些特征:
工程功能化 现代土木工程的特征之一,是工程设施同它的使用功能或生产工艺更紧密地结合。复杂的现代生产过程和日益上升的生活水平,对土木工程提出了各种专门的要求。
现代土木工程为了适应不同工业的发展,有的工程规模极为宏大,如大型水坝混凝土用量达数千万立方米,大型高炉的基础也达数千立方米;有的则要求十分精密,如电子工业和精密仪器工业要求能防微振。现代公用建筑和住宅建筑不再仅仅是传统意义上徒具四壁的房屋,而要求同采暖、通风、给水、排水、供电、供燃气等种种现代技术设备结成一体。
对土木工程有特殊功能要求的各类特种工程结构也发展起来。例如,核工业的发展带来了新的工程类型。80年代初世界上已有23个国家拥有核电站277座,在建的还有613座,分布在40个国家。中国也已开始核电站建设。核电站的安全壳工程要求很高。又如为研究微观世界,许多国家都建造了加速器。中国从50年代以来建成了60余座加速器工程,目前正在兴建3座大规模的加速器工程,这些工程的要求也非常严格。海洋工程发展很快,80年代初海底石油的产量已占世界石油总产量的23%,海上钻井已达3000多口,固定式钻井平台已有300多座。中国在渤海、南海等处已开采海底石油。海洋工程已成为土木工程的新分支。 现代土木工程的功能化问题日益突出,为了满足极专门和更多样的功能需要,土木工程更多地需要与各种现代科学技术相互渗透。
城市立体化 随着经济的发展,人口的增长,城市用地更加紧张,交通更加拥挤,这就迫使房屋建筑和道路交通向高空和地下发展。
高层建筑成了现代化城市的象征。1974年芝加哥建成高达433米的西尔斯大厦(见彩图),超过1931年建造的纽约帝国大厦的高度。现代高层建筑由于设计理论的进步和材料的改进,出现了新的结构体系,如剪力墙、筒中筒结构(见筒体结构)等。美国在1968~1974年间建造的三幢超过百层的高层建筑,自重比帝国大厦减轻20%,用钢量减少30%。高层建筑的设计和施工是对现代土木工程成就的一个总检阅。
城市道路和铁路很多已采用高架,同时又向地层深处发展。地下铁道在近几十年得到进一步发展,地铁早已电气化,并与建筑物地下室连接,形成地下商业街。北京地下铁道在1969年通车后,1984年又建成新的环形线(见彩图)。地下停车库、地下油库日益增多。 城市道路下面密布着电缆、 给水、排水、供热、供燃气的管道,构成城市的脉络。现代城市建设已经成为一个立体的、有机的系统,对土木工程各个分支以及他们之间的协作提出了更高的要求。
土木工程发展简史
土木工程发展简史
交通高速化 现代世界是开放的世界,人、物和信息的交流都要求更高的速度。高速公路虽然1934年就在德国出现,但在世界各地较大规模的修建,是第二次世界大战后的事。1983年,世界高速公路已达11万公里,很大程度上取代了铁路的职能。高速公路的里程数,已成为衡量一个国家现代化程度的标志之一。铁路也出现了电气化和高速化的趋势。日本的“新干线”铁路行车时速达210公里以上,法国巴黎到里昂的高速铁路运行时速达260公里。 从工程角度来看,高速公路、铁路在坡度、曲线半径、路基质量和精度方面都有严格的限制。交通高速化直接促进着桥梁、隧道技术的发展。不仅穿山越江的隧道日益增多,而且出现长距离的海底隧道。日本从青森至函馆越过津轻海峡的青函海底隧道即将竣工,隧道长达53.85公里。
航空事业在现代得到飞速发展,航空港遍布世界各地。航海业也有很大发展,世界上的国际贸易港口超过2000个,并出现了大型集装箱码头。中国的塘沽、上海、北仑、广州、湛江等港口也已逐步实现现代化,其中一些还建成了集装箱码头泊位。
在现代土木工程出现上述特征的情况下,构成土木工程的三个要素(材料、施工和理论)也出现了新的趋势。
材料轻质高强化 现代土木工程的材料进一步轻质化和高强化。工程用钢的发展趋势是采用低合金钢。中国从60年代起普遍推广了锰硅系列和其他系列的低合金钢,大大节约了钢材用量并改善了结构性能。高强钢丝、钢绞线和粗钢筋的大量生产,使预应力混凝土结构在桥梁、房屋等工程中得以推广。 标号为500~600号的水泥已在工程中普遍应用,近年来轻集料混凝土和加气混凝土已用于高层建筑。例如美国休斯敦的贝壳广场大楼,用普通混凝土只能建35层,改用了陶粒混凝土,自重大大减轻,用同样的造价建造了52层。而大跨、高层、结构复杂的工程又反过来要求混凝土进一步轻质、高强化。 高强钢材与高强混凝土的结合使预应力结构得到较大的发展。中国在桥梁工程、房屋工程中广泛采用预应力混凝土结构。 重庆长江桥的预应力T构桥(见预应力混凝土桥),跨度达 174米;24~32米的预应力混凝土梁在铁路桥梁工程中用了 6万多孔;先张法和后张法的预应力混凝土屋架、吊车梁和空心板在工业建筑和民用建筑中广泛使用。
铝合金、镀膜玻璃、石膏板、建筑塑料、玻璃钢等工程材料发展迅速。新材料的出现与传统材料的改进是以现代科学技术的进步为背景的。
施工过程工业化 大规模现代化建设使中国和苏联、东欧的建筑标准化达到了很高的程度。人们力求推行工业化生产方式,在工厂中成批地生产房屋、桥梁的种种构配件、组合体等。预制装配化的潮流在50年代后席卷了以建筑工程为代表的许多土木工程领域。这种标准化在中国社会主义建设中,起了积极作用。中国建设规模在绝对数字上是巨大的,30年来城市工业与民用建筑面积达23亿多米,其中住宅10亿米,若不广泛推行标准化,是难以完成的。装配化不仅对房屋重要,也在中国桥梁建设中引出装配式轻型拱桥,从60年代开始采用与推广,对解决农村交通起了一定作用。
在标准化向纵深发展的同时,种种现场机械化施工方法在70年代以后发展得特别快。采用了同步液压千斤顶的滑升模板广泛用于高耸结构。1975年建成的加拿大多伦多电视塔高达553米 (见彩图),施工时就用了滑模,在安装天线时还使用了直升飞机。现场机械化的另一个典型实例是用一群小提升机同步提升大面积平板的升板结构施工方法。近10年来中国用这种方法建造了约300万米房屋。 此外,钢制大型模板、大型吊装设备与混凝土自动化搅拌楼、混凝土搅拌输送车、输送泵等相结合,形成了一套现场机械化施工工艺,使传统的现场灌筑混凝土方法获得了新生命,在高层、多层房屋和桥梁中部分地取代了装配化,成为一种发展很快的方法。
土木工程发展简史
土木工程发展简史
大跨度建筑的形式层出不穷, 薄壳、悬索、 网架和充气结构覆盖大片面积,满足种种大型社会公共活动的需要。1959年巴黎建成多波双曲薄壳的跨度达 210米;1976年美国新奥尔良建成的网壳穹顶直径为 207.3米;1975年美国密歇根庞蒂亚克体育馆充气塑料薄膜覆盖面积达35000多米,可容纳观众8万人。中国也建成了许多大空间结构,如上海体育馆圆形网架直径110米(见彩图),北京工人体育馆悬索屋面净跨为94米。大跨建筑的设计也是理论水平的一个标志。
土木工程发展简史
从材料特性、结构分析、结构抗力计算到极限状态理论,在土木工程各个分支中都得到充分发展。50年代美国、苏联开始将可靠性理论引入土木工程领域。土木工程的可靠性理论建立在作用效应和结构抗力的概率分析基础上。工程地质、土力学和岩体力学的发展为研究地基、基础和开拓地下、水下工程创造了条件。计算机不仅用以辅助设计,更作为优化手段;不但运用于结构分析,而且扩展到建筑、规划领域。
理论研究的日益深入,使现代土木工程取得许多质的进展,并使工程实践更离不开理论指导。
此外,现代土木工程与环境关系更加密切,在从使用功能上考虑使它造福人类的同时,还要注意它与环境的谐调问题。现代生产和生活时刻排放大量废水、废气、废渣和噪声,污染着环境。环境工程,如废水处理工程等又为土木工程增添了新内容。核电站和海洋工程的快速发展,又产生新的引起人们极为关心的环境问题。现代土木工程规模日益扩大,例如:世界水利工程中,库容300亿米以上的水库为28座,高于200米的大坝有25座。乌干达欧文瀑布水库库容达2040亿米,苏联罗贡土石坝高 325米;中国葛洲坝截断了世界最大河流之一的长江,并又开始筹建三峡高坝;巴基斯坦引印度河水的西水东调工程规模很大;中国在1983年完成了引滦入津工程。这些大水坝的建设和水系调整还会引起对自然环
境的另一影响,即干扰自然和生态平衡,而且现代土木工程规模愈大,它对自然环境的影响也愈大。因此,伴随着大规模现代土木工程的建设,带来一个保持自然界生态平衡的课题,有待综合研究解决。
引言
土木工程是指房屋、公路、铁路、桥梁、水工、港工、地下等工程的总称。土木工程对国家的经济建设和人民生活的影响非常明显和重要。土木工程密切关系到人类赖以生存和繁衍的四大基本要素:衣、食、住、行,为人类提供住宅、宾馆、公寓、衣料生产贮藏基地、食品冷库、公路、机场、铁路、港口、码头、厂房、实验室等现代人类生活和发展的必要场所空间。
1 土木工程的历史
1.1中国土木工程的历史
远在上古时期,中国古人类就在野处穴居,为了避免野兽侵袭,有巢氏(中国的传说中的巢居的发明者),才教古人离开天然岩洞、构木为巢,居于树上。我国古代土木工程多采用土、石、木等材料建造,建造技术和艺术造型达到当时极高的成就。像长城、赵州桥、都江堰等都是具有代表性的中国古代土木工程的杰作。
1.2 世界土木工程发展历史
在欧洲,大约8000年前已开始采用晒干的砖;凿琢自然石的采用,大约在5000~6000年前;至于在建筑中采用烧制的砖,亦有3000年的历史。世界古代的伟大建筑,以公认的七大奇迹最为引人注目,它们都建于公元前600年~公元前200年,且均为石材建造,大都用于宗教、军事和航海。且都是建于当时经济和科技非常发达的地区,说明土木工程的发展与经济繁荣和科技进步是密不可分的。
2土木工程的现状 2.1世界现状
随着19世纪中叶钢材及混凝土在土木工程中的开始使用,以及20世纪20年代后期预应力混凝土的制造成功,建造摩天大楼、大跨度建筑和跨海峡1000m以上的大桥成为可能。目前,世界上最高建筑是中国台北的101大厦,总高度为508m,。近代体育事业的蓬勃发展也使得大跨度房屋在世界各地如雨后春笋般涌现。
2.2 中国现状
回顾20世纪特别是改革开放20年来,我国建设取得举世瞩目的辉煌成就。改革开放后在我国大陆建造了许多高层建筑,目前我国最高的建筑是世界排名第4的上海金茂大厦。其他具有代表性的高层建筑还有深圳的地王大厦。在特种结构方面,我国有4所电视塔排在世界前十位,其中1995年建成的上海东方明珠电视塔以468m的高度排在世界第三位。为迎接2008年的奥运会,北京将建设一大批大跨超长建筑,像国家体育场“鸟巢”结构、国家游泳中心“水立方”、国家大剧院等。无论在工程结构的改革、建筑功能使用、新技术和新材料的采用上及合理组织施工方面,还是在抗震分析和计算机程序应用上及有关抗震控制试验研究上,我国均达国际先进水平。
3未来土木工程的发展
3.1指导理论的继续发展。 在可以预见的将来,土木工程工程技术理论的核心部分仍然是力学,新的分析方法和新的数值处理方法将是土木工程中力学的突破方向。在对复杂结构、流体介质等情况下的受力分析和近似上,现有的方法仍然具有很大的局限性。更加专门化的数学在将来也应该有很大的发展,用以处理土木工程技术中复杂的数值问题。更先进的电子计算机的应用,使得对复杂的情况的模拟更有把握,更接近于现实。力学也会突破宏观框架,向微观发展,控制论,虚拟现实等技术也在力学中加深影响。另一方面,土木工程学科将向周围继续发散,与材料,环境,化学,电子信息,机械。 城市规划,建筑等相关学科进一步的交叉,融合,互相支持,互相服务。土木工程内部的次级学科也同时会在现实需要的推动下产生出新的学科。
3.2工程实现的变化。
土木建筑的最终目的是建设出合乎设计要求的工程构造物,从设计到成果中间需要一个很长的工程实现的过程。这也是土木工程一个重要的组成部分。甚至可以说是土木工程最重要的方面,有了好的理论和设计,没有好的工程实践,一样不会产生一个优秀的作品。
信息时代正在迎面走来,其他学科和其他方面的新观点新技术,必然的也会影响到土木工程。并且为这一传统学科注入新的活力。包括控制理论,施工技术,新材料,环境工程,经济理论等等。
全过程信息化。信息化的特点将更深的渗透到未来的土木工程中,重点不仅仅限于CAD方面,也包含对工程进度的管理、运行中数据资料的收集,分析,整理;对建筑物结构,强度,可靠性的分析和相应对策的决策等。这些也是主动控制和智能化实现的基础。
可持续发展和人性化。这两个要求是与社会经济的发展相适应的,社会的发展要求更加充分合理的利用资源,社会生活水平的提高也提高了对土木建筑设施人性化的要求。整个土木工程过程是建立在对资源和能源的不断消耗上的,在可持续发展成为整个社会的主题的时候,土木工程也必然的要面对这个问题。对资源和能源的节约,包括在建设中的和使用过程中的,成为土木工程以后的一个方向,这要求有良好的设计和有效的运作管理机制,土木工程构筑物在它的整个寿命周期,从规划,设计,建造到建成后的使用,维护,拆除都要尽量的将对环境的影响降到最小,同时尽可能大发挥它的社会经济效应。这对土木工程提出了新的要求。
3.3主动控制技术。
迄今,绝大部分的土木工程建筑都是被当作一个静态的,被动的物体。对周围环境的影响,如风动,温度变化,突发事件等只能依靠自身的结构进行被动的抵御。显得缺少灵活性和应变能力。今后土木建筑设施的一个发展方向之一就是主动控制技术在建筑构造物中的应用。运用计算机技术和模糊控制技术,以及一些预设的控制结构。使得建筑物能够对各种环境因素做出适当的反应。
4结束语
土木工程当今的发展是人类智慧的成果,土木工程是为了人类存在而存在.坚持可持续发展道路,努力创新,土木工程定会走向新的高峰!