《土木工程前沿学科》读书报告#优选.docx

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《土木工程前沿学科》读书报告#优选

硕士研究生课程

«土木工程前瞻性学术讲座»读书报告

院（系）:

土木工程与建筑学院

专业：

建筑与土木工程

任课教师:

研究生姓名:

学号:

成绩：

日期：

2014年月日

摘要……………………………………………………………………………………1

第一部分………………………………………………………………………………2

第二部分…………………………………………………………………………3

第三部分……………………………………………………………………………7

结语……………………………………………………………………………………9

摘要

本学期选修了《土木工程前沿》这门课程，通过一学期的学习，对这门课程所讲的内容有了一定的了解，余教授主要通过六个专题，给我们介绍了当今世界土木工程前沿技术的发展概况，让我们对土木工程这个行业有了更深刻的了解，也让我们开阔了眼界、发展了思维。

本文分四个部分，第一部分为土木工程发展历史简介；第二部分为六个专题的简介及本人对六个专题的感想和认识；第三个部分为本人对大跨度桥梁发展趋势的一些看法；第四部分为结语。

第一部分土木工程发展历史简介

土木工程的发展，已经有悠远的历史了，总的来说分为三个阶段。

　　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。

除应用原有的梁、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。

了解了土木工程的发展历史，我们就能更加清晰的认识土木工程的重要性以及土木工程的美好的发展前景。

第二部分土木工程前沿技术简介

余教授就六个专题

（一）当代世界与中国的高层建筑、

（二）现代大跨桥梁的设计与施工、（三）高铁工程的进展与关键技术、（四）近代隧道工程的现况与未来、（五）水利、水电工程的世界之最、（六）绿色材料与环境工程的发展，分别为我们介绍了当代土木工程前沿技术的发展概况，使我们对土木工程这个专业又有了一个新的认识。

下面就这六个专题分别简单阐述下我自己的认识。

（1）当代世界与中国的高层建筑

超过一定层数或高度的建筑称为高层建筑。

高层建筑的起点高度或层数，各国规定不一，且多无绝对、严格的标准。

中国的《高层建筑混凝土结构技术规程》（高规）JGJ3-2002规定10层及10层以上或高度超过28m的建筑，称为高层建筑。

现如今，各个发展及发展中国家，为了展现自己国家的实力，越来越偏爱于建造各种难度大，高度高的超高层建筑。

如迪拜的迪拜塔、俄国的俄罗斯大厦、中国的上海中心大厦、美国的世贸中心自由塔等等。

当高层建筑的层数和高度增加到一定程度时，它的功能适用性、技术合理性和经济可行性都将发生质的变化。

与多层建筑相比，在设计上、技术上都有许多新的问题需要加以考虑和解决，如在建筑方面、结构方面、设备和电器方面等。

高层建筑也存在着许多综合问题，主要有：

①关于城市经济效益和环境效益问题，应遵照城市规划部门指定的地段和控制高度建造，而不能完全根据建筑本身的需要。

②高层建筑由于应力增加，设备和装修水平必须提高，施工难度增大，因而造价必然大大高于多层建筑。

因此，需要各专业设计人员密切合作使平面布局合理，提高使用系数，做到构造简洁，自重轻，便于安装，综合降低造价。

③高层建筑最突出的是防火安全设计，各专业设计人员应严格遵守高层建筑设计防火规范的规定。

虽然高层建筑还存在着许多综合问题，但是高层建筑能够节约城市土地，缩短公用设施和市政管网的开发周期，从而减少市政投资，加快城市建设，这些优点已经逐渐得到公认。

各国的大城市建设部门，都在不断地对已经出现的各种问题进行全面研究，采取改进措施。

高层建筑是当代社会的大势所趋，所以，学好相关知识，才能为以后祖国的建设添一份自己的力量。

（2）现代大跨桥梁的设计与施工

顾名思义，跨度较大的桥梁即为大跨度桥梁；目前《桥规》规定：

单跨跨径大于40m即为大桥，一般认为单跨跨径大于100m的桥梁即为大跨度桥梁；大跨径桥梁不仅是技术范畴的概念，也是历史发展的概念（随着技术进步，大跨径桥梁的门槛不断变化，如70年代，跨径大于50m即为大跨径桥）；大桥主要指规模大（长桥）、跨度大两种情况，因此，大桥不一定是大跨径桥。

综观大跨径桥梁的发展趋势，可以看到世界桥梁建设必将迎来更大规模的建设高潮。

且大跨度桥梁正在向更长、更大、更柔的方向发展，并将新开发的材料应用在桥梁的建设上面，在第三部分，会有详细介绍。

（3）高铁工程的进展与关键技术

高速铁路一般是运行速度达200公里/小时以上的铁路，是由适合于高速运行的基础设施、固定设备、移动设备，完善且科学的安全保障系统和运输组织方法有机结合起来的庞大的系统工程，是当代高新技术的综合集成。

如高铁技术可行、经济合理、社会效益良好、国力能够承受，就能够建设高铁。

中国高速铁路网分骨干网、重要的区域网、大城市之间的城际高铁等三种类型。

中国高建铁路的发展给经济带来了巨大的变化。

高铁作为一种低能耗高效益的运输方式，被很多国家接受，我国高铁建设出现高铁热现象是非常正常的现象。

高铁建设对我国经济政治等方面产生的影响将是不可估量的。

虽然高铁建设还存在一定的问题，但只要我们能正视这些问题，相信高铁建设能给我们带来很大的效益，坚持政府制定的大方向，高铁必将显示出它的巨大优势。

（4）近代隧道工程的现况与未来

当前，我国正在大规模推进高质量的铁路建设，跨省的远距离的铁路施工正在全国范围内铺开。

由于我国是一个地域辽阔，地形复杂的国家，其中山地、丘陵和高原面积约占国土总面积的60%多，铁路建设中遇到山岭和丘陵地区，采用隧道建设方案是最直接，也是最高效的穿行方案，可以有效地发挥缩短行车里程，提高线型标准、保障运营安全，保护生态环境等特点。

由于隧道建设是一项艰苦、危险性较高的工程，如何高效率得在保证施工安全前提下，提高隧道掘进的质量和速度，监控系统正在其中发挥越来越重要的作用。

虽然视频监控是比较成熟的应用，但由于隧道是特殊路段，普遍存在挖进深度大、空间环境狭窄、光线变化大、视野不清的特点，所以比一般环境存在更大的潜在事故危险，尤其在大西铁路局这样隧道地形环境复杂的项目上，当发生火灾等紧急事件时，交通输导和救援工作与普通路段大不一样，而且二次事故产生的后果远比原发性事故严重得多，因此保障隧道内的安全建设和运营是管理部门最关注的问题，先进的无线监控系统将发挥重要的作用。

公路是国民经济的重要命脉，由于其特有的灵活和优越性，发挥着其他运输方式不可替代的作用。

公路隧道是公路工程结构的重要组成部分之一，随着我国社会主义市场经济的发展，西部大开发战略的实施，高等级公路已从沿海地区向西南、西北山岭区延伸，公路隧道建筑规模也越来越大，原来的两车道隧道已远远不能满足日渐增长的行车要求，隧道规模越大技术也相应复杂，因此，与过去一般公路隧道在设计、施工和运营管理方面均有质的差别，这带给我们公路隧道建设者的是机遇也是挑战，是学习与提高的机会，同时它也挑战我们的观念、我们的技术和管理水平。

面临这些挑战，我们要总结自己的经验，同时学习借鉴国外经验，在勘察设计、施工控制以及运营管理方面的能力更上一层楼。

（5）水利、水电工程的世界之最

毋庸置疑，三峡工程是世界最大的水电站，是防洪效益最大的水利枢纽。

同时，三峡工程也是航运效益最显著的枢纽，是综合工程规模最大的工程。

三峡工程的金属结构（无论是金属制作的总工程量，还是安装的工程总量）是世界之最

它的混凝土浇筑、截流流量等指标亦属世界之最。

三峡水库淹没及移民安置难度也是世界之最。

垂直升船机可将3000吨轮船垂直提升113米，属于世界规模最大、难度最高的升船机。

它是世界泄洪能力最大的泄洪闸，也是世界上级数最多、总水头最高的内河船闸。

还记得初中时候，随着夏令营队伍去宜昌参观三峡大坝，那轰轰的泄洪声还在我耳边回荡，那宏伟高大的坝堤还在我眼前耸立着，我为我们国家建造了这样伟大的三峡工程而感到无比的骄傲和自豪。

（6）绿色材料与环境工程的发展

绿色材料是指在原料采取，产品制造使用和再循环利用以及废物处理等环节中与生态环境和谐共存并有利于人类健康的材料，它们要具备净化吸收功能和促进健康的功能。

绿色材料是在1988年第一届国际材料会议上首次提出来的，并被定为下世纪人类要实现的目标材料之一。

绿色材料包括循环材料净化材料绿色材料和绿色建材。

绿色材料指洁净的能源如太阳能，风能水能潮汐能及废热垃圾发电等的开发和利用的新能源材料。

绿色建材是指有利于环境保护的建筑材料。

建筑材料中的墙体材料和水泥，其原料不源于我们赖以生存的土地，由此每年要破坏大量土地，另一方面建筑垃圾等的堆放也占用大量土地。

绿色建材的标准是既要满足强度要求，又能最大限度地利用废弃物，并具有节能，净化功能及有利人类身心健康。

环境工程是研究和从事防治环境污染和提高环境质量的科学技术。

环境工程同生物学中的生态学、医学中的环境卫生学和环境医学，以及环境物理学和环境化学有关。

迄今为止，人们对环境工程学这门学科还存在着不同的认识。

有人认为，环境工程学是研究环境污染防治技术的原理和方法的学科，主要是研究对废气、废水、固体废物、噪声，以及对造成污染的放射性物质、热、电磁波等的防治技术；有人则认为环境工程学除研究污染防治技术外还应包括环境系统工程、环境影响评价、环境工程经济和环境监测技术等方面的研究。

我认为，尽管对环境工程学的研究内容有不同的看法，但是从环境工程学发展的现状来看，其基本内容主要有大气污染防治工程、水污染防治工程、固体废物的处理和利用、环境污染综合防治、环境系统工程等几个方面。

随着地球的资源慢慢枯竭，地球的自然环境日益恶劣，那么，保护环境、探索新型能源是刻不容缓的事情。

大自然是我们每个人生存的必要条件，保护它就是保护我们自己。

所以，研究绿色材料与环境工程，是当今的热门课题，更是前所未有的挑战。

第三部分大跨度桥梁的发展趋势

综观大跨径桥梁的发展趋势，可以看到世界桥梁建设必将迎来更大规模的建设高潮。

就中国来说，国道主干线同江至三亚就有5个跨海工程、杭州湾跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程，以及琼州海峡工程。

其中难度最大的有渤海湾跨海工程，海峡宽57公里，建成后将成为世界上最长的桥梁；琼州海峡跨海工程，海峡宽20公里，水深40米，海床以下130米深未见基岩，常年受到台风、海浪频繁袭击。

此外，还有舟山大陆连岛工程、青岛至黄岛、以及长江、珠江、黄河等众多的桥梁工程。

在世界上，正在建设的著名大桥有土耳其伊兹米特海湾大桥（悬索桥，主跨1668米）、希腊里海安蒂雷翁桥（多跨斜拉桥，主跨286+3×560+286米）；已获批准修建的意大利与西西里岛之间墨西拿海峡大桥，主跨3300米悬索桥，其使用寿命均按200年标准设计，主塔高376米，桥面宽60米，主缆直径1.24米，估计造价45亿美元。

在西班牙与摩洛哥之间，跨直布罗陀海峡也提出了一个修建大跨度悬索桥的方案，其中包含2个5000米的连续中跨及2个2000米的边跨，基础深度约300米。

另一个方案是修建三跨3100米+8400米+4700米的巨型斜拉桥，其基础深度约300米，较高的一个塔高达1250米，较低的一个塔高达850米。

这个方案需要高级复合材料才能修建，而不是当今桥梁用的钢和混凝土。

未来，大跨度桥梁的发展趋势主要有以下几点：

1、大跨度桥梁向更长、更大、更柔的方向发展

研究大跨度桥梁在气动、地震和行车动力作用下其结构的安全和稳定性，拟将截面做成适应气动要求的各种流线型加劲梁，以增大特大跨度桥梁的刚度；采用以斜缆为主的空间网状承重体系；采用悬索加斜拉的混合体系；采用轻型而刚度大的复合材料做加劲梁，采用自重轻、强度高的碳纤维材料做主缆。

2、新材料的开发和应用

新材料应具有高强、高弹模、轻质的特点，研究超高强硅粉和聚合物混凝土、高强双相钢丝纤维增强混凝土、纤维塑料等一系列材料取代目前桥梁用的钢和混凝土。

3、在设计阶段采用高度发展的计算机

计算机作为辅助手段，进行有效的快速优化和仿真分析，运用智能化制造系统在工厂生产部件，利用GPS和遥控技术控制桥梁施工。

4、大型深水基础工程

目前世界桥梁基础尚未超过100米深海基础工程，下一步须进行100—300米深海基础的实践。

5、桥梁建成交付费用

使用后将通过自动监测和管理系统保证桥梁的安全和正常运行，一旦发生故障或损伤，将自动报告损伤部位和养护对策。

6、重视桥梁美学及环境保护

桥梁是人类最杰出的建筑之一，闻名遐尔的美国旧金山金门大桥、澳大利亚悉尼港桥、英国伦敦桥、日本明石海峡大桥、中国上海杨浦大桥、南京长江二桥、香港青马大桥等这些著名大桥都是一件件宝贵的空间艺术品，成为陆地、江河、海洋和天空的景观，成为城市标志性建筑。

宏伟壮观的澳大利亚悉尼港桥与现代化别具一格的悉尼歌剧院融为一体，成为今日悉尼的象征。

因此，21世纪的桥梁结构必将更加重视建筑艺术造型，重视桥梁美学和景观设计，重视环境保护，达到人文景观同环境景观的完美结合。

在20世纪桥梁工程大发展的基础上，描绘21世纪的宏伟蓝图，桥梁建设技术将有更大、更新的发展。

综观大跨径桥梁的发展趋势，可以看到世界桥梁建设必将迎来更大规模的建设高潮。

就中国来说，国道主干线同江至三亚就有5个跨海工程、杭州湾跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程，以及琼州海峡工程。

其中难度最大的有渤海湾跨海工程，海峡宽57公里，建成后将成为世界上最长的桥梁；琼州海峡跨海工程，海峡宽20公里，水深40米，海床以下130米深未见基岩，常年受到台风、海浪频繁袭击。

此外，还有舟山大陆连岛工程、青岛至黄岛、以及长江、珠江、黄河等众多的桥梁工程。

在世界上，正在建设的著名大桥有土耳其伊兹米特海湾大桥（悬索桥，主跨1668米）、希腊里海安蒂雷翁桥（多跨斜拉桥，主跨286+3×560+286米）；已获批准修建的意大利与西西里岛之间墨西拿海峡大桥主跨3300米悬索桥，其使用寿命均按200年标准设计，主塔高376米，桥面宽60米，主缆直径1.24米，估计造价45亿美元。

在西班牙与摩洛哥之间，跨直布罗陀海峡也提出了一个修建大跨度悬索桥的方案，其中包含2个5000米的连续中跨及2个2000米的边跨，基础深度约300米。

另一个方案是修建三跨3100米+8400米+4700米的巨型斜拉桥，其基础深度约300米，较高的一个塔高达1250米，较低的一个塔高达850米。

这个方案需要高级复合材料才能修建，而不是当今桥梁用的钢和混凝土。

在20世纪桥梁工程大发展的基础上，描绘21世纪的宏伟蓝图，桥梁建设技术将有更大、更新的发展。

第四部分结语

在当今的土木工程这个行业里，设计方法正在精确化、设计工作正在自动化。

在19世纪与20世纪，力学分析的基本原理和有关微分方程已经建立，用之指导土木工程设计也取得了巨大成功。

但是由于土木工程结构的复杂性和人类计算能力的局限性，人们对工程的设计计算还比较粗糙，有一些还主要依靠经验。

数值计算机的进步使过去不能计算的带有盲目性的估计可以变为较精确的分析。

例如，土木工程中的由各个杆件分析到整体分析；工程结构的定型分析到按施工阶段的全过程仿真分析；工程结构中在灾害载荷作用下的全过程非线性分析；与时间有关的长时间徐变分析和瞬间的冲击分析等。

同时，信息和智能化技术正在全面引入土木工程。

信息、计算机、智能化技术在工业、农业、运输业和军事工业等各行各业中得到了愈来愈广泛的应用，土木工程也不例外，将这些高新技术应用于土木工程将是今后相当长时间的重要发展方向。

例如，土木工程的可持续发展。

面临人口的增长、生态失衡、环境污染、人类生存环境恶化，一些学者呼吁：

“我们只有一个地球”，并提出“冻结繁荣，停止发展”的口号。

这一口号不仅受到发达国家人士的批评，更是受到发展中国家的一致反对。

如果“停止发展”，则发展中国家永远停留在落后状态，这是不能接受的。

土木工程任然有着远大的发展前途的。

在当今社会发展如此迅速，土木工程在社会的需求程度任是很大的。

对于我们这些土木学子，只有很好把自己的专业知识学好并将之展现给社会，才能为祖国的建设贡献一份自己的力量！

[参考文献]

[1]陈肇元，谭维组等.高等钢筋混凝土与高性能混凝土.中国科学技术前沿.高等教育出版社.2000年

[2]赵西安编著.高层结构设计.中国建筑科学研究院.1995年

[3]项海帆，2003，中国桥梁科技发展战略思考

[4]王长庆等译绿色建筑技术手册：

设计。

建造。

运行[M]北京：

中国建筑工业出版社，1999

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