弹塑性力学在生活中的应用

1、弹塑性力学在生活中的应用弹塑性力学在桩基础、浅基础、边坡、码头、隧道、桥梁等工程方面的应用十分广泛, 在此提供两个案例进行说明。一、弹塑性力学在爆破法隧道施工中的应用木例主要讨论弹塑性力学在隧道施工中的应用。而隧道施工正常采用爆破方法来进行, 因而需要考虑到爆破法对隧道围岩稳定性的影响，并对其进行力学分析，从而保证隧道建设 的安全性。爆破法对隧道围岩破坏主要有：一、在爆破一定距离内，在爆炸冲击和生成物高温、高 压直接作用下，围岩发生破碎坍塌；二、稍远处，伴随冲击波在围岩屮的传播，对岩层产生 扰动。因而，爆破法隧道施工需要利用弹塑性力学对围岩的性质和力学性能进行分析。岩石性质围岩的岩石性质和岩体

2、结构通过围岩的强度来影响围岩的稳定也是影响围岩稳定性的 基本因素。从岩性的角度，可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩，塑性围岩主要包插各类粘 土质岩石、粘土岩类、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石等，通常具有风化速度快，力学 强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等不良性质，故对隧道围岩的稳定最为不利。脆性围岩主要各类坚硬体，山于这类岩石本身的强度 远高于结构面岩石的强度，故这类围岩的 强度主要取决于岩体的结构，岩性本身的 影响不是很显著。围岩岩体的变形和破坏 的形式特点，不仅与岩体内的初始应力状 态和隧道形状有关，而且还与围岩的岩性 有关，但主要的是和围岩的岩性有关。2、岩体的力学性能岩体所受天然应力主要

3、是岩体的自重、内应力和残余应力在某一个点处相互作用的结 果。已经有人量的实践资料证明，人多数地区的岩体的应力状态是以水平方向为主的，即水 平应力通常大于垂直应力。一般情况下，隧道轴向与水平主应力垂直，以改善隧道周边的应 力状态。但水平应力很大时，则隧道方向最好与之平行以保证边墙的稳定性。然而，岩体的 应力对隧道影响主要取决于垂直于隧道轴向水平应力的大小为天然应力的比值，它们是围岩 内应力璽分布状态的主要因索。冇实验表明：在丿施工爆破载荷作用下，同一断面上的围岩切 向最人拉应变分布规律是拱顶较小，拱腰最小，至拱脚处已增人数倍，边墙屮部最人；用岩 内部径向动拉应力最大值远比切应力小，沿同一断而的分

4、布在拱部比边墙大。然而，上述因素并不是一成不变的而是在地壳内外营力的作用下不断变化的。因此不 论是选择隧道的位置，还是对隧道进行衬砌、考虑隧道的施工方法以及对隧道围岩稳定性进 行维护、还是对隧道围岩进行等级划分时,必须从发展的观点利用弹塑性力学考虑岩石的性 质、天然应力状态等自然因素对隧道围岩稳定性的影响。二、弹塑性力学在桥梁工程中的应用近阶段，不断出现的桥梁倒塌事故说明脱离了理论联系实际的原则所造成的严重后果以 及力学原理在桥梁建设屮的重要性。相对于工程结构的安全性设计和在役结构的安全性鉴 定、耐久性分析等研究工作，施工结构的安全性分析工作还处于相当初期的水平。针对以上 问题，就桥梁建设屮需

5、要对其力学性能进行详细的设计研究，主要需要对如下一些方而进行 考虑：1、桥梁的组成、基本类型及受力情况桥梁主要山桥跨结构、桥墩、桥台、基础及桥头锥坡等部分组成。通常习惯将桥梁的桥 跨称上部结构，将桥墩、桥台及其基础称为桥梁的下部结构。桥梁的基木形式按桥梁主要承 重构件的受力情况可分为：1.1梁桥梁桥的主要承重构件是梁（板）。在竖向荷载作用下，梁主要承受弯矩，墩台主要承受 竖向压力。梁桥又可分为实腹梁和桁架梁。实腹梁承受弯矩和剪力；而桁架梁的杆件则主要 承受轴向力。梁桥还可分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁等。1.2拱桥拱桥主要承重构件是拱圈。在竖向荷载作用下，拱圈主要承受压力，但也承受弯矩。拱 桥

6、墩台除承受竖向压力和弯矩外，还承受水平推力。1.3刚架桥刚架桥上部结构和墩台（支柱）彼此连成一个整体，在竖向荷载作用下，柱脚产生竖向 反力、水平反力和弯矩。这种桥的受力情况介于梁和拱之间。1.4悬索桥又称吊桥，以缆索作为承重构件在竖向荷载作用下，缆索只承受拉力，墩台除承受竖向反力外，还承受水平推力。1.5组合体系桥它是由几个不同受力体系的结构所组成，互相联系，共同受力，如斜拉桥、系杆拱桥等。2、桥梁结构中的力学问题2.1轴心受压构件与偏心受压构件纵向压力通过构件截血重心的构件称为轴心受压构件。轴心受压构件可分为短柱和长柱 两大类。柱的极限承载能力仅収决于横载面尺寸和材料强度的称为短柱；长柱在轴

7、力和附加 弯短的作用下，最终失去平衡状态而失稳破坏。同时承受轴向压力和弯矩的构件称为偏心受 压构件；偏心受压构件的失效形式一般对分为受拉破坏和受压破坏两类。2.2受弯构件的正弯矩截面与负弯距截面梁构件在外力作用下，弯矩是横截面承受的主要内力之一。当梁段的弯曲向下凸时，横 截面上的弯矩称为正弯矩，反z称为负弯矩。当为正弯矩吋（如梁的跨中部分），受拉钢筋 以布置在梁截面的底部为主，反z （如连续梁和悬臂梁的支座处），受拉钢筋以布置在梁截 而的顶部为主。2.3普通混凝土结构与预应力混凝土结构钢筋混凝土由钢筋和混凝土两种物理力学性能不同的材料所组成。一般说来，在钢筋混 凝土结构中，混凝土主要承担压力，

8、钢筋以承担拉力为主，必要时也可承担压丿j。预应力混 凝土就是用人工的方法在构件受荷前预先对混凝土结构施加一定的压应力。一般是通过张拉 钢筋，利川钢筋被拉伸后产生的回弹力挤压混凝土來实现的。根据张拉钢筋与浇筑混凝土的 先后关系，预加压力的方法可分为先张法与后张法两大类。2.4箱形梁中的温度应力箱形截面是连续体系梁中最常用的截面形式。日照会引起桥梁向阳与背阳部位的温度差 异，昼夜温差还会引起箱梁内箱与外壁的温差。研究表明，对于人跨度预应力混凝土箱形梁 桥，温度应力可以达到甚至超过活载的应力。3、总结桥梁建设中所用到的力学基础知识是非常广泛的。通常对分为桥梁结构静力学、桥梁结 构动力学、桥梁土力学和桥梁水力学四大部分。桥梁结构静力学主要包括结构静力力系平衡 分析，静定、静不定结构分析，结构强度、刚度验算，结构稳定性分析等。桥梁结构动力学 主要包括桥梁固冇振动特性分析，车辆荷载作用下的桥梁强迫振动分析，风或地震力作用下 桥梁振动分析等。桥梁土力学主要包括土对桥梁结构的压力作用计算，土与结构相互作用分 析，地基沉降计算等。桥梁水力学主要