力学在桥梁设计中的应用

时间:2017-10-25 物理毕业论文 我要投稿

  力学在桥梁的整个设计和具体的施工中都是起到关键作用的,下面是小编搜集整理的一篇探究力学在桥梁设计应用的论文范文,欢迎阅读查看。

  【摘要】在人类发展的漫长岁月中,桥梁是一种社会进步的标志。纵观历史,在全世界的桥梁设计和发展过程中,我们可以总结出桥梁的设计水平与很多因素有关。这其中包括社会生产力的发展水平,当时的工业水准,建设的施工技术,数学理论、力学研究的成果,计算技术的进步等。在这所有的影响因素中,有一个特别值得我们关注,就是力学的应用。可以说,力学在桥梁的设计中起到核心的作用,在l9和20世纪表现得尤为明显,由于力学理论及应用研究的发展,桥梁建设有了质的飞跃。本文主要就是论述力学在桥梁设计中的应用,在分析应用的基础上,进一步阐释未来的发展趋势。

  【关键词】力学;桥梁设计;发展趋势

  前言

  科学技术的发展和进步在人类的历史上总是起到关键的作用,这里我们想要谈的领域是建筑中桥梁设计和自然科学中力学研究成果的关系。在人类的桥梁设计历史上,人们一直在不断探索和尝试新的设计方案,这些方案的实施和实际运用总是建立在一定的理论基础之上,而这个理论基础,或者说是理论依据就是力学的支持,桥梁设计者们运用力学的进步与发展,通过具体的理论分析来设计出安全可靠的桥梁施工方案。这里,我们要探讨的就是力学理论在桥梁设计中的具体运用,同时分析在未来力学会为其带来的哪些更多的帮助。

  一、力学在桥梁设计中的应用分析

  (一)力学在桥梁设计中的应用历史及取得的成就

  在l8世纪以前,科学技术水平有限,那时的桥梁设计者们对力学的很多原理是不太了解的,但是,在实际的设计和建设中已经不自觉地在运用力学的知识了。例如,人们总结出土、石、砖、木等材料抗压性较好。我们所熟知的赵州桥的建设就是充分利用了土、石等材料的优点,一方面又减轻了桥身的重量,同时节约了材料,并且且便于排洪,可以说,它是世界古代桥梁的一个重大成就,以我们今天的角度来分析,赵州桥的建设充分发挥了材料力学的知识和原理。

  18世纪前后,生铁开始被人们运用在了桥梁的建设上,之所以使用生铁,是因为人们意识到生铁的耐用性要强于土、石,但是,由于人们对材料本身的力学原理不是很清楚,所以运用上就出现了很多技术问题,但是,这终究还是一种进步。

  19世纪中叶,欧洲社会进入了工业化的发展道路,工业的发展和进步彻底改变了西方社会的文明,在这段时间里,牛顿力学的出现和发展、微积分理论的研究都为力学在建筑中的运用提供了很大的帮助,桥梁的设计当然也包括在内。

  20世纪初期,欧洲的工业已经发展到了较高的水平,这时,力学研究的进步及相关学科的发展也已经达到了较高的水平。此时,出现了一些新的材料,高强度钢材、钢筋混凝土,预应力混凝土等,这些材料的出现可以说是桥梁设计建设中的一次重大飞跃,也充分说明了力学的研究成果在桥梁上的应用。初等材料力学和结构力学的研究成果使得跨越能力较强的悬索桥、斜拉桥开始被设计出来典型的例子如美国纽约华盛顿桥,旧金山金门大桥等。

  20世纪后期,计算机技术的进步在建筑中发挥了重要作用,计算机的应用可以使桥梁设计中的复杂力学计算变得相当容易,一些计算量大的模型如果靠人工来完成那几乎是不可能的,但是借助计算机就可以轻易完成,在力学计算与分析的前提下,人们还可以利用计算机进行与桥梁有关的辅助设计,这样的好处就是提高了设计的效率和准确性。

  通过以上的分析可以知道,桥梁设计在20世纪得到了较高水平的发展,这样的发展受到多种因素的影响,但是,力学理论的因素是关键的作用,所以,有必要总结一下力学理论在桥梁设计中的应用。

  (二)力学理论在桥梁设计中的应用总结

  1.材料力学的发展作用巨大。他的作用主要是使桥梁建设中材料的使用更加合理科学,在运用材料力学的过程中,人们通过长期的总结也可以开发出许多新型的材料,这些材料可以进一步在建筑中发挥巨大的作用。

  2.预应力思想的出现。这对于桥梁的设计也是有极大作用的。它的作用主要体现在使桥梁恒载不断降低,跨度却在不断增加,这样一来,设计出来的桥梁外形会更加好看,更具和谐性。

  3.高速计算机的运用。计算机的运用主要体现在设计的复杂计算上。在桥梁的设计中,肯定会有很多复杂的力学分析和计算,通过计算机的运用,使得这样的复杂计算变得十分容易,同时,也极大地节约了桥梁设计的时间。

  4.在桥梁的设计过程中,会有很多的带有挑战性的工程力学问题被提出来,要想解决这些复杂的问题,只依靠力学是不够的,要借助于多学科的交叉运用。正是力学的这种交叉渗透成为了现代桥梁设计的基础和核心,对现代桥梁的设计起到了核心的作用。

  二、力学在桥梁设计中应用的发展趋势

  (一)从力学机理的角度来研究,多学科的交叉是一个重要的方面,在此基础上,新型的、高强、甚至超高强工程材料的研究是一个核心的环节,在实际的设计过程中,结构理论的研究上,更符台实际状态的力学分析方法是及其重要的,只有这样,材料潜在的承载力才能过发挥出来。

  (二)在运用力学进行大跨度桥梁设计的过程中,桥梁风致振动的物理特性和几何非线性动力学原理是值得我们去深入研究的,要充分运用风洞试验模拟,在此基础上,综合空气动力学和物理,几何非线性的研究来为桥梁的设计服务。2l世纪,力学理论和计算机都在飞速发展,在这样的情况下,桥梁的设计工艺和水准肯定会有很大的发展和进步,而且这种进步是建立在充分利用力学的基础之上的。

  (三)计算机技术突飞猛进,桥梁辅助系统将发挥重要的作用。它在力学结构分析、工程制图、工程概预算数据库上都将是必不可少的。现如今,互联网技术无论在硬件还是软件上的发展都是惊人的,这样的发展趋势也将从根本上解决桥梁设计中的很多问题,同时互联网还有一个好处就是可以实现资源和设计理念的共享,这也为桥梁的设计工作者们提供了巨大的帮助。

  (四)桥梁施工控制技术在桥梁设计中将发挥重要作用。固体力学的基础理论和数据资料的运用是关键环节,在计算方法和数值仿真技术的研究基础上,无损检测的理论及使用技术得到了发展,对破旧的的桥梁,可以提供准确可靠的评估报告。在设计过程中,一方面,通过控制技术,可以使得桥梁的设计中的误差尽可能的小,减小了误差,不仅可以使桥梁的安全性增加,同时,也节约了成本;另一方面,控制技术的运用可以节约时间成本和人力成本,本来通过大量的人力,需要耗费大量的时间才能完成的设计任务这时就变得非常轻松。

  (五)在超级跨海大桥的研究中,进一步研究其中存在的力学难题,通过研究为特大型的桥梁结构设计提供施工和技术上的理论知识和保证。

  可以预测的是,在现代力学理论的基础上,未来的桥梁建筑领域必定会出现越来越大的设计既美观又实用的桥梁。

  结论

  通过以上的分析我们知道了力学理论在桥梁设计中的作用,在桥梁的整个设计和具体的施工中都是起到关键作用的。在桥梁的设计思路上,力学的运用可以为桥梁的设计提供保障,保证桥梁设计方案的可行性,这样也就保证了其安全性和耐用性。在未来,我们相信,桥梁设计会更加依赖于力学理论,当然,自然科学是不断在进步的,力学的研究水平也将越来越高,桥梁设计的水平也必将越来越高。

  参考文献

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