浅析“定性结构学”在土木工程结构项目中应用

浅析“定性结构学”在土木工程结构项目中应用

朱曼丽

哈尔滨铁道职业技术学院黑龙江哈尔滨150000

摘要，定性结构力学作为一种重要的知识理论和系统结构，在工程项目的开发与管理过程中有着重要的作用。了解定性结构力学相关的内容以及相关的设计理念具有重要的意义，在此基础之上进行相关的分析和估算，对于工程建设提供了理论上的支持。本文就从定性结构力学的相关知识出发，并结合土木工程的相关建设，进而探讨和论述了定性结构力学在其中的应用问题。

关键词：定性结构力学；土木工程结构项目；应用

前言

随着经济的快速发展，科技的不断进步，工程建设也得到了快速的发展，如何做好工程的建设，促进经济的快速发展成为社会和各行业关注的重要问题。而作为工程建设中的重要理论知识之一的“定性结构力学”也得到了人们的关注和学习，它的相关知识要点、知识要义在实践中发挥中重要的作用。定性结构力学包括“计算结构力学”定性结构力学，从定性分析、估算判断的基础上进而掌握结构力学的核心概念和基本方法。

一、结构力学的学科涉及的学科理论

结构力学根据研究性质和对象的不同分为结构静力学，结构动力学，结构稳定理论，结构断裂、疲劳理论，杆系结构理论，薄壁结构理论和整体结构理论等。

结构静力学主要研究工程结构在静载荷作用下的弹塑性变形和应力状态以及结构优化问题，是结构力学其他分支学科的基础。结构动力学是研究工程结构在动载荷作用下的响应和性能的分支学科，由于涉及时间因素，结构动力学的研究内容一般比结构静力学复杂。结构稳定理论是研究工程结构稳定性的分支，主要研究细杆、薄板和薄壳在受压时应力小于屈服极限的情况下发生失稳(皱损或曲屈)的问题。结构断裂和疲劳理论是研究因工程结构内部裂纹在外载荷作用下扩展引起断裂破坏，或在幅值较小的交变载荷作用下引起疲劳破坏的学科。另外在对各种工程结构的理论和实验研究中，针对研究对象的维度差别还形成了杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理论三类。随着科学技术的不断进展，又涌现出夹层结构和复合材料结构。

结构力学是一门古老且如今发展迅速的学科，新型工程材料和新型工程结构的大量涌现为结构力学提供了新的研究内容并提出了新的要求。同时，计算机技术的发展为结构力学提供了有力的计算工具。结构力学对数学及其他学科的发展起到了很好的推动作用，如有限元法这一数学方法的出现和发展就与结构力学的研究有密切关系。

二、定性结构力学的相关知识

结构概念是人们对建筑结构的一般规律和最本质特征的认识，正确的结构概念使人们能深刻理解结构的受力特性，从而使设计更加完善。下面谈谈几个重要的基本概念

1、基本受力状态。构件的基本受力状态可以分为拉、压、弯、剪、5种，一般构件的受力状态都可分解为这几种基本受力状态，因此加深对这5种基本受力状态的理解和体会是非常重要的。轴心受拉是最简单的受力状态，不论构件截面形状如何，只要外力通过截面中心，截面上各点受力均匀，构件上任一点的材料强度都可以被充分利用，因此轴心受拉是最合理的受力状态、目前悬索、悬挂结构得到广泛应用，就是采用了轴心受拉的合理受力状态。轴心受压与轴心受拉相比截面应力状态相同，只是拉压方向相反，截面上应力分布均匀，对于适合受压的材料也有很好的受力状态，例如石拱桥就充分利用了石材抗压的特点，结构经济合理。但受压构件较细长时会有稳定问题，偶然的附加偏心力会降低构件的承载能力，甚至引起失稳。

2、弯和剪往往同时发生，截面上弯曲正应力在中和轴近很小，离中和轴最远处最大；截面上剪应力刚好相反，中和轴处剪应力最大，离中和轴最远处剪应力为零，因弯和剪对材料的利用不充分，但这种受力状态在工程中可避免，所以选用合理的截面形式就显得很重要。对于大跨度的梁，可以改用杆件处于拉、压状态的桁架，从而材料得以充分利用。当构件受扭时截面上的剪应力在边缘处最大，在中处最小，同时扭转变形在边缘处很大，因此扭转是最不的受力状态，除了选用合理的截面形式外，更应注意结的合理布置，尽量减小构件的扭距，同时对扭转变形较的部位进行局部加强，提高抗扭能力。

三、定性结构力学在土木工程项目改造中的应用

不论新建工程还是改造工程，实施之前须先对工程结构中的力学行为做出定性分析，然后进行定量计算。本项目根据原有施工图特点，定性分析如下：

(1)所有柱下独立基础的形状尺寸和配筋情况基本相同，考虑到地基承载力的时间效应，二层①～②轴的室外楼梯间和④～⑤轴的室外平台变为室内从基础受力及地基承载力上是可行的。

(2)根据设计经验，原柱配筋偏于安全，且所有角柱配筋相同、边柱和中柱的配筋也分别相同，因此，无须对原有柱子进行加固便可实现增层改造。

(3)通过对比，虽增加了隔墙，但该墙可通过植于框架柱上的钢筋来解决；再之，砖墙支承在框架梁上，故窗上过梁可通过支承在墙体上的简支梁来解决。

(4)通过对比，改造后的结构虽在④轴和⑩轴上增加了外窗，但由于该窗所在的平面与轴线相同，故窗上过梁可通过简支于框架柱上的梁来解决，所不同是，由风荷载的影响，窗不能太高，为便于与整个结构的外形相协调，该梁尺寸定为100m×1400m；另外，①轴以左原为开敞式走廊，欲将其改造为封闭式，考虑风荷载的影响后，窗上也应设置过梁。由于过梁下无墙体支承，要实现这一点，需增加支承该梁的构造柱，该过梁可按单跨简支梁计算也可按多跨连续梁计算。

结束语

总之，定性结构分析作为重要的知识理论体系，无论是在项目工程的建设以及运用的过程中都发挥这重要作用。做好“定性结构分析”相关知识的学习、了解和认知，加强对定性结构相关知识的研究和分析。随着经济和科技的快速发展，工程建设也日益成为了热点和关注度较高的问题，定性结构分析做为一项实用性较强的理论知识，在土木工程项目中有着重要的运用，所以，加强定性结构分析与土木工程的有效结合，做到对土木工程的巨大推动和支持。在土木工程的项目管理和建设的过程中，一定要引进定性结构分析的相关原理，做好工程项目的分析工作，真正实现定性结构分析在其中的有效运用，进而打开土木工程建设的新局面。

参考文献：

[1]黄再兴，胡海岩.国内外大学工科专业力学课程设置情况对比[J].力学与实践，2003，1：44-46.

[2]刘礼华，等.以基本内容为核心创建结构力学实验体系[J].理工高教研究，2007，26（1）：116-117.