施工力學(xué)的基礎(chǔ)，人們在研究時會借助研究對象之間具有的共同特點來分析，雖然外部因素會在時間的影響下而變化，但力學(xué)內(nèi)部參數(shù)恒定不變。力學(xué)在發(fā)展中會不斷有新的理論產(chǎn)生，信息技術(shù)水平的提升使傳統(tǒng)力學(xué)理論無法滿足現(xiàn)代化土木工程的發(fā)展。因此，人們在研究土木工程的施工力學(xué)時需要關(guān)注力學(xué)內(nèi)部參數(shù)的變化，為接下來時變力學(xué)的研究奠定基礎(chǔ)。

1.3 重力荷載變化

土木工程施工具有動態(tài)化特性，施工周期內(nèi)建筑物重力荷載變化較大，具體表現(xiàn)在兩方面。一方面，混凝土、鋼筋結(jié)構(gòu)等施工材料的增加讓建筑物本身逐漸上升；另一方面，施工過程中建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形狀發(fā)生變化，原有的結(jié)構(gòu)所受到的重力荷載被重新分配，建筑結(jié)構(gòu)受到的重力可能不夠均勻。施工力學(xué)的應(yīng)用就是對土木工程構(gòu)件進(jìn)行分析，探究不同構(gòu)件承受的重力荷載，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，避免構(gòu)件因為承受荷載過大而出現(xiàn)裂縫問題。科學(xué)的土木工程設(shè)計需要將竣工結(jié)構(gòu)的荷載情況考慮進(jìn)去，同時對結(jié)構(gòu)施工時內(nèi)力時空變化影響進(jìn)行研究。

1.4 材料特性變化

土木工程施工建設(shè)時需要使用大量的混凝土與鋼筋框架材料，土木工程的物理強(qiáng)度、剛度會隨著建筑物使用時間的增加而出現(xiàn)變化。不僅如此，土木工程也會受其他因素的影響，導(dǎo)致建筑材料出現(xiàn)特性變化。比如某個建筑內(nèi)部鋼筋主體框架擁有50年的使用壽命，但受地震災(zāi)害的影響，墻體已經(jīng)有了細(xì)小的裂縫，降雨天氣下雨水沿著墻體裂縫逐漸深入建筑內(nèi)部，給鋼筋框架帶來侵蝕影響。久而久之，鋼筋結(jié)構(gòu)的抗剪切力下降，物理強(qiáng)度有所降低，鋼筋框架與建筑本體的使用壽命受到影響。

2. 土木工程中的時變力學(xué)分析

2.1 數(shù)值方法

施工力學(xué)中，關(guān)于土木工程的時變力學(xué)求解數(shù)值可以依靠有限單元法，根據(jù)這一方法的自身特點，讓單元集通過增減單元達(dá)到解域時變。土木工程施工時，用到的施工材料沒有熱效能，可采用時間變量的方法計算時變力學(xué)方程。方程中會有求解偏導(dǎo)項，但時間變量不會對數(shù)值產(chǎn)生不良影響，求解方程時只需要將最后的參數(shù)轉(zhuǎn)為時間函數(shù)，就能夠得到時變力學(xué)方程的數(shù)字化結(jié)果。時變單元法在解決土木工程解域時變問題時，離散網(wǎng)格的格式不便，可以通過單元大小隨著時間的變化來達(dá)到解域時變，以此解決方程奇異問題。在計算時可能會出現(xiàn)數(shù)值積分穩(wěn)定性問題，這時可以使用辛算法解決。拓?fù)渥兓ㄒ酝負(fù)鋵W(xué)原理為基礎(chǔ)，通過數(shù)值手段的應(yīng)用了解解域隨時間的變化，在無需重復(fù)求解方程的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確得到解域變化結(jié)果。

2.2非線性時變力學(xué)

如果建筑施工材料主要為混凝土與巖土介質(zhì)，需根據(jù)非線性時變力學(xué)的特點展開分析，將非線性時變力學(xué)的研究范疇具體確定。非線性中包含了幾何、物性、邊界非線性三類，將非線性時變力學(xué)中存在的問題加以解析，為了避免研究過程中影響施工進(jìn)度，在計算非線性時變力學(xué)時可以采用增量的方法解決問題。也可以結(jié)合物性與幾何參數(shù)的變化，對增量展開計算與分析[2]。

2.3 對其他建筑物的影響分析

土木工程施工需要經(jīng)過開挖和打孔等步驟，這些操作可能會對周圍建筑物的地基結(jié)構(gòu)與地下管道結(jié)構(gòu)造成影響。施工時可借助研究對象的幾何參數(shù)與時間函數(shù)展開施工。實際上，時變力學(xué)是一種數(shù)學(xué)理論，它能夠?qū)r變物體的物理現(xiàn)象展開研究分析，也能夠?qū)ξ矬w變量和參數(shù)加以研究。土木工程在施工時會面臨較多不確定的因素，導(dǎo)致建筑物重力荷載、建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，原有的重力荷載被分解。研究土木工程的時變力學(xué)時，可抓住這一特點或性質(zhì)解決建筑主體墻面裂縫問題。人們在后期計算時，也會將土木工程竣工結(jié)構(gòu)的重力荷載納入時變力學(xué)分析中。

3. 總結(jié)

總而言之，無論是施工力學(xué)，還是時變力學(xué)，在土木工程施工建設(shè)中都占據(jù)著重要的地位。通過對二者的研究與分析，可有效保障工程施工質(zhì)量，提高施工效率。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑行業(yè)發(fā)展規(guī)模不斷擴(kuò)大，人們對土木工程施工安全提出了新的要求，而力學(xué)方面也得到了各方的重視，推動了土木工程施工朝著的規(guī)范化的方向全面發(fā)展。