土木工程概论论文

《土木工程概论》论文学号：姓名：内容摘要：本文论述了土木工程的由来、发展简史以及土木工程与人类的生存关系和展望。详细的描述了土木工程中的建筑工程、桥梁工程、岩土隧道及地下工程、道路与机场工程、轨道交通工程、港口工程。通从过将其古今对比，中外对比细致的讲解了它们的发展和与人类生存关系的联系。文章最后谈到了土木工程防灾减灾，讲述了各种灾害可能对土木工程产物造成的破坏和如何防治这些灾害。第一章：土木工程与土木工程专业1.综述土木工程的定义：土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称，它既指工程建设的对象，即建造在地上地下、水中的各种工程设施，也指所应用的材料、设备和进行的勘测、设计、施工、管理、养护维修等专业技术。土木工程的来历：土木工程是18世纪末由英国的斯米顿首先提出的土木工程师而得来的，英文直译为中文是民用工程，主要用以区别军事工程，后来逐渐成为一切为了生活和生产所需要的民用工程设施的总称。土木工程涉及的领域十分宽广，从建设的对象来看，土木工程包含建筑工程、地下工程、桥梁工程、隧道工程、道路工程等，从土木工程所用的材料来看，可分成金属结构、混凝土结构、高分子材料结构等，从技术性质来看，有勘测、设计、施工、养护等。从职业分工看，有技术人员、工程管理人员、研究人员等。为了培养土木工程所需的各类人员，世界各国在大学本科教学中都设立了土木工程专业。大学本科土木工程专业的培养目标是培养适应社会主义现代建设的需要，德智体美劳全面发展，掌握土木学科的基本知识，获得工程师基本训练并具有创新精神的高级专门人才。毕业生能从事土木工程的设计、施工与管理工作，具有初步的项目规划和研究开发能力。土木工程专业培养学生的业务范围是：能在房屋建筑、隧道与地下建筑、公路与城市道路、铁路工程、桥梁、矿山建筑等的设计、施工管理、咨询、监理、研究、教育、投资和开发部门从事技术或管理工作。2.土木工程发展简史公元前5000年新石器时代，已经出现原始的土木工程活动，土木工程的发展可分为古代、近代和现代三个阶段。古代土木工程大致从公元前5000年的新石器时代到17世纪中叶，前后约7000年。这一阶段土木工程的特征是：①建筑材料以天然为主②建造理论主要是长期建造经验的总结③建造工具以手工工具古代土木工程中有不少传世杰作，有些还流传至今。房屋建筑方面有北京故宫、意大利的比萨大教堂、法国的巴黎圣母院大教堂、佛罗伦萨教堂和罗马的圣彼得大教堂。在桥梁方面有我国的咸阳渭河桥、赵州桥，在水利方面有都江堰、大运河，高塔方面有应县木塔，在其他方面有长城、埃及陵墓建筑群、吉萨金字塔群。近代土木工程时间跨度从17世纪中叶到20世纪中叶，约300年时间，这一阶段的特征是：①建筑材料以人造材料为主②建筑理论重视科学理论兼顾经验③建筑技术为大规模使用施工机械，近代土木工程中也出现了不少举世瞩目的作品，如埃菲尔铁塔、进门悬索桥、胡佛坝、帝国大厦等现代土木工程起点可定为20世纪中叶，这一阶段的特征是：①土木工程与高新技术相结合②建造材料方面已能配置高性能和高强度的混凝土③结构理论方面，分析理论开始考虑材料非线性和几何线性，能采用数值解对结构的受力进行仿真，能做动力分析④建造技术方面变成了机—电—计算机的一体化在现代土木工程中，体现时代特征的土木工程已不再是一些个体工程，它已与世界经济的高度发展联系在一起。3.土木工程与人类生存的关系资源是人类生存和社会发展的物质基础，自然界固有的大部分资源是有限的，必须有效工业提出了提倡生产和使用“绿色建材”的思想，绿色建材指采用清洁卫生的生产技术少用天然资源和能源，大量使用由工业或城市废弃物生产的无毒害、无污染、无放射性、有利于环境保护和人体健康的建筑材料。合理的使用，同时创造新的资源。土木工程所耗费的能源出自两个方面，一方面是土木工程所用材料在生产过程中消耗的能源，另一方面是土木工程建设完毕后使用期间耗失的能源。人类生存环境的恶化主要来自两个方面：一个是环境污染，另一个是生态环境的破坏。土木工程如不加限制地采用不符合绿色建材的要求的建筑材料，会加剧水和大气的污染。土木工程的选址不对则会造成生态环境的破坏。第二章：建筑工程1.建筑物的功能和安全建筑物的功能就是指建筑物的用途，既可以从房屋建筑的主要用途加以区分，也可以从使用者的立场出发进行区分。建造于地表的建筑物，首先要受到重力作用，建筑物自身重量，安放其中的家具、设备、生活和生产办公用的周转物资的重量，都对建筑物施加了力，在这些外力作用下，结构体系能保持其完整性，不至于发生局部坍塌或连续性的倒塌，是建筑物安全的最基本要求。2.结构体系的发展任何建筑都需要与之匹配的结构，随着人口集聚，集镇都市开始成长，自然发展出对高层建筑结构的需求，于是渐渐有了柱——梁构件形成的框架体系、波特兰水泥、混凝土、钢筋混凝土等。从结构的概念来阐述，大跨度建筑面临的第一挑战就是如何负担沉重的屋盖，可以通过平方——立方定律进行计算，大跨度空间结构抵抗荷载的方式和机理可大致分为三类：利用结构的抗力，利用形体的抗力，利用材料的抗力。3.结构设计理论的演变为了保证建筑物结构系统的安全，要避免发生如下状态：整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡；结构构件或连接因为超过材料强度而破坏；结构变为机动体系；结构或构建丧失稳定；地基丧失承载能力而破坏。机动体系是指结构发生不确定的变形，机动体系在建筑物自身重力荷载的作用下容易塌掉。结构体系发生破坏一般是因为其不够坚固，但将其设计得无比坚固却受到很多限制，首先是经济性的限制，其次是使用性的限制。结构设计的主要步骤：方案设计（可细分为初步设计和扩大的初步设计）；技术设计（既要保证结构安全，又能满足设备工程师的要求）；施工设计（要考虑施工的可行性）。结构安全可用以下公式来表达：荷载作用的效应小于等于结构的抵抗能力，从静力学的应用到动力学的应用，是结构分析中一个非常重要的进步，计算上式的右端项——结构的抵抗能力虽要掌握线性关系、塑性力学，在结构设计中利用塑性力学是结构分析理论的又一个重大进步。稳定性的计算：荷载在结构构件中引起的压力，不仅不能超过材料的强度极限，也不能超过构件的稳定承载力。从防止强度破坏拓展到防止失稳破坏是结构设计概念和设计理论的一个质的重大进步，确定性的结构设计理论慢慢让位给基于概率论的设计理论，这是上世纪结构设计学的又一重大的进步。4.施工技术的进步西方工业革命之前，土木工程的施工主要依靠人力、畜力和一些简单的工具。由泥土烧制而成的砖和瓦这些人造建筑材料，成为土木工程施工技术的第一次飞跃，混凝土的出现给建筑物创造了新的结构形式，促进了土木工程施工的新技术和新理论，形成第二次飞跃发展，钢材的冶炼和钢结构的应用孕育了土木工程施工技术的第三次飞跃。第三章：桥梁工程1.中国古代桥梁的辉煌与衰落中国古代桥梁的历史从公元前16世纪～公元19世纪。我国历史上最早记载的桥梁为钜桥，最早的浮桥始于公元前5世纪的“波斯浮桥”。公元前12世纪，我国建了浮桥。公元前6000年的两河流域先民就开始用砖块砌成拱圈，中国在商代就有建筑拱桥的可能。中国古代工匠的独创臂式木桥梁，用木梁像斗拱那样多层叠置外挑，或加上斜撑增加悬挑的能力直至在跨中合龙形成跨度可达30余米的拱形桥梁，用天然的植物纤维制成索桥。2.中国近代桥梁的引进和发展从17世纪中叶到20世纪中叶的300年间，是近代土木工程迅猛发展的时期。1638年伽利略论述了材料的力学性质和梁的强度，用公式表达了梁的设计理论，之后又逐渐出现了虎克定律、牛顿力学运动三大定律、压屈公式等，在这阶段，拓建造桥梁时期结束，钢筋混凝土桥诞生。列强入侵时期的技术引进，清朝政府奉行闭关锁国，使得中国沦为半殖民地半封建的弱国，鸦片战争后中国被迫开放商埠，引入了西方的桥梁技术，民国时期孙中山先生制定了宏伟的交通建设计划，中国桥梁得到发展。新中国建立初期，随着国民经济和交通事业的兴起，桥梁建设也得到发展产生了武汉长江大桥、南京长江大桥、云南长虹石拱桥等。3.世界现代桥梁发展中的主要技术创新20世纪50年代，1928年首创了预应力混凝土的概念和设计理论。1938年提出斜拉桥构思。20世纪60年代出现了桥梁建设的黄金时期，预应力夹片锚和高应力幅冷铸墩头描问世。钢桥方面，高强度螺栓的摩擦型发展。1960年首创下层移动托架法施工工法。1962年顶推法施工技术。20世纪70年代预应力技术发展的成熟期，斜拉桥开始推广。著名的有sunniberg桥、fegire桥。20世纪80年代体外预应力索新技术得到发展，诞生了平行钢索桥，20世纪90年代桥梁工程进入一个冲刺阶段标志着20世纪桥梁建设最高水平和跨度记录的几座大桥完成。4.中国现代桥梁的崛起80年代中国进入改革开放新时期，开始学习和追赶交通建设，中国的桥梁技术取得了突飞猛进的成果。90年代开始了向着世界先进水平的攀登。上海杨浦大桥在当时居世界斜拉桥跨度之首万县长江大桥的建成使我国拱桥记录跃居世界首位。21世纪进入到一个创新和超越的新时期，最具代表性的是南京长江大桥、上海卢浦大桥（创世界跨度的钢拱桥）润扬长江大桥（中国跨度最大的悬索桥），南京长江（施工速度快）上海东海大桥（我国第一座在广阔海域建造的大桥）。第四章：岩土、隧道及地下工程1.概述岩土工程以土力学与基础工程、岩石力学与工程等为理论基础，以岩石和土的利用、整治或改造作为研究内容，服务于各类主体的勘察、设计与施工的全过程，特点：工程对象多、行业广泛；建设环境复杂、投资大、风险高；隐蔽性好，防灾能力强；冬暖夏凉、运营费低、保护自然生态环境、土地多重利用。2.岩土力学的改革18世纪60年代提出许多岩土工程问题，施工机械的出现也为现代岩土工程的发展提供了物质条件，开始出现土力学的经典理论如土的mohr-coulomb强度理论、土压力理论、关于斜坡稳定性的理论、有孔介质中水的渗透原理即达西定律、极限承载力公式、20世纪初，岩土力学的理论与工程应用取得了较好的发展。1923年间形成了土力学有效应力原理和土的固结理论，此后泰勒和简布发展了土坡稳定性理论，比奥建立了土骨架压缩和渗透耦合的三维固体结构理论。3.岩土工程的演变世界上最早的岩土工程是北京周口店发现的北京猿人洞穴。1300多年前的赵州石拱桥地基处理得非常合理，保存完好并使用至今，用石灰做基础工程的材料有我国的万里长城、西藏佛塔、埃及金字塔、古罗马的家谱亚军用大道。1885年美国芝加哥建成了世界上第一座具有现代意义的钢结构高层建筑。随后，全世界兴起了建造高层建筑之风，对基地承载力提出了更高的要求。在这期间的打桩技术有落锤法施工、蒸汽打桩锤、导杆式柴油打桩锤、筒式柴油打桩锤。自20世纪中叶以来，岩土工程在世界发生了史无前例的发展，岩土工程领域得到拓展，岩土工程发展条件变得成熟，岩土工程理论与技术有了突破。4.隧道及地下工程的发展历史与技术进步古代隧道从旧石器时代到公元17世纪，窑洞是一个重要里程碑。，近代隧道及地下工程时期是指从17世纪到第二次世界大战前后，这一时期有很多新技术诞生:传统矿山法，隧道掘进机、盾构法、沉埋法。现代隧道及地下工程是指从第二次世界大战到现在，主要的施工方法有：岩石隧道与矿山法和新奥法、隧道掘进机、盾构法隧道、沉管法隧道、轨道交通隧道工程、地下空间综合开发与利用。5.展望岩土中的许多问题不仅经典力学无法解释，现有的非线性和弹塑性本构理论也无能为力，因此，不少学者正在探索新的研究思路，，土的随机性研究正方兴未艾。岩土工程的发展将围绕现代土木工程建设中出现的岩土问题并将融入环境科学、材料科学等其他学科取得的新成果。随着城市化的飞速发展，新型随道及地下工程的方式层出不穷。近年来人们提出了真空隧道输送设想。第五章：道路与机场工程1.中外古代道路发展概况公元前20世纪中国就有驮运道，相传是黄帝发明了车轮，战国时期有了栈道，秦始皇修建了遍布全国的驰道网，隋朝有了御道，汉朝开创了丝绸之路。唐朝实行道路保养。公元960～1911年，在宋、元、明、清几个朝代中，道路工程技术均有不同的提高。公元前20世纪阿拉伯埃及共和国为建筑金字塔和狮身人面像，把大