力學(xué)發(fā)展與橋梁發(fā)展的關(guān)系

1、力學(xué)發(fā)展與橋梁發(fā)展的關(guān)系橋梁在人類發(fā)展的歷史過程中，可以說一直是一種社會文明的代表，縱觀世界橋梁建設(shè)發(fā)展的歷史，可以發(fā)現(xiàn)橋梁的發(fā)展與當(dāng)時(shí)社會生產(chǎn)力的發(fā)展，工業(yè)水平的提高，施工技術(shù)的改進(jìn)，數(shù)學(xué)、力學(xué)理論的發(fā)展，計(jì)算技術(shù)的改革都有密切的關(guān)系，其中力學(xué)理論的應(yīng)用在橋梁建設(shè)中起著舉足輕重的作用特別是在19,20世紀(jì)，隨著力學(xué)理論及應(yīng)用研究的長足進(jìn)步，促使橋梁建設(shè)發(fā)生了前所未有的飛躍本文從力學(xué)在橋梁工程中的應(yīng)用這個(gè)角度，作簡要的評述。l8世紀(jì)以前，雖然當(dāng)時(shí)人們對力學(xué)中的許多機(jī)理尚不了解，但已經(jīng)在實(shí)踐中摸索出諸如，土、石、磚、木等材料主要適合于受壓的場合，因此所采用的橋梁建筑結(jié)構(gòu)較為簡單，如舉世聞名的趙州

2、橋(跨度為3702m，公元605年)，它既發(fā)揮了土、石等圬工材料的優(yōu)點(diǎn)，又減輕了橋身的自重，節(jié)約了用材，且便于排洪，還增加了美觀，它集中體現(xiàn)了世界古代橋梁的偉大成就，同時(shí)也代表了古代中華文明，在今天看來，它應(yīng)是力學(xué)在當(dāng)時(shí)材料條件下的最佳發(fā)揮。18世紀(jì)前后，人們開始使用生鐵，盡管人們已經(jīng)認(rèn)識到了這類材料是優(yōu)于土、石等圬工材料的一類新材料，但是由于材料本身的缺昭以及人們對其力學(xué)機(jī)理、物理性質(zhì)尚不清楚，其應(yīng)用仍然受到了很大的限制19世紀(jì)中葉，由于歐洲率先進(jìn)入了工業(yè)社會，從根本上改變了西方社會近千年的文明，特別是在這一時(shí)期伴隨牛頓力學(xué)的形成、微積分學(xué)的發(fā)展及歐洲工業(yè)化格局的形成，使得力學(xué)的理論與實(shí)踐得

3、到了很大的發(fā)展。1857年由圣沃南在前人對拱的理論、靜力學(xué)和材料力學(xué)研究的基礎(chǔ)上，提出了較完整的梁理論和扭轉(zhuǎn)理論。這個(gè)時(shí)期連續(xù)梁和懸臂梁的理論也建立起來。橋梁桁架分析(如華倫桁架和豪氏桁架的分析方法)也得到解決。19世紀(jì)70年代后經(jīng)德國人K庫爾曼、英國人WJM蘭金和JC麥克斯韋等人的努力，結(jié)構(gòu)力學(xué)獲得很大的發(fā)展，能夠?qū)蛄焊鳂?gòu)件在荷載作用下發(fā)生的應(yīng)力進(jìn)行分析。這些理論的發(fā)展，推動了桁架、連續(xù)梁和懸臂梁的發(fā)展。19世紀(jì)末，彈性拱理論已較完善，促進(jìn)了拱橋發(fā)展。20世紀(jì)20年代土力學(xué)的興起，推動了橋梁基礎(chǔ)的理論研究。 20世紀(jì)初期，由于西方工業(yè)社會的空前發(fā)展，力學(xué)研究的進(jìn)步及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展導(dǎo)致高強(qiáng)度

4、鋼材、鋼筋混凝土乃至預(yù)應(yīng)力混凝土等材料的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)橋梁工程發(fā)展史上的第2次飛躍根據(jù)初等材料力學(xué)的結(jié)論，混凝土抗拉強(qiáng)度很低，但其價(jià)格卻遠(yuǎn)低于鋼材，人們?yōu)榱嗽黾悠淇估芰?，設(shè)計(jì)了鋼筋混凝土這類復(fù)合建筑材料，使其既能承受拉力，又能承受壓力，但限于混凝土材料本身所具有的力學(xué)性能，將其作為粱式橋結(jié)構(gòu)用材，跨度仍遠(yuǎn)遜色于傳統(tǒng)的拱橋結(jié)構(gòu)在進(jìn)一步實(shí)踐過程中，人們又發(fā)現(xiàn)盡管有受力鋼筋在承載，但在受拉區(qū)仍然不可避免地會出現(xiàn)一些裂縫，若對鋼筋施加一定張力作用，可以克服此弊端即通過張拉預(yù)應(yīng)力筋，使得受拉區(qū)事先儲備一定數(shù)值的壓應(yīng)力當(dāng)外荷載作用時(shí)，混凝土可不出現(xiàn)拉應(yīng)力或不超過某個(gè)臨界值的拉應(yīng)力，從而極大地提高丁混凝土結(jié)構(gòu)

5、的抗裂性能、剛度和承載能力，進(jìn)而導(dǎo)致了預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，擴(kuò)展了其應(yīng)用的范圍，使之成為了20世紀(jì)橋梁工程中的一類主要結(jié)構(gòu)。隨著橋梁工程建設(shè)的不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了諸多困擾人們的力學(xué)難題，橋梁空間結(jié)構(gòu)的受力分析，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的次應(yīng)力計(jì)算，主梁、橫隔粱、橋面板、支座、墩臺及基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)、計(jì)算分析等都是和力學(xué)密切相關(guān)的問題，數(shù)學(xué)、力學(xué)理論及計(jì)算工具的進(jìn)步推動了這些問題的懈決，并促進(jìn)了橋梁工程進(jìn)一步的發(fā)展和飛躍，同時(shí)使得橋梁工程作為獨(dú)立的科學(xué)技術(shù)被確認(rèn)，不再是憑橋梁設(shè)計(jì)者們的智慧和經(jīng)驗(yàn)的創(chuàng)造過程，而是一門融理論分析、設(shè)計(jì)、施工控制與管理于一體的系統(tǒng)性學(xué)科，力學(xué)在這其中發(fā)揮了關(guān)鍵的作用，并且和其它學(xué)科進(jìn)一步

6、交叉滲透，派生出若干新的學(xué)科。橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性研究也是在橋梁發(fā)展過程中產(chǎn)生的一個(gè)新的力學(xué)應(yīng)用研究分支，它與橋梁所承受的某些動荷載有關(guān)，如風(fēng)載、地震等是力學(xué)在橋梁工程中應(yīng)用的一大進(jìn)步，也是關(guān)系到其經(jīng)濟(jì)與安全的主要問題之一，它與強(qiáng)度問題的研究有著同等重要的意義。近年來，由于大跨度橋梁建設(shè)日益廣泛地采用高強(qiáng)度材料和薄壁結(jié)構(gòu)，使得此類問題的研究更具重要的意義。隨著橋梁上部結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展，必然給下部結(jié)構(gòu)提出更高的要求，同時(shí)也提出了更多的力學(xué)問題由于鋼筋棍凝土的推廣使用，墩臺的結(jié)構(gòu)形式趨于多樣化，除傳統(tǒng)的重力墩臺外。在力學(xué)分析的基礎(chǔ)上發(fā)展了空墩、樁柱式墩臺、構(gòu)架式墩臺、框架式墩臺、雙柱式墩、拼裝墩臺、預(yù)應(yīng)

7、力鋼筋薄壁墩等新型墩臺，并且日趨輕型化、柔性化，同時(shí)高墩技術(shù)也有較大的發(fā)展。20世紀(jì)后期，計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)為人們解決在橋梁建設(shè)中若干復(fù)雜力學(xué)計(jì)算創(chuàng)造了條件，使得一些計(jì)算工作量大得驚人的模型分析，得以通過計(jì)算機(jī)獲得解答，在力學(xué)計(jì)算與分析的基礎(chǔ)上，人們進(jìn)一步能夠利用計(jì)算機(jī)方便地進(jìn)行與橋梁有關(guān)的輔助設(shè)計(jì)(CAD)，提高了工作效率。如前所述，橋梁工程在20世紀(jì)得到了長足發(fā)展，原因雖然是多方面的，但力學(xué)理論的完善及進(jìn)步卻起到了舉足輕重的關(guān)鍵作用，這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)材料力學(xué)的進(jìn)步改進(jìn)了橋梁建設(shè)中材料的使用，并使得人們在和材料科學(xué)交叉滲透的過程中發(fā)展了許多高性能的復(fù)合材料。(2)預(yù)應(yīng)力思想的出現(xiàn)促進(jìn)了橋梁的發(fā)展，導(dǎo)致橋梁恒載在不斷地降低，跨度