《土木工程概论》教学课件.pdf

土木工程概论1.1 土木工程定义与属性 1.2 土木工程对人类的影响 1.3 近代土木工程1.4 现代土木工程第一章 绪论1.5 土木工程的发展趋势 1.1 土木工程定义与属性 土木工程的定义 u土木工程是工程学科之一，是指用砖石、砂浆、水泥、混凝土、钢材、钢筋混凝土、木材、塑料、铝合金等建筑材料修建房屋、道路、铁路、桥梁、隧道、堤坝、港口、机场等工程的生产活动和工程技术u土木工程学是指运用数学、物理、化学等基础学科知识，力学、材料学等技术学科知识以及土木工程方面的工程技术知识来研究、设计、修建、维护各种建筑物和构筑物的一门学科1.1 土木工程定义与属性 土木工程的属性 u 综合性综合性u 社会性社会性u 实践性实践性u 技术、经济、技术、经济、艺术的统一性艺术的统一性 1.2 土木工程对人类的影响 土木工程与衣食 河南林县红旗渠 1.2 土木工程对人类的影响 土木工程与衣食 三峡工程1.2 土木工程对人类的影响 土木工程与“住”新石器文化：仰韶文化1.2 土木工程对人类的影响 土木工程与“住”天圆地方：黄土高原的窑洞及内部布置 1.2 土木工程对人类的影响 土木工程与“住”树林中的木屋 石砌房屋 1.2 土木工程对人类的影响 土木工程与“住”中国传统院落布局 中国南方的客家围楼 1.2 土木工程对人类的影响 土木工程与“住”北京故宫建筑群与拉萨布达拉宫 1.2 土木工程对人类的影响 土木工程与“住”埃及金字塔及其内部 1.2 土木工程对人类的影响 土木工程与“住”我国秦始皇兵马俑（左）与印度泰姬陵（右）1.2 土木工程对人类的影响 土木工程与“住”少林寺（左）与悬空寺（右）1.2 土木工程对人类的影响 土木工程与“行”u图为罗马古道u“书同文，车同轨”1.2 土木工程对人类的影响 土木工程与“行”u工业革命之后，德国诞生第一条高速公路，世界各地也陆续开始修建，极大地促进了人们交流和货物运输。

u中国的高速公路的建设始于20世纪80年代，发展速度较快，现已经发展成为世界通车里程最长的高速公路网u中国铁路修建于晚清，发展于民国，目前已建成世界最大规模的高速铁路网u桥梁是道路系统的重要组成部分最早的桥梁包括天生桥、独木桥、堤梁桥、踏步桥等形式，后来逐渐发展出了拱桥、悬索桥、斜拉桥、组合桥等形式1.2 土木工程对人类的影响 土木工程与“行”赵州桥（左）与颐和园十七孔桥（右）1.2 土木工程对人类的影响 土木工程与“行”灵渠（左）与京杭大运河（右）1.3 近代土木工程 7 7世纪中叶到世纪中叶到2020世纪中叶的世纪中叶的300300年间，土木工程发展的年间，土木工程发展的主要特征是：主要特征是：u有了力学和结构理论作为指导，土木工程从传统土木向近代土木实现根本性转变u砖、瓦、木、石等建筑材料的广泛使用，钢材、钢筋混凝土以及早期的预应力混凝土得到发展u施工技术进步明显1.3 近代土木工程 美国家庭保险公司大厦（左）与埃菲尔铁塔（右）1.3 近代土木工程 纽约布鲁克林大桥（左）与旧金山金门大桥（右）1.4 现代土木工程 土木工程功能化 u土木工程功能化是指工程设施与其使用功能或生产工艺紧密地结合在一起。

u所有建筑要求将建筑空间布置、结构设计、建筑外观、内部装饰、采暖、通风、给水排水、供电、天然气等统一考虑，协调处理，力求一个建筑在满足基本空间功能的同时，能够提供满足工作、生活舒适性必要的功能，或提高生产效率的必要设施u工业建筑物主要是为生产提供服务，现代工业建筑要求其能够适应现代生产工艺的需求，一般要求其能够提供更大的工作空间，能够灵活布置各类设备，能够承受各类荷载的长期循环作用，具有很高的耐久性1.4 现代土木工程 城市建设立体化u高层建筑大量兴起u城市高架、立交大量涌现u地下工程快速发展：地下岩土具有较好隔热性 地下空间方便储存各类材料 地下空间可以有效解决交通拥堵问题 地下空间丰富人类生活空间 地下空间可以优化城市空间 地下空间具有较强的抗灾性1.4 现代土木工程 交通运输高速化高速公路大规模修建高速公路相比于传统普通公路，具有以下特点：高速公路相比于传统普通公路，具有以下特点：u专供汽车行驶u双向分离行驶u全部立体交叉u全部控制出入u高标准设计、修建和维护1.4 现代土木工程 交通运输高速化高速铁路的建设与发展 u1964年10月，日本建成了世界上第一条高速铁路 日本新干线，时速210 km，开启了高速铁路时代。

u1994年12月22日，我国第一条时速160 km的准高速铁路 广深高速铁路建成通车u2008年8月1日我国第一条高速铁路京津城际铁路建成通车，时速350 kmu高速铁路具有速度快、自动化程度高、舒适性高等诸多优点，极大压缩出行时间，加快各个地区的联络1.4 现代土木工程 交通运输高速化长距离海底隧道出现u道路跨越海峡有三种方式：桥梁、隧道、桥隧结合u1994年建成的英吉利海峡隧道由3条长51 km的平行隧道组成，总长度153 km，是世界第三长海底隧道及海底段世界最长的铁路隧道u日本青函海底隧道1964年动工，1987年建成，穿越津轻海峡，全长54 km，海底部分23 km，主坑道宽11.9 m，高9 m，断面80 m 2u港珠澳大桥采取桥隧结合的形式，是连接香港、珠海、澳门三地的超大型跨海通道，全长55 km，是世界最长的跨海大桥1.4 现代土木工程 交通运输高速化长距离海底隧道出现英吉利海峡隧道 1.4 现代土木工程 交通运输高速化长距离海底隧道出现日本青函海底隧道示意图 1.4 现代土木工程 交通运输高速化长距离海底隧道出现 港珠澳大桥平面示意图 修建中的人工岛1.5 土木工程的发展趋势 建筑材料的轻质高强化 轻骨料混凝土、加气混凝土、轻骨料混凝土、加气混凝土、高性能混凝土；高性能混凝土；铝合金、纤维材料、玻璃钢等；铝合金、纤维材料、玻璃钢等；注重环保性能。

注重环保性能轻质高强化混凝土、现代钢材混凝土、现代钢材现代城市土、石、竹、砖、瓦土、石、竹、砖、瓦古代土木材料1.5 土木工程的发展趋势 施工过程的工业化、装配化u土木工程施工的发展方向已经朝着工业化、装配化前进，和其他生产企业一样，讲究分工明确、工业化生产、工业化装配，从而确保质量和进度u土木工程的工业化和装配化首先表现在运用各类先进的施工机械代替人工进行生产，其次为运用工业化思维进行流水生产，最后再按照工业化的方式进行装配施工u我国基本实现施工机械化和现代化，运用大型运输车和架桥机进行桥梁运输和现场架梁、运用大型盾构机进行隧道掘进施工u各类起重设备、铺路设备、运输设备、混凝土搅拌设备已广泛应用1.5 土木工程的发展趋势 施工过程的工业化、装配化桥梁运输车 架桥机1.5 土木工程的发展趋势 施工过程的工业化、装配化盾构机施工 1.5 土木工程的发展趋势 设计理论的精确化、科学化 u理论分析由线性到非线性分析u由平面分析到空间分析u由单个到系统的综合整体分析u由静态分析到动态分析u由经验定值分析到随机分析u由数值分析到模拟实验分析u由人工手算、人工做比较方案、人工制图到计算机辅助设计、计算机优化设计、计算机制图。

感谢观看2.1 维护功能材料2.2 结构功能材料2.3 其他功能材料2.4 展望第二章 土木工程材料 2.1 维护功能材料自然石材u自然石材可以分为重岩自然石（表观密度大于18 kN/m3）及轻岩自然石（表观密度小于18 kN/m3）工程中常用的重岩自然石有花岗岩、砂岩、石灰岩等，轻岩自然石常用的有贝壳石灰岩、凝灰岩等，采用的石料分为料石和毛石两类u料石分为细料石、粗料石及毛料石三种细料石为经过细加工的石材，其外观规则，表面凹凸深度不大于2 mm，截面高度和宽度不小于200 mm，宽度不小于长度的三分之一粗料石规格和细料石相同，但其表面构造深度较大，但不大于20 mm毛料石外形大致方正，一般不加工或仅稍加工修整，高度不小于200 mm2.1 维护功能材料自然石材细料石 粗料石 毛料石 毛石包括毛板石、平板石和乱毛石 2.1 维护功能材料砖、瓦u砖、瓦属于建筑类陶制品，以黏土为主要原料，经过成型、干燥、烧结等工序而成u砖主要用作墙体维护材料，而瓦片则用在屋顶保护屋内设施和墙体u砖按照颜色分为红砖和青砖，是黏土砖坯在烧制后，出窑时工艺处理不同所致u普通的黏土砖为空心砖或砌块所代空心砖分为竖孔和水平孔。

u黏土质砖还有花格砖u黏土瓦按照颜色分为青瓦和红瓦，按照形状分为平瓦和脊瓦u琉璃瓦是一种特殊瓦2.1 维护功能材料砖、瓦 板瓦 筒瓦 2.1 维护功能材料砌块u砌块作为一种新型墙体材料，由砂、卵石（或碎石）和水泥加水搅拌后在模具内振动加工成型，或用煤渣、煤矸石、粉煤灰等工业废料加石灰、石膏经搅拌、轮碾、振动成型后再经蒸养而成可为空心u砌块的优点：加工方便加工方便适应性强适应性强原料来源广原料来源广2.1 维护功能材料新型轻质墙体u泰柏板隔墙称为钢丝网泡沫塑料水泥砂浆复合墙板，它是由2 mm钢丝焊接网为构架，中间填充泡沫塑料构成的轻质板材强度高、质量轻，隔声防腐能力强，板体内可以预留设备管道、电气设备等u彩色压型钢板是以镀锌钢板为基材，经成型机轧制，并涂覆各种耐腐蚀土层与彩色烤漆制成的轻型维护结构材料质量轻、抗震性能好、耐久性强、色彩明亮、容易加工、施工方便2.1 维护功能材料新型轻质墙体泰柏板 压型钢板墙体 2.2 结构功能材料混凝土凝胶材料u胶凝材料主要指和水成浆后能硬化成坚实整体的矿物质粉末状材料只能在空气中硬化，并且只能在空气中保持或发展其强度的胶凝材料称为气硬性胶凝材料，如石膏、石灰等。

u石灰是一种以氧化钙为主要成分的气硬性胶凝材料，分为生石灰和消石灰u水泥作为现代最重要的建筑材料，与砂、水按一定比例混合成为砂浆，与砂、石子、水及其他掺合料按照一定比例混合均匀构成混凝土包括普通硅酸盐水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、铝酸盐水泥等2.2 结构功能材料混凝土凝胶材料的发展u1170年，在修筑贺州城时，采用了糯米汁与石灰的混合物作胶凝材料u古埃及人采用尼罗河的泥浆作为胶凝材料砌筑土坯砖，并掺入砂子和草增加强度、减少收缩后采用煅烧石膏作为建筑胶凝材料，铸造金字塔u古罗马用石灰和砂子混合成砂浆，在其中再加入磨细的火山灰即为罗马砂浆，与石子混合形成火山灰混凝土u1774年，英国工程师John Smeaton首次应用黏土与石灰石混合成煅烧水化胶凝材料u1824年，英国人约瑟夫阿斯谱丁摸索出石灰石与黏土混合物烧制水泥的最佳配比，命名为波特兰水泥2.2 结构功能材料混凝土砂浆u砂浆是石灰、石膏或水泥等胶凝材料掺加砂子或矿渣等细骨料加水拌和而成的建筑材料为了减少水泥用量，可以加入少量细石屑u在水泥砂浆中，往往掺入一定量的石灰膏或黏土浆，以增强砂浆的和易性，保证砌体质量，称之为混合砂浆u用砂作为细骨料的砂浆，重度大于15 kN/m3，称为重砂浆u用矿渣作为细骨料，重度有时小于 15 kN/m3，称之为轻砂浆。

u国外还采用掺加聚合物拌和的水泥砂浆，称之为高黏结砂浆u干拌砂浆是将水泥、砂、外加剂混合均匀后，在现场加水而成的一种新型环保型砂浆u自流平砂浆主要用于地面施工，造价较低，施工质量好2.2 结构功能材料混凝土u最早的混凝土是三合土，用黏土、石灰和砂按一定比例压实成型，作为基层或垫层u普通混凝土由水泥、砂、石和水所组成其中，砂、石起骨料作用，水、水泥形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充骨料间空隙u水泥、砂、石、水之间的比例（按重量）称为配合比，如12.23.5水和水泥的比例（按重量）称为水灰比水灰比越大，代表水较多，和易性越好，便于施工，但做成的混凝土强度低，耐久性也较差水灰比越低，和易性越差，但可以通过调节砂石级配来改善，或加减水剂解决2.2 结构功能材料混凝土被广泛应用的原因强度高耐久性好可塑性好适应性好耐热性能好材料来源广 2.2 结构功能材料混凝土的缺陷自重大建筑垃圾处理困难裂。