土木工程的发展简史ppt课件.ppt

土木工程 国务院学位委员会在学科简介中定义为 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 土木工程包括 建筑工程铁路工程公路与城市道路工程桥梁工程地下工程水利工程港口工程海洋工程给水与排水工程环境工程 经历了三个个历史时期 在三个历史时期之前的上古时期有两个阶段 有巢氏的构木为巢 旧石器时代 北京猿人住天然岩洞 墙内竖有木柱 茅草下密排树枝起龙骨作用 d5 6m 经历了三个历史时期 古代土木工程 时间跨度长 大致从新石器时代 约公元前5000年起开始至17世纪中叶 具有代表性的工程有 我国黄河流域的仰韶文化 约公元前5000 3000 遗址 木骨泥墙构成居室 长城我国历史上伟大工程之一 始建于公元前7 5世纪间的春秋 战国时代 最早修筑长城的是楚国 称为 方城 公元前214年 由秦始皇扩建完成 随后 各朝代都进行过修筑 扩建 其中以明代修筑规模最大 工程技术水平也最高 通常称的明长城为东起山海关 西止嘉峪关 埃及帝王陵墓建筑群 吉萨金字塔群 建于公元前2700 2600年 其中以古王国第四王朝法老胡夫的金字塔最大 塔基呈方形 边长约230 5m 高约146m 用230余万块巨石砌成 斯芬克斯 人首狮身石雕像 建于公元前26世纪 长57m 高20m 法老以此象征尊严 四川都江堰大型引水枢纽 建于公元前256 251年 是世界历史上最长的无坝引水工程 以灌溉为主 兼有防洪 水运 供水等多种效益 一直沿用至今 鱼嘴是修建在江心的分水堤坝 把汹涌的岷江分隔成外江和内江 外江排洪 内江引水灌溉 飞沙堰起泻洪 排沙和调节水量的作用 宝瓶口控制进水流量 因口的形状如瓶颈 故称宝瓶口 内江水经过宝瓶口流入川西平原灌溉农田 中国历代封建王朝建造的大量宫殿和庙宇建筑 均系木构架结构 它是用木梁 木柱做成承重骨架 用木制斗拱做成大挑檐 一 讲立体构成 单个的建筑自下而上一般是由台基 主体 房屋 和屋顶三个主要部分构成的 中国建筑的特征 中国建筑的特征 二 讲平面布局 一所房子由一个建筑群落组成 左右呈轴对称 主要房屋朝南 整个建筑群有主有从 有 户外的空间 北京故宫太和殿 建于明永乐18年 1420年 是故宫最壮观的建筑 也是我国现存最大的木构殿堂 斗拱 斗拱 拱 是 弓形短木 斗是 斗形方木块 它们组合起来称 斗拱 它不但可 用以减少立柱和横梁交接处的剪力 还具有装饰作用 斗拱 举折 举架 举折 举架 的作用 即为了形成屋顶的斜坡或曲面 屋顶的装饰作用它是 中国建筑中最主要的特征之一 并在与其他建筑体系的比较中 盛称 翘起如翼 的屋顶是我们民族文化的骄傲 颜色的选择 朱红中国建筑是世界各建筑体系中最大胆的 不但在大建筑物中使用朱红色 而且还大量用彩绘来装饰木架部件 霸王拳 部件的装饰作用 三福云 瓦当 脊吻 门环 八 建筑材料的装饰 彩漆 木刻 浮雕 琉璃 赵州桥 隋代赵州安济桥 又称赵州桥 桥为敞肩圆弧石拱 拱券并列 道 净跨 米 矢高 米 上狭下宽总宽 米 主拱券等厚 米 主拱券上有护拱石 在主拱券上两侧 各开两个净跨分别为 米和 米的小拱 以泻泄洪水 减轻自重 桥面呈弧形 桥始建于隋 开皇十五年 公元 年 完工于隋 大业元年 公元 年 距今已有 406年 山西应县木塔 建于公元1056年 塔高67 3m 八角形 底层直径30 27m 该塔共9层 是我国保存至今的唯一木塔 也是现存的最高的木结构之一 它虽经多次大地震仍完整无损 足以证明我国历史上木结构的辉煌成就 西欧各国以意大利比萨大教堂和法国巴黎圣母院为代表的教条建筑 都采用了砖石拱卷结构 意大利比萨大教堂建于公元11到12世纪 系一组由教堂 1063 1118 洗礼堂 1153 钟塔 1174 1350 组成的建筑群 巴黎圣母院建于1163 1250年 是法国早期哥特建筑的典型 平面宽约47m 长约125m 可容近万人 圣坛上部的尖塔高达90m 正面是一对高60余米的塔楼 下部有三个尖卷门洞 科隆大教堂是欧洲北部最大的哥特式教堂 始建于13世纪中叶 在德国科隆 平面呈拉丁十字形 长136 5m 宽45 7m 东端为7个小圆龛组成的半圆形卷廊 西立面有一对八角形塔楼 建于1842 1880年 高达150多米 小结 古代土木工程的特点 这个历史时期内 土木工程所用材料最早只是当地的天然材料 如泥土 砾石 树干 竹 茅草 芦苇等 后来发展了土坯 石材 砖 瓦 木 青铜 铁 铅以及混合材料如草筋泥 混合土等 生产工艺 施工机具也很简单 近代土木工程 近代土木工程的时间跨度为从17世纪中叶至20世纪中叶的300年间 主要特征是 有力学和结构理论作指导 砖 瓦 木 石等建筑材料广泛使用 混凝土 钢材 钢筋砼以及早期的预应力砼得到发展 施工技术进步很大 这个历史时期 土木工程在理论 材料 施工领域出现的具有重大意义大事有 意大利科学家伽利略在1638年出版的著作 关于两门新科学的谈话和数学证明 中论述了建筑材料的力学性质和梁的强度 首先用公式表达了梁 beam 的设计理论 英国科学家牛顿在1687年总结了力学三大定律 它们是土木工程设计理论的基础 瑞士数学家欧拉在1744年出版的 曲线的变分法 建立了柱的压屈理论 为分析土木工程结构物的稳定问题奠定了基础 预应力混凝土预应力混凝土是为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象 在构件使用 加载 以前 预先给混凝土一个预压力 即在混凝土的受拉区内 用人工加力的方法 将钢筋进行张拉 利用钢筋的回缩力 使混凝土受拉区预先受压力 这种储存下来的预加压力 当构件承受由外荷载产生拉力时 首先抵消受拉区混凝土中的预压力 然后随荷载增加 才使混凝土受拉 这就限制了混凝土的伸长 延缓或不使裂缝出现 这就叫做预应力混凝土 1825年纳维建立了土木工程中结构设计的容许应力法 19世纪末里特尔等人提出了极限平衡的概念 这为土木工程的结构理论分析打下了基础 1824年英国人阿斯普丁取得了波特兰水泥的专利权 1850年开始生产 20世纪初 有人发表了水灰比等学说 才初步奠定了混凝土强度的理论基础 1859年发明了贝塞麦转炉炼钢法 使钢材得以大量生产 并广泛应用于土木工程 1867年法国人莫尼埃用铁丝加固混凝土制成花盆 并推广到工程中 建造了一座蓄水池 这是应用钢筋砼的开端 1875年 他主持建造了第一座长16m的钢筋砼桥 1883年美国在芝加哥由称为 摩天楼之夫 的詹莱 B Jenney 建造的11层住宅保险大楼 是世界最先用铁框架 部分钢架 承受全部大楼的重力 外墙仅为自承重墙的高层建筑 1889年 法国在巴黎建造了高300m的埃菲尔铁塔 用钢8000t 这是近代高层建筑结构的萌芽 此外 由奥蒂斯 E Otis 在19设计50年代初期发明的安全升降机也使高层建筑成为可能 他最先采用的是蒸汽动力升降机 直到1857年在纽约才安装了第一台乘人用的电梯 埃菲尔铁塔于1889年建成 得名于设计它的著名建筑师 结构工程师古斯塔夫 埃菲尔 全部由施耐德铁器 现施耐德电气 建造 埃菲尔铁塔高300米 天线高24米 总高324米 铁塔是由很多分散的钢铁构件组成的 看起来就像一堆模型的组件 钢铁构件有18038个 重达10000吨 施工时共钻孔700万个 使用铆钉250万个 除了四个脚是用钢筋水泥之外 全身都用钢铁构成 塔身总重量7000吨 塔分三楼 分别在离地面57 6米 115 7米和276 1米处 其中一 二楼设有餐厅 第三楼建有观景台 从塔座到塔顶共有1711级阶梯 共用去钢铁7000吨 12000个金属部件 259万只铆钉 1886年美国人杰克逊首先应用预应力混凝土制作建筑配件 后又制作楼板 1930年法国工程师弗涅希内将高强度钢丝用于混凝土 土木工程在铁路 公路 桥梁建设中得到了大规模发展 1825年在英国人斯蒂芬森在英格兰北部斯托克顿和达灵顿之间修筑了世界第一条长21km的铁路 1863年在伦敦又建造了世界第一条地下铁道 1779年英国用铸铁建成跨度为30 5m的拱桥 1826年英国用锻铁建成建造了第一座跨度为177m的悬索桥 1890年英国又建成两孔主跨的悬臂式桁架梁桥 这样 现代桥梁的三种基本形式 梁式桥 拱桥 悬索桥 相继出现 该桥 英国的科尔布鲁克代尔桥 建于1779年 桥跨约30 5m 矢高13 7m 由五片半圆形拱肋组成 该桥完全模仿木拱桥的形状 钢材的出现 把铸铁 以及锻铁 桥送进了桥梁历史博物馆 科尔布鲁克代尔桥曾使用170年 世界最古老的铸铁拱桥 CoaibrookdaleBridge 梅奈海峡桥 位于英国的威尔士 1826年建成 该桥是英国用铸铁建成的第一座悬索桥 主跨177米 为当时世界上最大跨度的桥梁 现仍存在 梅奈海峡桥 1890年由贝格 B Baker 设计并建成的福斯桥 ForthBridge 位于英国爱丁堡附近 两孔主跨达521m 耗钢50000吨 属于悬臂式桁架梁桥 福斯桥 ForthBridge 加拿大魁北桥QuebeeBridge 该桥位于加拿大QuebeeCity 建于1917年 桥型钢桁架 steeltrussbridge 跨度549m 已超过了英国的福斯桥 在该类型桥梁中主跨居世界第一 该桥从1897年设计和施工差不多用了20多年的时间 在建造过程中于1907 8 29 1916 9 11分别出现了两次倒塌事故 1917 3建成通车 跨度549m 伦敦塔桥 该桥位于泰晤士河口 是伦敦的标志性建筑 1894年6月30日对公众开放 该桥将伦敦南北区连接成整体 河心建有两墩 相距76m 墩上建有高耸的方形尖塔 在两塔间建成一跨双层两用桥 下层是活动桥 6车道桥面 可通行万吨海轮 上层 高出水面43m处 为固定的人行桥 桥塔内设楼梯上下 内设博物馆 展览厅 商店 酒吧等 登塔远眺 可尽情欣赏泰晤士河上下游十里风光 下层是活动桥 上层是人行桥 1931 1942年 德国率先修筑了长达3860km的高速公路网 1906年美国旧金山大地震 1923年日本关东大地震 这些自然灾害推动了结构动力学和工程抗震技术的发展 现代土木工程 时间跨度为20世纪中叶第二次世界大战结束后至今 首先是社会经济建设对土木工程提出日益复杂和高标准的要求 一般表现为以下三个方面 其特点表现为 A 土木工程功能化 即土木工程日益同它的使用功能或生产工艺紧密结合 公共和住宅建筑物要求建筑 结构 给水排水 采暖 通风 供燃气 供电等现代技术设备结合成整体 巴西国会大厦 建于1957 1959巴西首都巴西利亚 由国会上下议院 办公楼和各部分厅室 服务房间等组成 240 80平台 27层板式办公楼 碗形穹隆会场 建筑造型讲究构图形式 体型简洁而对比强烈 近代史 1 台北101大厦 1999年7月开工2003年10月17日竣工 建筑高度508米 迪拜塔哈利法塔 BurjKhalifaTower 原名迪拜塔 BurjDubai 又称迪拜大厦或比斯迪拜塔 是位于阿拉伯联合酋长国迪拜的一栋已经建成的摩天大楼 有160层 总高828米 比台北101足足高出320米 迪拜塔由韩国三星公司负责营造 2004年9月21日开始动工 2010年1月4日竣工启用 同时正式更名哈利法塔 建筑设计采用了一种具有挑战性的单式结构 由连为一体的管状多塔组成 具有太空时代风格的外形 基座周围采用了富有伊斯兰建筑风格的几何图形 六瓣的沙漠之花 上海环球金融中心 最高使用高度和最高楼顶高度 上海环球金融中心是位于中国上海陆家嘴的一栋摩天大楼 2008年8月29日竣工 是中国目前第二高楼 世界第三高楼 世界最高的平顶式大楼 楼高492米 地上101层 开发商为 上海环球金融中心公司 由日本森大楼公司主导兴建 关于环球金融中心设计的争议 除了其外形 还有高度排名 该工程于1997年开工 1997年8月27日正式奠基 原设计高460米 94层 原本预计建成后将成为世界第一高楼 后来因受亚洲金融危机影响 工程一度停工了6年直到2003年2月13日 当时其设计高度已被其他摩天大楼建筑计划超越 复工后的大厦对设计方案进行了修改 比原来增加32米 7层 即达到地上101层 从而使总高度达到492米 但以美国权威建筑机构CTBUH所订定的高度计算而言 仍低于已建成的台北101大楼 总高509 2米 对此相关部门指出 台北101的高度包括60米尖塔在内 就实体高度 大厦屋顶 而言 环球金融中心仍属世界第一 但又由于复工后其工程速度已不如阿拉伯联合酋长国的迪拜塔工程 直至被超越 至此计划定位为中国大陆第一高楼与世界第三高楼 国家鸟巢体育馆 香港青马大桥 TsingMaBridge 于1992年5月开始兴建 1997年开放通车 历时五年竣工 创造了世界最长的行车铁路两用吊桥纪录 B 城市建设立体化 20世纪中叶以来 城市建设有三个趋向 高层建筑的大量兴起 由于城市人口大量积聚 密度猛增 用房紧张 地价昂贵 建筑物向空间发展 美国的高层建筑最多 高度在160 200m的就有100多幢 近30年来 我国 马来西亚 新加坡等东南亚国家的高层建筑有很大发展 马来西亚石油双塔大厦 目前世界最高 450m 上海金茂大厦421m高 88层 地下工程高速发展 如地下铁道 商业街 停车库 体育馆 影剧院 工业厂房 地下仓库等 城市高架公路 立交桥大量涌现 C 交通运输高速化 其标志是 高速公路的大规模修建 据不完全统计 至1993年底 全世界有50多个国家和地区拥有高速公路 其中有近20个国家和地区拥有1000km以上 据8 23日山东电台报道 山东的高速公路是全国第一个跨2000km以上的省份 长距离的海底隧道的出现 如日本越过津轻海峡连接本州 青森 与北海道 函馆 的青函海底隧道长达53 85km 是世界最长的海底隧道 1990年贯通的英法海峡隧道长50 5km 我国第一条水底隧道1970年建成 2 76km 香港海底隧道 土木工程的功能化 城市建设的立体化 交通运输的高速化必然使得构成土木工程的三个要素 材料 施工 理论出现了新的发展趋势 建筑材料的轻质高强化 其中发展迅速的是普通混凝土向轻骨料混凝土 加气混凝土和高性能混凝土方向发展 抗压强度由20 40Mpa提高到60 100Mpa 一批轻质高强材料如铝合金 建筑塑料 玻璃钢也得到