第01章 绪论

1、 土木工程概论土木工程概论本 章 内 容 1.1 1.1 土木工程与土木工程专业土木工程与土木工程专业 1.2 1.2 土木工程发展历史简述土木工程发展历史简述 1.3 1.3 土木工程的进展土木工程的进展 1.4 1.4 土木工程专业的学习建议土木工程专业的学习建议 1.1 1.1 土木工程与土木工程专业土木工程与土木工程专业土木工程概念与定义土木工程概念与定义l土木工程土木工程，英文为Civil Engineeringl国务院学位委员会在公布的学科简介中为土木工程所下的定义为：土木工程是建造各类工程设施的科学技术的总称，它既指工程建设的对象，即建在地上、地下、水中的各种工程设施，也指所应用

2、的材料、设备和所进行的勘测设计、施工、保养、维修等技术。土木工程范畴土木工程范畴l从建造的对象看，土木工程包括建筑工程、道路工程、桥梁工程、隧道工程、机场工程、地下工程、市政工程、港口工程、海洋工程、水利工程等l从使用的材料看，可分为金属结构、混凝土结构、高分子材料结构、木结构、石结构、土结构等。l从技术性质看，涉及到勘测、设计、施工、管理、养护、维修等。l从职业分工看，有从事土木工程的工程技术人员、工程管理人员、研究人员和教师等。土木工程教育土木工程教育 为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土木工程专业。l世界上最早培养土木工程师的大学是1747年法国创办的巴黎路桥学

3、校l我国土木工程教育事业最早出现在1895年创办的北洋西学学堂（后称北洋大学，今天津大学）l经过一个多世纪，特别是经历改革开放三十多年迅速发展，我国目前已有300多所高等院校开设土木工程本科专业，培养能从事土木工程设计、施工、管理、咨询、监理等方面工作的专业技术人员1.2 1.2 土木工程发展历史简述土木工程发展历史简述 土木工程按照建造材料、建造理论和建造技术出现根本性的突破，可将土木工程的发展划分为古代、近代和现代三个阶段。l古代土木工程 旧石器时代17世纪，主要采用天然材料，建造主要依赖经验l近代土木工程 17世纪二次世界大战，逐步形成力学计算和设计完整体系，将钢和混凝土材料应用于工程建

4、造l现代土木工程 二次世界大战后现今，以现代科学技术推动了土木工程的现代化古代土木工程古代土木工程图11 北京故宫图1.3 都江堰水利工程图1.4 山西应县木塔 图1.6 埃及的金字塔和狮身人面像1.2.2 1.2.2 近代土木工程近代土木工程l在工程设计理论方面，从17世纪开始，以伽利略和牛顿为先导的近代力学同土木工程实践结合起来，逐渐形成材料力学、结构力学、流体力学、岩体力学。设计理论方面，法国的纳维于1825年建立了土木工程中结构设计的容许应力法l在工程材料方面，1824年波特兰水泥的发明、1859年转炉炼钢法的成功及1867年钢筋混凝土开始应用是土木工程史上的重大事件l 在建造技术方面

5、，打桩机、压路机、挖土机、掘进机、起重机、吊装机等纷纷出现，这为快速高效的建造各类土木工程设施提供了有力手段图1.7 帝国大厦 图1.8 艾菲尔铁塔近代土木工程近代土木工程图1.9 苏伊士运河 图1.10 金门大桥1.2.3 1.2.3 现代土木工程现代土木工程 第二次世界大战以后，以现代科学技术为后盾的土木工程新时代：l在建造材料方面，随着化学工业和冶金技术的不断发展，高性能钢材和高性能混凝土广泛应用，新型材料不断出现。l在结构设计理论方面，考虑材料非线性和几何非线性。设计理论进入基于概率理论的可靠度设计方法。结构设计更为自由，一些新颖的结构如任意曲面形式的网壳结构、各种类型的斜拉桥等都不断

6、涌现。l 在建造技术方面，在机械、电子、信息技术发展带动下，建造技术由单一使用机械发展到机电计算机的一体化。对于复杂的工程，实现了全过程的自动监控和计算机控制，使施工精度、施工质量大大提高，施工进度大大加快。图1.11 建成的迪拜哈利法塔图1.15 广州电视大厦图1.12 苏通长江大桥图1.13 秦岭终南山公路隧道图1.14 长江三峡工程1.3 1.3 土木工程的展望土木工程的展望 土木工程是一门古老的学科，取得了巨大的成就。但传统土木工程的高速发展是建立在高耗能、高污染的基础上，这种发展难以维系。科学技术突飞猛进，新材料、新结构体系、新建造技术层出不穷，为新世纪土木工程的发展提供了机遇，土木

7、工程必须采用高新技术，走可持续发展之路。1.3.1 1.3.1 工程材料发展展望工程材料发展展望（1）建造材料将大力开展“绿色建材”的研制。采用工业废料制作绿色高性能混凝土将受到广泛研究和应用。另一方面将已在航空、航天、军工中广泛应用的智能材料将应用于土木工程。（2）化学合成材料化学合成材料的应用。目前的化学合成材料主要用于门窗、管材、装饰材料，今后的发展方向是向大面积围护材料及结构骨架材料发展。1.3.2 1.3.2 建造理论发展展望建造理论发展展望 l 土木工程的计算机仿真分析和虚拟技术的应用将是今后需要重点研究和加以应用的课题。许多工程结构是毁于台风、地震、火灾、洪水等灾害作用。在这种小

8、概率、大荷载作用下，工程结构性能很难一一去做实验验证。用此技术指导设计可大大提高工程结构的可靠性。未来的土木工程可能不仅可以抗震、抗风，甚至可以抗爆、抗海啸、防火、防撞、防辐射等。l开展各种灾害作用的研究。近年来，由于灾害的频繁发生，如何保证结构的抗灾性能已成为结构发展的重要课题。对影响工程结构安全性的灾害形成机理和变化情况进行研究，确保土木工程的抗灾、防灾能力是未来土木工程的重要课题。1.3.3 1.3.3 建造技术发展展望建造技术发展展望 l信息化施工信息化施工: :在施工过程中所涉及的各部分、各阶段广泛应用计算机信息技术，对工期、人力、材料、机械、资金、进度等信息进行收集、存储、处理和交

9、流，并加以科学地综合利用，为施工管理及时、准确地提供决策依据。l智能化建筑智能化建筑:将建筑、通信、计算机网络和监控等各方面的先进技术相互融合、集成为最优化的整体，能够适应信息化社会发展需要的现代化新型建筑。智能化建筑为客户提供高效、节能、便捷、安全、舒适、环保、健康的建筑环境。 l智能化交通智能化交通:应具有信息收集，快速处理，优化决策，大型可视化系统等功能，能提高公路交通的安全性。1.3.4 1.3.4 土木工程建造场所的拓展土木工程建造场所的拓展 今后土木工程的建造必将从地球表面向其他方面拓展。l向高空拓展向高空拓展 探索向超高空拓展，可能出现超过1000米的高层建筑l向地下拓展向地下拓

10、展 一切可能把可转入地下的设施转入地下，并向深层发展l向海洋拓展向海洋拓展 海洋土木工程的兴建，不仅可解决陆地土地少的矛盾，同时也将对海底油、气资源及矿物的开发提供立足之地l 向荒漠拓展向荒漠拓展 沙漠的改造利用不仅增加了有效土地利用面积，同时还改善了全球生态环境1.4 1.4 土木工程专业的学习建议土木工程专业的学习建议1.4.1 1.4.1 科学、技术与工程的关系科学、技术与工程的关系l科学是关于事物的基本原理和事实的有组织、有系统的知识。它解决一个“为什么”的问题。例如，解释电灯为什么会亮。l技术则是指将科学研究所发现或传统经验所证明的规律转化成为各种生产工艺、作业方法、设备装置等，它解

11、决一个如何实现的问题，如怎样使电灯发亮。技术的主要任务是为生产某种满足人类需要的产品而服务。l工程的含义则更为广泛，它是指自然科学或各种专门技术应用到生产部门中而形成的各种学科的总称，其目的在于利用和改造自然来为人类服务。工程不仅与科学和技术有关，而且受到经济、政治、法律、美学等多方面的影响工程不仅与科学和技术有关，而且受到经济、政治、法律、美学等多方面的影响工程是科学技术的应用与社会、经济、法律、人文等因素结合的一个综合实践过工程是科学技术的应用与社会、经济、法律、人文等因素结合的一个综合实践过程，对于选择了工科（包括土木工程专业）的学生来讲，必须非常重视这一点。程，对于选择了工科（包括土木

12、工程专业）的学生来讲，必须非常重视这一点。1.4.21.4.2卓越工程师培养计划卓越工程师培养计划 “卓越工程师教育培养计划卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）l旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才l促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措l旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用l目前我国工科教育存在重知识传授，轻能力培养，学生实践及实际工作能力不强的情况l卓越工程师计划：活学活用、

13、以学分+技能+思维技巧+解决问题的能力等综合因素评价学生的优劣、推行以用为主的学用结合、脑与手与身与五官的综合结合、鼓励发散思维及冒险精神、重点培养学生独立思考和独立解决问题的综合能力 卓越工程师培养计划遵循“行业指导、校企合作、分类实施、形式多样”的原则，参与卓越计划的高校和企业通过校企合作途径联合培养人才。1.4.3 1.4.3 土木工程专业卓越工程师的知识、能力和素质要求土木工程专业卓越工程师的知识、能力和素质要求 1. 1. 土木工程专业的培养目标土木工程专业的培养目标 我国高等院校土木工程专业的培养目标是：培养适应社会主义现代化建设需要，德智体全面发展、掌握土木工程学科的基本理论和基

14、本知识，获得土木工程工程师基本训练，具有创新精神的高级工程科学技术人才，毕业后能从事土木工程设计、施工与管理工作，具有初步的工程规划与研究开发的能力。 确定土木工程专业卓越工程师培养目标，一方面是根据教育部的相关要求，注重提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，强调学生自我获取知识的能力、创新意识等方面能力培养；另一方面结合学校自身学科特色、人才培养经验以及国际化趋势，如同济大学对土木工程卓越工程师提出“具有继续学习能力、创新能力、国际视野和领导意识的卓越人才”的培养目标。 2. 2. 土木工程专业的知识结构土木工程专业的知识结构 土木工程专业卓越工程师培养的目标是培养高素质的土木工程师，

15、应具有科学、工程和人文三方面的综合素质，在“知识、能力、素质”方面达到一定要求。专业知识结构的具体组成可分为三个阶段：l公共基础知识 作为接受高等教育的学生提高自身修养的课程，主要在12年级，不同专业差别不大l专业基础知识 为工科专业学习掌握的数学、力学等方面的基本知识，主要在23年级l专业知识及相关专业知识 为构建专业知识体系和培养专业能力服务主要在34年级，体现专业特色 （1 1）公共基础知识阶段）公共基础知识阶段 这一阶段的内容是根据作为一个工程师所必须掌握的知识而安排人文与社会科学知识人文与社会科学知识 具有宽泛的人文社会科学知识，主要包括：哲学、历史、社会学及公共关系学等领域的社会科

16、学知识；政治、经济学、法律法规等方面的公共政策和管理知识；风险管理、环境保护与可持续发展方面的知识。基本的自然科学基础知识基本的自然科学基础知识 具有基本的自然科学基础知识，主要包括：数学知识、计算机语言、了解现代物理、化学、信息科学、环境科学的基本知识和一定的经济管理知识；重大科技发展动态：了解当代科学发展情况。工具性知识工具性知识 掌握基本的工具性知识，主要包括：外语语言：文献与信息：计算机应用等现代基本工具。学习要求学习要求: : l掌握高等数学和土木工程专业所必需的工程数学l掌握普通物理的基本理论l掌握与土木工程专业有关的化学原理和分析方法l了解现代物理、现代化学的基本知识l了解信息科

17、学、环境科学的基本知识l了解当代科学技术发展的其他主要方面和应用前景，掌握一门计 算机程序语言 这一阶段由高中学习阶段向大学学习阶段的过渡。大学以讲授原理为主。应用和练习较少，且进度较快，同时课余时间较多，注意培养自学能力。在第一阶段顺利适应大学的学习方法，对于今后学习能力的提高将起到十分重要的作用，会终身受益的。 （2 2）专业基础知识阶段）专业基础知识阶段 专业基础知识阶段按土木工程专业业务范围的需要，可分为几个不同的内容，包括工程数学、工程力学、结构工程学、岩土工程学和流体力学等学科，以及从事土木工程设计、施工、管理所必需的专业基础知识。 主要课程：线性代数、概率论与数理统计、数值计算、

18、理论力学，材料力学、结构力学、流体力学、弹性力学、土力学与工程地质学、土木工程材料、画法几何、工程制图与计算机绘图、工程测量、荷载与结构设计方法、混凝土结构基本理论、钢结构基本理论、土木工程施工、工程管理与概预算等。 学习要求：l要求掌握工程力学学科包括理论力学、材料力学、结构力学的基本原理和分析方法l掌握岩土工程学学科包括工程地质和土力学或岩土力学的基本原理和实验方法l掌握结构工程学主要是结构构件的力学性能计算原理和一般的基础设计原理；l掌握相关学科包括土木工程材料的基本性能和适用条件、工程测量的基本原理和方法、画法几何基本原理、土木工程施工与组织的一般过程等 （3 3）专业知识阶段）专业知

19、识阶段 这一阶段的内容是通过对具体工程对象的分析，达到了解一般土木工程项目的设计、施工等基本过程，学会应用由专业基础知识阶段学得的基本理论，较深入地掌握专业技能，建立初步工程经验的目的，以适应当前用人单位对本科人才基本能力的一般要求。 由于土木工程涵盖的具体工程对象类别繁多，如房屋建筑、道路、桥梁、隧道、机场工程、港口、海洋工程等，在设计和施工方法上都有差别，在大学阶段不可能也没有必要对每一种工程对象都要详细学习。学校对第三阶段即专业知识阶段可根据各自的特点进行安排。专业相关知识l工程项目评价：熟悉土木工程项目评价方法及其与环境保护和可持续发展等方面的方针、政策、法律和法规，能正确认识工程对客

20、观世界和社会的影响。l相关专业法律、法规：了解与本专业相关的职业和行业的生产、设计、研究与开发的法律、法规和规范l相关专业基本知识：了解建筑、城市规划、房地产、给排水、供热通风与空调、建筑电气等建筑设备、土木工程机械及交通工程、土木工程与环境的基本知识。l国际工程承包：了解国际工程承包的基本知识l专业发展动态：了解本专业的前沿发展现状和趋势。学习要求l掌握土木工程项目的勘察、规划、选线与选型、构造的基本知识l掌握土木工程结构的设计方法、CAD和其他软件的应用、土木工程基础设计方法l了解地基处理的基本方法l掌握土木工程现代施工技术、工程检测与试验的基本方法l了解土木工程防灾与减灾的基本原理及一般

21、设计方法l了解本专业的有关法规、规范与规程以及本专业的发展动态等 专业知识阶段一般安排在三、四年级，相关专业知识的学习则贯穿整个大学学习阶段。 3. 3. 土木工程卓越工程师专业能力培养土木工程卓越工程师专业能力培养 在土木工程学科的系统学习中，不仅要注意知识的积累，更应注意能力的培养： （1 1）自学能力）自学能力 树立终身学习的观念，培养自己通过自学获得知识的能力。自学能力是高级专门人才赖以持续发展和不断提高的一种能力，因此也是大学生最根本和最重要的能力。 （2 2）工程能力）工程能力 工程能力就是土木工程技术人员在从事土木工程工作时应用工程技术知识和技能的能力。土木工程卓越工程师显著特点

22、就是具有良好的工程能力。 （3 3）协调、管理能力）协调、管理能力 作为土木工程专业高级技术人员应注重培养自己的协调、管理能力。在工作中一定要处理好上下左右的关系，使上级对你的工作“放心”；对同事，既竞争又友好，对下级要既要求严格，又体贴关怀；并且要具有团队意识。1.4.4 1.4.4 土木工程专业的主要教学方法及学习建议土木工程专业的主要教学方法及学习建议 大学的教学和训练与中学相比要多样化一些，主要的教学形式有课堂教学，实验课，设计训练和施工实习。下面就这几个环节作简要介绍。 1. 1. 课堂教学课堂教学 课堂教学是学校学习的主要形式。不少进入大学新生有不适应的情况。l高中课堂学习 按照考

23、试要求实行题海战术，靠大量重复性训练使学生掌握考试内容，注重学生考试能力培养，学生自主性很小l大学课堂学习 讲授原理，进度较快，课余时间多，注重学生自学能力培养 听课堂教学时，要注意记住老师讲授的思路、重点、难点和主要结论。积极参加课堂讨论，同学们一定要积极思考，主动参加讨论，这不仅能巩固和加深所学知识也是对表达能力的一种训练。 课堂教学后，要复习巩固，整理笔记，做到能用自己的语言表达所学内容。对于不懂的问题不要放过，可独立思考，也可与同学切磋，再不懂时，可记下来，适当的时候找老师答疑讨论。 2. 2. 实验教学实验教学 通过实验手段掌握实验技术，弄懂科学原理。实验教学学习基本理论的需要，同时也是同学们熟悉国家有关试验、检测规程，熟悉实验方法及学习撰写试验报告的需要，学校鼓励学生自主设计、规划试验。国家为培养本科生用实验方法解决问题能力，进行了大学生创新实验项目计划，鼓励学有余力的同学在本科阶段从事初步的研究工作