土木工程概论(段树金) 1 绪论

土木工程概论 An Introduction to Civil Engineering,土木工程概论段树金 向中富 主编重庆大学出版社 2012年,第1章 绪论 1.土木工程学的任务和特性 2.土木工程发展史 3.土木工程的未来,土木工程:建造各类工程设施的科学技术的总称，它既指工程建设的对象，即建在地上、地下、水中的各种工程设施，也指所应用的材料、设备和所进行的勘测设计、施工、保养、维修等技术,1.土木工程学的任务和特性,主要对象： 土木工程结构 为发挥其职能所需的各种设施 区域的开发和维护土木工程专业是研究工程结构和设施的设置、实施过程中的构想、规划、设计、施工、维护管理、运行的学问。,土木工程结构 支撑于地基一般静止不动的人工物体。典型例：桥梁、隧道、大坝、房屋建筑、土堤、挡土墙、基础等 。 土木工程设施 交通设施（如铁道）、能源设施（如火力水力核电站）、城镇设施（如上下水道）、国土安全设施（如防洪堤坝）和各种用途的房建设施。,土木工程学是基础，土木工程技术是手段，土木建筑业的实施是目的。土木建筑业的主要特性： 公共性 基础设施建设 对象为大自然 不可逆性质 工程周期长,工程分派建设任务的交易方法：工程招标制 建设领域的科学管理制度：建设监理业主 =建设单位监理单位承包商=承建单位业主通过招标确定的监理、设计、施工和设备供应等单位，经济合同关系,材料：远古时代，土、石头和木头等=“土木” 千年前出现了砖和瓦人工建筑材料 构造方面：木构架、石梁柱、券拱等结构体系 工程内容：宫室、陵墓、庙堂，较大型的道路、桥梁、水利等工程。 工具和机械：约千年前，开始使用青铜制的斧、凿、钻、锯、刀、铲等工具；后来铁制工具逐步推广，并有简单的施工和起重机械。,2.土木工程发展史,2.1古 代 史,万里长城,都江堰水利工程,应县木塔,埃及金字塔,古代土木工程的代表,巴黎圣母院,赵州桥,科隆大教堂,17世纪中叶二战前后（历时约300年） 土木工程形成独立学科（civil engineering） 牛顿力学创立奠定了土木工程的力学分析基础 1825年结构设计的容许应力法建立 1824年发明了波特兰水泥，1867年钢筋混凝土 转炉炼钢法的成功 产业革命 工业交通 土木工程的需求,2.2 近 代 史,主要表现：.钢材、混凝土及早期预应力混凝土等土木工程材料的使用,. 力学分析和结构设计理论指导地位的确立,. 施工机械和施工方法的进步,1949年1978年现在： 我国的土建科学技术和工程建设有了很大的发展，超大、超长、超高建筑技术已跻身世界先进行列。1957年：武汉长江大桥建成通车，从而结束了万里长江无桥的历史。1969年：南京长江大桥的建成，是我国桥梁建设史上的一个重要里程碑。,2.3 现 代 史,南京长江大桥,世界最高前十位建筑： 迪拜大厦： 160层，高828m，2010年 台北101大楼： 101层，高509m，2004年 吉隆坡双子塔： 88层，高452m，1998年 芝加哥西尔斯大厦： 108层，高442m，1974年 上海金茂大厦： 88层，高421m，1998年 际金融中心： 88层， 高415m，2003年 广州中信广场大楼： 80层， 高391m，1997年 深圳顺兴广场大楼： 69层， 高384m，1996年 纽约曼哈顿帝国大厦：102层， 高381m，1931年 香港中央广场大楼： 78层， 高374m，1992年,高层建筑,大跨结构 大跨度空间结构：建筑技术水平重要标志 结构形式：网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车间等建筑中应用广泛。,1993年建成直径为222m的日本福冈体育馆，为“扇形网壳”，且可以开合 1988年东京建成的“后乐园”棒球馆，采用膜结构，近似圆形平面的直径为202m 美国亚特兰大为1996年奥运会修建的“佐治亚穹顶”（1992年）采用新颖的索穹顶结构，其准椭圆形平面的轮廓尺寸达192m×241m 国家体育场（“鸟巢”），其大跨度空间钢结构屋盖由42000吨钢结构构件有序编织，南北向跨度333m、东西向跨度297m,首都体育馆（跨度99m平板）,隧道与地下工程 新奥法、盾构法、TBM等 青函隧道: 长53.85km，海底部分23.3km 英法海底隧道: 长50.45km，海底部分37.9km 最长的双孔公路隧道:秦岭终南山公路隧道, 长18.04公里; （西康铁路秦岭隧道,长18.4km） 最长的输水隧道为纽约德拉瓦隧道 （全长169km）；我国辽宁大伙房输水隧洞全长为85.32km。,桥梁拱桥 在世界上处于领先地位。 山西晋城河南焦作高速公路上的石拱桥跨度为146米（2000.09完工）。 广西邕(yong)江桥（钢筋混凝土，中承式）跨度312米。 郑州黄河二桥，全长9846.16米，宽50米，双向八车道，其中主桥上部采用8孔100m上下行分离的下承式四拱肋钢管混凝土简支系杆拱,刚架桥 一般为预应力混凝土桥。如虎门 大桥的辅航道桥，跨度270米，1999年7月建成，当时居世界第一；南京二桥北汊大桥主跨长168米。斜拉桥 上海扬浦组合（混凝土面板与钢加劲梁共同工作）斜拉桥，1993.01通车；芜湖长江大桥，为钢斜拉桥，主跨312m，公铁两用，矮塔。悬索桥 日本明石海峡大桥，主跨1991m（1990m）；江阴长江大桥，主跨1385m（世界第四）。,拱桥（施工中的卢浦大桥）,西陵长江大桥(1996年建成),水利工程 三峡水利枢纽工程大坝为混凝土重力坝，坝高190m， 发电装机容量为1.82×107kw，为伊泰普水电站装机容 量（1.1.26×107kw）的1.5倍。 黄河小浪底水利枢纽是一座斜墙堆石坝，坝高154m， 水电装机1.8×106kw。 四川二滩双曲拱坝，1998年建成，坝高242m，水电 装机3.3×106kw。,三峡大坝,特种结构 塔桅结构：北京环境气象桅杆（1977，325m）；上海东方明珠电视塔（1995，468m，上个世纪亚洲之最，世界第三）；加拿大多伦多预应力混凝土电视塔高553m，为世界之最。,上海东方明珠电视塔,3 土 木 工 程 发 展 趋 势,（土木工程与可持续发展） 中国在本世纪初仍将进行大规模的基本建设 十大发展趋势,1）超大型工程的修建 由于新材料、新结构、新工艺、新施工方法的出现，人类将有可能从事规模巨大的土木工程建设。例如：主跨为5000m的海中浮游式桥梁方案对马海峡的地下隧道工程,2）高性能材料的发展,钢材将朝着高强、具有良好的塑性、韧性和可焊性方向发展。 高性能混凝土及其他复合材料也将向着轻质、高强、良好的韧性和工作性能方面发展。 一些具有新概念的更加适合建筑的工程材料将会问世。,3） 信息智能技术应用,随着计算机不断进步和应用普及，结构计算理论将日臻完善，计算结果将更能反映实际情况，从而更能充分发挥材料的性能并保证结果的安全；人们将会设计出更为优化的方案进行土木工程建设，以缩短工期、提高经济效益。,4）结构形式的革新与发展,空间结构将得到更广泛的应用；不同受力形式的结构融为一体，结构型式将更趋于合理和安全。 例如：网架等空间结构；大跨度悬索结构和斜拉结构；预应力钢结构；钢和混凝土组合结构；把梁、拱、悬索等不同受力类型的构件融于同一结构。,5. 发展与环境,中国正处于城市化进程中，环境问题特别是气候变异的影响将越来越受到重视，土木工程与环境工程融为一体。城市综合症、海水上升、水污染、沙漠化等问题与人类的生存发展密切相关，又无一不与土木工程有关。建筑物和设施的建设应该考虑节能、环保及与自然的和谐。,6. 建筑工业化,建筑业发展的必然趋势：采用机械化施工和自动控制代替施工现场的手工操作；将建筑构配件改为工厂预制减少现场作业；尽量实现标准化生产；建立适应社会化大生产方式的科学管理体制，采用专业化、联合化、区域化的施工组织形式；同时还要不断推进新材料新工艺的使用。,7. 空间站、海底建筑、地下建筑,随着地上空间的减少，人类把注意力越来越多地转移到地下空间甚至海底；土木工程的活动场所在不久的将来可能超出地球的范围：利用月球上的岩石生产水泥并预制混凝土构件组装太空试验站；大城市建造地铁；共同沟的建设。,8. 新能源和能源多极化,寻找新的替代能源和能源多极化的要求是21世纪人类必须解决的重大课题，这对土木界就提出了新的要求。 例如：水利资源的开发利用；核能的利用与核安全；太阳能、风、潮汐等利用,9.结构健康诊断、评估与加固,采用更为先进的诊断手段（包括各种传感器、检测设备和自动监测系统）和科学的评估体系（包括专家系统）对建筑物进行诊断和评估，以确保建筑物的安全使用和结构加固方法的经济有效。,10.建筑物的耐久性与建筑更新,所有建筑物都是有寿命的，必须对建筑物的耐久性予以足够的重视。一是在工程的规划设计阶段，对其可使用年限就要有一个科学的估计，以便用最少的维修费用延长其使用寿命；二是对废弃建筑物的拆除和更新。,思考题 什么是土木工程学？ 简述土木建筑业的特点。 3 简述业主、监理和承包商三者的关系 4 举例2、3个我国土木建筑史上较具影响的工程实例5 谈谈你对土木建筑业未来的看法。,