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土木工程概论结课报告1 前言 当初选择土木的时候，对这个专业实际上并没有多少了解，只是单纯觉得这个专业就业前景好，又容易学，再加上家长的推荐，所以我报进了南航的土木工程系，当我开始了专业课的学习时，我才逐渐对土木有了更深的了解。我想，身为一名本科生，我们有责任和义务去了解去探究的我们的专业，不仅仅是在课堂上，更要在课下去自主学习，不断的充实自己，及时给自己充电，适应时代的发展。 2 土木工程的定义第一节概论课，课本第一句话就是对土木工程的定义：土木工程（civil Engineering），是建造各类土建工程设施的科学技术的总称。他既指与人类生活，生产活动有关的各类工程设施，也指应用材料，设备为这些工程设施所进行的勘察，施工，设计，检测，维修等工程技术活动。可以说土木与我们日常生活息息相关。早在远古时期，我们祖先就开始与土木打交道了，如果没有土木，人类的文明绝对不会发展的如此迅速。身为一名未来的土木工程师，我为自己的专业感到自豪。3 近代及当代土木工程的发展 1963年，伽利略出版了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，首次用公式表达了梁的设计理论，从此掀开了土木轰轰烈烈的发展进程。1687年，牛顿总结了力学三大定律，为土木的设计理论奠定了基础，1744年，欧拉出版了曲线微分法，得到了计算主的临界压力的公式，为分析土木工程结构物的稳定问题奠定了基础，1825年，纳维建立了土木工程设计的容许应力分析法。19世纪末里特尔等人提出极限平衡的概念，为土木的结构理论分析打下了基础。等等，这里不再一一表述。时至今日，现代的土木工程又得到了更大的发展。A 土木工程功能化，即土木工程日益与它的使用功能或生产工艺紧密结合，b 城市建设立体化 主要表现为高层建筑的大量兴起，地下工程的高速发展，城市高价公路。立交桥大量涌现等，c 交通运输高速化 其标志是：高速公路的大规模修建，铁路电气化的形成和大量发展，长距离海底隧道的出现。而随着社会发展的需求，使得构成土木工程的三个因素：材料，施工和设计理论，以及工程教育的了理论也出现了新的发展趋势。他们是：建筑材料的轻质高强化，施工过程的工业化，装配化，设计理论的精确化，科学化，工程教育理念的工程化等。土木在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。4 桥梁与道路工程 桥梁与道路是人类生活与生产活动中不可或缺的一部分，有了桥梁和道路，人类的文明才能得到交流和发展。隋朝时期一条京杭大运河让许多朝代收益，可见便利的交通对于经济的发展和文化的交流具有举足轻重的地位。未来我的发展方向也必然是往桥梁与道路工程， 一般意义上讲，桥梁有四个部分组成，即上部结构，下部结构，支座和附属设施。 其中，上部结构是在线路中断时跨越障碍的主要结构，而下部结构包括桥墩,桥台和基础,桥墩和桥台是支承上部结构并将其传来的衡载和车辆等活载再传至基础的结构物.基础是桥墩和桥台底部的奠基部分.,下部结构是确保桥梁安全的关键之一.支座是设计在墩顶,他需要保证上部结构按设计要求可以产生一定的变位.a 梁式桥 梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平范例的结构，由于外力地作用的方向与承重结构的轴线接近垂直，因而与同样跨境的其他结构体系比，梁桥内产生的弯矩最大，通常需要抗弯，抗拉能力强的材料来建造。1.1，如图 1.1，这是武汉长江大桥，这是一座典型的钢衍梁桥，主跨128米，全长1670米，其中正桥长1156米，通过图片我们可以看到，这座桥基本是由钢-混凝土结构等抗拉抗弯能力强的材料建成的。这座桥建于1955年，到如今已经有快60年的历史，而它只在2010年进行了首次整修，可见当时这座桥的下部结构是非常的稳固，足以支撑桥梁上部的荷载和活载。b 拱式桥 拱式桥的主要承重结构是由拱圈或拱肋组成的。拱结构在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力，同时根据作用力与反作用力的原理，墩台向拱圈（或拱肋）提供一对水平反力，这种水平反力将大大抵消在拱圈（或拱肋）内有荷载所引起的弯矩。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩，剪力和变形都小得多。通常可以用抗压能力强的砖，石，混凝土等来建造。如图1.2.图上是我国保存最完好的石拱桥赵州桥，梁思成评价说：“河北赵县安济桥可称为中国工程界一绝。”它的桥身跨度足有37.04米，拱式结构并非半圆而是椭圆，赵州桥的券是小于半圆的一段弧，这既减低了桥的高度，减少了修桥的石料与人工，又使桥体非常美观，很像天上的长虹。在主拱券的上边两端又各加设了二个小拱，一可节省材料，二可减少桥身自重（减少自重15%），而且能增加桥下河水的泄流量。三又能使桥身更加美观。赵州桥可谓是我国古代历史拱桥的巅峰之作，历经1400多年风风雨雨而不倒，我不禁在想，我们现代的建筑是否也能达到赵州桥那样的成就?还记得刚上土木的时候，老师就告诉我们，对于我们土木的来说，最重要的永远是安全，其次是舒适和美观，可是现在各地却出现许多工程事故，像重庆的桥梁倒坍事件。这是天灾么？不，这完完全全就是人祸，是因为缺乏对生命的敬畏，责任的重视，才导致了这一切的发生，我觉得身为一名工程师，我们要对自己的职业时刻怀着一颗敬畏之心，这样我们才能成为一名合格的工程师。C 刚构桥 钢构桥的主要承重结构是梁（或板）与立柱（竖墙）整体结合在一起刚架结构，梁和柱的连接处具有很大的刚性，以承担负弯矩的作用。其中钢构桥又分为两种，门式刚构桥和T型刚构桥。 门式刚构桥在竖向荷载的作用下柱脚处具有水平反力，梁部主要受弯，但弯矩水平值较同跨径的简支梁小，梁内还有轴压力，因而其受力状态介于梁式桥与拱式桥之间。刚构桥的建筑高度可以做的较小。但普通的钢筋混凝土修建的刚构桥在梁柱处易产生裂缝，需要在该处多配钢筋，另外，门式刚构桥在温度变化时，内部易产生较大的附加压力，应引起重视。 T性刚构桥属于多次超静定结构，在设计中一般应减小墩顶的水平抗推强度，使得温度变化时在结构内不至于产生较大的附加内力。对于很长的桥，为了降低这种附加压力，往往在两侧的一个或数个边跨上设置滑动支座，从而形成钢构的连续组合体系桥型。 刚构桥一般均需承受正负弯矩的交替作用，横截面宜采用箱式截面。连续刚构桥主梁受力与连续梁相近，横截面形式与尺寸也与连续梁基本相同。D悬索桥 悬索桥的主要承力部分是桥两端的两根塔架，在这两根塔架间的悬索拉住桥的桥面。为了保障悬索桥的稳定性，两根塔架外的另一面也有悬索，这些悬索保障塔架本身受的力是垂直向下的。这些悬索连接到桥两端埋在地里的锚锭中。有些悬索桥的塔架外还有两个小一些的桥面，它们可以由小一些的悬索拉住，或由主索拉住。在桥面系竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的压力，缆索锚于悬索桥两端的锚锭结构中。为了承受巨大压力，锚碇结构需做的很大，或者依靠天然完整的岩体来承受水平压力。缆索传至锚碇的拉力可分解为垂直和水平两个分力，因而悬索桥也是具有水平反力的结构。现代悬索桥广泛采用高强度的钢丝成股编制成缆绳，以充分发挥其优越的抗拉性能。悬索桥的承载系统包括缆索，塔柱和锚碇三部分，因此结构自重较轻，能够跨越其他桥型无法跨越的特大跨度。悬索桥的另一特点是，受力简单明了，成卷的钢缆易于运输，在将缆索架设完成后，便形成了一个强大稳定的结构支撑系统，施工过程中的风险相对较小，但我们不能掉以轻心。图为润扬长江大桥。润扬大桥西距南京二桥约60公里，东距江阴长江大桥约110公里。工程全长35.66公里，由北接线、北汊桥、世业洲互通高架桥、南汊桥、南接线及延伸段等部分组成，主桥(包括北汊桥、世业洲互通高架桥和南汊桥)长7.21公里，北引桥及北接线高架桥长1.74公里，北接线长10.27公里，南接线及延伸段长16.44公里。其中南汊主桥采用单孔双铰钢箱梁悬索桥，主跨径1490米，为目前中国第一、世界第三，桥下最大通航净宽700米、最大通航净高50米，可通行5万吨级巴拿马货轮。北汊桥采用176+406+176米的三跨双塔双索面钢箱梁斜拉桥，长758米，桥下最大通航净宽210米、最大通航净高18米。全线采用双向六车道高速公路标准，桥面平均宽31.5米（行车道宽30米），设计车速100公里/小时，桥梁设计荷载等级汽车超20级，挂车120。大桥设计使用寿命为100年。整个工程需浇筑混凝土106万方，挖方47万方，填方320万方，耗用钢材15万吨、水泥55万吨、砂石料282万方，征地6000亩，拆迁房屋13万平方米，工程计划工期为5年。该项目主要由南汊悬索桥和北汊斜拉桥组成，南汊桥主桥是钢箱梁悬索桥，索塔高209.9m，两根主缆直径为0.868m，跨径布置为470m1490m470m；北汊桥是主双塔双索面钢箱梁斜拉桥，跨径布置为175.4m+406m+175.4m，倒Y型索塔高146.9m，钢绞线斜拉索，钢箱梁桥面宽。该桥主跨径1385m比江阴长江大桥长105m。大桥建设创造了多项国内第一，综合体现了目前我国公路桥梁建设的最高水平。润扬长江大桥的国内第一：大桥南汊悬索桥主跨1490米，为中国第一世界第三大跨径悬索桥；悬索桥主塔高215。58米，为国内第一高塔；悬索桥主缆长2600米，为国内第一长缆；大桥钢箱梁总重34000吨，为国内第一重；钢桥面铺装面积达71400平方米，为国内第一大面积钢桥面铺装；悬索桥锚碇锚体浇铸混凝土近6万立方米，为国内第一大锚碇。这是我国桥梁建筑上又一经典之作。、E斜拉桥 斜拉桥主要是由塔柱，主梁和斜拉索组成。它的基本受力特点是：受拉的斜拉索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其他荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。塔柱基本以受压为主。跨度较大的主梁就像一条多点弹性支撑的连续梁一样工作，从而使主梁的弯矩大大减小。常用的斜拉桥是三跨双塔式结构，但独塔双跨形式也常见。需要根据地型来进行论证确定。如图是世界十大斜拉桥之一的苏通长江大桥。苏通大桥工程起于通启高速公路的小海镇互通立交，终于苏嘉杭高速公路董浜互通立交。路线全长32.4公里，主要由北岸接线工程、跨江大桥工程和南岸接线工程三部分组成。跨江大桥工程：总长8206米，其中主桥采用 100+100+300+1088+300+100+100=2088米的双塔双索面钢箱梁斜拉桥。斜拉桥主孔跨度1088米，列世界第二；主塔高度306米，列世界第二；斜拉索的长度580米，列世界第一；群桩基础平面尺寸113.75米 X 48.1米，列世界第一。专用航道桥采用140+268+140=548米的T型刚构梁桥，为同类桥梁工程世界第二；南北引桥采用30、50、75米预应力混凝土连续梁桥；北岸接线工程：路线总长151公里，设互通立交两处，主线收费站、服务区各一处；南岸接线工程：路线总长91公里，设互通立交一处。苏通大桥全线采用双向六车道高速公路标准，计算行车速度南、北两岸接线为120公里小时，跨江大桥为100公里小时，全线桥涵设计荷载采用汽车一超20级，挂车一120。主桥通航净空高62米，宽891米，可满足5万吨级集装箱货轮和4.8万吨船队通航需要。苏通大桥创造和打破了世界纪录协会多项世界纪录。苏通大桥跨径为1088米，是当今世界跨径最大斜拉桥。苏通大桥主墩基础由131根长约120米、直径2.5米至2.8米的群桩组成，承台长114米、宽48米，面积有一个足球场大，是在40米水深以下厚达300米的软土地基上建起来的，是世界上规模最大、入土最深的群桩基础。原先世界上已建成最高桥塔为日本明石海峡大桥297米的桥塔，苏通大桥采用高300.4米的混凝土塔，为世界最高桥塔。苏通大桥最长拉索长达577米，比日本多多罗大桥斜拉索长100米，为世界上最长的斜拉索。交通部总工程师凤懋润说，它是中国由“桥梁建设大国”向“桥梁建设强国”转变的标志性建筑。4月28日，全长32.4公里、主跨1088米的苏通大桥通车一刻，就成为世界最大跨径斜拉桥，创造了最深桥梁桩基础、最高索塔、最大跨径、最长斜拉索等4项斜拉桥世界纪录，其雄伟的身姿成为横跨在长江之上的一道亮丽风景线。我们可以看到在桥梁建设方面，无论是理论还是实践，我国已经走在了世界的前沿，我们更因该努力学习专业知识，让祖国的发展更为辉煌。F 组合体系桥 除以上几种形式外，在工程实践中，还采用不同桥型的组合结构，以充分利用各种形式桥的受力特点，发挥其优越性，建造出符合要求，外观美丽的桥梁来。5 关于建设桥梁与道路中注意的问题 .在桥梁建设中，我们要注意以下问题。 桥梁地基的建设。基础是桥梁和地基之间的连接体。基础把桥梁竖向体系传来的荷载传给地基。所以地基搭建的好不好，是桥梁的质量过不过关的保证1桥梁工程桩基施工混凝土中存在的几个技术问题1.1桩基施工中护壁混凝土强度等级应与桩基混凝土的强度等级一样，且护壁应高出地面至少30厘米，另外应对护壁进行仔细检查有无漏水和渗水。1.2桩基混凝土配合比，应在施工前选择取料场对原材料进行检测合格后，分人工挖孔桩和钻孔桩进行配合比设计，一般情况下，钻孔桩水下混凝土的坍落度比人工挖孔桩混凝土坍落度要大，但无论何种混凝土都应满足施工工艺的具体要求，如混凝土坍落度、初凝时间、终凝时间等，其中最重要是混凝土粘聚性和保水性一定要好。1.3混凝土灌注前应仔细对孔底进行检查，检查孔底有无积水和沉渣。一般情况下，沉渣较容易清除，但由于地下水位比较高时，积水就难清尽，鉴于此一般有两种处理方法：一是地下水量较少时，可在第一盘混凝土灌注前使用海绵、毛毡等物品尽量将孔底积水吸干净，一旦吸干净就可以立即进行混凝土灌注；且第一盘混凝土的水泥用量应适大加大，灌注高度应严格进行控制，也利混凝土充分振捣；一是地下水量较大采用海绵、毛毡无法吸干净时，可以考虑按钻孔桩进行水下混凝土灌注。1.4钻孔桩水下混凝土灌注应仔细对每盘混凝土下料量和导管拔管高度进行严格的计算。否则极易出现导管拔出混凝土以造成断桩，另外，应将混凝土灌注超过桩顶设计标高至少0.8米，也保证将桩头凿出浮浆后桩顶的混凝土质量。1.5人工挖桩混凝土灌注首先应将孔积水，特别是串筒润湿而流下的积水吸干净，避免孔底混凝土由于积水而使混凝土局部水灰比增大而出现混凝土强度偏低，严重时会造成混凝土离析，另外灌注过程中，应严格控制混凝土振捣高度，保证混凝土振捣充分避免漏振和过振，最后随着桩基混凝土的不断上升，桩基表面由于混凝土振捣而产生的浮浆不断增加，这时应用捉桶将表面的浮浆捉出倒掉，特别是接近桩顶更是如此，也避免由于混凝土配合比失真而造成桩顶出现低强度区。2常用的桥梁地基处理方法常用的地基处理方法有：换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法等。2.1换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。其主要作用是提高地基承载力，减少沉降量，加速软弱土层的排水固结，防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。2.2强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土，软-流塑的粘性土等地基上对变形控制不严的工程，在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。强夯法和强夯置换法主要用来提高土的强度，减少压缩性，改善土体抵抗振动液化能力和消除土的湿陷性。对饱和粘性土宜结合堆载预压法和垂直排水法使用。2.3砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基，提高地基的承载力和降低压缩性，也可用于处理可液化地基。对饱和粘土地基上变形控制不严的工程也可采用砂石桩置换处理，使砂石桩与软粘土构成复合地基，加速软土的排水固结，提高地基承载力。2.4振冲法分加填料和不加填料两种。加填料的通常称为振冲碎石桩法。振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的粘性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10%的中、粗砂地基。振冲碎石桩主要用来提高地基承载力，减少地基沉降量，还可用来提高土坡的抗滑稳定性或提高土体的抗剪强度。2.5水泥土搅拌法分为浆液深层搅拌法（简称湿法）和粉体喷搅法（简称干法）。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。不宜用于处理泥炭土、塑性指数大于25的粘土、地下水具有腐蚀性以及有机质含量较高的地基。若需采用时必须通过试验确定其适用性。当地基的天然含水量小于30%（黄土含水量小于25%）、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用于法。连续搭接的水泥搅拌桩可作为基坑的止水帷幕，受其搅拌能力的限制，该法在地基承载力大于140kPa的粘性土和粉土地基中的应用有一定难度。2.6高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。当地基中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或较高的有机质时，应根据现场试验结果确定其适用性。对地下水流速度过大、喷射浆液无法在注浆套管周围凝固等情况不宜采用。高压旋喷桩的处理深度较大，除地基加固外，也可作为深基坑或大坝的止水帷幕，目前最大处理深度已超过30m.2.7预压法适用于处理淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和粘性土地基。按预压方法分为堆载预压法及真空预压法。堆载预压分塑料排水带或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。当软土层厚度小于4m时，可采用天然地基堆载预压法处理，当软土层厚度超过4m时，应采用塑料排水带、砂井等竖向排水预压法处理。对真空预压工程，必须在地基内设置排水竖井。预压法主要用来解决地基的沉降及稳定问题。2.8夯实水泥土桩法适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。该法施工周期短、造价低、施工文明、造价容易控制，目前在北京、河北等地的旧城区危改小区工程中得到不少成功的应用。2.9水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应根据地区经验或现场试验确定其适用性。基础和桩顶之间需设置一定厚度的褥垫层，保证桩、土共同承担荷载形成复合地基。该法适用于条基、独立基础、箱基、筏基，可用来提高地基承载力和减少变形。对可液化地基，可采用碎石桩和水泥粉煤灰碎石桩多桩型复合地基，达到消除地基土的液化和提高承载力的目的。2.10石灰桩法适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、杂填土和素填土等地基。用于地下水位以上的土层时，可采取减少生石灰用量和增加掺合料含水量的办法提高桩身强度。该法不适用于地下水下的砂类土。2.11土挤密桩法和土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，可处理的深度为515m.当用来消除地基土的湿陷性时，宜采用土挤密桩法；当用来提高地基土的承载力或增强其水稳定性时，宜采用灰土挤密桩法；当地基土的含水量大于24%、饱和度大于65%时，不宜采用这种方法。灰土挤密桩法和土挤密桩法在消除土的湿陷性和减少渗透性方面效果基本相同，土挤密桩法地基的承载力和水稳定性不及灰土挤密桩法。在选择地基处理方法时，应综合考虑场地工程地质和水文地质条件、桥梁对地基要求、建筑结构类型和基础型式、周围环境条件、材料供应情况、施工条件等因素，经过技术经济指标比较分析后择优桥面风阻的问题经常看到一些高层建筑，一阵大风吹过，楼就可以看到轻微的摇摆，所以高层建筑要做好减小风阻的工作，同样的道理，桥梁也需要这样，不然就会造成严重的事故，如上图是美国的塔克马海峡大桥，该桥在建成不到4个月就因风阻过大而倒坍，该桥原先的建设规划要求将25英尺深（7.6米）的钢梁打入下方的路面使之硬化。莫伊塞夫著名的金门大桥的受尊