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論力學(xué)在橋梁設計中的應用
力學(xué)理論在橋梁的整個(gè)設計和具體的施工中都是起到關(guān)鍵作用的，以下是小編搜集整理的一篇探究力學(xué)在橋梁設計中應用分析的論文范文，供大家閱讀參考。
【摘要】在人類(lèi)發(fā)展的漫長(cháng)歲月中，橋梁是一種社會(huì )進(jìn)步的標志�？v觀(guān)歷史，在全世界的橋梁設計和發(fā)展過(guò)程中，我們可以總結出橋梁的設計水平與很多因素有關(guān)。這其中包括社會(huì )生產(chǎn)力的發(fā)展水平，當時(shí)的工業(yè)水準，建設的施工技術(shù)，數學(xué)理論、力學(xué)研究的成果，計算技術(shù)的進(jìn)步等。在這所有的影響因素中，有一個(gè)特別值得我們關(guān)注，就是力學(xué)的應用�？梢哉f(shuō)，力學(xué)在橋梁的設計中起到核心的作用，在l9和20世紀表現得尤為明顯，由于力學(xué)理論及應用研究的發(fā)展，橋梁建設有了質(zhì)的飛躍。本文主要就是論述力學(xué)在橋梁設計中的應用，在分析應用的基礎上，進(jìn)一步闡釋未來(lái)的發(fā)展趨勢。
【關(guān)鍵詞】力學(xué);橋梁設計;發(fā)展趨勢
前言
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步在人類(lèi)的歷史上總是起到關(guān)鍵的作用，這里我們想要談的領(lǐng)域是建筑中橋梁設計和自然科學(xué)中力學(xué)研究成果的關(guān)系。在人類(lèi)的橋梁設計歷史上，人們一直在不斷探索和嘗試新的設計方案，這些方案的實(shí)施和實(shí)際運用總是建立在一定的理論基礎之上，而這個(gè)理論基礎，或者說(shuō)是理論依據就是力學(xué)的支持，橋梁設計者們運用力學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展，通過(guò)具體的理論分析來(lái)設計出安全可靠的橋梁施工方案。這里，我們要探討的就是力學(xué)理論在橋梁設計中的具體運用，同時(shí)分析在未來(lái)力學(xué)會(huì )為其帶來(lái)的哪些更多的幫助。
一、力學(xué)在橋梁設計中的應用分析
(一)力學(xué)在橋梁設計中的應用歷史及取得的成就
在l8世紀以前，科學(xué)技術(shù)水平有限，那時(shí)的橋梁設計者們對力學(xué)的很多原理是不太了解的，但是，在實(shí)際的設計和建設中已經(jīng)不自覺(jué)地在運用力學(xué)的知識了。例如，人們總結出土、石、磚、木等材料抗壓性較好。我們所熟知的趙州橋的建設就是充分利用了土、石等材料的優(yōu)點(diǎn)，一方面又減輕了橋身的重量，同時(shí)節約了材料，并且且便于排洪，可以說(shuō)，它是世界古代橋梁的一個(gè)重大成就，以我們今天的角度來(lái)分析，趙州橋的建設充分發(fā)揮了材料力學(xué)的知識和原理。
18世紀前后，生鐵開(kāi)始被人們運用在了橋梁的建設上，之所以使用生鐵，是因為人們意識到生鐵的耐用性要強于土、石，但是，由于人們對材料本身的力學(xué)原理不是很清楚，所以運用上就出現了很多技術(shù)問(wèn)題，但是，這終究還是一種進(jìn)步。
19世紀中葉，歐洲社會(huì )進(jìn)入了工業(yè)化的發(fā)展道路，工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步徹底改變了西方社會(huì )的文明，在這段時(shí)間里，牛頓力學(xué)的出現和發(fā)展、微積分理論的研究都為力學(xué)在建筑中的運用提供了很大的幫助，橋梁的設計當然也包括在內。
20世紀初期，歐洲的工業(yè)已經(jīng)發(fā)展到了較高的水平，這時(shí)，力學(xué)研究的進(jìn)步及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展也已經(jīng)達到了較高的水平。此時(shí)，出現了一些新的材料，高強度鋼材、鋼筋混凝土，預應力混凝土等，這些材料的出現可以說(shuō)是橋梁設計建設中的一次重大飛躍，也充分說(shuō)明了力學(xué)的研究成果在橋梁上的應用。初等材料力學(xué)和結構力學(xué)的研究成果使得跨越能力較強的懸索橋、斜拉橋開(kāi)始被設計出來(lái)典型的例子如美國紐約華盛頓橋，舊金山金門(mén)大橋等。
20世紀后期，計算機技術(shù)的進(jìn)步在建筑中發(fā)揮了重要作用，計算機的應用可以使橋梁設計中的復雜力學(xué)計算變得相當容易，一些計算量大的模型如果靠人工來(lái)完成那幾乎是不可能的，但是借助計算機就可以輕易完成，在力學(xué)計算與分析的前提下，人們還可以利用計算機進(jìn)行與橋梁有關(guān)的輔助設計，這樣的好處就是提高了設計的效率和準確性。
通過(guò)以上的分析可以知道，橋梁設計在20世紀得到了較高水平的發(fā)展，這樣的發(fā)展受到多種因素的影響，但是，力學(xué)理論的因素是關(guān)鍵的作用，所以，有必要總結一下力學(xué)理論在橋梁設計中的應用。
(二)力學(xué)理論在橋梁設計中的應用總結
1.材料力學(xué)的發(fā)展作用巨大。他的作用主要是使橋梁建設中材料的使用更加合理科學(xué)，在運用材料力學(xué)的過(guò)程中，人們通過(guò)長(cháng)期的總結也可以開(kāi)發(fā)出許多新型的材料，這些材料可以進(jìn)一步在建筑中發(fā)揮巨大的作用。
2.預應力思想的出現。這對于橋梁的設計也是有極大作用的。它的作用主要體現在使橋梁恒載不斷降低，跨度卻在不斷增加，這樣一來(lái)，設計出來(lái)的橋梁外形會(huì )更加好看，更具和諧性。
3.高速計算機的運用。計算機的運用主要體現在設計的復雜計算上。在橋梁的設計中，肯定會(huì )有很多復雜的力學(xué)分析和計算，通過(guò)計算機的運用，使得這樣的復雜計算變得十分容易，同時(shí)，也極大地節約了橋梁設計的時(shí)間。
4.在橋梁的設計過(guò)程中，會(huì )有很多的帶有挑戰性的工程力學(xué)問(wèn)題被提出來(lái)，要想解決這些復雜的問(wèn)題，只依靠力學(xué)是不夠的，要借助于多學(xué)科的交叉運用。正是力學(xué)的這種交叉滲透成為了現代橋梁設計的基礎和核心，對現代橋梁的設計起到了核心的作用。
二、力學(xué)在橋梁設計中應用的發(fā)展趨勢
(一)從力學(xué)機理的角度來(lái)研究，多學(xué)科的交叉是一個(gè)重要的方面，在此基礎上，新型的、高強、甚至超高強工程材料的研究是一個(gè)核心的環(huán)節，在實(shí)際的設計過(guò)程中，結構理論的研究上，更符臺實(shí)際狀態(tài)的力學(xué)分析方法是及其重要的，只有這樣，材料潛在的承載力才能過(guò)發(fā)揮出來(lái)。
(二)在運用力學(xué)進(jìn)行大跨度橋梁設計的過(guò)程中，橋梁風(fēng)致振動(dòng)的物理特性和幾何非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)原理是值得我們去深入研究的，要充分運用風(fēng)洞試驗模擬，在此基礎上，綜合空氣動(dòng)力學(xué)和物理，幾何非線(xiàn)性的研究來(lái)為橋梁的設計服務(wù)。2l世紀，力學(xué)理論和計算機都在飛速發(fā)展，在這樣的情況下，橋梁的設計工藝和水準肯定會(huì )有很大的發(fā)展和進(jìn)步，而且這種進(jìn)步是建立在充分利用力學(xué)的基礎之上的。
(三)計算機技術(shù)突飛猛進(jìn)，橋梁輔助系統將發(fā)揮重要的作用。它在力學(xué)結構分析、工程制圖、工程概預算數據庫上都將是必不可少的�，F如今，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)無(wú)論在硬件還是軟件上的發(fā)展都是驚人的，這樣的發(fā)展趨勢也將從根本上解決橋梁設計中的很多問(wèn)題，同時(shí)互聯(lián)網(wǎng)還有一個(gè)好處就是可以實(shí)現資源和設計理念的共享，這也為橋梁的設計工作者們提供了巨大的幫助。
(四)橋梁施工控制技術(shù)在橋梁設計中將發(fā)揮重要作用。固體力學(xué)的基礎理論和數據資料的運用是關(guān)鍵環(huán)節，在計算方法和數值仿真技術(shù)的研究基礎上，無(wú)損檢測的理論及使用技術(shù)得到了發(fā)展，對破舊的的橋梁，可以提供準確可靠的評估報告。在設計過(guò)程中，一方面，通過(guò)控制技術(shù)，可以使得橋梁的設計中的誤差盡可能的小，減小了誤差，不僅可以使橋梁的安全性增加，同時(shí)，也節約了成本;另一方面，控制技術(shù)的運用可以節約時(shí)間成本和人力成本，本來(lái)通過(guò)大量的人力，需要耗費大量的時(shí)間才能完成的設計任務(wù)這時(shí)就變得非常輕松。
(五)在超級跨海大橋的研究中，進(jìn)一步研究其中存在的力學(xué)難題，通過(guò)研究為特大型的橋梁結構設計提供施工和技術(shù)上的理論知識和保證。
可以預測的是，在現代力學(xué)理論的基礎上，未來(lái)的橋梁建筑領(lǐng)域必定會(huì )出現越來(lái)越大的設計既美觀(guān)又實(shí)用的橋梁。
結論
通過(guò)以上的分析我們知道了力學(xué)理論在橋梁設計中的作用，在橋梁的整個(gè)設計和具體的施工中都是起到關(guān)鍵作用的。在橋梁的設計思路上，力學(xué)的運用可以為橋梁的設計提供保障，保證橋梁設計方案的可行性，這樣也就保證了其安全性和耐用性。在未來(lái)，我們相信，橋梁設計會(huì )更加依賴(lài)于力學(xué)理論，當然，自然科學(xué)是不斷在進(jìn)步的，力學(xué)的研究水平也將越來(lái)越高，橋梁設計的水平也必將越來(lái)越高。
參考文獻
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