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摘要:土木工程，是指為人類生活、生產(chǎn)服務(wù)的各類與水、土和文化有關(guān)的各種工程設(shè)施的計劃、建造和維修。一般包括房屋建筑、道路交通、鐵道工程、給水排水、民航、港口工程等。鐵路作為我國經(jīng)濟大動脈、國家重要基礎(chǔ)設(shè)施和基本的交通運輸工具，在實際生產(chǎn)和生活中起著舉足輕重的地位，鐵道工程是其內(nèi)在支撐，在而工程力學知識和原理在鐵道工程建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用。本文以土木工程中的鐵道工程為例，來說明土木工程中如何具體應(yīng)用工程力學知識和原理，闡述工程力學知識和原理與土木工程實際應(yīng)用的緊密結(jié)合，為通過優(yōu)化力學知識來解決工程實際問題和工程力學教學提供參考。

關(guān)鍵詞:土木工程;鐵道工程;工程力學;力學;應(yīng)用

一、鐵道工程中設(shè)計階段的工程力學應(yīng)用

力學知識在鐵道工程設(shè)計工作中的作用是不言而喻的。鐵道工程中空間結(jié)構(gòu)的受力分析，復(fù)雜結(jié)構(gòu)強度計算的應(yīng)力和次應(yīng)力，鐵路橋梁、擋水墻、桁架橋結(jié)構(gòu)、橋墩、支座及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和分析計算等都是和力學有著不可分割的密切聯(lián)系，力學理論、物理學、數(shù)學及計算工具的進步共同使鐵路設(shè)計與鐵道工程安全這對矛盾問題得到最大的合理解決。例如，為什么多數(shù)鐵路橋梁的橋墩為圓端形截面?從工程力學角度考慮，圓端形截面橋墩具有較大的截面模量，在避免應(yīng)力集中方面具有明顯優(yōu)勢，通過試驗回歸分析，比較分析剪跨比、軸壓比、縱筋率與體積配箍率等4個因素對延性性能的影響程度，［1］各因素設(shè)計合理可以極大的提高橋墩的抗震性能。從流體力學的角度來考慮，在有效減小水流荷載、流冰壓力和風荷載等橫向外力的作用，圓端形截面都有著明顯的優(yōu)勢。尤其在河流當中，圓端形截面橋墩可以使水流順暢通過橋孔，有效減小阻水面積，大大減輕了水流對橋墩的局部沖刷和水流壓力，同時減輕了對鐵路橋梁整體的損害。具有矩形截面和圓形截面的共同優(yōu)點。

二、鐵道工程中施工階段的工程力學應(yīng)用

工程力學知識對于鐵道工程施工工作是不可或缺的。例如，為什么施工模板的安裝和拆除工程施工方案的確定，模板的安裝和拆除必須嚴格按規(guī)范要求來進行，如拆除模板時，拆除支撐的時間是需要準確計算的，如果混凝土強度達不到一定的強度值，可能會因為支撐系統(tǒng)喪失穩(wěn)定性造成塌落事故。所以必須確保鋼筋混凝土能夠達到足夠的強度值來承受上部荷載，如果鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強度值未達到規(guī)定值時，嚴禁拆除模板。例如，為什么施工縫的留設(shè)位置應(yīng)設(shè)置在結(jié)構(gòu)受剪力較小和便于施工的部位。受力復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)件或有防水抗?jié)B要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，施工縫留設(shè)位置應(yīng)經(jīng)設(shè)計單位認可。［2］如果施工縫留設(shè)位置不當，會影響結(jié)構(gòu)的安全性能和使用壽命，甚至引發(fā)安全質(zhì)量事故。例如，為什么施工腳手架、塔吊的安裝計算，預(yù)制構(gòu)件堆放時墊木的位置和吊裝時起吊點位置的選定等，都需要通過工程力學的知識來確定。從事鐵道工程施工或監(jiān)理的工程專業(yè)技術(shù)人員，只有掌握了工程力學的基本原理和知識、基本定理和結(jié)論，才能真正懂得鐵道工程中各種構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的受力情況、作用以及荷載的傳遞途徑，以及它們在各種外部荷載作用下會產(chǎn)生什么樣的強度和剛度問題。這樣才能正確理解設(shè)計意圖和保證按圖施工，制定出合理的施工方案、安全措施和質(zhì)量保證措施，從而保證建筑施工過程中的絕對安全，確保工程質(zhì)量，避免事故發(fā)生。［3］

三、鐵道工程中事故分析階段的工程力學應(yīng)用

工程力學知識對于鐵道工程中事故分析工作的作用是不可替代的。例如，2008年11月15日，杭州地鐵一號線湘湖站施工工地發(fā)生路面塌方事故，造成21人遇難，重傷4人，輕傷20人，直接經(jīng)濟損失近5000萬元的重大安全責任事故。事故原因從力學角度來解釋，其中設(shè)計單位未考慮到一些上部通行活荷載的力學問題，未根據(jù)當?shù)剀浲列再|(zhì)合理選用力學參數(shù)，基坑圍護相關(guān)設(shè)計的參數(shù)選取不當，降低了基坑支撐圍護體系的安全度。其中施工單位存在違規(guī)冒險施工作業(yè);支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)存在嚴重缺陷，鋼管支撐體系架設(shè)不及時，立柱之間缺乏設(shè)置剪刀撐，部分鋼支撐的安裝位置不符合設(shè)計要求，降低了支撐休系的整體穩(wěn)定性;嚴重超挖基坑，使得地下連續(xù)墻底部產(chǎn)生的內(nèi)力彎矩和剪力過大，超過上部圍護結(jié)構(gòu)的承載能力。設(shè)計和施工單位均存在沒有合理科學的運用力學知識的問題。

四、結(jié)語

土木工程是工程力學的外在表現(xiàn)，工程力學是土木工程的靈魂所在，二者相互支撐是一個不可分割的統(tǒng)一體，本文通過工程力學知識和原理在鐵道工程中具體的應(yīng)用舉例，為通過優(yōu)化力學知識來解決工程實際問題和工程力學案例教學提供參考。

參考文獻:

［1］蔣麗忠，邵光強，姜靜靜，王輝．土木工程學報，2013，46(3):3．

［2］混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范GB50666-2011．

［3］段瑋瑋，黃柱．淺析力學在土木工程專業(yè)的重要性．中小企業(yè)管理與科技(上旬刊)，2015-12-05．

作者:閆瑞亭 單位：包頭鐵道職業(yè)技術(shù)學院鐵道工程系