現(xiàn)代土木工程-1課件

現(xiàn)代土木工程現(xiàn)代土木工程1第1章第1章21.1土木工程定義及屬性土木工程概念：土木工程是指建造各類工程設施的科學、技術和工程的總稱。土木工程的含義可從兩方面去理解:一層含義是是指與人類生活、生產(chǎn)活動有關的各類工程設施；另一層含義是指為了建造工程設施應用材料、工程設備在土地上所進行的勘察、設計、施工等工程技術活動。高樓林立的城市、現(xiàn)代化的工廠、標志性的公共建筑，都與土木工程戚戚相關。1.1土木工程定義及屬性土木工程概念：土木工程是指建造各3土木工程需要解決的問題及其要素和目的：土木工程需要解決的問題及其要素和目的：4建筑工程位于臺北市信義區(qū)的一幢摩天大樓，樓高508米，地上101層，是目前全球最高的摩天大樓之一。

建筑工程位于臺北市信義區(qū)的一幢摩天大樓，樓高508米5橋梁工程橋梁工程6道路工程一種帶狀的三維空間人工構造物。早期僅對道路提出了排水良好，密實地基的要求。而隨著汽車的出現(xiàn)及車輛速度的不斷提高，使路面承受荷載的要求不斷提高，對道路也提出了更高要求。道路是對所有各種公路或干線的統(tǒng)稱。道路工程一種帶狀的三維空間人工構造物。早期僅對道路提出了排水7鐵路工程鐵路工程8水利水電工程三峽工程都江堰水利水電工程三峽工程都江堰9港口工程現(xiàn)代港口向物流服務中心轉化，其裝卸運輸向多樣化、協(xié)調化、一體化方向發(fā)展。港口工程現(xiàn)代港口向物流服務中心轉化，其裝卸運輸向多樣化、協(xié)調10海洋及機場工程海洋及機場工程11(1).土木工程的建設目的和意義：典型的建筑工程就是房屋工程。它是興建房屋的規(guī)劃、勘察、設計（建筑、結構和設備)施工的總稱,目的是為人類生產(chǎn)與生活的提供場所。土木工程的根本目的和出發(fā)點是形成人類生產(chǎn)或生活所需要的、功能良好且舒適美觀的空間和通道。它既是物質方面的需要，也有精神方面的需求。(1).土木工程的建設目的和意義：12一方面，人們的生活離不開土木工程，其社會需求推動土木工程的不斷向前發(fā)展；另一方面，社會的進步進一步推動工程技術的創(chuàng)新和發(fā)展，隨著社會的發(fā)展，工程結構越來越大型化、復雜化，超高層建筑、特大型橋梁、巨型大壩、復雜的地鐵系統(tǒng)等不斷涌現(xiàn)，既滿足人們的生活需求，同時也演變?yōu)樯鐣嵙Φ南笳鳌Ｒ环矫?，人們的生活離不開土木工程，其社會需求推動土木13(2).土木工程存在的根本原因：地球上有各種各樣的荷載和作用力，而土工工程存在的根本原因是使結構能夠抵抗各種自然或人為的作用力。任何一個工程結構都要承受自身重量、使用荷載、風力等荷載的作用和溫度變化對土木工程結構產(chǎn)生力的作用。2000.7.13一場特大龍卷風襲擊蘇北部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，大批房屋倒塌、樹木折斷，交通中斷，經(jīng)濟損失超過1.5億元。(2).土木工程存在的根本原因：2000.7.13一場特大龍14同時，由于環(huán)境的持續(xù)惡化，導致的自然災害頻發(fā)，如地震災害、風災害、洪水災害、泥石流災害、蟲災(如白蟻成災對木結構的房屋和橋梁損害極大)等也對人們的生命及生活質量構成嚴重威脅，據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計，近百年來，全世界死于各種災害的人口約458萬人。時間(年,月,日)國家及地區(qū)災害類型死亡人數(shù)1900，9美國德克薩斯州加爾維斯敦颶風死亡8000人至12000人1920，12，16中國甘肅8.6級地震死亡20萬多人1923，9，1日本的橫濱和東京一帶東京大地震引起的大火死亡人數(shù)達到7.1萬多人，其中大火燒死5.6萬多人1931，6~1931，7淮河流域持續(xù)暴雨潰堤引起的洪水死亡7.5萬多人1970，11，13孟加拉的恒河三角洲颶風死亡30萬多人1976，7，28中國唐山7.8級地震死亡24萬多人2004，12，26東南亞海嘯死亡22萬多人2006，2，17菲律賓南萊特省泥石流死亡1800多人2008，5，12中國汶川8.0級地震死亡8萬多人因此，自然環(huán)境的變化也要求土木工程能夠抵御自然災害，提供安全、可靠的活動空間、通道等等。同時，由于環(huán)境的持續(xù)惡化，導致的自然災害頻發(fā)，如地震152000.12.25日晚21時35分左右，河南洛陽市東都商廈發(fā)生特大火災，

據(jù)悉，火災死亡人數(shù)已達309人，多數(shù)屬窒息死亡。根據(jù)初步調查分析，這次火災是因該大廈地下室二層施工不慎引起的.2000.12.25日晚21時35分左右，河南洛陽市東都商廈16(3).土木工程的建設條件：

材料、土地、人財物等都是實現(xiàn)土木工程建造的基本物質條件，而材料的選擇、數(shù)量的確定是土木工程建設過程中必須解決的最重要內(nèi)容。材料費往往占土木工程投資大部分，土木工程造價主要取決于材料所需的資金。土木工程的任務就是要充分發(fā)揮材料的作用，在保證結構安全的前提下實現(xiàn)最經(jīng)濟的建造。土木工程材料是隨著人類社會生產(chǎn)力和科學技術水平的提高而逐漸發(fā)展起來的。土木工程材料的發(fā)展與土木工程技術的進步有著不可分割的聯(lián)系，它們相互制約、相互依賴和相互推動，新型建筑材料的誕生推動了土木工程設計方法和施工工藝的變革，而新的土木工程設計方法和施工工藝對建筑材料品種和質量提出更高和更為多樣化的要求。(3).土木工程的建設條件：材料費往往占土木工程投資大部分17(4).土木工程的項目管理：土木工程的最終歸宿是將社會所需的工程項目建造成功，投入使用，除了有最優(yōu)設計還不夠，還需要把藍圖變?yōu)楝F(xiàn)實。因此需要研究如何利用現(xiàn)有的物資設備條件，通過有效的技術途徑和組織手段來進行施工，將社會所需的工程設施建造成功。對工程項目全過程進行有序、全面、科學和目標明確的管理，發(fā)揮計劃職能、組織職能、控制職能、協(xié)調職能和監(jiān)督職能等。土木工程的工程項目管理必須緊緊圍繞項目目標進行管理，其中管理目標主要包括工程進度、工程質量、工程費用、安全、資源等目標。(4).土木工程的項目管理：對工程項目全過程進行有序、全面、18由此可見，土木工程是一項系統(tǒng)工程，涉及方方面面的知識和技術，對工程實踐的依賴性很強，具有綜合性、社會性、實踐性及技術、經(jīng)濟和建筑藝術的統(tǒng)一性四個基本屬性。綜合性——土木工程是一門涵蓋范圍廣闊的綜合性學科，一般要經(jīng)過勘測、設計和施工三個階段。土木工程的施工與勘測由此可見，土木工程是一項系統(tǒng)工程，涉及方方面面的知19社會性——土木工程是伴隨著人類社會的發(fā)展而發(fā)展起來的，是隨社會不同歷史時期的科學技術和管理水平而發(fā)展，工程設施能反映各個歷史時期社會經(jīng)濟、文化、科學、技術發(fā)展的面貌。如圖所示的是我國不同時期房屋建筑，其早期的房屋建筑以砌體結構為主，施工簡便，房屋主要以中低層為主，采用的黏土磚價格低廉；而現(xiàn)在的房屋建筑多以框架結構為主，隨著鋼筋混凝土及預應力鋼筋混凝土的運用，房屋向更大跨徑及更高樓層發(fā)展，對設備、技工水平等要求也更高。

社會性——土木工程是伴隨著人類社會的發(fā)展而發(fā)展起來的，是隨社20實踐性—由于影響土木工程的因素錯綜復雜，使土木工程對實踐的依賴性很強。在土木工程的發(fā)展過程中，工程實踐經(jīng)驗常先行于理論。此外，土木工程中的實踐經(jīng)驗和教訓往往能顯示出未能預見的新因素，觸發(fā)新理論的研究和發(fā)展。至今不少工程問題的處理，在很大程度上仍然依靠實踐經(jīng)驗。實踐性—由于影響土木工程的因素錯綜復雜，使土木工程對實踐的依21上海環(huán)球金融中心已在395米的第90層安裝了兩臺風阻尼器，以大幅度降低超高層建筑物由于強風引起的搖晃。風阻尼器外部是3層藍色的鋼質框架，中間桔紅色的是用鋼索懸吊的重100多噸的配重物。據(jù)了解，配重物是與環(huán)球金融中心本身自振頻率相一致的振動體，而在配重物的下面安裝了驅動裝置，將能使強風時加在建筑物上的加速度(重力)降低40%左右，可抗12級以上臺風。上海環(huán)球金融中心已在395米的第90層安裝了兩臺風阻22為了減少強風對建筑物的影響，目前世界已建成的最高建筑臺北101大廈在87~92樓安裝了一個巨大的鋼球風阻尼器。

這是世界上目前最大的大樓風阻尼器，本身重量660噸，系統(tǒng)總重量730噸，由四十一層12.5公分厚鋼板結合為球形，直徑5.5米，總造價約三千萬人民幣，可以減少因地震、風吹所引起的擺幅。為了減少強風對建筑物的影響，目前世界已建成的23技術、經(jīng)濟和藝術的統(tǒng)一性

—土木工程是為人類需要服務的，它必然是每個歷史時期技術、經(jīng)濟、藝術統(tǒng)一的見證。懸空寺，全國重點文物保護單位，是佛、道教合一的獨特寺廟。位于山西省渾源縣城南5km金龍峽半崖峭壁間。始建于北魏后期，至今已有1400多年歷史。技術、經(jīng)濟和藝術的統(tǒng)一性懸空寺，全國重點文物保護單位，是佛24巴西的馬拉卡納體育場，這座能容納20萬人的體育場長110米，寬75米，建筑面積達到了11.85萬平方米，不僅是世界上最大的體育場，同時也是世界上最現(xiàn)代化的體育場之一。古羅馬競技場是古羅馬時期最大的圓形角斗場，以宏偉、獨特的造型聞名于世，龐大的競技場可以容納近九萬人。巴西的馬拉卡納體育場，這座能容納20萬人的體25五棵松籃球館

北京工人體育館五棵松籃球館

北京工人體育館26武漢長江大橋江陰長江大橋土木工程為國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活的改善提供了重要的物質技術基礎，其發(fā)展水平充分體現(xiàn)國民經(jīng)濟的綜合實力，反映一個國家的現(xiàn)代化水平。武漢長江大橋江陰長江大橋土木工程為國民經(jīng)濟的發(fā)展和人27土木工程的發(fā)展簡史經(jīng)歷了三個歷史發(fā)展時期

古代土木工程（約公元前5000~17世紀中葉）土木工程的古代時期是從新石器時代開始的。人們在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料從事營造活動，后來出現(xiàn)了磚和瓦這種人工建筑材料，使人類第一次沖破了天然建筑材料的束縛。

近代土木工程（17世紀中葉至20世紀中葉）是土木工程發(fā)展史中迅猛前進的階段。這個時期土木工程的主要特征體現(xiàn)在材料方面、理論方面及施工方面。

現(xiàn)代土木工程（20世紀中葉至今）現(xiàn)代土木工程的特點是：以社會生產(chǎn)力的現(xiàn)代發(fā)展為動力，以現(xiàn)代科學技術為背景，以現(xiàn)代工程材料為基礎，以現(xiàn)代工藝與機具為手段高速度地向前發(fā)展。土木工程的發(fā)展簡史經(jīng)歷了三個歷史發(fā)展時期古代土木工程（約28早期的土木工程人們只能依靠泥土、木料及其它天然材料從事營造活動，后來出現(xiàn)了磚和瓦這種人工建筑材料，使人類第一次沖破了天然建筑材料的束縛。古代土木工程的時間跨度，大致從舊石器時代(約公元前5000年起)到17世紀中葉。古代土木工程所用的材料，最早為當?shù)氐奶烊徊牧希缒嗤痢⑹瘔K、樹枝、竹、茅草、蘆葦?shù)?，后來開發(fā)出土坯、石材、木材、磚、瓦、青銅、鐵，以及混合材料如草筋泥、混合土等。如圖所示的是人類早期居住的房屋。1.2古代土木工程

早期的土木工程人們只能依靠泥土、木料及其它天然材料29古代土木工程所用的材料，最早為當?shù)氐奶烊徊牧希缒嗤?、石塊、樹枝、竹、茅草、蘆葦?shù)?，后來開發(fā)出土坯、石材、木材、磚、瓦、青銅、鐵、鉛，以及混合材料如草筋泥、混合土等。古代土木工程所用的工具，最早只是石斧、石刀等簡單工具，后來開發(fā)出斧、鑿、錘、鉆、鏟等青銅和鐵制工具，以及打樁機、桅桿起重機等簡單施工機械。古代土木工程的建造主要依靠實際生產(chǎn)經(jīng)驗、缺乏設計理論的指導。古代土木工程所用的材料，最早為當?shù)氐奶烊徊牧?，如泥?0古代土木工程的發(fā)展大體上可分為萌芽時期、形成時期和發(fā)達時期。萌芽時期

大致在新石器時代，原始人為避風雨、防獸害，利用天然的掩蔽物，例如山洞和森林作為住處。形成時期

隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，農(nóng)業(yè)、手工業(yè)開始分工。發(fā)達時期

由于鐵制工具的普遍使用，提高了工效；工程材料中逐漸增添復合材料；工程內(nèi)容則根據(jù)社會的發(fā)展，道路、橋梁、水利、排水等工程日益增加，大規(guī)模營建了宮殿、寺廟，古代土木工程的發(fā)展大體上可分為萌芽時期、形成時期和發(fā)31萌芽時期

當人們學會播種收獲、馴養(yǎng)動物以后，天然的山洞和森林已不能滿足需要，于是使用簡單的木、石、骨制工具，伐木采石，以黏土、木材和石頭等，模仿天然掩蔽物建造居住場所，開始了人類最早的土木工程活動。

萌芽時期

32在陜西西安附近，距今6000余年前新石器時代的村落，有居民住房、制陶窯場、公共倉庫、圈欄、窖穴、墓葬等的聚落布局，在浐河東岸的臺地上遺存有密集排列的40-50座住房，在其中心部分有一座規(guī)模相當大(平面約為12.5×14米)房屋，可能是會堂。中國西安半坡村遺址

我國黃河流域的仰韶文化（約公元前5000~3000）遺址。在陜西西安附近，距今6000余年前新石器時代的村落，有居民住33形成時期

隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，農(nóng)業(yè)、手工業(yè)開始分工。在這個時期，土木工程的發(fā)展可以體現(xiàn)在材料、構造、工具、工程內(nèi)容等方面。①在材料方面，開始出現(xiàn)經(jīng)過燒制加工的瓦和磚；②在構造方面，形成木構架、石梁柱、券拱等結構體系；③在工程內(nèi)容方面，有宮室、陵墓、廟堂，還有許多較大型的道路、橋梁、水利等工程；④在工具方面，美索不達米亞(兩河流域)和埃及在公元前三千年，中國在商代已開始使用青銅制的斧、鑿、鉆、鋸、刀、鏟等工具。

形成時期

34建于公元1420年的故宮占地面積72萬平方米，共有各式宮室8千余間，是世界上規(guī)模最大、保存最完整的宮殿建筑群。發(fā)達時期由于鐵制工具的普遍使用，提高了工效；工程材料中逐漸增添復合材料；工程內(nèi)容則根據(jù)社會的發(fā)展，道路、橋梁、水利、排水等工程日益增加，大規(guī)模營建了宮殿、寺廟，因而專業(yè)分工日益細致，技術日益精湛，從設計到施工已有一套成熟的經(jīng)驗。故宮建于公元1420年的故宮占地面積72萬平35佛宮寺釋迦塔佛光寺祖師塔古代土木工程有以下幾種主要結構形式：

木結構石結構磚結構金字塔佛宮寺釋迦塔佛光寺祖師塔古代土木工程有以下幾種主要結構形式36萬里長城長城的歷史要追溯到二千多年前的春秋戰(zhàn)國時代，它以雄偉的氣魄和悠久的歷史著稱于世，被列為世界奇跡，1987年被聯(lián)合國教科文組織列為“世界文化和自然遺產(chǎn)保護項目”。是世界上最著名的游覽勝地之一。最早修筑長城的是楚國，稱為“方城”。公元前214年，由秦始皇擴建完成。隨后，各朝代都進行過修筑、擴建。其中以明代修筑規(guī)模最大，工程技術水平也最高，通常稱的明長城。萬里長城長城的歷史要追溯到二千多年前的春秋戰(zhàn)國時代，它以雄偉37約公元前256~前251年（戰(zhàn)國時期）始建于秦昭王末年的四川都江堰大型引水樞紐，是世界歷史上最長的無壩引水工程。四川都江堰大型引水樞紐，建于公元前256~251年，是世界歷史上最長的無壩引水工程。以灌溉為主，兼有防洪、水運、供水等多種效益，一直沿用至今。約公元前256~前251年（戰(zhàn)國時期）始建于秦昭王末年38都江堰由魚嘴、飛沙堰、寶瓶口三部分組成。魚嘴是江心的分水堤壩，把岷江分成外江和內(nèi)江，外江排洪，內(nèi)江灌溉；飛沙堰起泄洪、排沙和調節(jié)水量的作用；寶瓶口控制進水流量都江堰由魚嘴、飛沙堰、寶瓶口三部分組成。魚嘴是江心的分水堤壩39世界上最長的京杭大運河，北與海河相連，南與錢塘江相接，將海河、黃河、淮河、長江和錢塘江五大水系，連成了統(tǒng)一的水運網(wǎng)。這是我國古代勞動人民改造大自然的一項奇跡。

目前國外著名的大運河有蘇伊士運河、巴拿馬運河、前蘇聯(lián)土庫曼運河等。這些運河的長度不但都比我國的大運河短得多，且也都比隋朝開鑿南北大運河的時間晚1000多年。京杭大運河京杭大運河開鑿于春秋戰(zhàn)國時期，公元610年全部完成，迄今已有2400多年歷史。京杭大運河由北京到杭州．流經(jīng)河北、山東、江蘇、浙江四省，溝通海河、黃河、長江、淮河、錢塘江五大水系，全長1794km世界上最長的京杭大運河，北與海河相連，南與錢塘江相接40據(jù)史料記載，約3000年前，我們的祖先就曾在渭河上架設過浮橋。在中國，吊橋具有悠久的歷史，早期的纜索是由藤條或竹子做成的，隨著冶煉技術水平的提高，后來發(fā)展為用鐵鏈代替，并在前秦時代出現(xiàn)了鐵制的橋墩。公元60年前后就有了鐵鏈懸索橋。至今保留下來的古代吊橋有四川省瀘定縣的大渡河鐵索橋，建成于1706年，橋跨100m，橋寬約2.8m。瀘定河鐵索橋據(jù)史料記載，約3000年前，我們的祖先就曾在渭河上41在秦漢時期我國己廣泛修建石梁橋和石拱橋。其中福建泉州的萬安橋、漳州虎波橋、四川省瀘州龍腦橋等都是我國古代石梁橋的代表，其石梁運輸、安裝都需要很高的技術。龍腦橋萬安橋四川省瀘州龍腦橋，位于瀘州市附近的九曲河上，建于明代洪武年間，由３０塊長３.６米的青石板組成。中間８個橋墩上分別雕有龍、象和麒麟的頭像，石雕藝術精湛，造型別致，布局奇特。因石雕中有４個龍頭故名龍腦橋。萬安橋位于福建省泉州東郊的洛陽江上，修建于公元1059年，我國現(xiàn)存最早的跨海梁式大石橋。橋全系花崗巖石砌筑，現(xiàn)橋長731.29米、寬4.5米、高7.3米，有44座船形橋墩在秦漢時期我國己廣泛修建石梁橋和石拱橋。其中福42河北趙州橋(又稱安濟橋)，是中國古代石拱橋的杰出代表。該橋為隋朝工匠李春所建，其特點是跨度大(37.47m)，其跨度當時居世界之最，矢跨比小，在拱圈兩肩各設兩個跨度不等的腹拱，既減輕了橋身自重，又節(jié)省了材料，還便于排洪。趙州橋河北趙州橋(又稱安濟橋)，是中國古代石拱橋的杰出代43主要特征早期土木工程采用的只是當?shù)氐奶烊徊牧?，如泥土、礫石、樹干、樹枝、竹、茅草、蘆葦?shù)?。后來發(fā)展到土坯、石材、磚、瓦、木、青銅、鐵、鉛、以及混合材料如草筋、混合土等。最早只是利用石斧、石刀等簡單工具。后來發(fā)展了斧、鑿、鈷、鏟、鋸等青銅和制鐵工具，興起了窯制和煅燒加工技術，以及打樁機、桅桿起重機等施工機械。木工、瓦工、泥工、土工、窯工、雕工、石工、彩畫工等。理論著作：《考工記》、《營造法式》、《論建筑》施工材料工藝技術工程分工主要特征早期土木工程采用的只是當?shù)氐奶烊徊牧?，如泥土、礫石、441.3近代土木工程

近代土木工程逐漸發(fā)展到包括房屋、道路、橋梁、鐵路、隧道、港口、市政、衛(wèi)生等工程建筑和工程設施，不僅能夠在地面，而且有些工程還能在地下或水域內(nèi)修建。土木工程在這一時期的發(fā)展可分為奠基時期、進步時期和成熟時期三個階段。

奠基時期

17世紀到18世紀下半葉是近代科學的奠基時期進步時期

18世紀下半葉，J.瓦特對蒸汽機作了根本性的改進成熟時期

第一次世界大戰(zhàn)以后，近代土木工程發(fā)展到成熟階段1.3近代土木工程近代土木工程逐漸發(fā)展到包括房45近代土木工程逐漸發(fā)展到包括房屋、道路、橋梁、鐵路、隧道、港口、市政、衛(wèi)生等工程建筑和工程設施，不僅能夠在地面，而且有些工程還能在地下或水域內(nèi)修建。如圖所示的是世界上第一條鐵路是英國在1825年修建的斯托克頓—達林頓鐵路及1863年在倫敦建造的世界第一條地下鐵道。近代土木工程逐漸發(fā)展到包括房屋、道路、橋梁46奠基時期伽利略的梁設計理論論述了建筑材料的力學性質和梁的強度，是彈性體力學史的開端，它與牛頓的力學三大定律為土木工程奠定了力學分析的基礎。歐拉柱的壓屈理論給出了柱臨界壓曲荷載的計算公式，在分析工程構筑物的彈性穩(wěn)定方面得到了廣泛的應用。奠基時期471825年納維建立了土木工程中結構設計的容許應力法；19世紀末里特爾等人提出了極限平衡的概念。這為土木工程的結構理論分析打下了基礎。1824年英國人阿斯普丁取得了波特蘭水泥的專利權，1850年開始生產(chǎn)。20世紀初，有人發(fā)表了水灰比等學說，才初步奠定了混凝土強度的理論基礎。1859年發(fā)明了貝塞麥轉爐煉鋼法，使鋼材得以大量生產(chǎn)，并廣泛應用于土木工程。1867年法國人莫尼埃用鐵絲加固混凝土制成花盆，并推廣到工程中，建造了一座蓄水池，這是應用鋼筋混凝土的開端。1875年，他主持建造了第一座長16m的鋼筋砼橋。進步時期18世紀下半葉，瓦特對蒸汽機作了根本性的改進，蒸汽機的使用推進了產(chǎn)業(yè)革命。規(guī)模宏大的產(chǎn)業(yè)革命，為土木工程提供了多種性能優(yōu)良的建筑材料及施工機具，也對土木工程提出新的需求，從而促使土木工程以空前的速度向前邁進。1825年納維建立了土木工程中結構設計的容許應力法；1948從材料方面來講，波特蘭水泥的發(fā)明及鋼筋混凝土開始應用是近代土木工程發(fā)展史上的重大事件。貝塞麥轉爐煉鋼法的成功使得鋼材得以大量生產(chǎn)并應用于房屋與橋梁的建設?；炷良颁摬牡耐茝V應用，使得土木工程師可以運用這些材料建造更為復雜的工程設施。

從材料方面來講，波特蘭水泥的發(fā)明及鋼筋混凝49這一時期內(nèi)，蒸汽機等產(chǎn)業(yè)革命促進了工業(yè)、交通運輸業(yè)的發(fā)展，對土木工程設施提出了更多的要求，同時也為土木工程的建造提供了新的施工機械和施工方法。1825年英國首次使用盾構開鑿泰晤士河河底隧道；1906年瑞士修筑通往意大利的19.8公里長的辛普朗隧道，使用了大量黃色炸藥以及鑿巖機等先進設備。

這一時期內(nèi)，蒸汽機等產(chǎn)業(yè)革命促進了工業(yè)、交通運輸業(yè)50產(chǎn)業(yè)革命還從交通方面推動了土木工程的發(fā)展，鐵路與地下鐵道相繼出現(xiàn)，公路方面明確了碎石路的施工工藝和路面鎖結理論，促進了近代公路的發(fā)展。鐵路和公路的空前發(fā)展也促進了橋梁工程的進步?，F(xiàn)代橋梁的三種基本形式：拱橋、懸索橋、梁式橋相繼出現(xiàn)。產(chǎn)業(yè)革命還從交通方面推動了土木工程的發(fā)展51該橋（英國的科爾布魯克代爾橋）建于1779年。橋跨約30.5m，矢高13.7m，由五片半圓形拱肋組成。該橋完全模仿木拱橋的形狀。鋼材的出現(xiàn)，把鑄鐵（以及鍛鐵）橋送進了橋梁歷史博物館。科爾布魯克代爾橋曾使用170年。世界最古老的鑄鐵拱橋（科爾布魯克代爾橋)——1779年英國用鑄鐵建成跨度為30.5m的拱橋該橋（英國的科爾布魯克代爾橋）建于1779年。橋跨約30.552梅奈海峽橋，位于英國的威爾士，1826年建成。該橋是英國用鑄鐵建成的第一座懸索橋，主跨177米，為當時世界上最大跨度的橋梁，現(xiàn)仍存在。梅奈海峽橋——

1826年英國用鍛鐵建成建造了第一座跨度為177m的懸索橋梅奈海峽橋，位于英國的威爾士，1826年建成。該橋是英國用鑄531890年由貝格（B.Baker)設計并建成的福斯橋（ForthBridge)位于英國愛丁堡附近，兩孔主跨達521m,耗鋼50000噸。屬于懸臂式桁架梁橋。福斯橋（ForthBridge)——

1890年英國又建成兩孔主跨的懸臂式桁架梁橋1890年由貝格（B.Baker)設計并建成的福斯橋（For54主要特征有力學和結構理論作為指導；磚、瓦、木、石等建筑材料得到日益廣泛的使用；混凝土、鋼材、鋼筋混凝土以及早期的預應力混凝土得到發(fā)展；施工技術進步很大，建造規(guī)模日益擴大，建造速度大大加快。主要特征有力學和結構理論作為指導；55成熟時期第一次世界大戰(zhàn)以后，近代土木工程發(fā)展到成熟階段。這個時期的一個標志是道路、橋梁、房屋大規(guī)模建設的出現(xiàn)。在交通運輸方面，瀝青和混凝土開始用于鋪筑高級路面。由于汽車在陸路交通中具有快速和機動靈活的特點，道路工程的地位日益重要。1931-1942年德國首先修筑了長達3860km的高速公路網(wǎng)，美國和歐洲—些國家也紛紛開始高速公路的修建

成熟時期56從十九世紀中葉開始，冶金業(yè)冶煉并軋制出抗拉和抗壓強度都很高、延性好、質量均勻的建筑鋼材，隨后又生產(chǎn)出高強度鋼絲、鋼索。于是適應發(fā)展需要的鋼結構得到蓬勃發(fā)展。除應用原有的梁、拱結構外，新興的桁架、框架、網(wǎng)架結構、懸索結構逐漸推廣。隨著鋼鐵質量的提高和產(chǎn)量的上升，使建造大跨橋梁成為現(xiàn)實。1937年建成的美國舊金山金門懸索橋，跨度1280m，全長2825m；1932年澳大利亞建成悉尼港橋為雙鉸鋼拱結構，跨度503m。

從十九世紀中葉開始，冶金業(yè)冶煉并軋制出抗拉和抗壓57

工業(yè)的發(fā)達，城市人口的集中，使工業(yè)廠房向大跨度發(fā)展，民用建筑向高層發(fā)展，中世紀的石砌拱終于被近代的殼體結構和懸索結構所取代。美國紐約的帝國大廈于1931年落成，共102層，高378米，有效面積16萬平方米，結構用鋼約5萬余噸，內(nèi)裝電梯67部，它保持世界房屋最高紀錄達40年之久。

工業(yè)的發(fā)達，城市人口的集中，使工業(yè)廠房向大跨度發(fā)展58近代土木工程發(fā)展到成熟階段的另一個標志是預應力鋼筋混凝土的廣泛應用，把土木工程技術推向現(xiàn)代化。此外，1906年美國舊金山發(fā)生大地震，1923年日本關東發(fā)生大地震，生命財產(chǎn)遭受嚴重損失。1940年美國塔科馬懸索橋毀于風振。這些自然災害推動了結構動力學和工程抗害技術的發(fā)展。另外，超靜定結構計算方法不斷得到完善，在彈性理論成熟的同時，塑性理論、極限平衡理論也得到發(fā)展?，F(xiàn)代土木工程-1課件591.4現(xiàn)代土木工程

現(xiàn)代土木工程的特點是：以社會生產(chǎn)力的現(xiàn)代發(fā)展為動力，以現(xiàn)代科學技術為背景，以現(xiàn)代工程材料為基礎，以現(xiàn)代工藝與機具為手段高速度地向前發(fā)展。

工程功能化

現(xiàn)代土木工程的特征之一，是工程設施同它的使用功能或生產(chǎn)工藝更緊密地結合。復雜的現(xiàn)代生產(chǎn)過程和日益上升的生活水平，對土木工程提出了各種專門的要求。城市立體化

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人口的增長，城市用地更加緊張，交通更加擁擠，這就迫使房屋建筑和道路交通向高空和地下發(fā)展。交通高速化現(xiàn)代世界是開放的世界，人、物和信息的交流都要求更高的速度。

土木工程的三個要素(材料、施工和理論)也出現(xiàn)了新的趨勢。材料輕質高強化施工過程工業(yè)化理論研究精密化

1.4現(xiàn)代土木工程現(xiàn)代土木工程的特點是：以社會生60(1)工程功能化即土木工程日益同它的使用功能或生產(chǎn)工藝緊密結合——公共和住宅建筑物要求建筑、結構、給水排水、采暖、通風、供燃氣、供電等現(xiàn)代技術設備結合成整體。(1)工程功能化即土木工程日益同它的使用功能或生產(chǎn)工藝緊密61蓬皮杜國家藝術和文化中心——綜合性文化建筑。建于1972~1977年。特點：建筑外觀、結構、設備均暴露。沿街立面滿是彩色管道。蓬皮杜國家藝術和文化中心——綜合性文化建筑。建于1972~162文化中心的外部鋼架林立、管道縱橫，并且根據(jù)不同功能分別漆上紅、黃、藍、綠、白等顏色。因這座現(xiàn)代化的建筑外觀極像一座工廠，故又有“煉油廠”和“文化工廠”之稱?！拔幕行摹笔窃?969年由法國總統(tǒng)喬治·蓬皮杜決定興建的，是一個融合造型藝術、建筑藝術、城市規(guī)劃藝術、電視電影、文學、音樂、舞蹈以及其它種種最現(xiàn)代化的表現(xiàn)手段在一起。文化中心的外部鋼架林立、管道縱橫，并且根據(jù)不同功能63——發(fā)展高科技和新技術對土木工程提出高標準要求。如核反應堆、核電站；海洋工程等?！l(fā)展高科技和新技術對土木工程提出高標準要求。如核反應堆、64——工業(yè)建筑物圍繞生產(chǎn)工藝在功能要求方面越來越高。并向大跨度、超重型、靈活空間方向發(fā)展。大眾汽車制造廠CKD車間——工業(yè)建筑物圍繞生產(chǎn)工藝在功能要求方面越來越高。并向大跨度65(2)城市立體化20世紀中葉以來，城市建設有三個趨向；——高層建筑的大量興起。由于城市人口大量積聚，密度猛增，用房緊張，地價昂貴，建筑物向空間發(fā)展。美國的高層建筑最多，高度在160-200m的就有100多幢。近10年來，我國、馬來西亞、新加坡等東南亞國家的高層建筑有很大發(fā)展。上海金茂大廈421m高，88層(2)城市立體化20世紀中葉以來，城市建設有三個趨向；——66城市道路和鐵路很多已采用高架，城市高架公路、立交橋大量涌現(xiàn)，同時又向地層深處發(fā)展。地下鐵道與建筑物地下室連接，形成地下商業(yè)街。城市道路下面密布著電纜、給水、排水、供熱、供燃氣的管道，構成城市的脈絡。現(xiàn)代城市建設已經(jīng)成為一個立體的、有機的系統(tǒng)，對土木工程各個分支以及他們之間的協(xié)作提出了更高的要求。

67——城市高架公路、立交橋大量涌現(xiàn)?！鞘懈呒芄贰⒘⒔粯虼罅坑楷F(xiàn)。68此外，小轎車進入家庭的速度不斷加快，城市交通嚴重緊張狀況由幾個大都市向普遍的大城市發(fā)展，城市交通堵塞由局部地區(qū)和局部時間段上向大部分地區(qū)和較長時間段上發(fā)展，為人們正常出行帶來了極大的不便。大力發(fā)展城市軌道交通是國內(nèi)外解決城市交通最好的辦法和出路，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國規(guī)劃、準備建設和已經(jīng)建設城市軌道交通的城市已經(jīng)有20多個，城市軌道交通具有廣闊的發(fā)展前景和建設市場。

69(3)交通高速化——高速公路的大規(guī)模修建。目前，全世界已有80多個國家和地區(qū)擁有高速公路，通車總里程超過了23萬公里，很大程度上取代了鐵路的職能，高速公路的里程數(shù)，已成為衡量一個國家現(xiàn)代化程度的標志之一。山東的高速公路是全國第一個跨2000km以上省份(3)交通高速化——高速公路的大規(guī)模修建。山東的高速公路70——鐵路電氣化的形成和大量發(fā)展。南昆電氣化鐵路1964年10月世界鐵路運營史第一塊高速金牌在日本誕生，時速為210km。1994年12月22日，我國第一條準高速鐵路——廣深高速鐵路建成通車，時速為160km。我國第一條高速鐵路——京滬高速鐵路，全長約1300km，實施全封閉、全立交，為客運專線，設計時速為300km?！F路電氣化的形成和大量發(fā)展。南昆電氣化鐵路1964年1071京滬高速鐵路正線全長約1318km，實施全封閉、全立交，為客運專線，設計時速為350km，初期運營時速300公里。從工程角度來看，高速公路、高速鐵路在坡度、曲線半徑、路基質量和精度方面都有嚴格的限制。

72現(xiàn)代土木工程-1課件73蘇通大橋位于江蘇省東部的南通市和蘇州（常熟）市之間，全長32.4公里，是我國建橋史上工程規(guī)模最大、綜合建設條件最復雜的特大型橋梁工程之一，因承載著“最大群樁基礎”、“最高橋塔”、“最長斜拉索”和“最大主跨”4項世界紀錄。作為現(xiàn)在全球最大的斜拉橋，大橋主跨1088米，通航凈空62米，跨江大橋總長8206米，兩岸連接線共長24.2千米。。蘇通大橋蘇通大橋位于江蘇省東部的南通市和蘇州（常熟）市之間，全長3274——長距離的海底隧道的出現(xiàn)。如日本越過津輕海峽連接本州（青森）與北海道（函館）的青函海底隧道長達53.85km，是世界最長的海底隧道。1990年貫通的英法海峽隧道長50.5km。我國第一條水底隧道1970年建成,2.76km。上海市打浦路越江隧道——長距離的海底隧道的出現(xiàn)。如日本越過津輕海峽連接本州（青森75廈門翔安隧道全長約9公里，其中海底隧道5.95公里，海域段4.2公里。起自廈門島五通，止于廈門市翔安區(qū)西濱，隧道最深在海平面下約70米，工程總投資約32億元人民幣，是本世紀目前廈門基礎建設投資金額最大的項目。主洞隧道建筑限界凈寬13.5米，凈高5米。翔安隧道不僅是中國大陸第一條海底隧道，也是第一條由國內(nèi)專家自行設計的海底隧道，主線設計時速為80公里。廈門翔安隧道全長約9公里，其中海底隧道5.95公里，海域段476土木工程的功能化、城市建設的立體化、交通運輸?shù)母咚倩厝皇沟脴嫵赏聊竟こ痰娜齻€要素：材料、施工、理論出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢；——建筑材料的輕質高強化。其中發(fā)展迅速的是普通混凝土向輕骨料混凝土、加氣混凝土和高性能混凝土方向發(fā)展?？箟簭姸扔?0-40Mpa提高到60-100Mpa。一批輕質高強材料如鋁合金、建筑塑料、玻璃鋼也得到迅速發(fā)展；同時也要重視環(huán)保節(jié)能材料的研究和發(fā)展。鋼絲網(wǎng)架聚苯乙烯夾芯板壓型板(4)材料輕質高強化土木工程的功能化、城市建設的立體化、交通運輸?shù)母咚倩厝皇沟?7大規(guī)?，F(xiàn)代化建設使土木工程的建筑標準化達到了很高的程度。人們力求推行工業(yè)化生產(chǎn)方式，在工廠中成批地生產(chǎn)房屋、橋梁的種種構配件、組合體等。

(5)施工過程工業(yè)化(5)施工過程工業(yè)化78標準化向縱深發(fā)展的同時，多種現(xiàn)場機械化施工方法在發(fā)展很快。同步液壓干斤頂?shù)幕０鍙V泛用于高聳結構，1975年建成的高達553米加拿大多倫多電視塔施工時就用了滑模，在安裝天線時還使用了直升飛機?，F(xiàn)場機械化的另一個典型實例是用一群小提升機同步提升大面積平板的升板結構施工方法。

79此外，鋼制大型模板、大型吊裝設備與混凝土自動化攪拌樓、混凝土攪拌輸送車、輸送泵等相結合，形成了一套現(xiàn)場機械化施工工藝，使傳統(tǒng)的現(xiàn)場灌筑混凝土方法獲得了新生命，在高層、多層房屋和橋梁中部分地取代了裝配化，其發(fā)展迅猛。

80鋼筋混凝土泵送的記錄！混凝土灌注量達16萬立方米之巨。為確保連續(xù)泵送并達到382.5米這樣一個高度，開發(fā)者基于安全因素，采用六臺超高壓混凝土泵及六根分離式布料桿灌注混凝土。鋼筋混凝土泵送的記錄！混凝土灌注量達16萬立方米之巨。為確保81現(xiàn)代技術使許多復雜的工程成為可能，例如中國寶成鐵路有80％的線路穿越山嶺地帶，橋隧相連，成昆鐵路橋隧總長占40％；中國的川藏公路、青藏公路、青藏鐵路直通世界屋脊。由于采用了現(xiàn)代化的盾構，隧道施工加快，精度也提高；土石方工程中廣泛采用定向爆破，解決大量土石方的施工。

82(6)理論研究精密化

現(xiàn)代科學信息傳遞速度大大加快，一些新理論與方法，如計算力學、結構動力學、動態(tài)規(guī)劃法、網(wǎng)絡理論、隨機過程論、濾波理論等的成果，隨著計算機的普及而滲進了土木工程各個領域。(6)理論研究精密化83

靜態(tài)的、確定的、線性的、單個的分析，逐步被動態(tài)的、隨機的、非線性的、系統(tǒng)與空間的分析所代替。電子計算機使高次超靜定的分析成為可能，也促進了大跨橋梁的實現(xiàn)。計算機不僅用以輔助設計，更作為優(yōu)化手段；不但運用于結構分析，而且擴展到建筑、規(guī)劃領域?，F(xiàn)代土木工程-1課件84大跨度建筑的形式層出不窮，薄殼、懸索、網(wǎng)架和充氣結構覆蓋大片面積，滿足種種大型社會公共活動的需要。如1959年建成的法國國家工業(yè)與技術中心的雙曲薄殼的跨度達219米，殼頂高度48米，折算殼面總厚度只有180mm，厚跨比為1:120