土木工程发展史.doc

展板一：土木工程简介土木工程发展历史简述展板二：古代土木工程展板三：北京故宫 展板四：都江堰水利工程 展板五：山西应县木塔展板六：埃及金字塔展板七：近代土木工程展板八：帝国大厦 展板九：埃菲尔铁塔展板十：金门大桥展板十一：现代土木工程展板十二：广州塔 展板十三：台北101大厦展板十四：长江三峡工程土木工程的展望展板十五：工程材料发展展望、建造理论发展展望展板十六：建造技术发展展望、土木工程建造场所的拓展展板十七：香港国际机场 展板十八：榆靖高速公路土木工程civil engineering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。 土木工程范畴从建造的对象看，土木工程包括建筑工程、道路工程、隧道工程、机场工程、地下工程、市政工程、港口工程、海洋工程、水利工程等。从使用的材料看，土木工程可分为金属结构、混凝土结构、高分子材料结构、木结构、石结构、土结构等。从技术性质看，涉及到勘测、设计、施工、管理、养护、维修等。从职业分工看，有从事土木工程的工程技术人员、工程管理人员、研究人员和教师等。土木工程教育为培养土木工程所需的各类人员，世界各国在大学本科教学中都设立土木工程专业。世界上最早培养土木工程师的大学是1747年法国创办的国立路桥学校。我国土木工程教育事业最早出现在1895年创办的北洋西学学堂（后称北洋大学，今天津大学）。经过一个多世纪，特别是经历改革开放三十多年迅速发展，我国目前已有300多所高等院校开设土木工程本科专业，培养能从事土木工程设计、施工、管理、咨询、监理等方面工作的专业技术人员。土木工程发展历史简述土木工程按照建造材料、建造理论和建造技术出现根本性的突破，可将土木工程的发展划分为古代、近代和现代三个阶段。古代土木工程 旧石器时代17世纪，主要采用天然材料，建造主要依赖经验。北京故宫 都江堰水利工程 山西应县木塔 埃及金字塔北京故宫故宫位于北京市中心，旧称紫禁城。于明代永乐十八年（1420年）建成，是明、清两代的皇宫，世界现存最大、最完整的木质结构的古建筑群。占地面积72万平方米，从整体规划到单体建筑都体现了我国古代建筑的优秀传统和独特风格。故宫全部建筑由“前朝”与“内廷”两部分组成，四周有城墙围绕。四面由筒子河环抱。城四角有角楼。四面各有一门，正南是午门，为故宫的正门。故宫建筑群中，体现了汉式宫殿建筑的以下特点：(1) 故宫建筑取坐北朝南的方向。(2) 平面布局以大殿（太和殿）为主体，取左右对称的法式排列诸殿堂、楼阁、台榭、廊庑、亭轩、门阙等建筑。 (3) 殿堂建筑以木构架支撑，都柱底下有石柱础，砖修墙体北、西、东三面维护，坐北朝南，上盖金黄色琉璃瓦屋顶。 (4) 屋顶正脊两端的正脊吻及垂脊吻上有大型陶质兽头装饰，戗脊上饰有若干陶质蹲兽，歇山式屋顶（中和殿）有宝顶。都江堰水利工程公元前256年，战国时期秦国蜀郡太守李冰率众修建的都江堰水利工程，位于四川成都平原西部都江堰市西侧的岷江上，距成都56公里，其以年代久、无坝引水为特征，是世界水利文化的鼻祖。这项工程主要由鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口三大部分和百丈堤、人字堤等附属工程构成，科学地解决了江水自动分流（鱼嘴分水堤四六分水）、自动排沙（鱼嘴分水堤二八分沙）、控制进水流量（宝瓶口与飞沙堰）等问题，消除了水患，相互制约，协调运行，引水灌田，分洪减灾，具有“分四六，平潦旱”的功效。1998年灌溉面积达到66.87万公顷，灌溉区域已达40余县。这一水利工程，至今仍造福于四川人民。即使今天看来，这一水利设施的设计也是非常合理、十分巧妙，许多国际水利工程专家参观后均十分叹服。山西应县木塔公元11世纪建成的山西应县木塔，塔高67.31m，共九层，横截面呈八角形，底层直径达30.27m。全塔耗材红松木料3000立方米，2600多吨，纯木结构、无钉无铆。该塔经历了多次大地震，历时近千年仍完好耸立。木塔千年不倒的原因：（1）从结构力学的理论上来看，木塔的结构非常科学合理，卯榫结合，刚柔相济，具有耗能减震作用。（2）从结构上看，木塔采用两个内外相套的八角形，将木塔平面分为内外槽两部分。内槽供奉佛像，外槽供人员活动。内外槽之间又分别有地袱、栏额、普柏枋和梁、枋等纵向横向相连接，构成了刚性很强的双层套桶式结构。（3）木塔外观为五层，而实际为九层。每两层之间都设有一个暗层。这个暗层也是坚固刚强的结构层。在历代的加固过程中，又在暗层内增加了许多弦向和经向斜撑。应县木塔共用斗拱54种，每个斗拱都有一定的组合形式，有的将梁、坊、柱结成一个整体，每层都形成了一个八边形中空结构层。是中国古建筑中使用斗拱种类最多，造型设计最精妙的建筑，堪称一座斗拱博物馆。埃及金字塔埃及金字塔始建于公元前2600年以前，共有七十多座，是古埃及法老（即国王）和王后的陵墓。大部分位于开罗西南部的吉萨高原的沙漠中，是世界公认的“古代世界八大奇迹”之一。埃及金字塔成为了古埃及文明最具有影响力和持久力的象征。其中，又以胡夫金字塔为最，它相当于一座四十多层的摩天大厦。胡夫金字塔，除了以其规模的巨大而令人惊叹以外，还以其高度的建筑技巧而得名。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面的。每块石头都磨得很平，至今已历时数千年，就算这样，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。另外，在大金字塔身的北侧离地面13米高处有一个用4块巨石砌成的三角形出入口。这个三角形用得很巧妙，因为如果不用三角形而用四边形，那么，一百多米高的金字塔本身的巨大压力将会把这个出入口压塌。而用三角形，就使那巨大的压力均匀地分散开了。在四千多年前对力学原理有这样的理解和运用，能有这样的构造，确实是十分了不起的。近代土木工程 17世纪二次世界大战，逐步形成力学计算和设计完整体系，将钢和混凝土材料应用于工程建造。在工程设计理论方面，从17世纪开始，以伽利略和牛顿为先导的近代力学同土木工程实践结合起来，逐渐形成材料力学、结构力学、流体力学、岩体力学。设计理论方面，法国的纳维于1825年建立了土木工程中结构设计的容许应力法。在工程材料方面，1824年波特兰水泥的发明、1859年转炉炼钢法的成功及1867年钢筋混凝土开始应用是土木工程史上的重大事件。在建造技术方面，打桩机、压路机、挖土机、掘进机、起重机、吊装机等纷纷出现，这为快速高效的建造各类土木工程设施提供了有力手段。帝国大厦 艾菲尔铁塔 金门大桥帝国大厦帝国大厦（Empire State Building），是位于美国纽约市的一栋著名的摩天大楼，共有102层，始建于1930年3月，是当时使用材料最轻的建筑，建成于西方经济危机时期，成为美国经济复苏的象征，如今仍然和自由女神一起成为纽约永远的标志。曾为世界第一高大楼和纽约市的标志性建筑。哈顿岛的地基非常好，再加上帝国大厦由花岗岩、印第安纳砂石、钢铁、铝材等建成，大厦显得非常坚固。在很长一段时间里，帝国大厦一直是世界最高建筑。直到1973年世贸中心和1974年芝加哥西尔斯大厦建成，它才退居第四。帝国大厦拥有许多世界之最：在建筑史上创每周修建4层半楼的纪录；每天参加施工的人员高达4000人，全部工作量超过700万工时；共使用6万吨钢、1000万块砖、80万公里长的电缆与电线、192公里长的管道；1600公里长的电话电缆；6500扇窗户；1860阶台阶；安装了73部电梯、电梯速度高达每分钟427米。帝国大厦占地面积为2.66公顷，当时全部造价4100万美元，后来的维修费用累计为6700万美元。埃菲尔铁塔埃菲尔铁塔矗立在塞纳河南岸法国巴黎的战神广场，于1889年建成。它是世界著名建筑、法国文化象征之一、巴黎城市地标之一。埃菲尔铁塔高300米，铁塔钢质构件有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。埃菲尔铁塔的结构体系既直观又简洁:底部是分布在每边128m长底座上的4个巨型倾斜柱墩,倾角54，由57.63m高度处的第一层平台联系支承;第一层平台和115.73m高度处的第二层平台之间是4个微曲的立柱 ；再向上4个立柱转化为几乎垂直的、刚度很大的方尖塔，其间在276.13m高度处设有第三层平台;在300.65m高度处是塔顶平台,布置有电视天线。铁塔总重10000t，承担这些重量的是4个坚固的直伸至下卧持力土层的沉箱基础。金门大桥金门大（Golden Gate Bridge）雄峙于美国加利福尼亚州旧金山长1900多米的金门海峡之上，于1933年动工，历时4年，利用10万多吨钢材，耗资达3550万美元建成，由桥梁工程师约瑟夫施特劳斯（Joseph .Struss, 18701938年）设计。金门大桥是世界上第一座单跨超过千米的大桥，桥跨1280m，桥头塔架高277m，主缆直径1.125m，由27572根钢丝组成，其中每452根钢丝先组成一股，由61股组成主缆索，索重11000t左右。锚固缆索的两岸锚碇为混凝土巨大块体，北岸混凝土锚碇重为130000t，南岸的小一些，也达50000t。大桥的桥面宽27.4米，有6条车行道和两条宽敞的人行道。整个大桥造型宏伟壮观、朴素无华。桥身呈朱红色，横卧于碧海白浪之上，华灯初放，如巨龙凌空，使旧金山市的夜空景色更加壮丽。现代土木工程 二次世界大战后现今，以现代科学技术推动了土木工程的现代化。在建造材料方面，随着化学工业和冶金技术的不断发展，高性能钢材和高性能混凝土广泛应用，新型材料不断出现。在结构设计理论方面，考虑材料非线性和几何非线性。设计理论进入基于概率理论的可靠度设计方法。一些新颖的结构如任意曲面形式的网壳结构、各种类型的斜拉桥等都不断涌现。在建造技术方面，在机械、电子、信息技术发展带动下，建造技术由单一使用机械发展到机电计算机的一体化。对于复杂的工程，实现了全过程的自动监控和计算机控制，使施工精度、施工质量大大提高，施工进度大大加快。 广州塔 101大厦 长江三峡工程广州塔广州塔又称广州新电视塔，昵称小蛮腰，位于中国广州市海珠区（艺洲岛）赤岗塔附近，地面标高600米，距离珠江南岸125米，与海心沙岛及珠江新城隔江相望，为广州最高建筑物，国内第一高塔，而“小蛮腰”的最细处在66层。广州塔整个塔身是镂空的钢结构框架，24根钢柱自下而上呈逆时针扭转，每一个构件截面都在变化。钢结构外框筒的立柱、横梁和斜撑都处于三维倾斜状态，再加上扭转的钢结构外框筒上下粗、中间细，这对钢结构件加工、制作、安装以及施工测量、变形控制都带来了挑战。仅钢结构外框筒就有24根钢柱、46组环梁、1104根斜撑各不一样。由于广州塔中间混凝土核心筒与钢结构外框筒材料上的差异，形成楼层梁和外框筒的沉降不一致。为了调整钢构件与主体结构的相对位置的正确性，许多节点都通过三维坐标来控制钢柱本体相对位置的精确度。广州塔定位以观光旅游为主，兼容广播电视发射功能的综合性设施，成为广州重要的地标性建筑。台北101大厦2003年建成台北101大厦，其地下5层，地上101层，高508米，包括能容纳12000人的办公大楼和购物中心部分。台北101大厦多节式外观，以高科技巨型结构确保防灾防风的显著效益。每八层形成一组自主构成的空间，自然化解高层建筑引起之气流对地面造成的风场效应，透过建筑设计绿化植栽区的区隔，确保行人的安全与舒适性。大楼造型宛若劲竹节节高升、柔韧有馀，象征生生不息的中国传统建筑意涵。内斜七度的建筑面，层层往上递增；无反射光害的高度透明省能隔热帷幕玻璃，让人们在台湾的最高建筑内，观天看地。高科技材质及创意照明，以透明、清晰、营造视觉穿透效果，与自然及周遭环境大尺度的融合。101大厦拥有世界最高速度的电梯：从5楼直达89楼的室内观景台只需37秒，电梯攀升的速度为每分钟1010米，是世界最快的电梯，其长度也是世界第一。101大厦也是世界第一座防震阻尼器外露於整体设计的大楼，重达660吨，在85、86、与88楼用餐可以看到这个带有装饰且外型像大圆球的阻尼器，其直径5.5米，也是世界第一。长江三峡工程长江三峡工程，即长江三峡水利枢纽工程。中国湖北省宜昌市境内的长江西陵峡段与下游的葛洲坝水电站构成梯级电站。三峡水电站的功能有十多种，航运、发电、种植等等。三峡水电站1994年正式动工兴建，2003年六月一日下午开始蓄水发电，于2009年全部完工。三峡水电站大坝高程185米，蓄水高程175米，水库长2335米，总投资954.6亿元人民币，安装32台单机容量为70万千瓦的水电机组。装机容量达到2240万千瓦的三峡水电站成为全世界最大的水力发电站和清洁能源生产基地。三峡大坝为混凝土重力坝，大坝坝体可抵御万年一遇的特大洪水，最大下泄流量可达每秒钟10万立方米。整个工程的土石方挖填量约1.34亿立方米，混凝土浇筑量约2800万立方米，耗用钢材59.3万吨。水库全长600余千米，水面平均宽度1.1千米，总面积1084平方千米，总库容393亿立方米，其中防洪库容221.5亿立方米，调节能力为季调节型。土木工程的展望土木工程是一门古老的学科，取得了巨大的成就。但传统土木工程的高速发展是建立在高耗能、高污染的基础上，这种发展难以维系。科学技术突飞猛进，新材料、新结构体系、新建造技术层出不穷，土木工程必须采用高新技术，走可持续发展之路。工程材料发展展望（1）建造材料将大力开展“绿色建材”的研制。采用工业废料制作绿色高性能混凝土将受到广泛研究和应用。另一方面将已在航空、航天、军工中广泛应用的智能材料将应用于土木工程。（2）化学合成材料的应用。目前的化学合成材料主要用于门窗、管材、装饰材料，今后的发展方向是向大面积围护材料及结构骨架材料发展。建造理论发展展望 （1）土木工程的计算机仿真分析和虚拟技术的应用。许多工程结构是毁于台风、地震、火灾、洪水等灾害作用。在这种小概率、大荷载作用下，工程结构性能很难一一去做实验验证。用此技术指导设计可大大提高工程结构的可靠性。未来的土木工程可能不仅可以抗震、抗风，甚至可以抗爆、抗海啸、防火、防撞、防辐射等。（2）开展各种灾害作用的研究。近年来，由于灾害的频繁发生，如何保证结构的抗灾性能已成为结构发展的重要课题。对影响工程结构安全性的灾害形成机理和变化情况进行研究，确保土木工程的抗灾、防灾能力是未来土木工程的重要课题。建造技术发展展望 （1）信息化施工:在施工过程中所涉及的各部分、各阶段广泛应用计算机信息技术，对工期、人力、材料、机械、资金、进度等信息进行收集、存储、处理和交流，并加以科学地综合利用，为施工管理及时、准确地提供决策依据。（2）智能化建筑:将建筑、通信、计算机网络和监控等各方面的先进技术相互融合、集成为最优化的整体，能够适应信息化社会发展需要的现代化新型建筑。智能化建筑为客户提供高效、节能、便捷、安全、舒适、环保、健康的建筑环境。 （3）智能化交通:应具有信息收集，快速处理，优化决策，大型可视化系统等功能，能提高公路交通的安全性。土木工程建造场所的拓展 （1）海洋：填海造田修筑人工岛、围海造城、海上城市（2）荒漠：沙漠改造工程、兴修水利、种植固沙植物（3）太空：建立太空站和基地