1、课 程 简 介,了解土木工程的基本内容、历史现状和发展情况 了解土木工程的基本理论知识 提高同学们对土木工程专业的兴趣,章 节 梳 理,绪论 土木工程材料（第2章）土木 水利,陆,水,建筑工程（第4章）,运输,地下工程（第8章）给排水工程,交通土建工程（第5章）,桥梁工程（第6章）,港口工程（第7章）,水利水电工程（第8章）,基础工程（第3章）,本章内容,1.1土木工程概论课程的任务 1.2土木工程发展概述与土木工程的未来 1.3土木工程学习与土木工程师,1.1 土木工程概论课程的任务,一、土木工程的定义 中国国务院学位委员会在学科简介中定义：土木工程是建造各类工程设施的科学技术的总称，它既指
2、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。,国际： Civil Engineering (民用工程)Military Engineering(军事工程),国内： 几千年漫长的时间内，土木工程所用的材料，主要是“土”（岩石、沙子、 泥土、 石灰，由用土烧制成的砖、瓦、陶和瓷等）和“木”（木材、茅草、藤条、竹等）,所以古代以大兴土木作为大搞工程建设的代名词。因而译为“土木工程”。,2. 土木工程专业 运用物理学、化学、数学、力学、材料学等基础学科和各种有关的工程技术知识来研究、设计、修建工程的一门学科。,材料技术,产品技
3、术,生产技术,技术科学,钢筋 混凝土 砖石 木,房屋 桥梁 铁路公路 隧道,各种工程结构,基础工程,施工技术与组织,项目管理,经济管理,质量分析防治,基础科学,数学 物理化学 地质,理论力学,材料力学,结构力学,土力学,流体力学,制图学,测量学,土木工程与有关科学、技术的关系图,(1) 房屋建筑工程; (2) 公路与城市道路工 程;(3) 铁道工程; (4) 桥梁工程;(5) 隧道工程; (6) 机场工程;(7) 地下工程; (8) 给水排水工程;(9) 港口工程; (10) 码头工程。 国际上，运河、水库、大坝、水渠等水利工程也包括于土木工程之中。,3.土木工程的范围,土木工程与人民生活密切
4、相关,住：房屋、住宅等,衣：厂房，商场等,食：食品加工厂，农田水利灌溉，水坝等,行：铁路、公路、机场、码头等,道路 铁路 桥梁,另外：航天发射塔架，航天基地等,酒泉卫星发射中心宇航员公寓 火箭发射架,隧道,水坝,码头,给排水,机场,海上石油平台,一路、一桥、一隧,胶州湾东西岸跨海通道采用的是“一路、一桥、一隧”的建设构想。“一路”是指环胶州湾高速公路，已于1994年底建成通车,青岛海湾大桥,大桥2011年6月30日全线通车。是我国自行设计、施工、建造的特大跨海大桥，是当今世界上最长的跨海大桥。 2011年上榜吉尼斯世界纪录和美国“福布斯”杂志，荣膺“全球最棒桥梁”荣誉称号。,简介：大桥东起杨家
5、群，西至黄岛红石崖，路线全长约35.4公里，其中海上段长度26.75公里。海湾大桥的总投资将达到99.38亿元。,青岛海湾大桥,1.2 土木工程发展历史简述,1.2.1 古代土木工程,土木工程的发展经历了三个阶段：古代、近代、现代,一、古代土木工程的历史跨度约公元前5000年17世纪中叶 二、古代土木工程的主要结构形式木结构、石结构、砖结构，例：山西应县木塔、埃及金字塔、山西佛光寺祖师塔,胡夫金字塔是108座中最大的原高146.59米，后削平10米底面呈正方形，每边长230多米，绕金字塔一周，差不多要走一公里的路程。,西安半坡村半穴居建筑,明清故宫,隋代赵州桥,距今1400年历史 世上现存最早
6、的敞肩式石拱桥 结构具有高度科学性,辽代山西应县木塔,都江堰,京杭大运河,北起北京，南到杭州。全长1,794千米，是世界最长的人工河。长度居世界第三的苏伊士运河，只有它的110。春秋战国时期，吴王夫差为了北伐齐国，称霸中原，就在公元前485 年起开始开凿运河，从运河开凿至今已有2500多年历史。,宋营造法式,清工部工程做法则例,梁思成整理成清式营造则例,我国历史上第一部建筑专著 制定了设计模数和工料定额制度,1.2.2 近代土木工程,一、近代土木工程的时间跨度17世纪中叶第一次世界大战前后二、近代土木工程的材料发展1824年波特兰水泥 1867年钢筋混凝土1859年转炉炼钢法 1886年钢筋混
7、凝土1928年预应力混凝土,芝加哥家庭保险公司大厦建于18831885年，共11层，高55米，是世界上第一幢按现代钢框架结构原理建造的高层建筑，开摩天大楼建造之先河。,肯尼迪机场候机楼,埃菲尔铁塔,云中牧女,精确：4根倾斜的塔柱合拢时，每个孔洞铆接时都不用锉一下。 竣工：铁塔的安装工作于1889年4月5日竣工， 全部工程仅费时21个半月，耗费7,799,401法郎（埃菲尔原预算为800万法郎）。数据：高320米， 分三层， 共1,711阶台阶。总重约8,500吨，由12,000个金属部件，由250万只铆钉连结起来。,帝国大厦: 建于1931年， 纽约曼哈顿岛， 102层，高381米,金门大桥,
8、京张铁路 (“人字形”)建于1905年10月,全长273公里,4年完工,詹天佑,钱塘江大桥（茅以升）,功能要求多样化 城市建设立体化 交通工程快速化 工程设施大型化,1.2.3 现代土木工程,1.2.3 现代土木工程,一、世界最高高层建筑,城市建设立体化,台北101大厦,佩重纳斯大厦（俗称“国营石油双塔”） 马来西亚吉隆坡 建成于1998年 世界第三高建筑，总高度达452m ,共88层，由两座完全相似的塔楼组成，其第42层的人行天桥更显其特色。,纽约世贸大厦,1973年竣工以后，以110层、411米的高度作为摩天巨人而载入史册。它是由5幢建筑物组成的综合体。其主楼呈双塔形，塔柱边宽63.5米。
9、大楼采用钢架结构，用钢7万8千吨，楼的外围有密置的钢柱，墙面由铝板和玻璃窗组成，有“世界之窗”之称。,视频,交通工程快速化,上海磁悬浮列车,工程设施大型化,日本多多罗大桥,日本多多罗桥是之前世界上主跨最大的斜拉桥。主跨890m，边跨分别为270m和320m。塔高216.6m，全桥共设168道斜拉索，每根斜拉索由168-394根直径为7mm的镀锌钢丝组成。,明石海峡大桥,明石海峡大桥是于1998年4月建成的世界上跨度最大的悬索桥。全长3,910米，中央支距长1,990米。可以抗8.5级地震，而且在每秒风速为80米的暴风下仍然可以确保安全。,3、世界最大跨度钢拱桥:,第二和第三位的分别是： 美国奇
10、尔文桥（跨度503.6 m)、悉尼港湾桥(跨度503 m),上海卢浦大桥（跨度550 m）,1.2.3 现代土木工程,中国国家体育中心“鸟巢”,1.3 土木工程的未来,人类面临的形势: 1.信息工业迅猛发展,给人类生产生活方式带来巨大转变。 2.航空航天事业快速发展,人类对太空探索取得巨大进步。 3.人口激增,世界人口超过60亿，土地资源有限，因过度消耗日益枯竭。 4.生态环境破坏，人类生存环境恶化。,1.重大工程项目将陆续兴建,为了解决土地供求矛盾，城市建设将向高、深方向发展,摩天大楼，空中城市，地下城。,高速公路、高速铁路， 环球铁道、环球高速公路， 国内，五纵七横。,2.向高空、地下、海
11、洋、荒漠、太空发展,高空：摩天大楼， 地下：地下城， 海洋：填海造陆，围海造城，海上石油平 台，海上城市， 荒漠：陆地1/3是荒漠，改造沙漠太空：太空站，太空基地。,解决水的问题！,迪拜,希腊桑特岛海上住宅,3.工程材料向质轻、高强、多功能化发展,1）传统材料改性目前的混凝土强度可达到C50C60（强度为5060N/mm2），特殊工艺可达C80C100,未来可以达到C400。加入微型纤维的混凝土。钢材：耐锈蚀，外涂防火涂料。,2）化学合成材料的应用 耐高温，保温隔声，耐磨耐压的化工制品，用于制造隔板等非承重构件非常理想。碳纤维（质轻、高强、耐腐蚀）用于结构补强，如碳纤维布。,4设计方法精确化、
12、设计工作自动化,计算机的应用设计手工化走向自动化 例如：结构整体分析按施工阶段进行的全过程仿真分析灾害荷载作用下的全过程非线性分析长时间徐变分析和瞬间的冲击分析,5信息和智能化技术全面引入土木工程,1）信息化施工范围、工具、对象、处理、目的 2）智能化建筑a.房屋设备应用先进的计算机系统监测 与控制，并可通过自动化或人工干预 来控制设备运行的安全、可靠、高效。b.安装了对居住者的自动服务系统。,6土木工程的可持续发展,智能建筑 绿色建筑,红色的智能建筑,Delfut大学图书馆,科学、技术、与工程的关系科学：关于事物的基本原理和事物的有组织、有系统的知识。 技术：将科学研究所发现或传统经验所证明
13、的规律发展转化成为各种生产工艺、作业方法、设备装置等。 工程：自然科学或各种专门技术应用到生产部门而形成的各种科学的总称。,1.3 土木工程的学习,我国普通高等学校土木工程专业的培养目标： 掌握土木工程学科的基本理论和基本知识 获得土木工程师基本训练，具有创新精神 从事土木工程设计、施工与管理工作，具有初步的工程规划与研究开发的能力,基础理论主要包括：工程力学（理论力学、材料力学） 、结构力学、流体力学、土力学与工程地质学等应用理论内容较多，包括建筑结构的设计理论和方法、建筑施工、房屋建筑学、建筑材料、工程经济、抗震设计等 相关知识：给水排水、暖通、工程机械等 掌握的技能或工具：工程制图、工程
14、测量、试验、计算机软件,掌握的理论知识,土木工程师应该具备的能力,自主学习能力综合解决问题能力创新能力管理协调能力,课堂教学 实验教学 设计训练 现场实习,土木工程主要教学环节：,挪威拉达尔隧道（长25.8 km) 瑞士圣哥大隧道（长16.91 km),5、世界最长海底隧道：,青函海底隧道（53.8 km） 英吉利海峡隧道（长50.3 km),4、世界最长山区隧道：,1.2.3 现代土木工程,第二和第三位的分别是： 俄国萨杨苏申克坝（高245 m) 青海龙羊峡大坝（高178 m),瑞士大狄克桑坝（高285 m),6、世界最高重力坝:,1.2.3 现代土木工程,1.2.2 土木工程的未来,日本拟
15、建的SKY CITY，高2000m，可容纳100万人居住。,一、重大土木工程将陆续兴建,二、土木工程将向太空、海洋、荒漠开拓,1.2.2 土木工程的未来,应注意以下几个方面能力的培养 1.自主学习能力 2.综合解决问题的能力 3.争强、创新能力 4.协调、管理能力,二、土木工程的知识、能力和素质的要求,1.3 土木工程的学习与土木工程师,1.3 土木工程的学习与土木工程师,1.课堂教学 2.实验教学 3.设计训练 4.施工实习,三、土木工程主要教学方法及学习建议,1.3 土木工程的学习与土木工程师,土木工程师要对工程结构做出“设计”？ 设计： 满足功能要求； 经济效益； 审美要求。 设计就是指
16、在以上关系中求得平衡。因此设计是一个满足客户所有不同要求而不断优化的过程。,四、土木工程师的工作,1.3 土木工程的学习与土木工程师,4.振动台模拟试验,模型试验,上海中心大厦 632米，118层。中国第一高，世界第二高,英国温泽市政府大厅,三百多年前，建筑设计师克里斯托莱伊恩受命设计了英国温泽市政府大厅。他运用工程力学的知识，依据自己多年的实践，巧妙地设计了只用一根柱子支撑天花板的大厅。,英国温泽市政府大厅,一年后，市政府权威人士进行验收时，却说只用一根柱子支撑天花板太危险了，要求他再；加几根柱子。,英国温泽市政府大厅,尽管设计师严格论证一根柱子足以保证大厅的安全，但工程验收者与市政官员坚持
17、加柱子，并险些将他送上法庭。,英国温泽市政府大厅,在300年的后，当市政府准备修缮大厅的天花板，发现了这个秘密。 消息在一夜之间不胫而走，世界各国的建筑家和游客慕名前来，观赏这根神奇的柱子，并把这个市政大厅称作“嘲笑无知的建筑”。 “我自信，自信至少100年后，当你们面对这根柱子时，只能哑口无言，甚至瞠目结舌我要说明的是，你们看到的不是什么奇迹，而是我对自信的坚持。 ”,美国阿拉斯加输油管道,阿拉斯加输油管 （英语：Trans-Alaska Pipeline System，简称TAPS，州内俗称the Alyeska Pipeline，州外俗称Alaska Pipeline）是连接美国阿拉斯加
18、州北部产油区和南部港口，再转运到美国本土炼油厂的管道运输系统。管道主线起自北坡的普拉德霍湾，终止于阿拉斯加湾瓦尔迪兹，南北全长接近800 英里（约1,300 公里）。管道的建筑更要面临位置偏远和周围恶劣环境的挑战：中间要穿越三座山脉、活跃的断层、广大的冻土层和定时迁徙的驯鹿和驼鹿,冻土,阿拉斯加的北部大都是永久冻土地带，夏天融化的地表只有几十厘米厚。如果输油管埋在地下，流动的“热油”会造成冻土层的融化，使其失去支撑力。即使管道架起来，油的热量也会通过支架传到地面上，“灼伤”冻土层。为了解决这个问题，技术人员特地研制了无源（不用电的）散热系统。支撑钢管中注入的“脱水氨”及其顶端安装的散热片有效地吸收了土中的热量并传入空中，从而保证了冻土层的稳固。,美国阿拉斯加输油管道抗震设计(1977年建成),活断层,阿拉斯加地震发生于2002年的11月3日发生的，位于Denali断层，震级为7.9，由于这次地震，该地区的所有输油管道也临时关闭了两天左右，但经过技术人员的仔细检查，由于对于跨断层的所有输油管道进行了预先的特殊处理，这次地震几乎没有对该地区的输油管道造成任何实质性地伤害，所以，两天之后，横贯阿拉斯加的输油管道便再次启用。,
