1、土木工程概論 An Introduction to Civil Engineering,土木工程概論 段樹金 向中富 主編 重慶大學(xué)出版社 2012年,第1章 緒論 1.土木工程學(xué)的任務(wù)和特性 2.土木工程發(fā)展史 3.土木工程的未來,土木工程:建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的總稱，它既指工程建設(shè)的對象，即建在地上、地下、水中的各種工程設(shè)施，也指所應(yīng)用的材料、設(shè)備和所進(jìn)行的勘測設(shè)計(jì)、施工、保養(yǎng)、維修等技術(shù),1.土木工程學(xué)的任務(wù)和特性,主要對象： 土木工程結(jié)構(gòu) 為發(fā)揮其職能所需的各種設(shè)施 區(qū)域的開發(fā)和維護(hù) 土木工程專業(yè)是研究工程結(jié)構(gòu)和設(shè)施的設(shè)置、實(shí)施過程中的構(gòu)想、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)管理、運(yùn)行的學(xué)問

2、。,土木工程結(jié)構(gòu) 支撐于地基一般靜止不動的人工物體。典型例：橋梁、隧道、大壩、房屋建筑、土堤、擋土墻、基礎(chǔ)等 。 土木工程設(shè)施 交通設(shè)施（如鐵道）、能源設(shè)施（如火力水力核電站）、城鎮(zhèn)設(shè)施（如上下水道）、國土安全設(shè)施（如防洪堤壩）和各種用途的房建設(shè)施。,土木工程學(xué)是基礎(chǔ)，土木工程技術(shù)是手段，土木建筑業(yè)的實(shí)施是目的。土木建筑業(yè)的主要特性： 公共性 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 對象為大自然 不可逆性質(zhì) 工程周期長,工程分派建設(shè)任務(wù)的交易方法：工程招標(biāo)制 建設(shè)領(lǐng)域的科學(xué)管理制度：建設(shè)監(jiān)理 業(yè)主 =建設(shè)單位 監(jiān)理單位 承包商=承建單位 業(yè)主通過招標(biāo)確定的監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工和設(shè)備供應(yīng)等單位，經(jīng)濟(jì)合同關(guān)系,材料：遠(yuǎn)古時代，

3、土、石頭和木頭等=“土木” 千年前出現(xiàn)了磚和瓦人工建筑材料 構(gòu)造方面：木構(gòu)架、石梁柱、券拱等結(jié)構(gòu)體系 工程內(nèi)容：宮室、陵墓、廟堂， 較大型的道路、橋梁、水利等工程。 工具和機(jī)械：約千年前，開始使用青銅制的斧、鑿、鉆、鋸、刀、鏟等工具；后來鐵制工具逐步推廣，并有簡單的施工和起重機(jī)械。,2.土木工程發(fā)展史,2.1古 代 史,萬里長城,都江堰水利工程,應(yīng)縣木塔,埃及金字塔,古代土木工程的代表,巴黎圣母院,趙州橋,科隆大教堂,17世紀(jì)中葉二戰(zhàn)前后（歷時約300年） 土木工程形成獨(dú)立學(xué)科（civil engineering） 牛頓力學(xué)創(chuàng)立奠定了土木工程的力學(xué)分析基礎(chǔ) 1825年結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力法建立

4、1824年發(fā)明了波特蘭水泥，1867年鋼筋混凝土 轉(zhuǎn)爐煉鋼法的成功 產(chǎn)業(yè)革命 工業(yè)交通 土木工程的需求,2.2 近 代 史,主要表現(xiàn)： .鋼材、混凝土及早期預(yù)應(yīng)力混凝土等土木工程材料的使用,. 力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論指導(dǎo)地位的確立,. 施工機(jī)械和施工方法的進(jìn)步,1949年1978年現(xiàn)在： 我國的土建科學(xué)技術(shù)和工程建設(shè)有了很大的發(fā)展，超大、超長、超高建筑技術(shù)已躋身世界先進(jìn)行列。 1957年：武漢長江大橋建成通車，從而結(jié)束了萬里長江無橋的歷史。 1969年：南京長江大橋的建成，是我國橋梁建設(shè)史上的一個重要里程碑。,2.3 現(xiàn) 代 史,南京長江大橋,世界最高前十位建筑： 迪拜大廈： 160層，高82

5、8m，2010年 臺北101大樓： 101層，高509m，2004年 吉隆坡雙子塔： 88層，高452m，1998年 芝加哥西爾斯大廈： 108層，高442m，1974年 上海金茂大廈： 88層，高421m，1998年 香港國際金融中心： 88層， 高415m，2003年 廣州中信廣場大樓： 80層， 高391m，1997年 深圳順興廣場大樓： 69層， 高384m，1996年 紐約曼哈頓帝國大廈：102層， 高381m，1931年 香港中央廣場大樓： 78層， 高374m，1992年,高層建筑,大跨結(jié)構(gòu) 大跨度空間結(jié)構(gòu)：建筑技術(shù)水平重要標(biāo)志 結(jié)構(gòu)形式：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、薄

6、殼結(jié)構(gòu)等五大空間結(jié)構(gòu)及各類組合空間結(jié)構(gòu)。在體育場館、會展中心、影劇院、大型商場、工廠車間等建筑中應(yīng)用廣泛。,1993年建成直徑為222m的日本福岡體育館，為“扇形網(wǎng)殼”，且可以開合 1988年東京建成的“后樂園”棒球館，采用膜結(jié)構(gòu)，近似圓形平面的直徑為202m 美國亞特蘭大為1996年奧運(yùn)會修建的“佐治亞穹頂”（1992年）采用新穎的索穹頂結(jié)構(gòu)，其準(zhǔn)橢圓形平面的輪廓尺寸達(dá)192m241m 國家體育場（“鳥巢”），其大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)屋蓋由42000噸鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件有序編織，南北向跨度333m、東西向跨度297m,首都體育館（跨度99m平板）,隧道與地下工程 新奧法、盾構(gòu)法、TBM等 青函隧道: 長5

7、3.85km，海底部分23.3km 英法海底隧道: 長50.45km，海底部分37.9km 最長的雙孔公路隧道:秦嶺終南山公路隧道, 長18.04公里; （西康鐵路秦嶺隧道,長18.4km） 最長的輸水隧道為紐約德拉瓦隧道 （全長169km）；我國遼寧大伙房輸水隧洞全長為85.32km。,橋梁 拱橋 在世界上處于領(lǐng)先地位。 山西晉城河南焦作高速公路上的石拱橋跨度為146米（2000.09完工）。 廣西邕(yong)江橋（鋼筋混凝土，中承式）跨度312米。 鄭州黃河二橋，全長9846.16米，寬50米，雙向八車道，其中主橋上部采用8孔100m上下行分離的下承式四拱肋鋼管混凝土簡支系桿拱,剛架橋

8、一般為預(yù)應(yīng)力混凝土橋。如虎門 大橋的輔航道橋，跨度270米，1999年7月建成，當(dāng)時居世界第一；南京二橋北汊大橋主跨長168米。 斜拉橋 上海揚(yáng)浦組合（混凝土面板與鋼加勁梁共同工作）斜拉橋，1993.01通車；蕪湖長江大橋，為鋼斜拉橋，主跨312m，公鐵兩用，矮塔。 懸索橋 日本明石海峽大橋，主跨1991m（1990m）；江陰長江大橋，主跨1385m（世界第四）。,拱橋（施工中的盧浦大橋）,西陵長江大橋(1996年建成),水利工程 三峽水利樞紐工程大壩為混凝土重力壩，壩高190m， 發(fā)電裝機(jī)容量為1.82107kw，為伊泰普水電站裝機(jī)容 量（1.1.26107kw）的1.5倍。 黃河小浪底水利

9、樞紐是一座斜墻堆石壩，壩高154m， 水電裝機(jī)1.8106kw。 四川二灘雙曲拱壩，1998年建成，壩高242m，水電 裝機(jī)3.3106kw。,三峽大壩,特種結(jié)構(gòu) 塔桅結(jié)構(gòu)：北京環(huán)境氣象桅桿（1977，325m）；上海東方明珠電視塔（1995，468m，上個世紀(jì)亞洲之最，世界第三）；加拿大多倫多預(yù)應(yīng)力混凝土電視塔高553m，為世界之最。,上海東方明珠電視塔,3 土 木 工 程 發(fā) 展 趨 勢,（土木工程與可持續(xù)發(fā)展） 中國在本世紀(jì)初仍將進(jìn)行大規(guī)模的基本建設(shè) 十大發(fā)展趨勢,1）超大型工程的修建 由于新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新施工方法的出現(xiàn)，人類將有可能從事規(guī)模巨大的土木工程建設(shè)。例如： 主跨為5

10、000m的海中浮游式橋梁方案 對馬海峽的地下隧道工程,2）高性能材料的發(fā)展,鋼材將朝著高強(qiáng)、具有良好的塑性、韌性和可焊性方向發(fā)展。 高性能混凝土及其他復(fù)合材料也將向著輕質(zhì)、高強(qiáng)、良好的韌性和工作性能方面發(fā)展。 一些具有新概念的更加適合建筑的工程材料將會問世。,3） 信息智能技術(shù)應(yīng)用,隨著計(jì)算機(jī)不斷進(jìn)步和應(yīng)用普及，結(jié)構(gòu)計(jì)算理論將日臻完善，計(jì)算結(jié)果將更能反映實(shí)際情況，從而更能充分發(fā)揮材料的性能并保證結(jié)果的安全；人們將會設(shè)計(jì)出更為優(yōu)化的方案進(jìn)行土木工程建設(shè)，以縮短工期、提高經(jīng)濟(jì)效益。,4）結(jié)構(gòu)形式的革新與發(fā)展,空間結(jié)構(gòu)將得到更廣泛的應(yīng)用；不同受力形式的結(jié)構(gòu)融為一體，結(jié)構(gòu)型式將更趨于合理和安全。 例如

11、：網(wǎng)架等空間結(jié)構(gòu)；大跨度懸索結(jié)構(gòu)和斜拉結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)；鋼和混凝土組合結(jié)構(gòu)；把梁、拱、懸索等不同受力類型的構(gòu)件融于同一結(jié)構(gòu)。,5. 發(fā)展與環(huán)境,中國正處于城市化進(jìn)程中，環(huán)境問題特別是氣候變異的影響將越來越受到重視，土木工程與環(huán)境工程融為一體。城市綜合癥、海水上升、水污染、沙漠化等問題與人類的生存發(fā)展密切相關(guān)，又無一不與土木工程有關(guān)。建筑物和設(shè)施的建設(shè)應(yīng)該考慮節(jié)能、環(huán)保及與自然的和諧。,6. 建筑工業(yè)化,建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢：采用機(jī)械化施工和自動控制代替施工現(xiàn)場的手工操作；將建筑構(gòu)配件改為工廠預(yù)制減少現(xiàn)場作業(yè)；盡量實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)；建立適應(yīng)社會化大生產(chǎn)方式的科學(xué)管理體制，采用專業(yè)化、聯(lián)合化、區(qū)域

12、化的施工組織形式；同時還要不斷推進(jìn)新材料新工藝的使用。,7. 空間站、海底建筑、地下建筑,隨著地上空間的減少，人類把注意力越來越多地轉(zhuǎn)移到地下空間甚至海底；土木工程的活動場所在不久的將來可能超出地球的范圍：利用月球上的巖石生產(chǎn)水泥并預(yù)制混凝土構(gòu)件組裝太空試驗(yàn)站；大城市建造地鐵；共同溝的建設(shè)。,8. 新能源和能源多極化,尋找新的替代能源和能源多極化的要求是21世紀(jì)人類必須解決的重大課題，這對土木界就提出了新的要求。 例如：水利資源的開發(fā)利用；核能的利用與核安全；太陽能、風(fēng)、潮汐等利用,9.結(jié)構(gòu)健康診斷、評估與加固,采用更為先進(jìn)的診斷手段（包括各種傳感器、檢測設(shè)備和自動監(jiān)測系統(tǒng)）和科學(xué)的評估體系（包括專家系統(tǒng)）對建筑物進(jìn)行診斷和評估，以確保建筑物的安全使用和結(jié)構(gòu)加固方法的經(jīng)濟(jì)有效。,10.建筑物的耐