青马大桥的材料力学应用与发展

土木结构、水利工程结构、桥梁结构、机械结构、火电站与核电站结构、核反应堆结构、航空航天结构等，工程中各种结构的统称为工程结构。工程结构的各组成部分统称为结构构件，简称为构件。

结构物和机械通常都受到各种外力的作用，例如，厂房外墙受到的风压力、吊车梁承受的吊车和被起吊物体的重力等，这些力称为荷载。

图1.1所示为香港青马大桥，于1992年5月开始兴建，1997年开放通车，历时5年竣工。总造价71.44亿港元。青马大桥横跨青衣岛及马湾，桥身总长度2200m，主跨长度1377m，离海面高62m，缆绳的直径1.1m，缆绳总长16000km，创造了世界最长的行车铁路两用吊桥纪录。香港青马大桥，主结构由框式主塔、悬索、连续箱梁等组成。10级风以下，车辆在桥面上行驶；10级风以上时，车辆可以在封闭的桥箱内行驶。

图1.1(www.xing528.com)

参观者看到大桥，首先想到的是悬索会不会被拉断？桥面会不会被破坏？无疑，这是设计者应该考虑的问题。悬索和桥梁在荷载作用下应该具有设计所要求的抵抗破坏的能力，即这些构件有足够的强度；车辆在桥面上行驶时，桥梁不允许有过量的变形，桥梁构件有抵抗变形的能力，即有足够的刚度；主塔架通过悬索支撑着大桥，塔架立柱受力后应该具有保持原有平衡形式的能力，即有足够的稳定性。

设计构件时，不但要满足上述强度、刚度和稳定性要求，还必须尽可能地合理选用材料和降低材料的消耗量，以节约资金或减轻构件的自身重量。前者往往要求多用材料，而后者则要求少用材料，两者之间存在着矛盾。材料力学的任务应在于合理地解决这种矛盾。在不断解决新矛盾的同时，也促进了材料力学的发展。

构件的强度、刚度和稳定性问题均与所用材料的力学性能（主要包括材料变形与外力之间的关系，以及材料抵抗变形与破坏的能力）有关，这些力学性能均需通过材料试验来测定。此外，也有些单靠现有理论解决不了的问题，需借助于实验来解决。因此，实验研究和理论分析同样重要，都是完成材料力学的任务所必需的。

材料力学的任务是：研究构件的强度、刚度、稳定性理论，为设计安全、经济的构件及结构提供相应的理论指导，检测构件的力学性能、确保其安全运行，研究新型的构件、结构和鉴定新材料。