土木工程概论.doc

第一章 土木工程发展历史简述一、古代土木工程1、时间跨度：从旧石器时代至17世纪中叶。2、主要建筑材料：天然的土坯、石块、草筋、木材、砖等。3、著名的建筑物(1) 国外建筑物：斗兽场,埃及的金字塔,希腊的帕特农神庙,索菲亚大教堂(2) 国内建筑物：长城、赵州桥、都江堰水利枢纽工程以及京航运河等。二、近代土木工程1、时间跨度：从17世纪中叶至第二次世界大战前后2、工程理论：力学原理，材料强度理论。3、建筑材料：（传统的砖、石、木材等天然材料外）钢材、混凝土和钢筋混凝土等。4、代表建筑：艾菲尔铁塔、苏伊士与巴拿马运河、金门大桥与纽约帝国大厦。三、现代土木工程1、时间跨度：第二次世界大战以后至今2、工程特点： 功能多样化，城市建设立体化，交通工程快速化，工程规模大型化。3 .高分子材料，新型金属材料，复合材料，玻璃，陶瓷制品，绿色材料，沥青。抗疲劳能力：加载卸载能力（延长使用时间，体现在桥梁）第二章 土木工程材料1、常用传统工程材料：砖、瓦、石、砂、灰类材料和木材等。一、木材：质轻、性能稳定、不易变质、绝缘、不导热。可用作装饰材料和制作家具。例如：杭州六和塔 树木的参数：三个切面(横切面、顺切面和射切面)；树木的三个主要部分：树皮、木质部，髓心。 木材的强度特点：顺木纹向强度高，横木纹向强度则非常低。二、钢材：强度高、韧性好、易加工、耐久、各向同性、抗拉与抗压能力一致、弹性模量高、破坏前有明显的征兆。 用于土建的钢材截面：圆钢、角钢、工字钢、槽钢、H型钢、板钢以及钢筋。三、水泥：一种粉状的水硬性胶凝材料。 用途分类：通用水泥、专用水泥和特性水泥； 组成材料分类：硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、矿渣水泥、硅酸钙水泥和铝酸钙水泥等； 结硬速度分类：常规水泥、遭强水泥和快硬水泥等。 作用：混凝土材料的胶结剂，能够将碎石、砂等离散材料凝结成坚硬的整体。四、混凝土：广义的混凝土是指所有胶凝材料同粒状或纤维状材料混和形成的固体材料。 砼的组成：通常由砂、水泥、碎石和水拌成。 纤维混凝土，钢筋混凝土，预应力混凝土第三章 基础工程一 工程地质勘察地基：地基是承受结构物荷载的地层。如岩石、砂土、粘土等。基础：承受建筑物荷载的人工结构，与地基相连。基础的作用：将结构物上的荷载均匀、分散到地层，减少地基单位面积的作用力，或将上部结构物的荷载传递到承载能力优良的地质层。测绘的分类： 方法分类：绳或尺丈量、仪器测量、飞机航拍，卫星航天遥感测绘。 目的分类：大地测量、工程测量、高程测量、面积测量等。 位置分类：海上勘察、水上勘察、溶洞勘察、软土勘察。 工程分类：建筑工程勘察、道路、桥梁、隧道、港航（加勘察）、水电工程勘察。测绘原则：测绘工作应当粗细结合、精确与近似相结合二 浅基础：浅基础又称扩大基础，通常基础埋深小于5.0m的柱基或墙基与埋深大于5.0m、但小于基础宽度的箱形基础。 基础结构受力特点分类：刚性基础（砖基础，砌石基础，砼基础），扩展基础。 构造分类：用于柱的单独基础、用于墙的条形基础、用于软基的整体箱形基础（筏板，箱形，带形，十字形基础）三 深基础：基础埋深大于5.0m或大于基础宽度的箱形基础。 分类：桩基、沉井，沉箱基础和地下连续墙基础。 1.桩基:构造分类：实心与空心桩、圆形与方形桩； 材料分类：木桩、砂桩、碎石桩、混凝土桩、钢筋砼桩、预应力砼桩和钢桩； 制作方式分类：预制桩与现浇桩；施工分类：挖孔灌注桩、钻孔灌注桩和捶击桩； 受力分类：端承桩与摩擦桩。四 沉井与沉箱基础沉井与沉箱的区别：在构造上后者有底板而前者没有，排水方法也存在差异，前者是用抽水机抽水，后者则是采用压缩气体排水。五 不均匀沉降：当同一结构基底的相邻地基所产生的沉降量的差值过大时。 危害：不均匀沉降会引发建筑物倾斜或倒塌破坏，使结构内力发生变化，诱发裂缝产生或构件断裂等。 产生的原因：基础承重不均、埋置深度各异或地基差别过大等。 防治措施：沉降缝，整体框架增强刚度，深基础，深基础。六 地基处理1 处理对象：软土地基与特殊土质地基，前者主要是含水量高的土质，后者膨胀土、冻土等。2 地基处理方法：人工换填处理，高压喷射灌浆。3 冻土处理：优质土置换冻融软土并压实，“热棒降温法”。4 地基处理技术的发展：强夯、高压喷射注浆、振动水冲，加筋土地基处理法等。第四章 建筑工程建筑定义：一切人工建造的结构物都可称为建筑。一 基本结构房屋的荷载(1)恒载：建筑自重和作用在房屋上门窗灯具及一切固定装饰物；(2)活载：在房间内的人、家具、储存物及设备；(3)风载：作用在墙面上的风压力，对于不同高度的房屋，风载即能表现出动载特性也能表现出静载特性。(4)地震荷载：地震产生时，地震波通过地基传递到建筑物上的荷载。风载变化规律：作用在房屋上的风载，迎风面对房屋产生压力、背风面对房屋则产生拉力，离地面越高风的作用力也越大。减少横向荷载破坏作用的措施：房顶部设置风口、调和质块阻尼器或阻尼器。如台北101大厦，国家石油双子星座大厦。二 基本结构的板1 板：通常水平放置、兼有使用与承重的功能。2 板的受力：板是以受弯为主、受剪次之。根据支撑情况的不同又分为单向板（荷载一个方向传）和双向板（荷载两个方向传）。3 单向板与双向板的区分原则:当长短边支承长度差大于2倍为单向板,否则为双向板。但当板长边比短边长的多时，仍为单向板。三 基本结构的梁：以受弯为主，通常水平放置条形结构。 分类：根据受力可分为简支、连续和悬臂；根据截面形状可分为箱形、矩形、T形、花篮形等；根据梁在结构中发挥的作用可分为主梁与次梁等。四 基本结构的柱 柱：以受压为主有时也同时承受弯压的竖向结构，如房屋承重柱、行车柱等。 分类:根据受力可分为轴心受压与偏心受压柱；根据截面形状可分为箱形、矩形、工字 形、圆形等；根据构造形式可分为空心与实心柱等。五 基本结构的拱 1 拱：为曲线结构，在横向荷载作用下拱圈以受压为主。2 拱的应用：拱形结构主要应用于桥梁、砖混房屋结构的门窗过梁等。六 单层与多层建筑1.单层建筑 。2.多层建筑（两层至八层）。特点：多建筑多为砖混结构，墙是主要的承重结构，楼板直接放在墙上。3.高层（9层至40层，高度少于100m）与超高层建筑（40层以上） 结构种类：框架结构，框架剪力墙结构，剪力墙结构，框支剪力墙结构，筒体结构（简单筒体、筒中筒体系、桁架（型钢）筒体系、成束筒体系等）。七 特殊建筑 烟囱，水塔，水池，筒仓，核电站。第五章 交通土建工程一 道路工程1 道路：一切能供通行的地上建筑物；2 道路工程：为道路建设而实施的规划、施工、养护及管理。3.道路的种类：1、公路：国道、省道、县乡道路。 2、城市道路：机动车道、非机动车道、人行道、快速干道、城市一级道路。 3、专用道路：汽车专用道路、自行车专用道路、厂矿专用道路、林区专用道路，国防道路等。 环境保护工程现在已经规定为三同时，即同时设计、同时施工、同时投入使用。4.道路的特点及功用 1、特点（1）基本属性：道路工程具有公益性、商品性、灵活性、超前性和储备性；（2）基本特点a 道路是线形不动产、受社会和环境的影响大；b 道路工程的建设周期与使用周期均铰长；c 道路是一种垄断商品，不能自由买卖，其所有权归国家；d 生产时间和使用（消费）时间无法绝对地分开，生产消费同空间；e 道路必须以整个系统的形式才能发挥作用；一段独立道路的某个部分很难单独发挥作用。5.道路的组成1、道路线形的组成（1）线形的定义：道路中心线在空间的形状；（2）组成：空间位置、形状和尺寸；2、结构的组成：路基、路面、排水系统、桥涵结构、隧道工程、防护工程、特殊工程（软基处理、滑坡治理、半山桥等）以及沿线设施等。 道路的路面 1、平面线形：道路工程的平面线形是直线、圆曲线、缓和曲线（回旋线）以及它们的组合。 2、超高：在道路弯道处，设置外高内低的单向横坡，其坡度大小应由弯道半径和设计车速确定。 3、加宽：在道路弯道内侧从基础开始至路面均比直线段的宽度大。 4、视距：驾驶员在驾驶中能看见的最远距离，最小行车视距是发现障碍物到完成安全措施所需要的时间里汽车行驶的距离。 道路的纵断面 1、纵断面线形：道路线形在竖直面的投影，是由直线和凹凸型曲线组成，曲线通常采用圆弧线。 2、路线纵坡（i）：道路两点间的高差与水平距离之比称为道路纵坡，用“i”表示。 3、纵坡与运输的关系：影响道路运输安全、运行成本和环境污染。道路横断面 1、横断面设计：根据道路等级，结合地形地质（工程、水文）情况，以结构强度强度、稳定和经济指标等为依据，确定截面形式、尺寸。 2、道路建筑物界限：即道路上的行驶净空，在此范围内不得有任何有碍交通的物体存在。6.路基及路面工程 1、路基的作用：路基是路面的基础，与路面共同承担汽车荷载和其它活荷载，稳定的路基是路面质量的根本保证。 2、路基的基本要求:整体稳定性,足够的强度和刚度,足够的水温稳定性, 3、典型路基横断面形状与施工 （1）形状：填方路基、挖方路基以及半挖半填路基； （2）施工内容：表土处理、路基挖方、路基填方、取土坑与弃土堆、施工辅道、护坡道与碎落台、路基排水、路基挡护结构以及特殊路基的处理二、挡护结构工程1 定义：能够稳定道路边坡或道路路基的结构物。2 挡墙的分类:(1)重力式,仰卧式,衡重式。挡墙的分类（2）：薄壁式、加筋土挡墙、锚杆档土墙、锚定板档土墙、土钉档土墙3 挡墙排水设施：泄水孔洞、反滤层、排水层以及隔水层等。 三、路面工程1、路面工程的组成：面层、基层、底基层、隔水层等。2、路面工程的基本要求：路面的平整度、抗磨性、抗滑性、结构的强度、刚度、纵横坡度以及耐久性等。3、路面的分类:刚性路面,柔性路面,半刚性半柔性路面,泥结石路面等.标 识 术 语 简 介1、G312、G107、G210；省250；县3032、路界桩3、里程桩、百米桩4、施工红线：道路施工时能够改变地貌现状的最大边界线5、规划红线：土建开发能够使用土地的边界线6、建筑红线：房屋结构最大边缘位置的连线二 隧道工程1.隧道的基本概念和工程概述 著名隧道：秦岭隧道西安至安康铁道线，二郎山隧道定义：在地下修建的用于交通目的的建筑物称为隧道。常用材料：圬工、混凝土、钢筋混凝土等 2.工程概述 1 隧道工程按其设计理念分类：矿山法和新奥法。隧道挖掘施工过程中分类：有导坑施工和无导坑的一次性成型的两种施工方法。2、洞身的组成：根据围岩的种类和隧洞的使用目的的不同，洞身可做成有衬砌和无衬砌两种形式。3 洞口的作用：为了保护洞口不被破坏、防止坠石砸伤过往车辆和行人，美观。4 洞内设置：对于未设置专门的人行道的铁路隧道，在隧道的边墙上必须设置避车洞，排水系统应为自流式排水系统。5 排风设施分为：纵向式排风，竖井纵向通风，横向式排风，半横式排风等四种形式。隧道的种类： 1、按用途分类：铁路隧道、公路隧道、公铁两用隧道、行人隧道、航运隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道等。 2、按位置分类：穿山隧道、地下隧道、江河隧道和海底隧道。 3、按施工方式分类：明挖隧道、暗挖隧道和沉埋隧道三种。公路隧道的特点 ：断面大，形状扁平，需要运营通风，需要运营照明（进出洞口50.0m范围的照明亮度应该是洞中的2.0倍或以上），防水处理。洞身衬砌 常用材料：混凝土、钢筋混凝土、喷射混凝土。 衬砌形式：直墙式、曲墙式和圆弧形式等； 衬砌的时间不同分类：初期衬砌和二次衬砌机械通风方式：纵向式、半横向式和横向式三种。第6章 桥梁工程一 桥梁工程的地位与作用1 桥梁的定义：联结障碍两端的中介载体称为桥梁； 桥梁结构通常由基础、桥墩、桥台、支座、桥跨结构以及桥面系（桥面铺装、伸缩缝、排水设施、人行道铺装、栏杆、照明设施等）等组成。 二 桥梁分类1 按位置分类：水中桥、水面桥、水上桥、高架桥、栈桥等；2 按形式分类：踏步桥、梁式桥、拱桥、悬索桥等；3 按用途分类：人行桥，公路，铁路桥，公铁两用，引水桥，航运桥。4 按材料分类：木桥，圬工桥，钢筋混凝土桥，预应力混凝土桥，铁桥，钢桥，以及复合材料桥等。5 按受力分类：梁式桥（简支梁桥、悬臂梁桥，连续梁桥（一连三个或以上桥墩）、T构桥、刚架桥）、桁架桥、斜拉桥、吊桥、拱桥(三铰、双铰、单铰和无铰等)；6 按行车道板的位置分类：上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥7 按桥的长度或跨径分类：小桥、中桥、大桥，特大桥。梁式桥（注意其受力）：在垂直荷载作用下，桥跨结构以受弯为主，支座不产生推力，仅有垂直反力存在。1简支梁桥 受力特点：在垂直荷载作用下，梁中只产生弯矩和剪力，不产生轴力。适用范围：跨径不超过50m2悬臂梁桥 受力特点：悬臂梁桥由于支点截面存在负弯矩而降低跨中内力，由此可提高梁的承载能力，其余同上。适用范围：通航净宽大于50m的河流；不足之处：由于挂梁的存在，使得行车不流畅。3连续梁桥 受力特点：同一联上的任意位置作用荷载（支点截面除外），整联每跨梁中都有内力产生，连续梁属超静定结构。适用范围：跨径在50150m 优劣性：连续梁桥刚度大、防震性能好、接头少便于车辆高速行驶，行车舒适；但构造复杂、接头处伸缩量大，温度影响。4T型刚构桥（类似重庆长江大桥） 受力特点：T型刚构受力类似于固端悬臂梁，也属于静定结构，每一个T型结构为一个受力单元；适用范围：跨径100200m5连续刚构桥（重庆长江大桥） 受力特点：受力类同于多跨连续框架结构。适用范围：跨径200300m。缺点：施工过程中稳定安全性较差拱式桥梁 拱的定义：在建筑上呈弧形，且结构以受压为主。拱的分类：正拱、侧拱和反拱三种形式；正拱主要用于桥梁结构、洞或门的顶部，侧拱用于大坝或档土墙结构，反拱用于地下水位高的底板结构。 1）材料分类：圬工、混凝土、钢筋混凝土、（部分）预应力混凝土、钢、钢混凝土；2）线性分类：抛物线、圆弧线、悬链线；3）位置分类：上、中、下承式；4）推力分类：有推力拱和无推力拱；5）受力分类：无铰拱、两铰拱、三铰拱；6）跨数分类：单跨拱与多跨联拱拱桥。 受力特点：在竖向荷载作用下，拱圈结构以受压为主。缆索承重体系 定义：主要承重体系为缆索的桥梁。分类：斜拉桥（单索面和双索面、单塔和双塔)和吊桥；索的布置分为竖琴式、扇形式和放射式等类型。特 点:1.由于桥跨结构主要是弹性支承，所以在外荷载的作用下桥跨结构变形较大。 2.桥跨结构的刚度较小，抗风振是缆索桥梁设计中一个非常重要的内容。 三、桥梁专业术语1.低水位：指枯水季节的最低水位。2.高水位：指洪峰季节河流中的最高水位。3.设计洪水位：指桥梁设计中按规定的设计洪水频率计算所得的高水位。4.桥梁全长：指桥梁两端两个桥台的侧墙或八字墙后端点之间的距离，以L表示。5.桥梁高度：指桥面与低水位之间的高差。第7章 港口工程1.港口分类 1 地理位置分类：海港、河港、水库港、湖港； 2 性质分类：商港（大连港）、工业港（上海宝山港）、渔港（浙江舟山港），,军港（大连旅顺港）； 3 使用分类：货运港（重庆九龙坡港）、客运港（朝天门港）； 4 安装卸方式分类：集装箱港、散装货物港、油港2.港口的组成:水域与陆域两部分组成3.港口货物吞吐量：港口一年从水运转陆运或从陆运转水运的货物数量总和（以吨计）。4.港口布置:突出式,挖入式,Y字型,平行式,人工港岛.5.码头平面布置:顺岸码头、突堤码头和挖入式码头等三种6.码头断面布置:直立式,斜坡码头,半直立式,半斜坡式.7.码头的分类：结构形式码头可分为重力式码头、板桩码头、高桩码头、混和式码头以及框架码头。8.卸荷板的作用：在重力式码头上采用卸荷板可以减小作用于墙背的土压力、增加稳定弯距、均匀基底应力，进而提高码头的稳定安全性，减少地基不均匀沉降。9.防波堤 布置类型：单突地堤、双突堤、岛堤和混合堤四种类型；各种突堤的适用条件:1) 单突堤：当波浪平率集中在某一方向、泥沙运动方向单一、且拥有天然的湾澳或港口规模较小时，适用于采用单突堤； 2) 双突堤：适用于波浪、泥沙主要来自顺岸方向（图7.18ab），或一个是主方向另一个是次方向（图7.18c），或水深较大的天然湾澳且湾口中央水深大、泥沙淤积少的情况； 3) 岛堤：适用于波浪与泥沙主要来自迎面方向、海岸顺直、水深足够、或拥有水深湾澳等情况； 4) 混合堤：建筑特点是同时采用突堤与岛堤，这样既能够阻挡顺岸方向的波浪与泥沙，也能构防止迎面袭来的波浪与泥沙影响，能够提供宽阔的港池水面，因而，这种防波堤适用于大型港口建设。10.防波堤的类型 防波堤截面分类：斜坡式、直立式、混合式、透空式、浮式、喷气消波设备和喷水消波设备等。各种防波堤的特点：1) 斜坡式：结构简单、施工经验成熟、对地基要求低、易于修复，但是，工程量较大、防波堤不能用于停靠船舶； 2) 直立式：结构断面较小、工程量少、且能够用于停靠船只，但是基底应力较大、对地基承载能力要求较高、一旦破坏、修复比较困难； 3) 混合式：混合式同直立式类同，如果直立式防波堤的基础规模制作比较大，它就转化成了混合式； 4) 直立式防波堤的结构构造：直立式防波堤主要采用重力结构、双排板桩结构与钢筋混凝土箱形结构，其中重力式结构由可分为普通方块与巨型方块砌筑两种。11.护岸工程直接护岸工程 1 护岸工程的作用：由于港口岸坡受到波浪、潮汐以及水流力的作用，岸坡会产生冲刷和侵蚀现象，为了防止这种现象的发生，就需要在岸坡表面修建一层防护建筑物，即护岸建筑物将岸坡同波浪冲刷与侵蚀力隔开，防止冲毁岸坡，确保港口安全营运。 2 护岸工程分类：根据护岸工程的建筑位置和发挥的作用可分为直接防护建筑物与间接防护建筑物。 3 直接护岸工程：挡岸坡前水深较大、难于采用海底人工潜堤进行破碎，波浪频率高而且对岸坡破坏作用强时，应当修建直接护岸建筑物；有时为了降低工程造价，也可以做成接近天然岸坡的斜坡护岸 4 护岸建筑物构造：根据岸坡地形、波浪频率、岸前水深等情况，直接护岸建筑物通常被建成直壁、曲面、组合折线与混合结构等。间接护岸建筑 1 间接护岸原理：当海岸较缓时，在临近波浪破碎水深的海滩处设置潜堤，认为造成泥沙在潜堤内则淤积、波浪破碎，据此减小波浪力对于岸坡的冲刷与侵蚀破坏作用，进而实现保护岸坡的目的 2 丁坝护岸：当波浪从斜向朝海岸袭来货平行于海岸时，可用渗入海中丁坝阻碍波浪，使其反向或破碎，从而减小它对岸坡的破坏作用。12.注意河港中船舶靠离码头方法。 第8章 地下工程1