土木工程概論論文25155222(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 大利的比薩大教堂建筑群、法國的巴黎圣母院大教堂，都是公元11～13世紀著名建筑。公元15～16世紀文藝復興時期的佛羅倫薩教堂和羅馬的圣彼得大教堂，堪稱世界優秀建筑之精粹。公元前3世紀我國已有鐵索橋和跨度達68m——咸陽渭河橋。公元6世紀我國隋朝建成的趙州橋，，橋面寬約10m。該橋是世界上最早的敞肩式拱橋，無論在結構受力、藝術造型和經濟上都達到了極高的成就，并于1991年被美國土木工程學會選為世界上第12個土木工程里程碑。公元前5世紀我國已修筑了引漳館鄴工程。公元前3世紀中葉，我國在四川建成的都江堰是世界歷史上最長的無壩引水工程，兼有灌溉、防洪、水運和供水等功能，使用至今，現在灌溉總面積已擴大到800萬余畝，成都平原因此沃野千里。該工程規模之大，規模之周密，技術之合理，已被譽為世界上最早的綜合性大型水利工程。公元7世紀之初我國隋朝開鑿了世界歷史上最長的大運河，共長2500km。高塔建筑可以說是我國古代土木工程的驕傲。公元11世紀建成的山西應縣佛宮寺釋迦塔（也稱應縣木塔）為9曾高66m的木塔結構，至今猶存。該塔具有抗防火和不受雷擊的功能，曾經經歷多次大地震而安然無損，也曾受戰爭炮火襲擊起火而很快自行熄滅，足以證明我國古代古代高塔建筑的輝煌成就。還必須提到人類的兩項偉大工程，一項是我國舉世聞名的長城，始建于公元前3世紀，高約12m，寬7～10m，翻山越嶺蜿蜒6700km，至今大部分仍是基本完好，堪稱世界杰作。另一項是始建于公元前2700年到2600年間的埃及及帝王陵墓建筑群名揚天下的吉薩金字塔群，其中最大的金字塔塔基呈方形，高約146m，不愧為人間奇跡。第二階段為近代土木工程，時間跨度從17世紀中葉到20世紀中葉，前后約300年間，這一階段土木工程的特征是：建造材料從天然材料為主轉為人造材料為主，如1824年波特蘭水泥的發明，和1856年轉爐煉鋼的成功使混凝土和鋼材成為土木工程的主要建造材料，推動了鋼筋混凝土結構和鋼結構在土木工程中的廣泛應用，從根本上改變了土木工程的結構形式。建造理論從主要以總結長期建造經驗向重視科學理論兼顧經驗轉變。這一轉換可以從1683年意大利的伽利略用公式表達了梁的設計理論和1660年英國的虎克提出虎克定律為起點，以后許多研究者從多個不同的領域相繼提出了開創性的新理論，如：1687年英國的牛頓提出了理學三大定律，為經典理論力學的發展奠定了基礎；1744年瑞典的歐拉建立柱軸心受壓時的屈曲理論，為結構和構件的穩定分析開辟了新天地；1733年法國的庫倫提出了材料強度的概念和擋土墻上的土壓力理論；1825年的維納建立了結構設計的容許應力分析法，為結構設計理論提供了通用的方法。19世紀末里特爾應用極限平衡概念提出了鋼筋混凝土設計理論，1866年美國的杰克遜提出了預應力混凝土的想法，后于1930年由法國的弗雷西內研制成功；20世紀上半葉美國的克勞斯提出了力矩分配法，使鋼結構的分析簡便可行，促進了鋼架結構的應用；同時期奧地利的泰沙基提出了土的固結、側壓力、承載力等理論，奠定了土力學學科的基礎。在這些開創性研究的引領下，土木工程的建造理論發展成為一門完整的學科——結構工程。在科學理論的指導下，土木工程的結構體系發生了本質性的變化，出現了許多受力合理、結構新穎、用料經濟的前所未有的新結構。1863年美國采用的框架結構建造高層建筑，1889～1890年法國和美國分別采用空間桁架結構建造鐵塔和鐵路鐵橋，1825年在英國出現了懸索橋，同年美國建成了鐵路，1863年英國建成了地下鐵道，1921年德國建成了高速公路。一些現代結構也開始出現，如20世紀20年代的懸索屋蓋，20世紀30年代的高拱中立壩，20世紀40年代的近海石油鉆探平臺。建造技術從手工工具為主發展成為大規模使用施工機械，一些性能優異的大型機械不斷出現，并創造出各種既有成效的施工方法，人們開始能使用大型施工機械建造結構復雜或所處環境惡劣的土木工程。在近代土木工程中，由于建造材料、建造理論和建造技術的進步，出現了不少舉世矚目的土木工程，如1889年在法國巴黎建成的埃菲爾鐵塔，高300m；1931年在美國紐約落成的帝國大廈，共102層，高381m；1937年在美國舊金山建造的金門懸索橋，跨度1280m；1936年美國建成的胡佛壩是當時最高的重力曲形壩，這些工程至今仍不失為偉大的土木工程。第三階段為現代土木工程，時間起點可定為20世紀中葉。這一階段土木工程的特征是土木工程與高新技術相結合。隨著化學工業和冶金技術的不斷發展，通過摻添加劑已能配置高性能和高強度的混凝土；用人造陶粒配置的混凝土是一種輕質高強的材料，可以建造更為經濟的高層建筑；先進的冶金和軋鋼技術已能生產出優質高強的低合金鋼，大規格寬翼緣工字鋼以及冷加工成型的高效冷彎型鋼，開創了現代鋼結構的一個嶄新的時代。高分子化學的發展，使高分子材料開始用于結構，出現了膜結構這一新結構形式。玻璃工業的發展，鋼化玻璃的生產，是新穎的玻璃結構開始出現。電子計算機的誕生，完全改變了理論的面貌。憑借電子計算機的強大運算和繪圖能力，分析理論已能超越線彈性而考慮材料非線性和幾何非線性；已能脫離解析解的束縛，采用數值解對結構的受力進行仿真；已不但能做靜力分析，也能做動力分析等等，使許應力設計方法進入到基于概率理論的可靠度設計方法。由于分析計算理論的進步，使結構設計更為自由，可以采取各種結構體系，各種結構形體。一些新穎的機構如任意曲面形式的網殼結構、各種形式的張拉結構、各種類型的斜拉橋、各種外形的索寞結構、各種不同深度的海洋石油鉆井平臺、各種不同巖土性質的隧道、地下鐵道等，如雨后春筍辦的到處涌現。從單一的使用施工機械發展到機—電—計算機的一體化。對于復雜的施工，實現了全過程自動監測和計算機控制，使施工質量大大提高，施工進度大大加快，無論是施工過程中需要上天、入地還是翻山下海，都已不再成為施工的障礙。在鋼結構施工中，焊接技術的引入和普遍使用，大大簡化了鋼結構的構造和制作，同時焊連接又能最大限度地適應鋼結構多變體型的需要，從而使鋼結構的發展進入了一個新的階段。5土木工程的現狀在現代化土木工程中，體現時代特征的土木工程已不再是一些個體工程，它已于世界經濟的高的發展聯系在一起。隨著經濟發展，人口的增長和城市化進程的加速，出現了一大批高度超過100m的高層建筑，其中最為引人矚目的有：1974年美國芝加哥建成的西爾斯大廈，高433m；1996年馬來西亞吉隆坡建成的石油大廈雙塔樓，高452m；1998年我國上海建成的國際金融中心，高580m。為了適應經濟的發展，各國都大量投資于基礎設施建設，建造了大量跨度超過1000m的懸索橋和跨度超過500m的斜拉橋，其中最為引人矚目的有：1998年日本建成的明石海峽懸索橋，主跨長1991m；1997年丹麥建成的大海帶鏈懸索橋，主跨長1624m；1999年我國建成的江陰懸索橋，主跨長1385m；2005年我國建成的潤揚懸索橋，主跨1490m；1995年法國建成的諾曼底斜拉橋，主跨長856m；1993年我國建成的山海楊浦斜拉橋，主跨長602m；1999年日本建成的多多羅斜拉橋，主跨長890m。由于日本和丹麥自20世紀60年代率先啟動的跨海工程，引發了世界各國海底隧道的興建熱潮，我國也有7個跨海工程正在興建或規劃中。日本已于1985年完成了穿越津輕海峽。埋深100m；，埋深45m。高速鐵路的出現使得時空距離不再遙遠，1964年日本建成了時速達210km的新干線高速鐵路；1981年法國建成巴黎到里昂的高速鐵路，時速高達270km；2004年中國在上海建成了時速達412km的磁懸浮高速列車。由于經濟的高速發展，我國建設了許多水電站，其中三峽水電站的發電容量高達1820萬kW，創世界記錄；在高度方面，后正在建設的雅礱江錦屏水電站，壩高305m，為世界之最；瀾滄江的小灣水電站壩高292m，也為世界矚目。也有許多極具現代氣息的建筑，如1998年英國建成的倫敦千年穹頂，為320m覆蓋跨度的索膜結構；2004年我國建成的南京奧林匹克體育中心，為與地面成45176。傾角的兩個