土木工程分析的施工力学与时变力学基础研究

土木工程分析的施工力学与时变力学基础研究

王辛一

深圳市华赛人力资源服务有限公司

摘要：经济迅速发展，为了土木工程行业进一步发展创建了有利条件，同时土木工程也是建筑行业中重要工程项目之一，施工质量直接关系土木工程后期使用安全。基于此，本文对土木工程的施工力学、时变力学进行分析，结合工程安全要求、重力荷载变化，再根据材料特性与数值方法运用来深入研究土木工程施工力学与时变力学，希望能为提高土木工程施工规范性提供一些参考。

关键词：土木工程；施工力学；时变力学

引言：从目前土木工程项目实际建设情况来看，施工期间发生安全事故的概率极高，不仅造成人员伤亡，也直接影响着项目投资整体效益。在实际施工过程中，注重对土木工程相关的施工力学、时变力学进行分析，以此来提升施工作业规范性，减少安全事故发生，保障土木工程安全顺利建设。如何进一步详细分析土木工程施工力学与时变力学，是目前各相关人员需要考虑的问题。

1.分析土木工程的施工力学

1.1工程安全

相较于其他类型工程，土木工程施工周期相对较长，再加上施工过程中，存在诸多不确定因素，极易导致施工期间发生各种问题，如地基沉降、结构裂缝等。因此，在正式工程建设前，施工单位做好前期各项准备工作非常必要，特别是实地勘查，对发现威胁土木工程安全建设的因素有着重要作用，同时也能为施工单位就潜在风险隐患提出相应防范措施，规避施工风险。定期检查施工现场中基础设备，确认基础设备是否存在故障与安全隐患，并在此基础上建立相应施工管理制度，保证土木工程的施工力学能够在规范的操作标准下完成^[1]。施工单位需要聘请行业内专业技术人员负责对施工现场的基础设备与力学设施开展检查工作，结合土木工程实际施工进度要求，在加强施工成本把控的基础上完善施工力学管理流程，要求各施工部门均要严格按照土木工程规范标准开展各项施工作业，加大工程中各环节施工力学运行情况监督力度，为土木工程项目能够在既定周期内完成施工任务提供安全保障。

1.2力学基础

相较于其他力学，与土木工程相关的力学，并不是针对某一种特定结构，随着时间与空间变化，其结构也会发生一定变化，时变力学是施工力学的基础，一般情况下，将研究对象之间的相同点进行分析作为开展研究活动的切入点，受到时间变化影响时，虽然外部因素也会产生变化，但力学内部参数是处于恒定不变的状态。发展中的力学也会有新的理论不断形成。基于此，针对土木工程的施工力学研究，力学内部参数变化是此过程中需要关注与分析的重点，为后期研究时变力学相关内容提供便利。

1.3重力荷载变化

动态化是土木工程施工明显的基本特征，大部分建筑物在施工周期内均会产生较大的重力荷载变化。主要表现在以下几个方面：一是，混凝土、钢筋结构等是土木工程建设过程中重要的施工材料，随着这一类施工材料使用量增加，建筑物自身重力荷载产生变化；二是，在施工期间，建筑内部结构、形状产生变化属于必然现象，结构原有受到的重力荷载将因内部结构、形状发生变化而被重新分配，且不能保证建筑结构均匀受力。基于施工力学，精准分析土木工程构件，掌握不同类型构件所承受的重力荷载具体情况，为施工人员调整结构提供参考依据，解决各构件因重力荷载承受超过自身限值而导致裂缝问题发生。通常情况下，竣工荷载情况也是开展土木工程设计时需要给予重视的因素，便于更好地研究结构施工时所产生的内力时空变化影响。

1.4材料特性变化

混凝土、钢筋框架材料不仅是土木工程建设中所涉及到的重要施工材料，材料消耗量也相对较大，建筑物使用时间逐渐增加，土木工程结构的物理强度、刚度也会因时间变化而发生不同程度上的变化，由于实际施工中潜在诸多不确定因素，在其影响作用下，极易导致建筑材料原有特性被破坏。以某个土木工程项目的钢筋主体框架为例，该类型钢筋主体框架使用期限为50年，在实际使用过程中，工程区域范围内有地震灾害产生，造成建筑外部墙体出现微小裂缝，并在持续时间较常的阴雨天气影响下，墙体裂缝被雨水浸入，导致内部钢筋框架被外部浸入的雨水侵蚀，致使钢筋结构自身抗剪切力、物理强度明显下降，钢筋框架与建筑物的使用期限均会被缩减。

2.分析土木工程的时变力学

2.1数值方法

利用有限单元法在施工力学中对与土木工程的相关的时变力学数值进行求解。施工材料是否具备热效能是土木工程施工过程中极为关注的一点，可以通过以时间变量的方式对时变力学方程进行计算，虽然在计算方程中存在偏导项求解环节，但最终数值并不会受到时间变量的影响，只需在求解方程时做好最后参数与时间函数的转化，即可获得时变力学方程数字化结果。对土木工程的解域时变问题解决时，不便捷离散网格的格式某种程度上干涉了此问题的高效解决，可通过利用时变单元法对其进行解决，掌握时间变化对单元大小的影响，完成土木工程解域时变，消除时变力学方程计算中出现的奇异问题。数值积分稳定性也是方程计算过程中较为常见的情况，可通过辛算法来规避此情况出现，保证数值积分稳定性。

2.2非线性时变力学

混凝土、岩土是土木工程建设中常用到施工材料介质，结合非线性时变力学特性，明确研究非线性时变力学的范围，其中几何、物性以及边界非线性是组成非线性的三个部分，精准解析非线性时变力学中潜在问题，可以选择增量的方式对非线性时变力进行辅助计算，或者对物性及几何参数的变化情况予以参考，在此基础上合理展开增量计算，能够有效规避研究非线性时变力学时对施工进度造成延误情况出现。掌握上述施工材料介质实际增量^[2]。

2.3对其他建筑物的影响

开挖、打孔等是土木工程施工中必不可少的施工工序，作业实际开展过程中，必然对地基结构、地下管道等其他建筑物带来不同程度上的影响。基于此，在土木工程施工中，精准分析所研究的对象，并在掌握相关几何参数、时间函数的前提下，合理制定施工计划，提升施工作业规范性。时变力学属于数学理论范畴，不但支持时变物体产生物理现象变化的研究，同时也能保证物体变量及参数的分析结构精准性。因有诸多不稳定因素在土木工程施工中存在，增加安全事故发生概率，同时也会影响建筑物重力荷载产生变化，致使建筑物主体结构受力不均，发生裂缝等相关问题，通过对竣工结构的重力荷载变化深入分析，掌握不稳定因素存在所产生的影响，以此来保证土木工程施工安全。

结束语：综上所述，分析土木工程施工力学与时变力学，精准掌握施工中各结构、物体的力学变化及潜在不稳定性因素，为施工人员及时调整结构，保证各部位结构均匀受力，并解决建筑主体裂缝问题频繁出现提供参考依据，在此基础上合理安排施工计划与安全管理举措，提高土木工程建设安全性同时，也能为实现我国建筑行业健康持续发展打下坚实的基础。

参考文献：

[1]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.

[2]张波. 土木工程分析的施工力学与时变力学基础解析[J]. 城市建设理论研究(电子版),2019,(18):188.