《土木工程前沿学科》读书报告（五篇材料）

第一篇：《土木工程前沿学科》读书报告

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

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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。

（一）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 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。

（二）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。

（三）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。

（四）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。

（五）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、5

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。

（六）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 6

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 8

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

第二篇：土木工程前沿

对未来大跨桥梁的发展趋势的研究

摘要：近30多年来桥梁的发展概况，可以看出结构在向轻巧、纤细方面发展，而载重和跨度却不断在增长。为了适应这种桥梁发展需要，就要对建筑材料、结构构造、设计计算理论、施工方法等方面提出新的要求。同时，在桥梁美学方面也应予以足够的重视。

关键词：桥梁发展；新型材料；桥梁CAD；施工技术；桥梁美学

一、引言

现在桥梁建筑已不单纯地被视为交通线上重要的工程实体，同时也是一个国家科学技术、综合国力的综合体现。由于科学技术的进步,工业水平的提高,人类社会文明的发展,桥梁工程日新月异。随着时代前进的步伐,人们对桥梁工程提出了更高的要求,对“适用、安全、经济、美观”的桥梁设计原则赋以更新的内容。桥梁工程无论是现在还是以后都不会停步的，它的发展前景会更广阔。

大跨桥梁的的发展是社会发展的必然产物，自从桥梁出现以来, 其跨径一直在不断的加大。从几米的小桥发展到现今主跨一千多米的特大桥,体现出了人类改造自然的能力在不断变化。自18世纪80年代以来的200多年间，随着大工业的兴起和交通运输的需要而发展起来的世界桥梁，桥跨由英国熟铁链杆桥曼内海峡桥主跨177米的最初桥跨的世界之最，到1931年美国建成乔治华盛顿桥，主跨首先突破1000米大关，达到1067米，百米到千米桥跨的发展历经了一个半世纪。20世纪的后70年里，美国的主跨1280米的金门大桥、主跨1289米的维拉扎纳大桥，两次刷新了当时的世界桥跨记录，到20世纪八九十年代英国的恒比尔河大桥、日本的明石海峡大桥先后再次刷新世界桥跨记录，桥跨才开始接近2000米大关。

在21 世纪, 由于跨海工程的出现, 桥梁还要向更大跨径的方向发展。21世纪世界桥梁跨度有多长？随着意大利主跨3300米的墨西拿海峡大桥设计的完成，人类社会的建桥技术、新型材料运用使桥梁跨度已步入登峰造极阶段。据有关桥梁专家预测，筹建中的西班牙与摩洛哥之间的直布罗陀海峡大桥、美俄之间的白令海峡大桥的桥梁跨度将突破墨西拿海峡大桥主跨的长度，成为21世纪新的世界桥梁跨度之最。这些主跨接近4000米达到登峰造极水平的特大型桥梁建成之后，除大洋洲孤悬于大洋之中外，亚非欧美四大洲将联为一体。大跨的跨海桥梁将会成为21世纪桥梁建设的主题。我国桥梁向跨海桥梁工程发展的路在何方？要如何切实可行地实现大跨桥梁？以下我就国内大跨桥梁发展趋势发表一些个人的看法。

二、材料的应用和发展

在桥梁中随着跨度的增大。混凝土材料，钢材的强度渐渐不够使用，例如混凝土预应力梁桥当跨度超过300m后应力几乎用足，只有提高标号或改变材料才能把跨度继续做大。又如在斜拉桥中如果用碳纤维取代钢索则跨度更大，最有利于同悬索桥的竞争。要推动桥梁跨度的发展、材料的发展是一根本问题。

新材料对桥梁工程的发展具有关键性作用。没有材料科学的发展，就不会有长大跨及新桥型的诞生。当桥梁向大跨度方向发展的同时，未来桥梁新材料应具有高强、高弹模、轻质的特点，对建桥材料也提出了高强、轻质和多功能的要求，桥梁的规模有一个理论上的限度。新型材料不断出现，不过它们的实际应用仅仅受制于对其使用寿命的顾虑。在以保守的方式使用新型材料的初期验证阶段、目前桥梁常用的钢和混凝土，从而实现高强轻质的目标。材料科学的进步为桥梁实现轻巧、简洁、形式的多样化提供了更多的可能性，进一步探索新型的、高强、超高强工程材料建立其可靠的力学本构关系，以充分发挥材料潜在的承载力，并在结构理论研究上发展更符合实际状态的力学分析方法与新的设计理论，不同类型轻质材料组合拼装的各类新型斜拉桥、悬索桥、轻质拱桥，并向可靠度理论方向进行探索，将一跨而过的大川海湾。

新型钢材料的应用将推动桥梁工程的发展。钢材料在桥梁建设中尤为重要，随着钢材料的发展，我国还将进一步的开展低含碳量以及其他合金元素、经过微合金化和晶粒细化处理的超高强度钢材的研究以及生产。此种高强度的钢材具有优异的焊接功能。在我围已建的采用了焊接性能良好的14MnNbq及15MnVNq钢以及栓焊整体节点所组成的大型桥梁，还需进一步的发展，向更高强度钢及全焊钢梁结构发展。抗腐蚀性好、结构表面不需要油漆的耐候钢也逐步得到应用。

先进复合材料也会得到较大的推广使用。先进复合材料(Advanced Composites)又称纤维增强塑料(Fibre Reinforced Plastics，简称FRP)，是以非金属纤维(如玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维)作增强材料，以树脂(如不饱和聚酯树脂、环氧树脂和乙烯基酯树脂)作基体材料的复合材料。树脂将纤维束结成整体，既能保护纤维免受机械破坏和化学腐蚀，又能使纤维整体受力。先进复合材料具有以下特点：

1、强度高。用S玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维做成的复合材料筋束，其抗拉强度高于高强钢丝，用E玻璃纤维做成的复合材料筋束，其抗拉强度与高强钢丝接近。

2、耐腐蚀。玻璃纤维复合材料水管的寿命为钢水管和混凝土水管的两倍。

3、应变关系直至破断均呈线性。

4、弹性模量。碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一。

5、疲劳特性。碳纤维和芳纶纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝，E玻璃纤维复合材料的疲劳强度则介于普遍钢丝和高强钢丝之间。金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%～40%。由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。

6、容重轻。约为钢的五分之一至四分之一。

据有关桥梁专家介绍，21世纪的桥梁主材将采用高强度、高韧性钢材和抑振合金材料。日本明石海峡大桥的加劲梁采用780兆帕焊接时低预热型新型高强度钢板，使其桥梁主跨设计刷新了20世纪的最大跨记录，达到1991米。21世纪钢桁连续梁将大量采用高强度低预热型焊接用钢板，大线能量焊接用钢板、高韧性钢板、抗层状撕裂型钢板、异形钢板、耐候钢及镀锌钢板、抑振厚板、玻璃钢、抑振合金材料，不仅可有效地增大钢桁梁桥的桥跨，而且能有效地降低梁体自重，实现大跨、轻质目标。高强度混凝土是桥梁建设必不可少的主材料之一，21世纪的混凝土材料将加入来亚纳米、水溶性聚合物、有机纤维以不断提高强度与耐久性。桥梁建设将广泛运用环保型混凝土，桥梁的韧性、耐久性及强度将得以有效地提高。

三、学科发展

随着计算机微处理器技术的迅猛发展，桥梁CAD技术将面临新的发展机遇。集结构分析、工程制图、工程数据库及专家系统的桥梁CAD软件将会问世，并将迈入桥梁设计的网络时代。借助计算机和非线性数值方法的不断进步，使力学模型日益精细化，仿真度提高，可以在设计阶段逼真地描述大桥在地震、强风、海浪等恶劣自然条件下施工和运营的全过程，为决策提供动态的虚拟现实图像。大型桥梁基础的施工技术可分为大型群桩基础施工技术、大型冻结基础施工技术以及大型沉井基础施工技术等。以江阴长江大桥为代表的沉井基础施工、润扬大桥为代表的大型排桩冻结法施工、苏通桥基础为代表的大型群桩基础施工，都是我国在大型桥梁基础施工方面取得的创新成果。海上桥梁基础工程发展的重点在于海洋钻井平台技术的引进。目前世界桥梁基础尚未超过 100m 深海基础工程，下一步需进行 100——300m 深海基础的实践。大型桥梁基础施工技术不断创新。

四、桥梁美学研究

桥梁通常是社会大型公用设施，与其他土木建筑相比，它具有土木工程建筑的一般属性，桥梁建筑还具有自身的特点，有使用和观赏两重功能。其主要功能是给人们提供跨越障碍的通道，具有体型庞大、位置固定、建造具有不可逆性且耗资巨大等特点。由桥梁的特殊功能决定了桥梁必须是一个开放的体系、结构散布在社会各处，任何人在任何时间都可以使用它。与人类的活动密切相关，具有开放性，使用寿命也比较长。因此，公共性、公平性、安全、适用、经济必然是桥梁设计的原则。桥梁规模越大，激发了公众参与的热情，经济因素在桥梁建设中所占的比重就越大，人们对其建造都非常关注，这一点在现代桥梁设计实践中已得到足够的重视，这就是推动桥梁美学研究的直接动力。创新便是桥梁建筑艺术的灵魂，通过总结前人的创新经验，终究会走向桥梁的艺术范畴。桥梁建筑属于结构，创新必须以实践为基础，其存在的基础是其适用性，也需要用理论来指导。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，达到人文景观同环境景观的完美结合。

五、结语

桥梁跨度不是科技进步的唯一标志，但它是科技进步的重要标志。桥梁的跨径代表着一个国家的经济、工业和科学技术的整体水平。跨度的大小并非人的主观愿望，它是由经济、材料、桥型等多种因素确定的，跨度的推进必然会给工程带来更多的风险，而工程是只能成功不能失败的，只允许存在缺点而不能有错误，因为桥梁工程、特别是大跨的桥梁工程的失败或错误是谁也承担不起的。大跨桥梁的发展是社会经济发展的必然，随着一系列跨海工程的出现，迫使我们必须挑战更大的桥梁跨度。由于国外许多国家的桥梁事业相对于中国都起步较早，很多桥梁技术都比中国先进，所以我们在发展大跨桥梁时应该多借鉴国外桥梁方面的成功经验，推动大跨度桥梁在中国更快的发展。可以预见,21 世纪大跨度桥梁工程建设必将取得新的突破,取得更大、更新的发展。

第三篇：《水利水电工程学科的前沿问题》读书报告

《水利水电工程学科的前沿问题》读书报告

水利水电工程专业的主要课程包括：工程力学、水力学、河流动力学、岩土力学、工程地质及水文地质学、工程测量、工程水文学、工程经济学、建筑材料、钢筋混凝土结构和钢结构、建设项目评估与管理等。

21世纪初水利水电工程学科的前沿课题主要包括以下几个方面

1、固体力学方面

面临的课题：工程材料实际强度和目前的理论强度相差一至二个数量级。这个矛盾曾推动位错、裂纹等的重要物理、力学理论的建立。然而，至今这个根本矛盾依然存在。固体力学如今不仅限于计算微小应变和应力，而且要求判断变形局部化、损伤、寿命乃至断裂。更进一步的问题是如何将不同性能和功能的材料合理地配置在一起，形成某种特定的复合材料，以实现实用所要求的某种考虑如比重、刚度、强度、韧性、功能乃至价格等多种因素的优化组合，并促成材料设计科学。再进一步是将各种特定的制备和加工技术，如塑性成形、粒子束加工等工艺，也达到机理性的认识和优化控制。到那时，整个材料和制造业，将从所谓的“厨房中的化学”变为节省资源，节省能源，优化合理的产业。现在的各类复杂结构，包括桥梁、飞机，到人工器官的设计，还是不够科学的、优化的。带来的问题是火箭、飞机屡有失事；多数结构依靠过大的安全系数(如飞机为1.5)来换取安全，不必要地耗费了许多材料。即使如此，桥梁等建筑物的坍塌仍时有发生。如何优化设计各类复杂结构(如高速运输工具)，使其在各类载荷环境(冲击、循环载荷、潮湿、低温等)下可靠、舒适地运行，既是十分实际的工程问题，也属复杂系统响应这类前沿科学问题。地震是怎样发生的，泥石流和滑坡能否预测预报，作为大型土木工程(水坝，建筑物)基础的岩石和土在长时受载下的流变等一系列地质力学和岩土力学问题，仅靠目前的连续介质力学也是难以解决的，必须针对地学特点构筑新的力学模型，以作为地球动力学和工程地质学的基础。

发展趋势：经典的连续介质力学将可能会被突破。新的力学模型和体系，将会概括某些对宏观力学行为起敏感作用的细观和微观因素，以及这些因素的演化，从而使复合材料(包括陶瓷、聚合物和金属)的强化、韧化和功能化立足于科学的认识之上。固体力学将融汇力-热-电-磁等效应。机械力与热、电、磁等效应的相互转化和控制，目前大都还限于测量和控制元件上，但这些效应的结合孕育着极有前途的新机会。近来出现的数百层叠合膜“摩天大厦”式的微电子元器件，已迫切要求对这类力-热-电耦合效应做深入的研究。以“Mechronics”为代表的微机械、微工艺、微控制等方面的发展，将会极大地推动对力-热-电-磁耦合效应的研究。固体力学中压杆变形的分叉，曾是促进非线性动力学近代大发展的一个核心概念。随着固体力学把固体和结构视为含多个物质层次的复杂系统，并研究它在外载荷下的演化过程，可以预期非线性动力学，非平衡统计和热力学的概念和方法将会大大丰富起来。分子动力学等微观模拟方法和复杂结构的仿真将会随着计算机的飞速发展，更大规模地、更迅速地在固体力学和工程设计中得到应用与发展。目前工程界广泛应用的有限元法，就是计算机技术与固体力学相结合的产物，它曾极大地推动了本世纪工程科学的发展。过去，限于计算机的速度和容量，许多非线性问题不能很好解决。分子动力学模拟目前离实用还有很大距离。但在本世纪初，这种局面势必会有很大变化。固体力学的上述发展，无疑会推动科学和工程技术的巨大进步。

2、流体力学方面

第一个大问题是湍流。经过几代人的努力，对这一问题的认识已大为深化，这才有上述各项成就。绝大多数情况下，流体运动都处于湍流状态。目前计算这类问题的办法都带有经验的成分，因此计算结果不十分有把握，各种办法的普适性和预测能力均差，特别是对于超声速、高超声速流中的湍流，情况尤其如此。随着高新技术的发展，发现过去的经验局限性太大，因而亟待在湍流的研究上有所突破。各种物体如飞机、船舶等航行器在流体中运动特别是在作非定常运动时，会产生十分复杂的流场。其核心问题是各种涡系的生成、消长和流动分离的产生。有关机理的许多问题尚未弄清，因为其中包含复杂的非线性因素。这方面的研究成果将对未来空中及水中航行器的研制产生重大影响。本世纪初，空天飞机和新一代的超声速民航机的成功研制将首先取决于流体力学的进展。在有关的高温空气动力学中必须放弃原先的热力学平衡的假定。吸气式发动机中H2，O2在超声速流动状态下的混合、点火等，都是过去的理论和实践未能解决的难题。超声速流边界层的控制、减阻以及降噪控制等也带来一系列新问题。船舶除了向更大、更快的方向发展外，还提出了许多新型船舶，包括贴近水面航行、必要时可升空飞行或降在水面上的大型冲翼艇。这时计算各种航态和海况下的波载荷，将遇到极大的困难。由于波载计算不准而导致在恶劣海况下失事，即使对现代的常规船舶也仍是屡见不鲜的。80年代末至今已有10余艘船在北海失事。从流体力学的角度看，冲翼艇的困难主要在于有事先未定的自由表面，表面边界条件的非线性，波浪的随机性，水表层为湍流，以及流体与船舶运动相耦合等。风浪相互作用机制，至今尚未弄清，而它是天气预报这类全球性问题的重要环节，也是近年来正在探索的通过遥测水面波参数以测量近水面风速这一新技术的基础，这个问题的突破将大大改进收集全球气象数据的广度和精度。海面波浪参数的遥测数据还有可能用以探测潜航的潜艇及海流，但这要开辟传统波浪理论未涉及的有旋流对波浪的影响这一新的领域。为了尽可能多地开采地下油气，需要深入研究渗流机理并将其定量化。渗流的研究还有助于了解植物体内液体的运动规律，进而了解各种新陈代谢的宏观机制。化工流程的设计，在相当大的程度上可归结为流体运动的计算问题，包括多相流及非牛顿流。由于流动的复杂性，不少重要化工装置的设计带有很多经验因素，以致不能发挥最大效益。因而针对若干典型化工装置进行深入研究，将为化工设计提供新方法，实现可观的经济效益。在未来生物技术产业化的过程中，会遇到类似或更复杂的情况，因而这方面的研究是真正形成生物技术工业不可缺少的基础。由于复杂流场计算的需要，各种计算方法和理论还需大大发展，以期能精确捕捉激波和分辨旋涡运动、能够处理非线性自由表面及湍流问题等。由于计算量特别巨大，必须发展新的计算机硬件和软件，特别是并行机及其软件，并行计算软件的发展，也必须结合具体计算对象来研制。因而计算流体力学的发展，既是解决具体问题所需，也将对计算科学作出重要贡献。

3、水力学方面 理论上的新发展

(1)非经典介质理论。水力学中有均匀流与非均匀流，恒定流与非恒定流等，“非”字当头的研究内容比没有“非”字的要复杂得多。现代水力学理论的发展，又出现了一些以“非”字起头的新理论，如非经典介质理论，非线性理论，非确定性理论等。经典力学一般将所研究的流体介质视做连续均匀介质，这是经典力学的一项重要的基本假设。而实际流体往往掺杂有气体、固体或其它流体等各种杂质，它是一类尚未被现有力学理论适当描述的介质，可称之为非经典介质。无论是从发展力学理论的角度，还是解决真实介质流体的实际问题，开展非经典介质流动的研究都是十分必要的。如掺气水流，空化与空蚀，河流泥沙运动，污染物在水体中的运动等流动现象，它们都属于二相流，但过去往往不考虑相间作用力，而是采用一定假设，使问题得以简化。现代水力学应该着眼于实际流动现象，引进多相流体动力学理论，建立全新的知识体系。例如，研究高速掺气水流，其关键是如何确定水与气二相流体之间的相互作用力，而单相流体的假设很难反映这种相间作用力；现代渗流理论应建立在研究水与多孔介质之间、相互作用的基础上，因此，必须突破传统水力学的均匀连续介质的假定。

(2)非线性理论。非线性行为是近代力学基础研究的重要前沿课题。湍流和混沌理论是典型的非线性问题。描述水流运动的N-S方程是非线性的微分方程。过去的水力学计算，往往要用还原和叠加的方法对基本方程式作线性化处理，因而不能准确反映真实水流现象。随着现代科学技术的进步，非线性理论有了突飞猛进地发展。非线性理论是揭示具有非线性本质的各类水流现象的有力工具，也是开发非线性问题数学模型的有力工具。(3)非确定性理论——随机水力学。水流运动，特别是紊流，有大量的不确定性因素，水流脉动压力一般可以被视为完全随机的现象，紊流过程则具有混沌的特性。混沌是一种界于完全随机性现象与完全确定性现象之间的自然现象。传统水力学一般只研究确定性的水流现象，对于随机性水力参数，往往采用统计平均的方法加以处理，从而抹煞了水流运动的随机特性。现代水力学重视发展非确定性理论，动水荷载的设计方法将由定值设计法逐步转为可靠性设计法，概率理论和优化决策理论将在工程设计中广泛应用，风险分析的概念将作为规划、设计的重要理论基础。

(4)紊流力学。水利工程中的绝大多数流动现象都属于湍流（水力学中的习惯称谓为‘紊流’）。湍流是自然科学中的八大难题之一，由于其复杂性，全世界同行学者协力研究，历时长达百年，至今尚未攻克。湍流作为一种既典型又广泛存在的复杂流动，其非线性规律有超越力学范围的普遍性。我们知道，紊流是由大大小小不同尺度的漩涡组成的，漩涡尺度的量级差别很大。最大漩涡尺度的量级可达数公里，而最小漩涡的尺度不过几毫米，但不同尺度的漩涡在结构上往往具有自相似性，最近发现的标度律，反映了紊流现象的这种混沌特征。无论从基本理论，还是从实际应用考虑，湍流研究都是21世纪面临的紧迫课题。水利工程中的水流基本上都属于紊流。研究紊流特性，可简要归纳为以下几类问题：第一，边壁切变紊流；第二，漩涡与分离流；第三，分离再附流动；第四，流动稳定性问题。要大力开发紊流数学模型，用数值模拟方法逐步取代物理模型实验。

(5)细观水力学。传统水力学在自然尺度下研究水流的运动规律，现代水力学要突破传统水力学的常规尺度，从自然尺度向细观尺度延伸，发展细观水力学。一般地说，物理、化学的研究对象往往在其物质分子的尺度上，可称之为微观尺度，细观水力学的研究尺度虽然远小于自然尺度，但仍远大于水分子的尺度，故称为细观。传统水力学常采用总流的概念，它属于自然尺度，细观水力学深入研究水流内部的运动特性，水流与混掺其中的固体、气体、污染物等其它物质的相互作用，水流与固体边界的相互作用及空蚀、冲刷破坏机理等，使水力学的研究深度与现代科学技术相衔接。流场的精细数值模拟也可以视为细观水力学。多相流体与固体力学的交叉学科研究产生和形成了一些新的学科方向，界面力学就是其中之一。界面力学以界面的力学建模、界面区域应力分布规律以及界面结构强韧度研究与破坏分析为主要内容。界面层是裂纹和损伤等破坏容易产生并发展的区域，界面微区的力学问题研究需发展细观尺度与微观尺度的实验测试技术，近年来，界面力学的研究已越来越多地引起人们的关注与重视。

水力学数学模型的新发展(1)数值方法研究。有限差分法、有限元法、有限容积法是计算水力学的基本方法。近年来，为了提高计算精度，求解更复杂的水流现象，数值方法有很大发展。具有突变现象的流动，其解是间断的。不同间断现象的数值方法各有特点，这方面还有许多问题需要解决。水利工程中有大量的河渠浅水二维流，明渠或管道中的二维非恒定流问题，这类问题的数值模拟方法至今仍很不完善，其计算格式的优化，边界条件的处理，都有很多需要深入研究的课题，也已出现了许多新算法。

(2)流场可视化技术。流场可视化在工程应用中有重要意义。展现研究成果，无论是理论成果、实验成果，还是数学模型计算成果，都需要流场可视化技术。我国目前可视化技术的水平还比较低，需要大力发展。

(3)水力信息学。现代技术不断向综合化和智能化发展，大型水利设施的运行管理需要引进现代信息论的理论和方法。由此产生了一个新的交叉学科方向，水力信息学。水力信息学的研究内容和应用目标可简述如下：水力学数学模型与系统管理、控制方面的知识相结合，即可构成专门化的专家系统。应用现代计算机技术将这种集成化的专门知识变成动态的信息资源，就可以用来进行大型防洪系统的预报与调度，大型水利工程的施工组织，大型灌溉系统或水库群的运行调度。21世纪人类将全面进入信息时代，信息的获取、处理和传输是生产组织的主要任务。水力信息学的核心是相关水力学知识的集成、打包，以及集成知识的信息资源化。计算机多媒体技术是最普遍的信息处理技术，在水力信息学的发展中将发挥重要作用。信息资源化的主要手段是建立专业化的信息网络，但也可借助已有的信息网络。

水力学实验研究需解决的问题

(1)水力学模型相似率。目前，我国工程设计中的多数重大水力学问题仍是通过水力学模型试验解决。试验模型通常按重力相似准则设计。大量模型试验证明，水工模型能够预演大多数原型工程的复杂三元水流现象。但对高速水流问题，除重力相似外，还须考虑其他物理量的相似性。如高速水流的掺气与雾化、脉动压力与流体激振现象、输水道通气、岩基冲刷等问题，其模型相似率至今尚未解决。空化初生试验一般在减压箱内进行，以空化数相等为准。但最新研究表明，初生空化数和模型的大小与水流速度有关，不同的模型，既使水流空化数相等，空化初生现象也不一定相似。高速水流的模型相似率问题困惑着模型实验，是工程水力学急待解决的技术难题。在这方面已做了不少研究，如掺气与通气的相似性，水流脉动压强的相似性，雾化的相似性等，但至今尚无可靠的理论与方法。解决高速水流的相似率问题，一方面有赖于更深入的基础理论研究，而原型观测与模型试验进行对比则是更为实际、有效的方法。借鉴已有同类工程的经验，对解决待建工程问题具有重大意义。目前所开展的原型观测，已大量应用现代化的理论、方法及观测仪器，如应力、应变、位移、速度、掺气浓度等各种类型的传感器，当代最先进的信号分析测试仪器，卫星定位、遥感遥测技术等。据不完全统计，我国已在100多个大、中型水利枢纽中的近200个泄水建筑物上进行了原型观测，已积累了较丰富的观测成果，主要集中在泄洪雾化、空化空蚀、脉动压力、水流掺气与通气等方面。原型观测需消耗大量的人力、物力和财力，需要周密的预先设计和现场组织，也需要借助许多现代化的先进测试仪器。但为了提高水力学的研究水平，今后仍需大力开展原型观测工作。

(2)高速水流关键技术问题的基础研究。我国待建的大型水利水电工程多具有水头高、流量大、河谷狭窄的特点，高坝大流量泄洪消能是各项工程共有的技术难题。在这方面虽已做了大量研究，但工程中仍有许多技术难题，因其机理复杂，目前的方法仍难以准确预测实际情况，尚待进一步研究：①多股淹没射流流态结构与水垫消能机理。拦河筑坝必须保证洪水的正常下泄，为了防止高速水流的冲刷破坏，泄洪必须满足消能要求。泄洪水流的多余能量，绝大多数是在大坝下游的消能水体中（挑流消能水垫塘或底流消能消力池）通过水流的紊动混掺而消耗掉的。坝身多股泄洪在水垫塘内形成多股淹没射流。水垫塘内的流态结构与水垫消能效率及水流作用于水垫塘边壁动水荷载的大小有十分密切的关系。高速强紊动水流的消能效率高，但对固体边壁的冲刷破坏力也大，既要实现高效消能，又要防止冲刷破坏，其根本途径是优化消能水体中多股淹没射流的流态结构。消能机理的研究是创造新型消能工的源泉。为此，既要加强泄洪消能机理的基础理论研究，也要在消能工体型优化方面做出创新性的实用成果。②水流动力荷载与流固耦合振动。脉动压强研究的基本问题有：脉动压力产生机理，脉动压力随机分析方法，脉动压力的模型相似率，点、面脉动压强的转换等。不同的过水建筑物，其脉动压强的动力特性也有所区别。尽管过去对上述问题都做过研究，但其知识的系统性、可靠性都还不能满足工程应用的需要。水流诱发的结构振动，工程实例很多。但由于结构和水流条件的复杂性和多变性，振动型式和种类也非常复杂，实验模拟和数学模型计算都有很多困难。研究问题主要有：振动形成机理及激励力的分析，水弹性模型试验的理论与技术，工程流弹振动的仿真研究等。③高速水流的掺气与雾化。近年来，在减蚀掺气设施的掺气特性方面作了大量研究，如掺气空腔的水力特性、卷吸空气量、保护长度等。掺气对脉动压强及消能的影响至今说法不一，尚无定论。关于水气二相流的数值模拟计算，现已建立起理论严密的二相流运动方程式，但由于水和空气的密度相差悬殊，加之对水气两相之间的相间作用力尚无深入研究，成功的数值模拟结果很少。最近的大量原型观测表明，挑流泄洪的雾化问题对水工建筑物及河岸岸坡的安全有严重威胁，雾化问题的预测研究越来越受到重视。关于雾化问题的研究力度将会加强。④泄水建筑物的冲刷、空蚀与磨损破坏。挑流消能冲刷坑深度及大小的预测有重要工程意义，几十年来虽做过大量研究，但至今仍无成熟、可靠的解决方法。我国近年研究提出的能量法和岩块放大法使这方面的研究有了新的进展。对于高水头大流量工程，一般都要修建混凝土衬砌的水垫塘，关于混凝土水垫塘的冲刷破坏模式问题，尚待进行深入研究。高水头泄水建筑物的空蚀破坏在工程中屡见不鲜，含沙水流对过水建筑物的磨损给许多工程的运行维修造成很大困难。空蚀和磨损往往同时发生并相互促进，使破坏程度急剧增加。随着我国大量高水头泄水建筑物的建成运行，冲蚀、空蚀与磨蚀问题将会越来越多，并不断受到重视。

4、结构工程方面

结构工程学科的发展可直接为国家和地方经济建设服务，合理而经济的工程设计和施工可以节省大量的投资，并可缩短建设时间。面向二十一世纪，结构工程提出了很多新课题。(1)不同载荷作用下钢筋砼结构工况分析，结构抗振与减振措施研究，结构测试与可靠性分析；(2)钢结构新形式、载荷与抗力模型、设计计算理论与方法研究，钢结构疲劳损伤理论、计算方法及其工程应用研究，钢结构无损检测技术研究与工程应用；(3)以不同工程中的结构受力及其响应分析为背景，研究各种结构形式静态与动态应力与变形计算的数学模型、数值分析方法、计算机算法及软件开发应用；(4)现代工程、大型复杂工程的施工技术、施工工艺的研究，现代管理理论、方法在工程施工组织与管理中的应用研究；(5)研究运用计算机软件、硬件和自动控制技术进行土建工程的工程设计、检测分析、过程控制、信息管理等研究，进行相关软件与自动化、智能化产品开发。

5、水生态与水环境学科方面

应用基础前沿研究

(1)生物多样性与水利工程长期生态学效应。随着全球物种灭绝速度的加快，物种丧失可能带来的生态学后果备受人们关注，生物多样性与生态系统功能的关系成为当前生态学领域内的一个重大科学问题。当前研究的重点及前沿主要集中在：①长时间尺度上的物种多样性——生态系统功能关系，②非生物因素与多样性——生产力的交互关系，③营养级相互作用对于多样性——生态系统功能关系的影响，④物种共存机制在多样性——生态系统功能关系形成中的作用等方面。生态效应的逐渐显现使水利工程的长期生态环境影响受到高度重视。研究的前沿重点包括：①径流变化对水生生态系统及生物多样性的影响，②大坝拦截与调蓄对下游洪泛区生态系统及渔业生态系统的影响，③拦河筑坝导致生态系统扩大的次生环境效应，④流域梯级开发的累积效应，⑤减免水利工程对生态系统影响的措施，⑥失衡生态系统的修复与重建、水利工程对局地生态系统及其功能的长期影响等。其中涉及的难点是生态效应定量评估方法。

(2)河流生态系统健康与水利水电规划的生态环境影响评价。河流作为一种重要的生态系统，其生态系统的健康越来越受到国际上的广泛重视。尽管生态学家至今尚未就河流生态系统健康的内涵达成共识，但是国外众多评价方法已经在实际中得到运用。目前国际上的研究前沿包括河道萎缩形成和演变机理、河流生态健康评价指标体系、河流生态健康评价的尺度效应等。在国内，河流生态系统健康方面的研究还刚起步，代表性研究——国家重点基础研究发展规划(973)项目“黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理”探索了黄河水资源可更新和可再生性维持问题，为更系统深入地开展黄河健康生命研究奠定了基础。水利水电规划环境影响评价与河流生态系统健康评价密切相关。在这两方面我国目前还缺乏系统的理论、技术、方法以及标准体系。未来我国水电工程规划的生态环境影响评价迫切需从末端单项评价转向源头评价、从微观发展为微观与宏观相结合、从局部发展到局部与整体相结合、从单个要素发展到系统的综合性评价。为此，河流生态系统健康理论、区域开发与规划的生态评价指标体系、区域生态补偿理论、生态服务功能评价方法、自然资源价值核算理论与方法，生态影响评价方法、累积生态影响评价方法以及水资源开发生态环境风险评价方法等成为水利水电规划环境影响评价理论中需重点研究的内容。

应用技术与方法前沿研究

生态水利工程学的探索。近年来，国内学者借鉴国际上生态工程的理论，探索发展新的交叉学科——“生态水利工程学”。传统的水利工程学需要吸收生态学的原理和方法，改善水利工程的规划和设计方法。对于已建工程，研究和开发受损水域生态修复的方法和技术。对于新建工程，研究和开发对于因工程建设造成对于河流生态系统胁迫所应采取的补偿工程措施、生物措施和管理措施。

可持续发展相关理论前沿研究

(1)流域尺度的可持续发展。水生态及环境系统以流域尺度为基本单元，可持续发展在协调水生态环境和经济系统关系时，必须以流域整体思想为指导。恢复和逐步改善流域水生态环境系统的生机，是谋求可持续发展的必由之路。

(2)水生态环境承载力。将生态环境承载力作为可持续发展的支持理论，已经得到国内外研究者的普遍认可。水生态环境承载力的研究从概念、内涵探讨开始，逐渐转向定量化分析方法和建立评价模式。其中的难点之一是承载力指标体系的筛选及规范化。度量具有自然及社会双重属性的水环境系统承载经济压力的能力，需要从社会、环境、经济等不同方面的指标综合反映，指标的有效获取也依赖于各个系统的大量相关信息。(3)流域的可持续管理。流域尺度的可持续管理是恢复水生态环境健康活力、发挥其功能价值的关键，管理的战略调整应从目前的单要素分散管理转向以生态系统为对象的综合管理。在管理模式上，适应性的管理方式经过10多年的理论和初步实践探索，显示出良好的应用前景，其重要特色在于能不断利用信息的更新和科学技术的进步，动态调整决策，跟踪可持续发展的脉搏。

第四篇：土木工程施工读书报告

土木工程施工读书报告

【摘要】 ：土木工程是建造各类工程设施的科学技术的总称它既指与人类生活、生产活动有关的各类工程设施也指所应用材料、设备在土地上所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等技术活动。建筑产品的生产施工与一般工业生产相比较,它们都是把一系列有限的资源投入到产品的生产过程中，其生产上的阶段性和连续性，组织上的专门化和协作化，是与其他工业产品的生产一致的。建筑产品与一般工业产品的不同之处，正是它的特点所在。建筑工程施工组织是研究和制定组织建筑安装工程施工全过程既合理又经济的方法和途径。它是针对不同工程施工的复杂程度来研究工程建设的统筹安排与系统管理的客观规律的一门学科。具体地说，建筑工程施工组织的任务是根据建筑产品生产的技术经济特点，以及国家基本建设方针和各项具体的技术规范、规程、标准，实现工程建设计划和设计的要求，提供各阶段的施工准备工作内容，对人、资金、材料、机械和施工方法等进行合理安排，协调施工中各专业施工单位、各工种、资源与时间之间的合理关系。

【关键词】：生产施工;计划；设计；流水施工 【前言】：

本学期学习了土方施工,地基处理与桩基工程，砌体结构工程,混凝土结构工程，预应力混泥土结构工程，结构安装工程以及流水施工与

网络计划技术等。

建筑产品的生产施工与一般工业生产相比较，有其相同之处，更有较多的不同之处。它们都是把一系列有限的资源投入到产品的生产过程中，其生产上的阶段性和连续性，组织上的专门化和协作化，与其他工业产品的生产一致。

由于建筑产品的生产都是根据每个建设单位各自的需要，按设计规定的图样，在指定地点建造的加之建筑产品所用材料、结构与构造，以及平面与空间组合的变化多样，就构成了建筑产品的特殊性。

【正文】

（一）施工的特点

施工的特点是由建筑产品的特点决定的。建筑物或构筑物的特点是在空间上的固定性、多样性、体形庞大及复杂性。这些产品特点决定了建筑产品施工的特点。1.建筑施工的流动性

由于建筑产品的固定性，在建筑施工中，工人、机具、材料等不仅要随着建筑物建造地点的变更而流动，而且还要随着建筑物施工部位的改变而在不同的空间流动，这就要求事先有一个周密的施工组织设计，使流动着的工人、机具、材料等互相协调配合，做好流水施工的安排，使建筑物的施工连续、均衡地进行。2.建筑施工工期长期性

建筑施工的产品一般工程量大，技术间歇性强，工程性质复杂，施工时间长。

3.建筑施工的复杂性

由于建筑产品的复杂性，加上施工的流动性和单件性，受自然条件影响大、高处作业、立体交叉作业、地下作业和临时用工多，协作配合关系较复杂，决定了施工组织与管理的复杂性。只有抓住这些特点，正确处理其中的相互关系和矛盾，才能较好地完成工程项目的组织与管理工作。

（二）施工程序

图1-1-1表示了基本建设程序中的设计、施工、施工组织设计等项工作的关系。

建筑施工程序是指工程建设项目，在整个施工过程中各项工作必须遵循的先后顺序。它是多年来施工实践经验的总结，也反映了施工过程中必须遵循的客观施工规律。大、中型建设项目的建筑施工程序如图1-1-2所示。小型建设项目的施工程序则可以简单些；非生产性的建设项目，一般没有试生产的过程。

（三）流水施工

1.在流水施工中，根据流水节拍的特征将流水施工进行分类为无节奏流水施工、等节奏流水施工和异节奏流水施工三类。

a.无等节奏流水施工

无节奏流水施工是指在组织流水施工时，全部或部分施工过程在各个施工段上的流水节拍不相等的流水施工。这种施工是流水施工中最常见的一种。

b.等节奏流水施工

等节奏流水施工是指在有节奏流水施工中，各施工过程的流水节拍都相等的流水施工，也称为固定节拍流水施工或全等节拍流水施工。

c.异节奏流水施工

异节奏流水施工是指在有节奏流水施工中，各施工过程的流水节拍各自相等而不同施工过程之间的流水节拍不尽相等的流水施工，在组织异节奏流水施工时，又可以采用等步距和异步距两种方式。工艺参数：

施工过程数n 队伍数 流水强度V 时间参数：

a.流水节拍K：持续时间

b.流水步距B：相邻施工队先后进入施工的时间间隔 c.间歇时间Z： 技术间歇时间组织间歇时间 空间参数： a.工作面A b.施工段数m ：一个施工段上在某个时间内只有一个队伍在工作 2.流水施工组织的具体步骤是：

将拟建工程项目的全部建造过程，在工艺上分解为若干个施工过程，在平面上划分为若干个施工段，在竖向上划分为若干个施工层，然后按照施工过程组建专业工作队(或组)，并使其按照规定的顺序依次连续地投入到各施工段，完成各个施工过程。当分层施工时，第一施工层各个施工段的相应施工过程全部完成后，专业工作队依次、连续地投入到第二、第三、…第n施工层，有节奏、均衡、连续地完成工程项目的施工全过程，这种施工组织方式称为流水施工。例如吊顶的班组在10层工作一周完成任务后，第二周立即转移到11层干同样的工作，然后第三周再到12层工作。别的工作队也是这样工作。此种作业法既能充分利用时间又能充分利用空间，大大缩短了工期，三个楼层总工期为35天。同时又克服了平行作业法资源高度集中的缺点，所以流水作业法是一种先进有效的作业组织法。流水作业法可保证生产的连续性和均衡性，而生产的连续性和均衡性势必使各种材料可以均衡使用，消除了工作组的施工间歇，因而可以大大缩短工期，一般可缩短1/3—1/2。流水施工的优点是：各工作队可以实行专业化施工，因而为工人提高技术熟练程度以及改进操作方法和生产工具创造了有利条件，可充分提高劳动生产率。劳动生产率得到提高，相应可以减少工人人数和临时设施数量，从而可以节约投资，降低成本；同时专业化施工，有助于保证工程质量。3.流水施工具有以下特点：

科学地利用了工作面，争取了时间，总工期趋于合理；工作队及其工人实现了专业化生产，有利于改进操作技术，可以保证工程质量和提高劳动生产率；工作队及其工人能够连续作业，相邻两个专业工作

队之间，可实现合理搭接；每天投入的资源量较为均衡，有利于资源供应的组织工作；为现场文明施工和科学管理创造了有利条件。

上述经济效果都是在不需要增加任何费用的前提下取得的，可见，流水施工是实现施工管理科学化的重要组成内容，是与建筑设计标准化，施工机械化等现代施工内容紧密联系、相互促进的，是实现企业进步的重要手段。

【总结】：

通过对土木工程施工这门课程的学习，使自己对土木现场施工这行专业有了简单的认识使自己明白了许多概念，土木行业一向都把人的生命财产放在第一位，在土木工程施工当中，人的生命财产就被看得格外重要，要是能实现各项工程都能远程控制，将大为减少工作环境 7 的危险性，这就是我写这篇论文的初衷。基坑的开挖、沉箱的施工等，都是比较危险的工作环节，实现对这些高危险环节的远程施工是未来土木工程发展的方向，信息技术在现代时代中日新月异，是新时代强有潜力的发展科目，信息技术被广泛的运用到各种领域，实现远程土木工程施工。我认为现今的科技在飞速发展，土木工程施工有着悠久的历史，应当随着时代的发展而变化，使施工走向安全，走向舒适。沉箱技术是一门非常复杂的学科，需要我们不断地研究。

【参考文献】

1． 流水施工基本方法，建筑工程质量安全网

2． 土木工程施工(第4版)毛鹤琴 武汉理工大学出版社

第五篇：土木工程概论读书报告

专业(方向): 姓

名：学

号：班

级：任课教师：

《土木工程概论》

读书报告

土木工程（地铁与轨道工程）

马靖营 631302110110 地轨1301班

2013年 11月

5日

《土木工程概论》读书报告

土木工程（Civil Engineering，民用工程）的诞生原本是为了各种民用设施的建立，在第一堂课上讲师曾说过国外土木工程、机械工程、电器工程、化工工程等都隶属于土木工程（Civil Engineering），即是说人们的衣食住行都离不开土木工程（Civil Engineering）。

现代土木工程是一门大型综合性学科，随着社会发展，土木工程这一门综合性学科不断发展并壮大，并演变出许多分支：建筑工程、地下工程、桥梁工程、隧道工程、轨道工程、海洋工程、港口工程、水利工程等。随着科学技术的发展，土木工程所采用的材料也开始发生变化，从原始的土、石、木、草到砖、瓦再到如今的混凝土、水泥、钢材、玻璃、塑料等科技含量较为高的材料，因此所造的产物的质量和高度开始上涨。科技发展同样也促进了施工方式、施工工艺与工具的变革，古代人民用双手一步一步的制造建筑材料，而现代化的施工方式、工艺与工具减轻了劳动人民的双手，减轻了人民的劳动量，降低了劳动过程的危险性。而随历史的发展，土木工程的分工更细，土木工程的技术更丰富。

目前我国正处于现代化建设阶段，很多基础设施还没有建立好，还差发达国家很远，所以根据国家的现代化建设需要，土木工程师的培养显得尤为重要，因此我国各大院校几乎都有开设土木专业，为国家的现代化建设不断的提供新鲜血液，为国家发展提供人才。

土木工程涉及领域广泛，其下分类明确、类别较多，在我校就分了诸如桥梁工程、道路工程、地铁与轨道工程、岩土工程等类别。再此就上课后的感悟与思考作此报告。

1.土木工程发展史

1.1 古代土木工程

时间：公元前150世纪~17世纪中叶

特征：使用天然材料；工艺工具简易，多以手工和手工工具为主；缺乏理论依据指导，以经验为主。

辉煌成就：房屋建筑方面，北京故宫、意大利比萨大教堂建筑群、法国巴黎圣母院大教堂、佛罗伦萨教堂、圣彼得大教堂。桥梁建筑方面，咸阳渭河桥、赵州桥。水利工程方面，引漳灌邺工程、都江堰、隋唐大运河。高塔工程方面，县木塔。其他方面，长城、埃及陵墓建筑群、吉萨金字塔群。

感悟：古代人民用不断地实践与汗水为后人土木工程方面的发展提供了良好的基础。同时也说明古代劳动人民 的智慧与勤奋，在科技技术与工具工艺如此落后的条件下，完成了如此众多的举世瞩目的成就，这在目前看来是多么让人叹为观止的壮举。在前人的努力下，为后人留下了如此多的经验与理论总结，诸如中国的梁柱结构，古罗马的穹顶结构，以及后来的石拱结构等让人感叹的建筑结构。

1.2近代土木工程

时间：17世纪中叶~二战结束

特征：有系统理论支持，由长期建造经验向重视科学理论兼顾经验方向转变；大规模使用施工机械，应用更有效的施工方法；建筑材料以人造材料为主。

辉煌成就：法国巴黎埃菲尔铁塔（1889）、美国纽约帝国大厦（1931）、美国旧金山金门悬索桥（1937）、美国胡佛坝（1936）

感悟：科技的进步会推动土木工程的变革，材料方面的进步促使建筑的性质的进步，理论的进步使更坚固的建筑出现，先进施工机械的出现使施工更稳定、更高效，先进的施工方法的出现使更复杂、所处环境更艰巨的建筑被建造，这些进步让各种奇迹般的建筑梦幻般的耸立在这个世界上

1.3 现代土木工程

时间：二战结束至今

特征：土木工程与高新技术相结合使施工设施大型化、交通工程快速化、城市建设立体化。

辉煌成就：房屋建筑方面，美国芝加哥西尔斯大厦（1974）、马来西亚吉隆坡石油大厦双塔楼（1996）、中国上海金茂大厦（1998）、中国台北国际金融中心（2004）；桥梁工程方面，丹麦大海带链悬索桥（1997）、中国江阴悬索桥（1999）、法国诺曼底斜拉桥（1995）、上海杨浦斜拉桥（1993）、日本多多罗斜拉桥（1999）；隧道工程方面，日本青函海底隧道（1985）、英吉利海峡隧道（1999）；轨道工程方面，日本新干线（1984）、上海磁悬浮高速列车（2004）；水利工程方面，中国三峡大坝；其他方面，英国伦敦千年穹顶（1998）、日本福冈体育场（1993）、中国南京奥林匹克体育中心（2004）、加拿大多伦多电视塔（1976）、中国东方明珠电视塔（1994）。

感悟：高新技术的发展让我们土木工程的施工质量得到了明显提高，也是其产物变得更丰富多彩，技术的改善让土木工程师们有更好的条件来考虑和处理建筑的美学问题，丰富人们的美感与生活，将人们生活居住的环境规划的更合理更美好。

2.道路工程

2.1 道路发展史与著名古代道路

鲁迅曾说过：“这个世上本没有路，走的人多了，便成了路。”这边是路的形成。远古时期，人们对地面的不断践踏，形成了小径，日积月累便形成了一般的道路。时间推移，不断地发展促使了路的发展，从最初的小径到一般道路，在发展达驮运道，然后衍生出道路的管理体系，后来出现政府修筑的驰道网，再到震惊中外的丝绸之路，后又开始实行道路保养。又随着科技的发展，筑路方式开始进化，各种筑路方式开始出现；与之同时，筑路材料开始变化，由青石板路进化到水泥路面，再到沥青筑路，再到现在各种新兴的筑路方式，道路工程发展到了现代化阶段。

再来说说古代著名的道路。丝绸之路，这是在汉朝，西汉王派张骞出使西域而开辟的一条通道，是横跨欧亚非大陆的交通干道，对促进世界经济发展和社会进步有着积极地作用，是一条文化与文明的道路。通过丝绸之路，中国的丝绸等货品运送至阿拉伯和欧洲地区，并将四大发明、凿井以及种植技术等中国传统文化传播了出去，与此同时，通过这条线路，西方文化也对中国产生了深远影响，促进了中西方文化交流，使伊斯兰教、佛教传入中国，大大推动了科学文化的进步，东西方人民友好往来奠定了基础。古罗马帝国道路，是罗马帝国为维护帝国兴盛，联系各个地区所修筑来维护自己在该地区的统治地位的道路，该道路将各个地区分成若干部分，形成以罗马为中心的辐射全国的道路网。这样的道路为罗马帝国的兴盛与战争的胜利提供了交通基础。由于道路的辉煌发展，留下了“条条大路通罗马”的佳话。北美印加帝国道路，是印加帝国巩固和发展自己的统治而建设的道路，由于印加帝国没有车辆，所以这些道路仅仅供步行者和牲畜行走。

2.2 现代道路的发展

自从汽车和筑路机械工业的出现和发展，道路在设计施工和养护上得到了发展。自20世纪50年代起，世界发达国家的现代化公路交通开始迅猛发展，为了适应发展，在道路修筑方面开始向高速公路方向发展，来改善和提高道路质量，提高运输效率。在不断的发展后形成了公路网体系。除了表象上的发展，筑路方式与理念也开始发生改变。进入信息时代后，随计算机的发展与进步，道路发展开始信息化，一系列的软件辅助道路设计与施工，进一步提高了道路设计施工的效益与效率。而现代的道路发展最终是高速公路的发展，我国拥有最多的高速公路路线，但是质量不比美国，因为当美国已经发展至10车道以上是，我国还在4车道停留。高速公路诞生于德国，而中国的第一条高速公路出现在台湾。现如今中国的高速公路发展赢得了举世瞩目的成就，18年内所修建的高速公路相当于发达国家半个世纪所修建的里程数。

就目前来看，全球的城市道路所面临的问题大致有城市运力紧张，交通拥堵等问题。然而在发展道路交通时，还不能忘记发展与环境相适应的规则，在筑路时，不仅要考虑车辆交通，还要考虑城市管道运输、电力运输、景观美化与绿化、商业用途以及车辆运行与行人行走的矛盾等问题。现在有的解决方式有构建城市道路系统，发展城市立体交通以及轨道交通系统等措施。

2.3 感想

社会国家的发展离不开道路的发展，一个国家的道路发展可以来衡量一个国家的发展水平，但是社会发展却给道路发展带来了挑战也带来了机遇，解决道路发展与社会发展的矛盾是时间留给我们土木工程师的责任。如何将这个矛盾解决好是一件极有意义的事情。

3.桥梁工程

3.1 中国桥梁工程的发展史

古代中国对桥梁方面有着诸多的见解与创造性的成就。中国古代桥梁分为石梁桥、浮桥、石拱桥、伸臂式木梁桥、索桥。我国最早的石梁桥是钜桥，建于商代。而由于战争需要使得浮桥的发展得到了促进，浮桥多由数艘舟船加以竹索或铁链相连，形成通道供人行走。石拱桥的出现是受拱形天然石洞的启发，值得骄傲的是我国隋朝工匠李春在河北赵州所建造的安济桥（又名赵州桥）从建成至今已有上千年的历史，并首创了敞肩圆弧拱式的桥梁结构。我国工匠独创的伸臂式木梁桥和贯木架桥法被蒙古军队带至欧洲，架设了一座跨越多瑙河的桥梁。由西域的藏、彝等少数民族对中国桥梁历史的影响，对中国首创的索桥起到了重要作用，其中泸定铁索桥因红军长征而出名。如此可见古中国在桥梁方面的显著成就。但是自15世纪后，由于西方的文艺复兴和思想启蒙运动后，科学技术方面为18世纪英国工业革命奠定了基础，使得桥梁建造方面的进步突飞猛进，反观中国因为长时间的闭关锁国政策使得中国科学发展停滞，中国桥梁衰落。

3.2中国近现代桥梁的引进与发展

15世纪的意大利文艺复兴与后来的思想启蒙运动为西方国家的桥梁发展提供了充足的理论支持，西方桥梁发展迅速，并渐渐缩短了与中国的差距，最终反超中国。清末，随着西方列强对中国的侵略，使得中国被迫对外开放，国内资源被掠夺，趁着这个契机，大量的建筑理论与体系开始流入中国，西方桥梁技术被引进。同时，在天津、上海等租界中，西方工程师为了这块区域的发展，开始修建桥梁，例如上海的外白渡桥、天津的解放桥、哈尔滨的松花江桥，大大促进了中国近代桥梁的发展。由于外界的刺激，使得当时的清政府开始考虑自己修建桥梁，在借鉴铁路后，设计制造了钢梁桥，但当时的清政府所修筑的桥梁还是以石拱桥或木桥为主。

时间流逝，到了民国时期，在孙中山先生的领导下，受西方教育影响，引进了西方近代桥梁技术，在大量中国工程师的不懈努力下，大量近代桥梁建筑开始出现，引以为豪的是由茅以升先生主持建设的杭州钱塘江大桥的建成，不仅让中国的桥梁水平大大提高，还向西方列强宣告我中国也能够架有高科技含量的桥。在这期间值得提及的一个人是罗英，他曾为了抗战，炸毁了自己的桥，在抗战胜利后，领导各地的交通建设，解放后，为新中国的建设、为中国的桥梁建设做出了突出的贡献。随着国家的进步，各地开设高等教育院校，更多的土木工程师出现并奔赴国家需要建设的地方，促进国家发展。在一些偏远的西部地区，一些土木工程师撒着汗水的建设祖国。

紧接着，随着中国的解放和新中国的成立，在苏联专家的帮助下，架桥技术得到了突飞猛进的发展，先是武汉长江大桥的建成，成为了新中国桥梁史上的里程碑，由于资金与钢材的匮乏，此时的桥依旧是以石拱桥为主。后来斜拉桥技术进入中国，我国开始尝试建造斜拉桥。在山城重庆，重庆长江大桥的出现大大标志着中国桥梁建设进入了一个崭新的阶段。

3.3 中国现代桥梁发展

在中国桥梁技术被外国赶超后，经过中国国人的努力，终于一步一步的到达了一个高度。改革开放后，从国外引进和学习的技术开始得到应用和实施，从中国第一座斜拉桥——四川云阳汤溪河桥的建成，到上海南浦大桥的建成仅仅是20年的间隔。各种新型的桥型开始出现，修建技术不断提高，修建方式也不断成熟，一座座他人不能想象的桥梁开始建起，诸如上海卢浦大桥、东海大桥、润扬长江大桥等等。

3.4 感悟

中国桥梁的发展从辉煌到衰败，再从衰败一步一步的向上攀登，到达目前的水平，这反映了中国国人不屈不挠、勇于挑战的精神。一个国家桥梁的发展状况是可以衡量一个国家科技、经济和人民精神的水平的，同时也是一个国家综合国力的表现。在古中国，桥梁的辉煌使得中国成为那师的超级大国，被外国尊称为天朝。当中国架桥技术开始落后时，中国便经历了自存在以来的耻辱，被外国人蹂躏，蚕食着这块土地。而现在的中国桥梁的发展，使得中国再次登上世界强国的位置，称为世界大国。由此可见，桥梁的发展是一件十分不同的事情，它关系着国家的发展与未来。

4.岩土、隧道及地下工程

4.1 岩土工程史

在土木工程中，修筑任何一个工程都是不能离开岩土工程的，迄今为止最早的与岩土工程相关的遗址可能是我国北京周口店发现的“北京猿人”洞穴。可想而知，远古人类已经开始接触岩土工程，岩土工程是多么重要。人类不断发展，一些浅显的岩土工程开始路出雏形，出现了一些简易的岩土处理办法。距今1300多年的由李春主持修建的赵州石拱桥能完好无损的保存至今并依旧能用的原因之一就是地基处理非常合理。古代的一些建筑至今保存良好，如胡夫金字塔、万里长城等，原因有一即为岩土工程的完美应用。岩土工程帮助隋朝人民修筑了大运河。在科技的不断发展下，岩土工程的理论开始渐渐建立，方式方法得到创新和改善，用于岩土工程的材料也越来越丰富。特别是在欧洲工业革命与第二次工业革命后，岩土力学的萌芽与发展促使岩土工程向正规化、科学化发展，拜托了以前的凭工匠的经验来判断的窘境。各种新式打桩方式、辅助工具、新型理念的出现更进一步的推进了岩土工程的发展，使得近现代的地基等建筑基础设施变得更为坚固可靠。进入信息化时代后，有了计算机和相关软件的出世，使得岩土工程发展得越来越成熟与完善。

随城市向大型化、高速化、工业生产化发展，越来越多的废物开始对环境造成了污染，各种垃圾填埋场应运而生，岩土工程的发展在垃圾处理上得到了长足的发展。

4.2 隧道与地下工程发展史

在遥远的古代，人们就开始尝试挖掘地下工程，但由于工具的贫乏，大多数都是依靠手工或简单机械来完成。在黄土高原上的人们为了为自己创造居住环境，创造了窑洞，可谓是人的智慧是无穷无尽的。在古中国，各种地下工程的修建彰显了当时中国的强大，建于公元前的兵马俑坑群的规模之大，让人惊叹；龙门石窟、莫高窟等佛教地下工程的出现说明了当时中国的地下工程应用之广泛；被称为地下长城的地下水利系统——坎儿井，说明了我国少数民族的智慧与创造能力。工业革命后，随着大量高效能的机械设备的出现，使得地下工程的施工方式发生了改变，不在是以人力为首要条件，相反伴随着这些高效能机械的出现，人们开始乐此不疲的修筑原来艰难的工程。而此时，原本几乎不可能的隧道开始出现，用于交通运输和人防工事。科技的进步同样推动了隧道与地下工程的发展。施工方式与理念的改变是让隧道与地下工程飞速发展的重要原因。施工技术的不断进化，让隧道与地下工程开始得到人民重视。在人们的不断创新下，新技术不断产生，从传统矿山法到隧道掘进机方法，再到盾构法，沉管法。这些方式方法的出现使得隧道开始大众化，使用开始广泛化。在我国抗日战争中，这种方法就曾用于战争中，最典型的是地道战。中国第一条铁路：京张铁路就穿越了八达岭隧道。现在各种跨海隧道屡见不鲜，而科技的推动力同样体现在这里。施工方法更多，例如新奥法、明挖法、盖挖法等。现如今，各大城市开始发展立体交通，其中隧道与地下工程开始大展神威，不仅供车辆行驶使用，更有供城市轨道交通使用，因此城市的建设是不能离开隧道与地下工程的。现代化的商业区已经开始逐渐向地下发展，因此地下工程又有了用武之地，立体的商业设施已经成为了城市发展的需要，是解决城市用地紧张的方法，并且有助于城市美观建设。城市地下综合交通枢纽也是一个地下工程的舞台，这可以解决城市地面交通运力紧张，交通拥堵，人们出行困难的问题。

4.3 隧道与地下工程的发展展望

隧道与地下工程的发展趋势是良好的，因为发展过程中总需要交通，而有交通的地方就免不了有隧道的建设，而现今社会发展逐渐转入地下，地下工程的发展也会得到促进。地铁与轨道工程

5.1 地铁与轨道工程发展史

在16世纪的欧洲，采矿业为运输所开的矿石，执照了轨道，通过人力或牲畜来驱动矿车沿轨道行驶。在1781年，火车先驱乔治.斯蒂芬森出生于一个英国矿工家庭，直到18岁时，他还是一个文盲。他不管别人的嘲笑，与七八岁的孩子一起坐在课堂里学习。1810年，他开始着手制造蒸汽机车。1817年，斯蒂芬森决定自己主持修建从利物浦到曼彻斯特的铁路线上完全用蒸汽机车承担运输任务。可是，保守的铁路拥有者却怀疑蒸汽机车的能力。斯蒂芬森为了让人们充分相信并肯定火车的性能，制造出了性能更加良好的“火箭号”机车。这种机车的卓越表现终于让怀疑者冰释而改变了态度，利物浦--曼彻斯特铁路就因此成为世界上第一条完全靠蒸汽机运输的铁路线。轨道因此得到了巨大的发展。100多年后，当人们发现蒸汽机车的效率低，污染大，耗能高等大量缺点时，蒸汽机车逐渐被电力机车和柴油机车所取代。并从此，世界进入了铁路时代。反观近代中国，清政府在全球发展铁路时大力阻挠，使得中国的铁路发展受到了前所未有的挫折。后在西方列强的打击下，中国才开始渐渐尝试修建铁路。其中，里程碑的铁路——京张铁路，是我国自行设计建造的第一条铁路，证明了中国不仅能用自己的力量修建这一条被国外批为天险且断言不可能建造铁路的线路，而且可以花钱少、质量好、完工快的完成它。京张铁路为中国人涨了志气，证明中国人并不傻。到了民国时期，在国民政府的指导下，我国铁路水平得到了提高。新中国建立后，在国家的大力支持下，铁路事业得到了突飞猛进的进展，修了穿越修路禁区的成昆铁路，开发了世界第一快的高铁，建设了入藏的青藏铁路。当然国外也有很多的发展，例如日本的新干线的建成。并且科技技术方面也有了突破，磁悬浮技术的出现标志着轨道的形式开始多样化，并向城市化服务。现在城市轨道交通工程已经开始在各个城市兴起，城市轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点。世界各国普遍认识到：解决城市的交通问题的根本出路在于优先发展以轨道交通为骨干的城市公共交通系统。与常规公共交通相比，城市轨道交通由于运行在专用行车道上，不受其他交通工具干扰，也不影响其他交通工具的运行，车辆有较高的运行速度，有较高的启、制动加速度，多数采用高站台，列车停站时间短，上下车迅速方便，而且换乘方便，从而可以使乘客较快地到达目的地，缩短了出行时间。并且由于轨道交通设施运行在不受其他交通工具干扰的线路上，城市轨道车辆具有较好的运行特性，车辆、车站等装有空调、引导装置、自动售票等直接为乘客服务的设备，城市轨道交通具有较好的乘车条件，其舒适性优于公共电车、公共汽车。线路的独立与先进的通讯信号设备，再加之先进的调度与管理系统，使得轨道交通越来越受各大城市的欢迎。如今，世界各个大型城市开始建设轨道交通设施，以减轻城市交通运力的紧张，交通拥挤，出行不便，同时也往低碳节能方面发展。

5.2 城市轨道交通工具的发展

城市的交通一直以来是各个国家关心的方面，经过实践证明，一个城市的发展与兴盛于交通是分离不开的，例如我国北京、上海、重庆，美国纽约，日本东京、英国伦敦。当一个城市的交通发展不仅仅是传统交通方面的发展，现如今，轨道交通对解决城市交通问题方面的特殊功能，使得轨道交通的发展遇见了前所未有的机遇。从第一代城市轨道交通工具——有轨电车的出现，标志着轨道交通走向城市化、大众化的发展道路。在中国最早出现有轨电车的上海，曾为中国最为繁荣的城市。当时只要拥有有轨电车的城市，都是数一数二的高端城市。地铁的出现开始正式的宣布轨道交通开始向大型化发展，由于地铁具有运量大、建设快、安全、准时、节省能源、不污染环境、节省城市用地的优点，也为各大城市所动容，纷纷开始修建地铁来满足城市交通需求，减轻传统运输方式的压力。在重庆，第一条现代化轨道交通设施是轻轨（暨高架跨座式独轨列车），轻轨的出现代表着城市轨道交通向多元化发展。上海磁悬浮列车也是我国轨道交通发展的一个里程碑。如今，中国的大型城市开始建设轨道交通网络，来满足城市交通的发展，推动社会速率，提高社会效率。

5.3 轨道交通的发展与前景

由于社会在发展，城市交通会越来越繁忙，若不解决城市发展于交通运力的矛盾，不仅会造成城市宜居度下降，还会阻碍城市发展，因此越来越多的城市会将发展轨道交通作为促进城市交通与经济发展的方式，而又因为人们对生活水平的重视，未来轨道交通可能会向广泛化、高速化、多样化、高效化发展，与此同时，城市轨道交通也会向提高运行舒适度，降低能耗的方向发展。随着轨道交通的发展，必将带领城市发展向天空和地下，并促进地下工程、隧道工程等更多的土木工程发展。然而由于轨道工程的高速化发展，土木工程对精度的要求大大提高，使得交通工具和基础设施之间系统动力和高精度的变形控制问题产生，需要更多的理论来支持。

5.4 感言

轨道交通工程的出现推动社会向高速化发展，使人类发展速率大大提高，所以对于轨道交通，我们应该大力支持，为中国的复兴提供帮助。加之地铁与轨道工程是我本人的主修专业与重庆近几年的轨道交通事业的发展，我可以说是对轨道交通工程的未来是无限憧憬的，至于我国轨道交通发展能达到什么样的水平，这个是我们这一代土木人的责任与义务。土木工程材料

6.1 古代土木工程时期的原始材料

6.1.1 木材

古代，远古人类用树木与加工的石块绑在一起制成工具使用，后来木材成为重要能源，随着人类进化，人们懂得了用木材建造居所，后来更多的建材的出现，为缓和建筑对人的亲和感，木材往往与其他建材以起进行建造。但是因为土木建材不断发展，木材使用率开始下降，但其优于其他建材的方面却没有被人遗忘。

6.1.2 石材

石材是人类发展史上最早的建材，由于其品种繁多，资源丰富，受到各个时期人们的喜爱。随后铁器的出现更是加快了人们对石材的应用，很多的古代建筑就是由石材所建，虽然石材有着笨重不易加工的劣势，但当设计妥当，用石材所建的建筑结构美观，使用寿命长。如今，石材更是室内外装修设计的常用材料，美化装饰着我们的居住环境。

6.1.3 石灰

火的利用促进了石灰的发明，人们用石灰作为粘合剂来建造建筑，加固地基，粉饰墙面地面。我国著名的明长城的粘合剂就是石灰。随着社会进步，由于石灰和新型的建材相比，其强度、耐水性和抗腐蚀性的弱势导致石灰的使用进入了低谷。但是现在，石灰还是广泛使用于建筑装修、路基处理等。

6.1.4 石膏

由于熟石膏加水搅拌后的硬化速率很快，将其加入施工过程作为粘结剂可以大大提高施工效率。又由于石膏的吸湿性，石膏制品往往对室内空气湿度调节有着一定的作用，被称为“适度调节材料”。如今，石膏广泛用于吊顶石膏板和石膏隔墙板的生产。

6.1.5 砖瓦

商代，中国开始了建筑陶器的烧造与使用。最兴盛是在秦汉时期，此时的砖瓦有着“秦砖汉瓦”之称。由于砖瓦建筑灵活方便，建造的建筑冬暖夏凉，防火能力强，受到我国人民的追捧。但是由于传统砖瓦的制造会排出大量有害气体和粉尘，传统砖瓦开始被现代化的建材代替。可是还是不能忘记砖瓦为我国建筑事业所带来的贡献。

6.2近代土木工程中的人造材料

6.2.1 水泥与混凝土

水泥的出现是由于为寻找抗海水侵蚀的材料和建造耐久的灯塔，由史密顿发明，后经不断改进与发展，出现了近代的水泥。混凝土是由古罗马人发明来修筑建造。这些建材的出现使得建筑开始多元化发展。

6.2.2 钢

钢材的出现为近代土木工程创建了更多的使用材料，由于炼钢技术的不断完善，钢结构的建筑开始出现，也为人类的建筑美学提供了新方向。

6.2.3 钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土

科技的发展将近代出现的混凝土与钢材结合，形成了钢筋混凝土。钢筋混凝土的出现时现代建筑材料的历史性的突破，钢筋来弥补混凝土抗拉伸能力弱的缺点。随着技术的发展，预应力钢筋混凝土出现。由于预应力钢筋混凝土的诞生，使得建筑更为坚固，甚至可以避免裂缝的产生。从此，土木工程材料开始被钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土占据。

6.3 现代土木工程的高性能材料

6.3.1 高效能结构钢

与传统钢材相比，高效能结构钢在强度、可焊性等方面有着不同程度的改善。为当今土木工程在某些极端需求提供了帮助。

6.3.2 高性能复合材料与高强高性能混凝土

玻璃钢（玻璃纤维增强塑料）是最早的复合材料，但社会的进步，玻璃钢已不能满足现如今的需求，因此各种高性能复合材料应运而生。

高强高性能混凝土的出现也是为了应时代需求，满足更现代化的高难度工程而制造的一类材料。在各项性能上，都多少优于传统混凝土。在如今的建筑需求下，是一类功能多样、品种繁多的建材。

6.4 未来的新材料 未来的材料发展会向着更多的方面发展，诸如韧性抗裂材料、绿色环保型材料等功能强大的材料。而更多的是随着社会发展需求而言所探索出的新建材。读书报告

对于一个土木人而言，不知土木工程的发展与演变是可悲的。一个不了解土木工程历史的土木人是不合格的，因为对于一个土木人，了解自己专业的过去有利于自己为自己将来能在自己专业上能做些什么是有极大的帮助的。从书中我了解了土木工程的发展，知道了人类为了改造这个世界，为了有一个适合自己的环境居住而出现的土木工程，了解了土木工程在人类生活中起到的不可磨灭的作用。让我明白了自己为什么要学这个专业，为什么要让自己走进这个领域去探索。作为一名准土木工程师，我将要在这个领域干些什么，《土木工程概论》给我提供了答案。我将在这片领域中发挥自己的能力，为世界的土木工程史留下属于自己的一页。我所在的地铁与轨道工程是我校的一个新成立不久的专业，但是我有信心在这个专业中展现自己的才华，为我国甚至世界的轨道交通事业做出自己的贡献。对于《土木工程概论》这本书，我认为是任何一个土木工程师的必读的书，可能这本书刚读起来有些无聊，但是当自己开始被书中的历史所吸引时，就觉得土木工程是一件多么伟大的工程啊，人类的发展是不能离开土木工程的辅助的。若是没有了土木工程，人类此时还是居住在天然的山洞中，过着原始人一样的生活。

然而对于土木工程，在读书后我又有了新的见识，土木工程不仅仅是修修房子，铺铺路，架一座桥或是铺设一段铁轨，而是一门集美学、社会学、数学、物理学、经济学等为一体的综合性学科，是人类发展道路上的铺路器。

社会的发展对于土木工程师而言，是一把双刃剑，它提供给了土木工程师更新的技术和理念，但也给土木工程师带来了挑战，例如在建设过程中的污染问题。然而如何去处理这种矛盾成为我们这一代既迫在眉睫又不可避免的责任。

参考文献

【1】 项海帆，沈祖炎，范立础著.土木工程概论.人民交通出版社，2007 【2】 百度百科.火车 【3】 百度百科.城市轨道工程 【4】 百度百科.桥梁 【5】 百度百科.土木工程