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摘要：材料力學就是通過研究材料在各類外部荷載作用下的應力及變形情況，分析材料強度、穩定性及最大承載力。將材料力學軸壓原理高效應用在建設行業中，可更好評測施工材料適用性，切實提升工程施工質量及效率。基于此，對材料力學壓軸原理在土木工程中的具體應用進行相關概述，旨在充分發揮出材料力學在土木工程中的應用價值。

關鍵詞：材料力學;軸壓原理;土木工程

隨著社會城市化發展進程不斷推進，土木工程呈現出數量增多、建設規模擴大以及施工管理難度加大等特征。為使土木工程更好地滿足城市建設質量標準，工程管理部門應緊抓材料力學軸原理應用工作；依據材料力學軸壓特征，分析施工材料及土木結構隱藏質量及安全隱患，切實提升施工材料利用率，促進土木工程有序開展。

1材料力學理論研究

從研究對象角度分析，材料力學就是研究材料在各類外力條件下產生的應變力、強度、剛度及穩定性變化的學科，與理論力學及結構力學共同構成力學科學。通常情況下，材料力學需事先開展理論力學的研究工作，學會構建基本力學模型及簡要分析力學原理。材料力學主要研究方向為桿件、板殼及塊體的內力及變形程度。與其他力學研究相比，材料力學需涉及以下幾方面內容：第一，研究各類材料力學性能或機械性能；第二，研究各構件受力情況，得出構件應力及變形具體參數。以桿件研究為例，結構力學對桿件的研究多圍繞桿件及其整體結構的受力情況，而材料力學則以研究桿件不同的受力狀態，如拉伸、壓縮、彎曲以及剪切，通過受力狀態分析結論，得出桿件軸力、壓力、拉力及彎矩力數值，最后依據材料力學軸壓原理、彎曲正應力原則，分析桿件及其整體結構存在問題，為桿件結構進一步完善及優化提供重要理論依據。

2土木工程材料力學軸壓原理的應用

材料力學軸壓原理主要就是指受到軸向力作用的構件，構件正應力（設計強度或允許應力）為軸向力與構件截面積比值。其中，構件正應力與構件截面積成反比，與軸向力成正比；在軸向力不變情況下，構件截面積越大，正應力越小；反之構件截面積越大；在構件截面積不變情況下，軸向力越大，正應力越大。依照構件正應力參數數值，可判斷構件在外力作用下的強度是否符合安全標準。因此，將材料力學軸壓原理應用在土木工程施工期間，可更好判斷出各構件安全性及適用性，及時解決工程結構設計期間存在的問題，為工程結構設計方案優化及材料選擇提供重要理論依據，從根本上保障土木工程質量及全生命使用周期。

2.1高層土木材料力學軸原理的應用

將材料力學軸壓原理應用在高層建筑土木工程中，可實現高層建筑土木結構優化目標。以美國某高層建筑項目為例，該高層建筑項目始建于20世紀70年代，總高16層，建筑中間結構呈梯形，兩側樓梯呈射線分散裝。從建筑整體結構及結構自重性角度分析，建筑頂部到低端的自重逐步增大，建筑材料正應力保持不變；為確保高層建筑土木工程質量及安全性符合設計要求，建筑截面實際應力不可大于建筑正應力，并始終維持在安全使用建筑施工材料基礎上。該高層建筑主要結合建筑整體受力特征，通過改變建筑外觀及截面積，保障施工材料及構件正應力滿足設計安全標準。目前來看，通過改變外觀方式而獲得安全效益的建筑項目不多，大部分高層建筑結構外觀尺寸基本一致，故可通過改變柱結構截面積等方式達到保障結構均勻受力、提升施工材料利用率以及控制施工成本的目標。值得注意的是，在改變柱結構截面積方式滿足建筑整體受力要求過程中，柱結構頂端需承受來自樓頂的下壓力，柱結構頂端至底端也需承受來自各個樓層及自身重力，所以為保障建筑結構整體安全性，除應用最大承載力更高材料紫外，還需調整柱結構橫截面積，將柱體設計為上粗下細形態，保障材料受力均勻性，充分發揮出材料力學軸壓原理在高層建筑土木工程設計中的作用。

2.2橋梁建設索塔材料力學軸原理應用

橋梁索塔就是懸索橋或斜拉橋等主支撐的塔型結構。與高層建筑柱結構類似，橋梁索塔橫截面設計應結合材料力學軸壓原理。以我國某地橋梁建設工程為例，該橋梁工程索塔結構為H型鋼筋混凝土，索塔斷面呈現箱型，尺寸從下至上不斷縮小；因橋梁索塔頂部承受力較小，自身重力及承載負荷量不斷增大，索塔結構頂部到底端的橫截面需在軸向力作用下不斷擴大，從而形成上窄下寬形態。再以美國金門大橋為例，該橋梁工程承建于20世紀30年代，距今已有幾十年歷史；金門大橋在外觀設計及土木工程建設期間，首次應用了材料力學軸壓原理建設索塔結構，索塔由側面觀看呈現出階梯裝。以上案例橋梁塔索結構均為剛性塔，主要特征都是采用上窄下寬形態，保障索塔結構受力均勻；懸索橋主梁需承受橋體自重及橋面活載重力，由纜索將力傳送給索塔結構，使索塔結構兩側纜索水平力相互抵消，使索塔結構僅承受豎直方向力。

2.3拱橋拱肋材料力學軸原理的應用

拱肋結構作為拱橋主受力構件，對保障拱橋質量及全生命周期具有重要作用。在拱肋設計期間，應用材料力學軸壓原理，可均衡拱肋結構受力狀態，使拱肋僅承受軸向壓力。以京杭運河大橋為例，該橋體深部結構采用下承式三拱無風撐系桿拱橋形態，拱橋拱肋呈拋物線特征，截面為箱型，截面尺寸從中間向兩端逐漸遞減。通過專業空間結構分析技術發現，該橋梁中拱肋承受永久荷載力占總荷載力的55%，邊拱肋承重永久荷載力占總荷載力的15%～22%。從材料力學軸壓原理角度分析，在構件正應力即材料性能不變情況下，構件軸向力越大，構件截面面積需隨之擴大，所以在該橋梁工程上部拱橋結構拱肋設計期間，中間拱肋為主受力部位，截面尺寸應比邊拱肋面積大；同時，在材料力學軸壓原理下，對拱肋截面積設計方案進行不斷優化，有效提升了用于修筑拱肋結構的材料利用率，為實現工程經濟效益最大化發展目標奠定了堅實基礎。

3結語

將材料力學軸原理高質高效應用在土木工程中，可進一步擴展工程材料及結構質檢渠道，解決土木工程施工期間的安全、經濟及技術問題。同時，通過研究材料力學軸原理，還可對工程施工材料的韌性、強度及穩定性進行系統評測，確保材料各項性能符合工程設計要求，為盡早實現土木工程經濟效益、社會效益及安全效益最大化奠定堅實基礎。

參考文獻

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作者:劉蕾 李忠峰 單位:營口理工學院