土木工程概论第一章课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第一章,综述,本章内容,1.1,历史简述,1.2,土木工程的重要性,1.3,土木工程的建设和使用,1.4,土木工程中的抗灾,1.5,城市建设,1.6,土木工程现状和我国现阶段达到的水平,1.7,土木工程与可持续发展,1.8,关于城市地下空间的开发和利用,1.9,保护生态环境,1.10,伟大的战略部署,1.11,展望,1.1,历史简述,（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、设备所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等技术。,4,1.,地上：房屋建筑工程，道路工程，铁路工程，桥梁工程，给排水工程，机场工程,2.,地下：隧道工程 ，矿山工程，陵墓,3.,水中：水利工程,（运河、大坝、水库等），港口工程，海洋工程。,房屋建筑,水利工程,隧道工程,5,（二）土木工程发展历史,1.,古代土木工程,2.,近代土木工程,3.,现代土木工程,6,1.,时间跨度,-,旧石器时代（公元前,5000,年起）,-17,世纪中叶，没有设计理论，靠经验，材料自然，工具简单,2.,古代土木工程几种典型的结构形式,-,砖、石、木。,3.,中西古建筑之特点：中国多以木构架加砖墙为主，而西方大多是砖石结构。,原因是什么？,4.,代表性工程介绍,(,建筑,),应县木塔，佛光寺祖师塔,(,水利,),都江堰水利工程,古代土木工程,7,古代土木工程,-,山西应县木塔,应县木塔位于山西省应县西街北侧，建于公元,1056,年，因塔身全部用木质构成，俗称木塔。,塔为楼阁式，用优质松木建成，高,66,米，底层直径,30,米，平面呈八角形。塔刹高,10,米，结构设计精巧，具有抗震、防灾、防火和防雷能力，保存至今已近千年，国内外现存最古老最高大的木结构塔式建筑 。,8,古代土木工程,-,山西佛光寺祖师塔,在山西省五台县五台山的佛光寺内。祖师塔建于北魏孝文帝时期（公元,471-499,年），是创建佛光寺的初祖禅师的墓塔，塔身用青砖砌成,高约八米,呈六角平面，砖结构。,9,古代土木工程,-,万里长城,始建于,2000,多年前的春秋战国时期，最初用粘土和乱石建造，秦朝统一中国之后联成万里长城。汉、明两代又曾大规模修筑，世界奇迹。,长城是为了防备北方游牧民族的工事。两道平行的城墙，中间用土填满、夯实。主要用砖石砌筑,10,古代土木工程,-,埃及金字塔,金字塔是古埃及的国王法老的陵墓。其中，胡夫的金字塔规模最大，建筑技巧高超。塔身的石块之间，没有任何水泥之类的粘着物，而是一块石头叠在另一块石头上。每块石头都磨得很平，至今已历时数千年，人们也很难用一把锋利的刀刃插入石块之间的缝隙，所以能历数千年而不倒，这不能不说是建筑史上的奇迹。,11,古代土木工程,-,赵州桥,河北省赵县，是世界桥梁史上第一座单孔弧形石拱桥，距今已有,1400,年的历史。赵州桥全长,64,米。通体为巨大花岗岩石块组成，,28,道独立石拱纵向并列砌筑组成单孔孤形。桥大拱两端之肩上又各设两个小拱，这些敞开的小拱减轻桥身重量的同时，又起到了减少流水冲力、加速畅洪的作用，设计可谓非常科学合理。,单孔弧形石拱桥,12,1.,近代土木工程的时间跨度：,17,世纪中叶,第二次世界大战前后。,2.,这一时期土木工程的特点：,有力学和结构理论作为土木工程的设计指导；砖、瓦、石、木等建筑材料得到广泛应用；混凝土和钢筋混凝土、钢材、预应力混凝土得到发展；施工技术、施工机械、施工规模进步很快，施工速度加快。,3.,推动土木工程的发展具有重大意义的几件大事：,近代土木工程,13,1,关于两门新科学的对话,的发表（公元,1638,年）,意大利物理学家和天文学家伽利略在公元,1638,年发表了,关于两门新科学的对话,，论述了建筑材料的力学性质和梁的强度，首次用公式表达了梁的设计理论。,2,力学三大定律（公元,1687,年）,英国科学家牛顿在公元,1687,年总结出了力学三大定律，为土木工程的力学分析奠定了基础。,3,曲线的变分法,（公元,1744,年）,瑞士数学家欧拉于公元,1744,年出版了,曲线的变分法,，建立了柱的压屈理论，得到柱的临界应力公式，为分析土木工程结构物的稳定问题奠定了基础。,4,波兰特水泥的出现（公元,1824,年）,英国人阿斯普丁取得了“波兰特”水泥的专利权，,1850,年开始生产。,14,5,许用应力分析法,（公元,1825,年）,法国科学家纳维建立了土木工程结构设计的,许用应力分析法,，,19,世纪末，里特尔等人又提出了,极限平衡分析,的概念，他们都为土木工程结构理论打下了基础。,6,转炉炼钢法（公元,1859,年）,贝塞麦转炉炼钢法出现，使得钢材大量应用于土木工程之中，促进了土木工程的发展。,7,钢筋混凝土（公元,1867,年）,法国人莫尼埃发明了钢筋混凝土，钢筋混凝土开始应用于土木工程中。,8,钢筋混凝土楼板和预应力混凝土楼板的出现,公元,1886,年，美国人杰克逊应用钢筋砼制作楼板并应用预应力混凝土制作配件。,苏伊士运河,法国艾菲尔铁塔,芝加哥家庭保险公司大厦,近代土木工程案例,16,现代土木工程,1.,现代土木工程的时间跨度,第二次世界大战后至今的五十余年时间。,2.,现代土木工程特点,（,1,）功能要求多样化,（,2,）城市建设立体化,（,3,）交通工程快速化,（,4,）工程设施大型化,17,现代土木工程案例,世界第一悬索桥：,主桥全长,3911,米，主跨,1991,米，跨越日本神户市和淡路岛之间的明石海峡。這座大橋可以抗,8.5,級地震，而且在每秒風速為,80,米的暴風下仍然可以確保安全。,18,长大隧道工程,国外：,1,、瑞士圣哥达新铁路隧道,-57km,，世界最长，,2016,年建成,2,、英吉利海峡隧道,-50.3km,，三条长,50km,的平行隧洞组成，总长度,153km,中国：,1,、大瑶山隧道,-,最长双线电气化铁路隧道全长,14295,米,2,、二郎山隧道,-,隧道主洞长,4176m,，开工时是国内长度最长，埋藏最深，地应力最大，地质极为复杂的山岭公路隧道。,19,20,1.2-3,土木工程的重要性以及建设与使用,一 土木工程的重要性,1,与人们的衣、食、住、行息息相关；,2,与国家的工业建设密不可分；,二 土木工程建设,1,工程建设程序：可行性论证,-,初步设计,-,（技术设计）,-,施工图设计,-,施工建设,21,三,.,土木工程使用,很多发达国家中，建筑工业总投资的,40%,以上用于修复和维护。所以工程建设以后的关键是注意维护，主要有以下几个原因：,（,1,）材料性能的降低：木材，钢筋，水泥,;,（,2,）结构的耐久性变化：使用寿命缩短，存在缺陷，外力作用。工程结构的加固维护有许多新的课题值得研究,.,22,1.4,土木工程中的抗灾,一,.,土木工程中的灾害分类：,中国是一个灾害深重的国家，而以下灾害也是世界性的灾害。,（,1,）地震； （,2,）水灾； （,3,）火灾；,（,4,）地质灾害；（,5,）风灾； （,6,）海洋灾难,;,（,7,）核泄漏； （,8,）战争等等。,23,二,.,灾害原因,自然原因：自然灾害,社会原因：污染，噪声，交通事故，工矿生产活动等,三,.,地震及地震预报,（,1,）地震的危害,:,百年来全世界发生的,7,级以上地震中，我国占,35,。,1986,年来大陆进入了第五个地震高潮期。,建筑物倒塌,道路塌陷，水电通讯的中断等,;,次生灾害,-,煤气泄漏、水，火，海啸等,;,（,2,）地震预防措施：,地震预报；抗震设计,24,1976,年,7,月,28,日,3,时,42,分，在河北省唐山、丰南一带，发生了,7.8,级强烈地震，这次地震造成,24,万多人丧生。,被震毁的唐山市胜利桥,25,汶川,5.12,地震,8,级强震。这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震。,截至,2008,年,9,月,25,日,12,时，四川汶川地震已确认有,69227,人遇难，,374643,人受伤，失踪人数为,17923,人。直接经济损失,8452,亿元人民币。,26,阪神地震：,1995,年,1,月,17,日，,7.2,级阪神地震，共造成,6000,多人死亡，,3,万多人受伤，数十万人无家可归，经济损失近,1000,亿美元。,关东地震：,1923,年,9,月,1,日，日本关东地区发生里氏,7.9,级大地震，造成,14,万人死亡，近,30,万座建筑化为瓦砾和灰烬。,日本是一个地震多发国家，每天约有,300,次地震发生。,27,孟家拉国：,1987,年,7,月，孟加拉国经历了有史以来最大的一次水灾。造成,2000,多人死亡，,2,万公里道路及,772,座桥梁和涵洞被冲毁，千万间房屋倒塌，受灾人数达,2000,万人。,28,9.11,恐怖袭击,国际上一种观点认为，虽然飞机冲撞对大楼确实造成了一定的破坏，但随后燃起的大火才是造成楼房倒塌的直接原因。,2001,年,9,月,11,日，,100,多层、,400,多米高的世贸中心大厦变成了一堆六层楼高的废墟。,29,地质灾害,：,链子崖危岩体位于长江南岸，距三峡大坝仅,25,公里，被,58,条宽大裂缝所切割，形成了总体积达,300,多万立方米的危岩体。如滑坡体的八分之一滑入江中，将占据长江过水断面的,45%,到,85%,，严重阻碍或阻断航道。,30,塔科马大桥,：,1940,年,11,月,7,日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁。这一严重的桥梁事故，开始促使人们对悬索桥结构的空气动力稳定问题进行研究。该桥主跨长,853.4m,，全长,1810.56m,，桥宽,11.9m,，而梁高仅,1.3m,。通过两年时间的施工，于,1940,年,7,月,1,日建成通车。但由于当时人们对柔性结构在风作用下的动力响应的认识还不深入，该桥的加劲梁型式极不合理（板式钢梁），导致在中等风速,(19m/s),下结构就发生破坏,。,31,32,历史上最大的海啸,1960,年，智利南部地震,(,9.5,级,),引起的,海啸波以,700,公里的时速，横扫了西太平洋岛屿。,22,小时后，袭击了,1.7,万公里外的日本本州和北海道，浪高,4,米，冲毁了码头和沿岸建筑。,33,切尔诺贝利核电站事故,于,1986,年,4,月,26,日发生在乌克兰境内的普里皮亚季市，该电站第,4,发电机组爆炸，核反应堆全部炸毁，大量放射性物质泄漏，成为核电时代以来最大的事故。辐射危害严重，导致事故后前,3,个月内有,31,人死亡，之后,15,年内有,6-8,万人死亡，,13.4,万人遭受各种程度的辐射疾病折磨，方圆,30,公里地区的,11.5,万多民众被迫疏散。,34,土木工程抗灾中的优势,几乎所有灾害都与土木工程有关，而土木工程几乎对所有灾害都具有极强的积极主动性和不可替代性。,（,1,）地震,-,建设上提高地震烈度，采取隔震减震措施；,（,2,）洪水,-,溢洪、拦洪、泄洪和蓄洪工程；,（,3,）滑坡泥石流,-,锚索加固和挡土结构；,（,4,）火灾爆炸,-,防火隔墙；,35,（,5,）沙漠化,-,引水改造沙漠；,（,6,）海啸飓风,-,修建防波堤和拦水坝；,（,7,）战争、核泄漏,-,防护结构、安全壳等等。,此外，还有灾后重建,1.5,城市建设,一,.,城市化,世界人口增长较快，人口愈来愈向城市集中。,1,、日本东京：人口,3670,万；,2,、印度德里：人口,2220,万,3,、巴西圣保罗：人口,2030,万；,4,、印度孟买 ：人口,2000,万,5,、墨西哥首都墨西哥城人口,1950,万；,6,、美国纽约：人口,1940,万,7,、中国上海：人口,1660,万；,8,、印度加尔各答：人口,1560,万,9,、孟加拉国达卡人口,1460,万；,10,、巴基斯坦卡拉奇：人口,1310,万,二,.,城市建设与环境,四条线,红线、绿线、蓝线和紫线；红线：道路红线，城市建设最基本的一条规划控制线；,绿线：城市规划中的绿地控制线,蓝线：城市规划区内的水边缘,紫线：城市规划区的历史文化遗迹所占地域线。,三,.,水工业,全世界,10,亿人缺少符合标准的饮用水，,30,亿人缺少卫生的排水设施。,1.6,土木工程现状和我国现阶段达的水平,一,.,世界现状,土木工程快速发展，出现了许多世界之最,1.,建筑高度被刷新,迪拜塔是世界第一高楼,高度为,828,米，楼层总数,162,层，造价达,15,亿美元。,于,2004,年,9,月,21,日开始动工，,在,2007,年初开始已有玻璃帷,幕安装，金属外墙于同年,6,月,开始施装。,2,、世界最高电视塔,东京天空树，是位于日本东京都墨田区的电波塔。由东武铁道株式会社和其子公司东武塔天空树共同筹建，于,2008,年,7,月,14,日动工，,2012,年,2,月,29,日竣工，同年,5,月,22,日正式对外开放。其高度为,634.0,米，于,2011,年,11,月,17,日获得吉尼斯世界纪录认证为“世界第一高塔”,。,日本明石海峡大桥,(,主跨,1 991 m),，,全长,3911,米，主桥墩跨度,1991,米。两座主桥墩海拔,297,米，基础直径,80,米，水中部分高,60,米。两条主钢缆每条约,4000,米，直径,1.12,米，由,290,根细钢缆组成，重约,5,万吨。大桥于,1988,年,5,月动工。,1998,年,3,月竣工。,3.,世界最大跨度悬索桥：,二,.,我国的土木工程达到的水平,我国的土木工程得到了飞速的发展，取得了许多举世瞩目的辉煌成就,1.,铁路,中国铁路的营业里程截止到,2012,年底已达,97625,公里，其中青藏铁路建设客服很多困难。,2.,路桥：,中国公路建设,2000,年末达到,140,万公里，高速公里,104468,公里，,世界最大跨度钢拱桥,:,上海卢浦大桥（跨度,550 m,）,杭州湾跨海大桥,于,2003,年,11,月,14,日开工，,2007,年,6,月,26,日贯通，,2008,年,5,月,1,日启用。杭州湾跨海大桥是一座横跨中国杭州湾海域的跨海大桥，北起浙江嘉兴海盐郑家埭，南至宁波慈溪水路湾，全长,36,公里。,三峡大坝：,三峡大坝工程包括主体建筑物及导流工程两部分，全长约,2309m,，坝高,185m,，工程总投资为,4954.6,亿元人民币，于,1994,年,12,月,14,日正式动工修建，,2006,年,5,月,20,日全线建成。,建筑,1.,上海中心大厦,，建筑主体为,118,层，地下五层。总,高为,632,米，世界,第二高楼结构高度,为,580,米，总工期,2008-2014,年，总,投资,148,亿。,2.,台北,101,大厦：,建筑总高度：,509.2m.,结构高度,439.2m.,世界,第三高楼地上,101,层，,地下,5,层。共,106,层。,总工期,19992003,年。,结构形式：钢筋混凝,土结构总造价：,580,亿,元新台币。,47,1.7,土木工程与可持续发展,一,.,什么是可持续发展,可持续发展可在不牺牲后代满足其需要能力的条件下，满足当前的需要。,英联邦政府的,国家生态可持续发展战略,将“可持续发展定义为“既可改善当前和未来的总体生活质量，又能维持人类生活赖以生存的生态进程的发展”。,二,.,可持续发展的世界性,（,1,）可持续发展工程联盟组织（,1992,）,（,2,）地球宪章行动（,1992,）,（,3,）,21,世纪议程（,1992,）,48,三,.,工程师在可持续发展中的作用,土木工程建造了维系我们生活方式的基础设施。,土木工程师有重大影响的几个主要专业活动：公路、铁路、机场、海洋、水、能源、废弃物、建筑业。,要了解可持续发展准则，要接受继续教育，以适应自己的工作；将长期的环境影响与代价包括在考虑到的可能的解决方案中。重新规定工程的责任，将可持续发展的原则统一到全世界工程组织的道德规范中；向公众解释可持续发展的原则，因为他们与工程师的工作息息相关。,可持续发展的两个关键问题,-,资源利用与环境保护。工程师应在创新和规划与设计中起主导作用。,1.8,地下空间的开发和利用,地下铁路,地下商场,地下停车场,地下体育馆,地下影剧院,地下厂房,地下仓库,人防工程,1.9,保护生存环境,一,.,地球上的,10,大环境祸患：,(1),土壤破坏；,(2),空气污染；,(3),淡水受到威胁；,(4),气候变化和能源浪费；,(5),森林面积减少；,(6),生物品种减少；,(7),化学污染；,(8),混乱的城市化；（,9),海洋的过度开发和沿海地带的污染；,(10),极地臭氧层空洞。归根结底主要为环境污染问题,.,51,二,.,土木工程在防治上述灾害中可以发挥积极作用,：,例如废水污水的危害及处理,-,水质监测中心大楼，污水处理厂；城市垃圾的处理,-,城市垃圾填埋场等，抗灾害，绿化与碧水连天工程，抢救湖泊，抢救名胜，节约水资源，保护植被，防止水土流失和保护湿地等等都与土木工程有着紧密的关系。,52,三,.,中国的环境问题正在表现出新的特点,：,污染程度加剧，已在较大范围内威胁到民众的基本生存。在河南省浚北县、江苏省盐城市、四川遂宁市、淮河流域的河南省沈丘县、重庆市合川县、广东韶关、天津市等，因为水污染严重而陆续出现多个癌症村；全国,70%,的河流水体受到严重污染；近,700,座城市中，三分之二被生活垃圾山所包围。,1.10,伟大战略部署,一,.,要求目标,1.,城镇建设有序发展新机制,2.,城镇建设与生态环境建设相协调、可持续发展,3.,基本建立城镇住房新体系,4.,形成基础建设投入产出良性循环机制,5.,基本建立公平竞争，健康有序的建筑市场,6.,健全法律法规，依法进行建设活动,二,.,南水北调,东线工程：扬州 京杭大运河及与其平行的河道及洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖。出东平湖后分两路输水：一路向北，在位山附近经隧洞穿过黄河；另一路向东，通过胶东地区输水干线经济南输水到烟台、威海。,中线工程：丹江口水库陶岔渠首闸引水，沿唐白河流域西侧过长江流域与淮河流域的分水岭方城垭口后，经黄淮海平原西部边缘，在郑州以西孤柏嘴处穿过黄河，继续沿京广铁路西侧北上，可基本自流到北京、天津。,西线工程：在长江上游通天河、支流雅砻江和大渡河上游筑坝建库，开凿穿过长江与黄河的分水岭巴颜喀拉山的输水隧洞，调长江水入黄河上游。,56,1.11,展望,土木工程是一门古老的学科，在历史上曾经取得过巨大的成就，人类社会的前进、科学技术的进步使土木工程面临新的挑战和发展机遇：,1,、生产生活方式的变化,-,信息技术的影响,;,2,、航空、航天技术的发展,-,月球火星人类生存新空间拓展,;,3,、资源问题,-,资源的合理配置与利用,;,4,、环境保护问题,-,土木工程建设的环境意识,.,57,一、重大项目将继续兴建,向高、深方向发展,-,解决土地供求矛盾：,高速公路、铁路：,1,、高速公路、铁路,-,从空间上缩短人类距离，地球村，环球铁路，环球高速公路；,2,、我国的“五纵”、“七横”公路网,-,服务于中国的经济建设,;,3,、磁悬浮列车,-,新技术的引进,；,58,二,.,土木工程将向太空、海洋、荒漠地开拓,向海洋发展,-,解决陆地土地少矛盾,利于油气矿产开发,1,、海上人工岛的建立（澳门、关西机场）；,2,、海上采油平台；,3,、海上浮动城市的构想,向沙漠拓展,-,目前开发空间大，但困难也不少。,1,、沙漠面积大；,2,、水资源缺乏。,向外太空发展,-,月球,59,三,.,工程材料向轻质、高强、多功能方向发展,1,传统材料改变性能并增加品种；,（,1,）墙体材料；,（,2,）混凝土材料,-,强度低，韧性差，易开裂；,（,3,）金属材料,-,锈蚀，耐火；,2,化学合成材料广泛应用,-,从装饰到围护与结构,四,.,设计方法精确化，设计工作自动化,1,计算机分析系统；,2,计算机绘图。,60,五,.,信息和智能化技术全面引入土木工程,1,、信息化施工,-,信息采集，处理，交流和反馈。,2,、智能建筑,-,计算机的监测与自动控制,3,、智能化交通,-,信息收集，快速处理和优化决策,4,、土木工程仿真分析系统,-,节省开资，指导设计,六,.,土木工程的可持续发展,土木工程建设与能源消耗，资源利用，环境保护，生态平衡有密切关系。因此，土木工程的建设，既要满足当代人的需要，又不能对后代人满足其需要的发展构成危害。,61,七,.,发展前景,1,中国正进行世界上最大规模的基本建设,2,中国的人口占世界人口的,22,3,中国是一个自然灾害多发的国家,4,土木工程是一个历史悠久、生命力强、投入巨大、对国民经济具有拉动作用、专业覆盖面和行业涉及面积广的一级学科和大型综合性产业！,62,土木工程的发展从一个侧面反映出我国经济的发展，显示中华民族正在复兴，有志于土木工程建设的同学们，可望在未来土木工程建设中贡献才华，缔造亮丽人生。,小结：,1.,土木工程定义：,2.,土木工程发展阶段,3.,土木工程建设和使用,4.,土木工程重要性,5.,土木工程可持续发展,