叶志明土木工程概论(第4版)1绪论(mxy)

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内容、历史现状和发展情况了解土木工程的基本理论知识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提高同学们对土木工程专业的兴趣 章 节 梳 理 绪论绪论 土木工程材料（第土木工程材料（第2章）章）土木 水利 陆陆水水建筑工程（第建筑工程（第4章）章）运输运输地下工程（第地下工程（第8章）章） 给排水工程给排水工程交通土建工程（第交通土建工程（第5章）章）桥梁工程（第桥梁工程（第6章）章）港口工程（第港口工程（第7章）章）水利水电工程（第水利水电工程（第8章）章）基础工程（第基础工程（第3章）章）本章内容1.1

2、土木工程概论课程的任务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土木工程学习与土木工程师1.1 1.1 土木工程概论课程的任务土木工程概论课程的任务一、土木工程的定义一、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：中国国务院学位委员会在学科简介中定义： 土木工程是土木工程是建造各类工程设施建造各类工程设施的的科学技术科学技术的总称，的总称，它既指它既指工程建设的对象工程建设的对象，即建在地上、地下、水中的，即建在地上、地下、水中的各种工程设施，也指所应用的材料、设备和所进行的各种工程设施，也指所应用的材料

3、、设备和所进行的勘测设计、施工、保养、维修等勘测设计、施工、保养、维修等技术技术。 国际：国际： Civil Engineering (民用工程民用工程) Military Engineering(军事工程军事工程) 国内国内： 几千年漫长的时间内，土木工程所用的材几千年漫长的时间内，土木工程所用的材 料，主要是料，主要是“土土”（岩石、沙子、（岩石、沙子、 泥土、泥土、 石石 灰，由用土烧制成的砖、瓦、陶和瓷等）和灰，由用土烧制成的砖、瓦、陶和瓷等）和 “木木”（木材、茅草、藤条、竹等）（木材、茅草、藤条、竹等）,所以古代所以古代 以大兴土木作为大搞工程建设的代名词。因以大兴土木作为大搞工程

4、建设的代名词。因 而译为而译为“土木工程土木工程”。 2. 土木工程专业土木工程专业 运用物理学、化学、数学、力学、材料学运用物理学、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、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。设计、修建工程的一门学科。 材料材料技术技术产品产品技术技术生产生产技术技术技术科学技术科学钢筋钢筋 混凝土混凝土 砖石砖石 木木房屋房屋 桥梁桥梁 铁路铁路 公路公路 隧道隧道各种工程结构各种工程结构基础工程基础工程施工技术与组织施工技术与组织项目管理项目管理经济管理经济管理质量分析防治质量分析防治基础科学基础科学 数学数学

5、 物理物理 化学化学 地质地质理论力学理论力学材料力学材料力学结构力学结构力学土力学土力学流体力学流体力学制图学制图学测量学测量学.土木工程与有关科学、技术的关系图土木工程与有关科学、技术的关系图 (1) (1) 房屋建筑工程房屋建筑工程; (2)(2) 公路与城市道路工公路与城市道路工 程程; (3) (3) 铁道工程铁道工程; (4) (4) 桥梁工程桥梁工程; (5) (5) 隧道工程隧道工程; (6)(6) 机场工程机场工程; (7) (7) 地下工程地下工程; (8)(8) 给水排水工程给水排水工程; (9) (9) 港口工程港口工程; (10)(10) 码头工程。码头工程。 国际上

6、，运河、水库、大坝、水渠等水利工程也包括于土国际上，运河、水库、大坝、水渠等水利工程也包括于土木工程之中。木工程之中。 3.3.土木工程的范围土木工程的范围土木工程与人民生活密切相关住：房屋、住宅等住：房屋、住宅等衣：厂房，商场等衣：厂房，商场等食：食品加工厂，农田水利灌溉，水坝等食：食品加工厂，农田水利灌溉，水坝等行：铁路、公路、机场、码头等行：铁路、公路、机场、码头等道路道路 铁路铁路 桥梁桥梁另外：航天发射塔架，航天基地等另外：航天发射塔架，航天基地等酒泉卫星发射中心宇航员公寓酒泉卫星发射中心宇航员公寓 火箭发射架火箭发射架隧道隧道水坝水坝码头码头给排水给排水机场机场海上石油平台海上石油

7、平台一路、一桥、一隧一路、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青岛海湾大桥 大桥大桥2011年年6月月30日全线通车日全线通车。是我国自行设计、施工、建造。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。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年上榜吉尼斯世界纪录和美国“福布斯福布斯”杂志，荣膺杂志，荣膺“全全球最棒桥梁球最棒桥梁”荣誉称号。荣誉称号。 简介：大桥东起杨家简介：大桥东起杨家群，西至黄岛红石崖，群，西至黄岛红石崖，路线全

8、长路线全长约约35.4公里公里，其中海上段长度其中海上段长度26.75公里。海湾大桥的公里。海湾大桥的总总投资将达到投资将达到99.38亿元。亿元。青岛海湾大桥青岛海湾大桥1.2 1.2 土木工程发展历史简述土木工程发展历史简述 1.2.1 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一、古代土木工程的历史跨度 约公元前约公元前50005000年年1717世纪中叶世纪中叶二、古代土木工程的主要结构形式二、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、木结构、石结构、砖结构，例：山西应县木塔、埃及埃及金字塔金字塔、山西佛光寺祖师塔、

9、山西佛光寺祖师塔 胡夫金字塔是胡夫金字塔是108座中最大的座中最大的 原高原高146.59米，后削平米，后削平10米米 底面呈正方形，每边长底面呈正方形，每边长230多米，多米，绕金字塔一周，差不多要走一公里绕金字塔一周，差不多要走一公里的路程。的路程。 西安半坡村半穴居建筑西安半坡村半穴居建筑明清故宫明清故宫隋代赵州桥隋代赵州桥G距今距今14001400年年历史历史G世上现存最世上现存最早的早的敞肩式敞肩式石拱桥石拱桥G结构具有高结构具有高度科学性度科学性辽代山西应县木塔辽代山西应县木塔都江堰都江堰京杭大运河京杭大运河北起北京，南到杭州。全长北起北京，南到杭州。全长1,794千米，是千米，是

10、世界最长的人工河。长度居世界第三的世界最长的人工河。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，就在公元前霸中原，就在公元前485 年起开始开凿年起开始开凿运河，从运河开凿至今已有运河，从运河开凿至今已有2500多年历多年历史。史。宋宋营造法式营造法式清清工部工程做法则例工部工程做法则例梁思成整理成梁思成整理成清式营造则例清式营造则例我国历史上第一部建筑专著我国历史上第一部建筑专著制定了设计模数和工料制定了设计模数和工料定额定额制度制度1.2.2 1.2.2 近代土木工程近代土木工程一、近代

11、土木工程的时间跨度一、近代土木工程的时间跨度 1717世纪中叶世纪中叶第一次世界大战前后第一次世界大战前后二、近代土木工程的材料发展二、近代土木工程的材料发展 1824年波特兰水泥年波特兰水泥 1867年钢筋混凝土年钢筋混凝土 1859年转炉炼钢法年转炉炼钢法 1886年钢筋混凝土年钢筋混凝土 1928年预应力混凝土年预应力混凝土 芝加哥家庭保险公司大厦芝加哥家庭保险公司大厦建于建于1883188318851885年，共年，共1111层，高层，高5555米，是世界上第米，是世界上第一幢按现代钢框架结构原一幢按现代钢框架结构原理建造的高层建筑，开摩理建造的高层建筑，开摩天大楼建造之先河。天大楼建

12、造之先河。 肯尼迪机场候机楼肯尼迪机场候机楼埃菲尔铁塔埃菲尔铁塔云中牧女云中牧女 精确：精确：4根倾斜的塔柱合拢时，每个孔洞铆根倾斜的塔柱合拢时，每个孔洞铆接时都不用锉一下。接时都不用锉一下。 竣工：竣工：铁塔的安装工作于铁塔的安装工作于1889年年4月月5日竣日竣工，工， 全部工程仅费时全部工程仅费时21个半月，耗费个半月，耗费7,799,401法郎（埃菲尔原预算为法郎（埃菲尔原预算为800万万法郎）。法郎）。 数据：数据：高高320米，米， 分三层，分三层， 共共1,711阶台阶台阶。总重约阶。总重约8,500吨，由吨，由12,000个金属部个金属部件，由件，由250万只铆钉连结起来。万只

13、铆钉连结起来。 帝国大厦帝国大厦: :建于建于19311931年，年， 纽约曼哈顿岛，纽约曼哈顿岛，102102层，高层，高381381米米金门大桥金门大桥 京张铁路京张铁路 (“人字形人字形”) 建于建于1905年年10月月,全长全长273公里公里,4年完工年完工詹天佑詹天佑钱塘江大桥（茅以升）钱塘江大桥（茅以升）功能要求多样化功能要求多样化城市建设立体化城市建设立体化交通工程快速化交通工程快速化工程设施大型化工程设施大型化1.2.3 1.2.3 现代土木工程现代土木工程1.2.3 1.2.3 现代土木工程现代土木工程一、世界最高高层建筑一、世界最高高层建筑城市建设立体化城市建设立体化台北台

14、北101大厦大厦 佩重纳斯大厦（俗称佩重纳斯大厦（俗称“国营石油双塔国营石油双塔”）马来西亚吉隆坡马来西亚吉隆坡建成于建成于1998年年世界第三高建筑，总高度达世界第三高建筑，总高度达452m ,共共88层，由两座层，由两座完全相似的塔楼组成，其第完全相似的塔楼组成，其第42层的人行天桥更显其层的人行天桥更显其特色。特色。纽约世贸大厦 1973年竣工以后，以年竣工以后，以110层、层、411米的高度作为摩天巨人而载入史册。它米的高度作为摩天巨人而载入史册。它是由是由5幢建筑物组成的综合体。其主楼呈双塔形，塔柱边宽幢建筑物组成的综合体。其主楼呈双塔形，塔柱边宽63.5米。大楼米。大楼采用钢架结构

15、，用钢采用钢架结构，用钢7万万8千吨，楼的外围有密置的钢柱，墙面由铝板和玻千吨，楼的外围有密置的钢柱，墙面由铝板和玻璃窗组成，有璃窗组成，有“世界之窗世界之窗”之称。之称。 视频交通工程快速化交通工程快速化上海磁悬浮列车上海磁悬浮列车工程设施大型化工程设施大型化日本多多罗大桥日本多多罗大桥 日本多多罗桥是之前世界上日本多多罗桥是之前世界上主跨最大的斜拉桥。主跨主跨最大的斜拉桥。主跨890m，边跨分别为，边跨分别为270m和和320m。 塔高塔高216.6m，全桥共设，全桥共设168道斜拉索，每根斜拉索道斜拉索，每根斜拉索由由168-394根直径为根直径为7mm的镀锌钢丝组成。的镀锌钢丝组成。明

16、石海峡大桥 明石海峡大桥是于明石海峡大桥是于1998年年4月建月建成的世界上跨度最大的悬索桥。成的世界上跨度最大的悬索桥。 全长全长3,910米，中央支距长米，中央支距长1,990米。米。 可以抗可以抗8.5级地震，而且在每秒风级地震，而且在每秒风速为速为80米的暴风下仍然可以确米的暴风下仍然可以确保安全。保安全。 3 3、世界最大跨度钢拱桥、世界最大跨度钢拱桥: :第二和第三位的分别是：美国奇尔文桥（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 1.2.3 现代土木工程现代土木工程中国国家体育中心中国国家体育中心“鸟巢鸟巢”1.3 1.3 土木工

17、程的未来土木工程的未来人类面临的形势人类面临的形势: :1.1.信息工业迅猛发展信息工业迅猛发展, ,给人类生产生活方式带来巨大转变。给人类生产生活方式带来巨大转变。2.2.航空航天事业快速发展航空航天事业快速发展, ,人类对太空探索取得巨大进步。人类对太空探索取得巨大进步。3.3.人口激增人口激增, ,世界人口超过世界人口超过6060亿，土地资源有限，因过度消耗亿，土地资源有限，因过度消耗日益枯竭。日益枯竭。4.4.生态环境破坏，人类生存环境恶化。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、深方向发展为了解决土地供求矛盾，城市建设将向高、深

18、方向发展摩天大楼，空中城市，地下城。摩天大楼，空中城市，地下城。高速公路、高速铁路，高速公路、高速铁路，环球铁道、环球高速公路，环球铁道、环球高速公路，国内，五纵七横。国内，五纵七横。2.向高空、地下、海洋、荒漠、太空发展高空：摩天大楼，高空：摩天大楼，地下：地下城，地下：地下城，海洋：填海造陆，围海造城，海上石油平海洋：填海造陆，围海造城，海上石油平 台，海上城市，台，海上城市，荒漠：陆地荒漠：陆地1/3是荒漠，改造沙漠是荒漠，改造沙漠 太空：太空站，太空基地。太空：太空站，太空基地。解决水的问题！解决水的问题！迪拜迪拜希腊桑特岛海上住宅希腊桑特岛海上住宅 3.工程材料向质轻、高强、多功能化

19、发展1）传统材料改性）传统材料改性 目前的混凝土强度可达到目前的混凝土强度可达到C50C60（强度为（强度为5060N/mm2），），特殊工艺可达特殊工艺可达C80C100,未来可以达到未来可以达到C400。 加入微型纤维的混凝土。加入微型纤维的混凝土。 钢材：耐锈蚀，外涂防火涂料钢材：耐锈蚀，外涂防火涂料。2）化学合成材料的应用）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，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。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。碳纤维（质轻、高强、耐腐蚀）用于结构补强，如碳纤维

20、布。4设计方法精确化、设计工作自动化计算机的应用计算机的应用设计手工化走向自动化设计手工化走向自动化例如：结构整体分析例如：结构整体分析 按施工阶段进行的全过程仿真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 1）信息化施工）信息化施工 范围、工具、对象、处理、目的范围、工具、对象、处理、目的2 2）智能化建筑）智能化建筑 a.a.房屋设备应用先进的计算机系统监测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与控制，并可通

21、过自动化或人工干预 来控制设备运行的安全、可靠、高效。来控制设备运行的安全、可靠、高效。 b.b.安装了对居住者的自动服务系统。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土木工程的可持续发展智能建筑智能建筑绿色建筑绿色建筑红色的智能建筑红色的智能建筑 Delfut大学图书馆大学图书馆科学、技术、与工程的关系科学、技术、与工程的关系科学：科学：关于事物的基本原理和事物的有组织、关于事物的基本原理和事物的有组织、 有系统的知识。有系统的知识。技术：技术：将科学研究所发现或传统经验所证明的将科学研究所发现或传统经验所证明的 规律发展转化成为各种生产工艺、作业规律发展转化成为各种生产工艺、

22、作业 方法、设备装置等。方法、设备装置等。工程：工程：自然科学或各种专门技术应用到生产部门而形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。成的各种科学的总称。1.3 1.3 土木工程的学习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：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掌握土木工程学科的基本理论基本理论和和基本知识基本知识获得土木工程师基本训练，具有创新精神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初步的工程规划与研究开发的能力 基础理论主要包括：

23、基础理论主要包括：工程力学工程力学（理论力学、材料力学）（理论力学、材料力学） 、结构力学结构力学、流体力学、土力学与工程地质学等、流体力学、土力学与工程地质学等 应用理论内容较多，包括应用理论内容较多，包括建筑结构的设计理论和方法建筑结构的设计理论和方法、建建筑施工筑施工、房屋建筑学房屋建筑学、建筑材料建筑材料、工程经济、抗震设计等、工程经济、抗震设计等相关知识：给水排水、暖通、工程机械等相关知识：给水排水、暖通、工程机械等掌握的技能或工具：掌握的技能或工具：工程制图工程制图、工程测量、试验、工程测量、试验、计算机软计算机软件件掌握的理论知识掌握的理论知识土木工程师应该具备的能力土木工程师应

24、该具备的能力n 自主学习能力自主学习能力n 综合解决问题能力综合解决问题能力n 创新能力创新能力n 管理协调能力管理协调能力课堂教学课堂教学实验教学实验教学设计训练设计训练现场实习现场实习土木工程主要教学环节：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 5、世界最长海底隧道：、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 4、世界最长山区隧道、世界最长山区隧道：1.2.3 1.2.3 现代土木工程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

25、坝（高285 m)6 6、世界最高重力坝、世界最高重力坝: :1.2.3 1.2.3 现代土木工程现代土木工程1.2.2 1.2.2 土木工程的未来土木工程的未来日本拟建的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、荒漠开拓二、土木工程将向太空、海洋、荒漠开拓1.2.2 1.2.2 土木工程的未来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

26、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上海中心大厦 632米，米，118层。层。中国第一高，世界第二高中国第一高，世界第二高英国温泽市政府大厅英国温泽市政府大厅三百多年前

27、，建筑设计师克里斯托三百多年前，建筑设计师克里斯托莱伊恩受命设计了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。的大厅。 英国温泽市政府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。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，但尽

28、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加柱子，并险些将他送上工程验收者与市政官员坚持加柱子，并险些将他送上法庭。法庭。英国温泽市政府大厅英国温泽市政府大厅 在在300年的后，当市政府准备修缮大厅的天花板，发年的后，当市政府准备修缮大厅的天花板，发现了这个秘密。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大厅称作“嘲笑无知的建筑嘲笑无知的建筑”。 “我自信，自信至少我自信，自信至少100100年后，当你们面对这

29、根柱子时，年后，当你们面对这根柱子时，只能哑口无言，甚至瞠目结舌只能哑口无言，甚至瞠目结舌我要说明的是，你我要说明的是，你们看到的不是什么奇迹，而是我对自信的坚持。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美国阿拉斯加输油管道 阿拉斯加输油管阿拉斯加输油管 （英语：（英语：Trans-Alaska Pipeline Trans-Alaska Pipeline SystemSystem，简称，简称TAPSTAPS，州内俗称，州内俗称the Alyeska Pipelinethe Alyeska Pipeline，州外俗称州外俗称Alaska PipelineAlaska Pipeline）是连接）是连接美国阿拉斯加州美国阿拉斯加州北部产油区和南部港口，再转运到美国本土炼油厂的北部产油区和南部港口，再转运到美