土木工程发展前沿修改稿Word文件下载.doc

土木工程发展前沿修改稿Word文件下载.doc

《土木工程发展前沿修改稿Word文件下载.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土木工程发展前沿修改稿Word文件下载.doc（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

四、中国桥梁技术存在的不足

五、桥梁技术发展趋势与展望

第四节岩土工程学科的最新发展

一、桩基技术研究

二、地基处理技术研究

三、地下工程与基坑技术研究

第五节土木工程材料的新进展及结构减震控制技术

一、钢材材料的新技术

二、混凝土材料的可持续发展

三、绿色建材及其可持续发展

四、结构减震控制技术

第九章土木工程学科的研究内容与发展前沿

第一节土木工程的内涵及特点

土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。

它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养维修等技术活动；

也指工程建设的对象，即建造在地上或地下、陆上或水中，直接或间接为人类生活、生产、军事、科研服务的各种工程设施，例如房屋、道路、铁路、运输管道、隧道、桥梁、运河、堤坝、港口、电站、飞机场、海洋平台、给水和排水以及防护工程等。

对土木工程的发展起关键作用的，首先是作为工程物质基础的土木建筑材料，其次是随之发展起来的设计理论和施工技术。

每当出现新的优良的建筑材料时，土木工程就会有飞跃式的发展。

人们在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料从事营造活动，后来出现了砖和瓦这种人工建筑材料，使人类第一次冲破了天然建筑材料的束缚。

中国在公元前十一世纪的西周初期制造出瓦。

最早的砖出现在公元前五世纪至公元前三世纪战国时的墓室中。

砖和瓦具有比土更优越的力学性能，可以就地取材，而又易于加工制作。

砖和瓦的出现使人们开始广泛地、大量地修建房屋和城防工程等。

由此土木工程技术得到了飞速的发展。

直至18～19世纪，在长达两千多年时间里，砖和瓦一直是土木工程的重要建筑材料，为人类文明作出了伟大的贡献，甚至在目前还被广泛采用。

钢材的大量应用是土木工程的第二次飞跃。

十七世纪70年代开始使用生铁、十九世纪初开始使用熟铁建造桥梁和房屋，这是钢结构出现的前奏。

从十九世纪中叶开始，冶金业冶炼并轧制出抗拉和抗压强度都很高、延性好、质量均匀的建筑钢材，随后又生产出高强度钢丝、钢索 

。

于是适应发展需要的钢结构得到蓬勃发展。

除应用原有的粱、拱结构外，新兴的桁架、框架、网架结构、悬索结构逐渐推广，出现了结构形式百花争艳的局面。

建筑物跨径从砖结构、石结构、木结构的几米、几十米发展到钢结构的百米、几百米，直到现代的千米以上。

于是在大江、海峡上架起大桥，在地面上建造起摩天大楼和高耸铁塔，甚至在地面下铺设铁路，创造出前所未有的奇迹。

为适应钢结构工程发展的需要，在牛顿力学的基础上，材料力学、结构力学、工程结构设计理论等就应运而生。

施工机械、施工技术和施工组织设计的理论也随之发展，土木工程从经验上升成为科学，在工程实践和基础理论方面都面貌一新，从而促成了土木工程更迅速的发展。

十九世纪20年代，波特兰水泥制成后，混凝土问世了。

混凝土骨料可以就地取材，混凝土构件易于成型，但混凝土的抗拉强度很小，用途受到限制。

十九世纪中叶以后，钢铁产量激增，随之出现了钢筋混凝土这种新型的复合建筑材料，其中钢筋承担拉力，混凝土承担压力，发挥了各自的优点。

二十世纪初以来，钢筋混凝土广泛应用于土木工程的各个领域。

从三十年代开始，出现了预应力混凝土。

预应力混凝土结构的抗裂性能、刚度和承载能力，大大高于钢筋混凝土结构，因而用途更为广阔。

土木工程进入了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的历史时期。

混凝土的出现给建筑物带来了新的经济、美观的工程结构形式，使土木工程产生了新的施工技术和工程结构设计理论。

这是土木工程的又一次飞跃发展。

现代土木工程的特点是：

适应各类工程建设高速发展的要求，人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密、设备现代化的建筑物。

既要求高质量和快速施工，又要求高经济效益。

这就向土木工程提出新的课题，并推动土木工程这门学科前进。

高强轻质的新材料不断出现。

比钢轻的铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）已开始应用。

对提高钢材和混凝土的强度和耐久性，已取得显著成果，而且还仍继续进展。

建设地区的工程地质和地基的构造，及其在天然状态下的应力情况和力学性能，不仅直接决定基础的设计和施工，还常常关系到工程设施的选址、结构体系和建筑材料的选择，对于地下工程影响就更大了。

工程地质和地基的勘察技术，目前主要仍然是现场钻探取样，室内分析试验，这是有一定局限性的为适应现代化大型建筑的需要，急待利用现代科学技术来创造新的勘察方法。

随着土木工程规模的扩大和由此产生的施工工具、设备、机械向多品种、自动化、大型化发展，施工日益走向机械化和自动化。

同时组织管理开始应用系统工程的理论和方法，日益走向科学化；

有些工程设施的建设继续趋向结构和构件标准化和生产工业化。

这样，不仅可以降低造价、缩短工期、提高劳动生产率，而且可以解决特殊条件下的施工作业问题，以建造过去难以施工的工程。

第二节现代高层建筑的发展

近年来，我国内地成为世界高层建筑发展的中心之一，492m高的上海环球金融中心已投人使用，体型独特的CCTV大厦主体结构已封顶，432m髙的广州西塔口前已建造至350多米，拟建的580m高的上海中心也已动工，尚有多栋超高层建筑在建造中。

此外，由于业主和建筑师为实现建筑功能以及在建筑艺术建筑造型方面体现创新，设计了众多复杂体形和内部空间多变的高层建筑，使得我国高层建筑的复杂程度也在世界前列。

而2008年5月12日发生在中国四川的汶川大地震，更进一步引发了人们对高层建筑结构安全性的关注。

（一）建筑高度不断增加

我国的超高层建筑高度不断被刷新。

492加高的上海环球金融中心已正式投人使用；

432m高的广州珠江新城西塔目前已建造至350多米，计划2008年底主体结构封顶；

439m高的深圳京基金融中心地上髙98层，地下4层，目前已动工兴建，拟建为深圳的第一高楼；

高度超过430m的重庆“嘉陵帆影”已破土动工，建成后将成为西部第一高楼、重庆未来的新地标；

580m高的上海中心也将于今年年底动工。

除上述代表性超高层建筑外，全国各地尚有一批正在酝酿兴建的高层建筑，而且除了高层建筑聚集的南方沿海地区，北方有大量的超高层建筑正在设计，如350m的沈阳恒隆市府广场，383m的大连裕景,333m的天津嘉里中心办公楼等。

超高层建筑高度的不断攀高，其意义不仅仅在于高度的突破，而是它带动了整个建筑业的发展,包括材料技术、设备制造技术等行业的进一步发展。

超高层建筑发展是经济发展的大势所趋。

（二）结构体型日趋复杂

随着国民经济发展，高层建筑除了要满足建筑使用功能的要求.越来越重视建筑个性化的体现，使高层建筑的平面、立面均及其特殊。

尤其近几年，各种新的复杂体型及复杂結构体系大量出现，如体型复杂的连体结构，楼板开大洞形成的长短柱，楼板与外框结构仅通过若干节点连接，悬挑、悬挂，大跨度连体的滑动连接等，这些复杂体型的高层建筑许多超出了现行设计规范的要求，以往的丁-程经验和霖害资料都无法借鉴，需要进行更深人的研究。

特别是许多项目采用了国外设计师的作品，但一些境外建筑师来自非地震区，缺乏抗震设计经验，有些建筑方案特别不规则。

而在日本神户、我国台湾及今年的“5.12”汶川地震中，一些特别不规则建筑受剁严重破坏。

我国绝大部分地区都要考虑抗震设防，因此对这些复杂体型的髙层建筑抗震安全问题必须引起重视。

（三）超高层建筑中钢一混凝土混合结构为主

国外高层、超高层建筑以纯钢结构为主，而我国以钢一混凝土的混合结构应用居多。

据不完全统计，在高度超过200m的超高层建筑屮，有50%左右为混合结构。

如上海环球金融中心及金茂大厦均为钢筋混凝土核心简，外框为型钢混凝土柱及钢柱；

北京国际贸易中心三期，为筒中筒结构，外部为型钢混凝土框筒，内部为型钢混凝七巨型柱与斜撑及钢梁组成的筒体，74层，高度330m，为我国8度抗震设防地区最髙的髙层建筑。

钢一混凝土混合结构之所以得到了较大发展，一方面因为它可有效地将钢、混凝上以及钢-混凝土组合构件进行组合，既具有钢结构的技术优势又具有混凝土造价相对低廉的特点；

另一方面，我国现场施工的人力成本比国外低，采用混合结构比采用纯钢结构经济方面更有优势。

因此混合结构是符合我国国情的超高层建筑的结构体系，预计将来混合结构仍将得到较大的发展。

（四）一批新型结构体系涌现

随着超高层建筑的发展，近期涌现出了一些新型结构休系。

正在建设中的336.9m高的天津津塔主要抗侧力体系采用“钢管混凝土柱框架十核心钢板剪力墙体系加外伸刚臂抗侧力体系”组成，具有较强的抗侧刚度和延性，是目前世界上应用钢板剪力墙的最高的高层建筑。

广州西塔采用了外部交叉网格结构体系，该体系具有较强的抗侧刚度及抗扭刚度，能较好地抵御风荷载相地震作用。

随着高层建筑结构的发展，相信会有更多的新颖合理的结构体系出现。

我国的髙层及超髙层建筑具有超髙超大、功能复杂、造型新奇的特点，不但其规模和复杂程度在国际上可谓少见，而且许多建筑突破了我国现行相关技术标准与规范的要求，而这种发展趋势仍将持续一个时期。

由此引发了一系列的安全技术问题，引起了我国政府以及工程技术人员的关注，也成为公众议论的焦点。

如何保证这些超高层建筑符合抗震设防、抗风、防意外事件（爆炸与撞击〉、防火等的要求，具备适当的安全度，关乎国计民生。

高层超高层建筑的连续倒塌往往引起惨重的人员伤亡及财产损失。

近年国际上关于防止结构连续倒塌问题引起了人们的关注。

尤其是2001年9月11日美国世贸中心大楼由于飞机撞击发生灾难的连续倒塌，引起工程界的广泛关注。

不少专家对防止结构连续倒塌问题进行了研究。

目前我国还没有防止结构连续倒塌的有关设计文件和标准。

另外，现行规范的：

“安全性”目标不能满足重要大型高层建筑工程的需要，现行规范最基本、最主要的目标就是防止建筑物在地震中倒塌，确保人的生命不受损失。

然而，近年来.随着国民经济的快速发展，人们对建筑抗震的要求除了基本的生命安全外，还对地震期间建筑的使用功能提出了更高的要求。

特别是此次汶川大地震中展害显示，按现行抗震规范设计和建造的高层建筑，在地震中虽没有倒塌、保障了生命安全，但是其填充墙等非结构构件破坏却造成了较大程度的直接和间接的经济损失。

鉴于此，需要加强研究基于性能的抗震设计方法。

此方法目前在超限及复杂工程设计中得到了较多的应用，但在—般工程中还未得到广泛的应用，还有一些问题有待研究改进，诸如：

地震作用的不确定性、结构分析模型和参数的选用存在不少经验因索、震害及试验资料欠缺、对非结构和设施的抗震性能要求和震后灾害估计缺乏研究。

此外，汶川地震暴露出我们在地^动监测方面的薄弱。

美国、日本等先进国家早就建立了大量的数字化观测台网，尤其是髙层结构、长大桥梁、核电站等都建立观测台阵，并取得大量有价值的记录，为这些重要结构的抗震设计、为建筑抗震规范的修订、为抗震设计理论的发展奠定了基础。

在日本，所有高层与重要结构都按规范要求布有强震观测仪。

减振控制技术是抗震、抗风设计的一条重要途径，近年来在日本、美国等发达国家得到了较为广泛的应用，近两年我国在新建工程中开始应用。

但我们的研究工作与世界先进水平尚有较大差距，需要深人开展相关研究工作。

此外，现行规范关于消能和减震结构的规定过于笼统。

近10年来，对我国消能和减震结构的发展起到了积极的引导作用。

但是，由于对隔震与消能结构体系的组成和地震反应研究尚不够成熟，《建筑抗震设计规范》给出了消能和减震结构基本设计原则及方法，对于一线的工程设计人员来说过于笼统，需要加强对隔震与消