第一篇：《土木工程前沿學科》讀書報告

碩士研究生課程

?土木工程前瞻性學術講座?讀書報告

院(系): 土木工程與建筑學院 專業： 建筑與土木工程 任課教師: 研究生姓名:

學號: 成績： 日期： 2014年 月 日

目錄

摘要????????????????????????????????1 第一部分??????????????????????????????2 第二部分????????????????????????????3 第三部分?????????????????????????????7 結語????????????????????????????????9

摘要

本學期選修了《土木工程前沿》這門課程，通過一學期的學習，對這門課程所講的內容有了一定的了解，余教授主要通過六個專題，給我們介紹了當今世界土木工程前沿技術的發展概況，讓我們對土木工程這個行業有了更深刻的了解，也讓我們開闊了眼界、發展了思維。本文分四個部分，第一部分為土木工程發展歷史簡介；第二部分為六個專題的簡介及本人對六個專題的感想和認識；第三個部分為本人對大跨度橋梁發展趨勢的一些看法；第四部分為結語。

第一部分

土木工程發展歷史簡介

土木工程的發展，已經有悠遠的歷史了，總的來說分為三個階段。

人們在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料從事營造活動，后來出現了磚和瓦這種人工建筑材料，使人類第一次沖破了天然建筑材料的束縛。中國在公元前十一世紀 的西周初期制造出瓦。最早的磚出現在公元前五世紀至公元前三世紀戰國時的墓室中。磚和瓦具有比土更優越的力學性能，可以就地取材，而又易于加工制作。

磚和瓦的出現使人們開始廣泛地、大量地修建房屋和城防工程等。由此土木工程技術得到了飛速的發展。直至18～19世紀，在長達兩千多年時間里，磚和瓦一直是土木工程的重要建筑材料，為人類文明作出了偉大的貢獻，甚至在目前還被廣泛采用。

鋼材的大量應用是土木工程的第二次飛躍。十七世紀70年代開始使用生鐵、十九世紀初開始使用熟鐵建造橋梁和房屋，這是鋼結構出現的前奏。

從十九世紀中葉開始，冶金業冶煉并軋制出抗拉和抗壓強度都很高、延性好、質量均勻的建筑鋼材，隨后又生產出高強度鋼絲、鋼索。于是適應發展需要的鋼結構得到蓬勃發展。除應用原有的梁、拱結構外，新興的桁架、框架、網架結構、懸索結構逐漸推廣，出現了結構形式百花爭艷的局面。

建筑物跨徑從磚結構、石結構、木結構的幾米、幾十米發展到鋼結構的百米、幾百米，直到現代的千米以上。于是在大江、海峽上架起大橋，在地面上建造起摩天大樓和高聳鐵塔，甚至在地面下鋪設鐵路，創造出前所未有的奇跡。

為適應鋼結構工程發展的需要，在牛頓力學的基礎上，材料力學、結構力學、工程結構設計理論等就應運而生。施工機械、施工技術和施工組織設計的理論也隨之發展，土木工程從經驗上升成為科學，在工程實踐和基礎理論方面都面貌一新，從而促成了土木工程更迅速的發展。

十九世紀20年代，波特蘭水泥制成后，混凝土問世了。混凝土骨料可以就地取材，混凝土構件易于成型，但混凝土的抗拉強度很小，用途受到限制。十九世紀中葉以后，鋼鐵產量激增，隨之出現了鋼筋混凝土這種新型的復合建筑材料，其中鋼筋承擔拉力，混凝土承擔壓力，發揮了各自的優點。二十世紀初以來，鋼筋混凝土廣泛應用于土木工程的各個領域。

從三十年代開始，出現了預應力混凝土。預應力混凝土結構的抗裂性能、剛度和承載能力，大大高于鋼筋混凝土結構，因而用途更為廣闊。土木工程進入了鋼筋混凝土和預應力混凝土占統治地位的歷史時期。混凝土的出現給建筑物帶來了新的經濟、美觀的工程結構形式，使土木工程產生了新的施工技術和工程結構設計理論。這是土木工程的又一次飛躍發展。

了解了土木工程的發展歷史，我們就能更加清晰的認識土木工程的重要性以及土木工程的美好的發展前景。

第二部分 土木工程前沿技術簡介

余教授就六個專題

（一）當代世界與中國的高層建筑、（二）現代大跨橋梁的設計與施工、（三）高鐵工程的進展與關鍵技術、（四）近代隧道工程的現況與未來、（五）水利、水電工程的世界之最、（六）綠色材料與環境工程的發展，分別為我們介紹了當代土木工程前沿技術的發展概況，使我們對土木工程這個專業又有了一個新的認識。下面就這六個專題分別簡單闡述下我自己的認識。

（一）當代世界與中國的高層建筑

超過一定層數或高度的建筑稱為高層建筑。高層建筑的起點高度或層數，各國規定不一，且多無絕對、嚴格的標準。中國的《高層建筑混凝土結構技術規程》（高規）JGJ3-2002規定10層及10層以上或高度超過28m的建筑，稱為高層建筑。現如今，各個發展及發展中國家，為了展現自己國家的實力，越來越偏愛于建造各種難度大，高度高的超高層建筑。如迪拜的迪拜塔、俄國的俄羅斯大廈、中國的上海中心大廈、美國的世貿中心自由塔等等。

當高層建筑的層數和高度增加到一定程度時，它的功能適用性、技術合理性和經濟可行性都將發生質的變化。與多層建筑相比，在設計上、技術上都有許多新的問題需要加以考慮和解決，如在建筑方面、結構方面、設備和電器方面等。

高層建筑也存在著許多綜合問題，主要有：①關于城市經濟效益和環境效益問題，應遵照城市規劃部門指定的地段和控制高度建造，而不能完全根據建筑本身的需要。②高層建筑由于應力增加，設備和裝修水平必須提高，施工難度增大，因而造價必然大大高于多層建筑。因此，需要各專業設計人員密切合作使平面布局合理，提高使用系數，做到構造簡潔，自重輕，便于安裝，綜合降低造價。③ 3

高層建筑最突出的是防火安全設計，各專業設計人員應嚴格遵守高層建筑設計防火規范的規定。

雖然高層建筑還存在著許多綜合問題，但是高層建筑能夠節約城市土地，縮短公用設施和市政管網的開發周期，從而減少市政投資，加快城市建設，這些優點已經逐漸得到公認。各國的大城市建設部門，都在不斷地對已經出現的各種問題進行全面研究，采取改進措施。高層建筑是當代社會的大勢所趨，所以，學好相關知識，才能為以后祖國的建設添一份自己的力量。

（二）現代大跨橋梁的設計與施工

顧名思義，跨度較大的橋梁即為大跨度橋梁；目前《橋規》規定：單跨跨徑大于40m即為大橋，一般認為單跨跨徑大于100m的橋梁即為大跨度橋梁；大跨徑橋梁不僅是技術范疇的概念，也是歷史發展的概念（隨著技術進步，大跨徑橋梁的門檻不斷變化，如70年代，跨徑大于50m即為大跨徑橋）；大橋主要指規模大（長橋）、跨度大兩種情況，因此，大橋不一定是大跨徑橋。

綜觀大跨徑橋梁的發展趨勢，可以看到世界橋梁建設必將迎來更大規模的建設高潮。且大跨度橋梁正在向更長、更大、更柔的方向發展，并將新開發的材料應用在橋梁的建設上面，在第三部分，會有詳細介紹。

（三）高鐵工程的進展與關鍵技術

高速鐵路一般是運行速度達200公里/小時以上的鐵路，是由適合于高速運行的基礎設施、固定設備、移動設備，完善且科學的安全保障系統和運輸組織方法有機結合起來的龐大的系統工程，是當代高新技術的綜合集成。如高鐵技術可行、經濟合理、社會效益良好、國力能夠承受，就能夠建設高鐵。中國高速鐵路網分骨干網、重要的區域網、大城市之間的城際高鐵等三種類型。中國高建鐵路的發展給經濟帶來了巨大的變化。

高鐵作為一種低能耗高效益的運輸方式，被很多國家接受，我國高鐵建設出現高鐵熱現象是非常正常的現象。高鐵建設對我國經濟政治等方面產生的影響將是不可估量的。雖然高鐵建設還存在一定的問題，但只要我們能正視這些問題，相信高鐵建設能給我們帶來很大的效益，堅持政府制定的大方向，高鐵必將顯示出它的巨大優勢。

（四）近代隧道工程的現況與未來

當前，我國正在大規模推進高質量的鐵路建設，跨省的遠距離的鐵路施工正在全國范圍內鋪開。由于我國是一個地域遼闊，地形復雜的國家，其中山地、丘陵和高原面積約占國土總面積的60%多，鐵路建設中遇到山嶺和丘陵地區，采用隧道建設方案是最直接，也是最高效的穿行方案，可以有效地發揮縮短行車里程，提高線型標準、保障運營安全，保護生態環境等特點。

由于隧道建設是一項艱苦、危險性較高的工程，如何高效率得在保證施工安全前提下，提高隧道掘進的質量和速度，監控系統正在其中發揮越來越重要的作用。雖然視頻監控是比較成熟的應用，但由于隧道是特殊路段，普遍存在挖進深度大、空間環境狹窄、光線變化大、視野不清的特點，所以比一般環境存在更大的潛在事故危險，尤其在大西鐵路局這樣隧道地形環境復雜的項目上，當發生火災等緊急事件時，交通輸導和救援工作與普通路段大不一樣，而且二次事故產生的后果遠比原發性事故嚴重得多，因此保障隧道內的安全建設和運營是管理部門最關注的問題，先進的無線監控系統將發揮重要的作用。

公路是國民經濟的重要命脈，由于其特有的靈活和優越性，發揮著其他運輸方式不可替代的作用。公路隧道是公路工程結構的重要組成部分之一，隨著我國社會主義市場經濟的發展，西部大開發戰略的實施，高等級公路已從沿海地區向西南、西北山嶺區延伸，公路隧道建筑規模也越來越大，原來的兩車道隧道已遠遠不能滿足日漸增長的行車要求，隧道規模越大技術也相應復雜，因此，與過去一般公路隧道在設計、施工和運營管理方面均有質的差別，這帶給我們公路隧道建設者的是機遇也是挑戰，是學習與提高的機會，同時它也挑戰我們的觀念、我們的技術和管理水平。面臨這些挑戰，我們要總結自己的經驗，同時學習借鑒國外經驗，在勘察設計、施工控制以及運營管理方面的能力更上一層樓。

（五）水利、水電工程的世界之最

毋庸置疑，三峽工程是世界最大的水電站，是防洪效益最大的水利樞紐。同時，三峽工程也是航運效益最顯著的樞紐，是綜合工程規模最大的工程。三峽工程的金屬結構（無論是金屬制作的總工程量，還是安裝的工程總量）是世界之最 它的混凝土澆筑、截流流量等指標亦屬世界之最。三峽水庫淹沒及移民安置難度也是世界之最。垂直升船機可將3000噸輪船垂直提升113米，屬于世界規模最大、5

難度最高的升船機。它是世界泄洪能力最大的泄洪閘，也是世界上級數最多、總水頭最高的內河船閘。

還記得初中時候，隨著夏令營隊伍去宜昌參觀三峽大壩，那轟轟的泄洪聲還在我耳邊回蕩，那宏偉高大的壩堤還在我眼前聳立著，我為我們國家建造了這樣偉大的三峽工程而感到無比的驕傲和自豪。

（六）綠色材料與環境工程的發展

綠色材料是指在原料采取，產品制造使用和再循環利用以及廢物處理等環節中與生態環境和諧共存并有利于人類健康的材料，它們要具備凈化吸收功能和促進健康的功能。綠色材料是在1988年第一屆國際材料會議上首次提出來的，并被定為下世紀人類要實現的目標材料之一。綠色材料包括循環材料凈化材料綠色材料和綠色建材。

綠色材料指潔凈的能源如太陽能，風能水能潮汐能及廢熱垃圾發電等的開發和利用的新能源材料。綠色建材是指有利于 環境保護的建筑材料。建筑材料中的墻體材料和水泥，其原料不源于我們賴以生存的土地，由此每年要破壞大量土地，另一方面建筑垃圾等的堆放也占用大量土地。綠色建材的標準是既要滿足強度要求，又能最大限度地利用廢棄物，并具有節能，凈化功能及有利人類身心健康。

環境工程是研究和從事防治環境污染和提高環境質量的科學技術。環境工程同生物學中的生態學、醫學中的環境衛生學和環境醫學，以及環境物理學和環境化學有關。

迄今為止，人們對環境工程學這門學科還存在著不同的認識。有人認為，環境工程學是研究環境污染防治技術的原理和方法的學科，主要是研究對廢氣、廢水、固體廢物、噪聲，以及對造成污染的放射性物質、熱、電磁波等的防治技術；有人則認為環境工程學除研究污染防治技術外還應包括環境系統工程、環境影響評價、環境工程經濟和環境監測技術等方面的研究。我認為，盡管對環境工程學的研究內容有不同的看法，但是從環境工程學發展的現狀來看，其基本內容主要有大氣污染防治工程、水污染防治工程、固體廢物的處理和利用、環境污染綜合防治、環境系統工程等幾個方面。隨著地球的資源慢慢枯竭，地球的自然環境日益惡劣，那么，保護環境、探索新型能源是刻不容緩的事情。大自然是我們每個 6

人生存的必要條件，保護它就是保護我們自己。所以，研究綠色材料與環境工程，是當今的熱門課題，更是前所未有的挑戰。

第三部分 大跨度橋梁的發展趨勢

綜觀大跨徑橋梁的發展趨勢，可以看到世界橋梁建設必將迎來更大規模的建設高潮。就中國來說，國道主干線同江至三亞就有5個跨海工程、杭州灣跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程，以及瓊州海峽工程。其中難度最大的有渤海灣跨海工程，海峽寬57公里，建成后將成為世界上最長的橋梁；瓊州海峽跨海工程，海峽寬20公里，水深40米，海床以下130米深未見基巖，常年受到臺風、海浪頻繁襲擊。此外，還有舟山大陸連島工程、青島至黃島、以及長江、珠江、黃河等眾多的橋梁工程。在世界上，正在建設的著名大橋有土耳其伊茲米特海灣大橋（懸索橋，主跨1668米）、希臘里海安蒂雷翁橋（多跨斜拉橋，主跨286+3×560+286米）；已獲批準修建的意大利與西西里島之間墨西拿海峽大橋，主跨3300米懸索橋，其使用壽命均按200年標準設計，主塔高376米，橋面寬60米，主纜直徑1.24米，估計造價45億美元。在西班牙與摩洛哥之間，跨直布羅陀海峽也提出了一個修建大跨度懸索橋的方案，其中包含2個5000米的連續中跨及2個2000米的邊跨，基礎深度約300米。另一個方案是修建三跨3100米+8400米+4700米的巨型斜拉橋，其基礎深度約300米，較高的一個塔高達1250米，較低的一個塔高達850米。這個方案需要高級復合材料才能修建，而不是當今橋梁用的鋼和混凝土。未來，大跨度橋梁的發展趨勢主要有以下幾點：

1、大跨度橋梁向更長、更大、更柔的方向發展

研究大跨度橋梁在氣動、地震和行車動力作用下其結構的安全和穩定性，擬將截面做成適應氣動要求的各種流線型加勁梁，以增大特大跨度橋梁的剛度；采用以斜纜為主的空間網狀承重體系；采用懸索加斜拉的混合體系；采用輕型而剛度大的復合材料做加勁梁，采用自重輕、強度高的碳纖維材料做主纜。

2、新材料的開發和應用

新材料應具有高強、高彈模、輕質的特點，研究超高強硅粉和聚合物混凝土、高強雙相鋼絲纖維增強混凝土、纖維塑料等一系列材料取代目前橋梁用的鋼和混凝土。

3、在設計階段采用高度發展的計算機

計算機作為輔助手段，進行有效的快速優化和仿真分析，運用智能化制造系統在工廠生產部件，利用GPS和遙控技術控制橋梁施工。

4、大型深水基礎工程

目前世界橋梁基礎尚未超過100米深海基礎工程，下一步須進行100—300米深海基礎的實踐。

5、橋梁建成交付費用

使用后將通過自動監測和管理系統保證橋梁的安全和正常運行，一旦發生故障或損傷，將自動報告損傷部位和養護對策。

6、重視橋梁美學及環境保護

橋梁是人類最杰出的建筑之一，聞名遐爾的美國舊金山金門大橋、澳大利亞悉尼港橋、英國倫敦橋、日本明石海峽大橋、中國上海楊浦大橋、南京長江二橋、香港青馬大橋等這些著名大橋都是一件件寶貴的空間藝術品，成為陸地、江河、海洋和天空的景觀，成為城市標志性建筑。宏偉壯觀的澳大利亞悉尼港橋與現代化別具一格的悉尼歌劇院融為一體，成為今日悉尼的象征。因此，21世紀的橋梁結構必將更加重視建筑藝術造型，重視橋梁美學和景觀設計，重視環境保護，達到人文景觀同環境景觀的完美結合。在20世紀橋梁工程大發展的基礎上，描繪21世紀的宏偉藍圖，橋梁建設技術將有更大、更新的發展。綜觀大跨徑橋梁的發展趨勢，可以看到世界橋梁建設必將迎來更大規模的建設高潮。就中國來說，國道主干線同江至三亞就有5個跨海工程、杭州灣跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程，以及瓊州海峽工程。其中難度最大的有渤海灣跨海工程，海峽寬57公里，建成后將成為世界上最長的橋梁；瓊州海峽跨海工程，海峽寬20公里，水深40米，海床以下130米深未見基巖，常年受到臺風、海浪頻繁襲擊。此外，還有舟山大陸連島工程、青島至黃島、以及長江、珠江、黃河等眾多的橋梁工程。在世界上，正在建設的著名大橋有土耳其伊茲米特海灣大橋（懸索橋，主跨1668米）、希臘里海安蒂雷翁橋（多跨斜拉橋，主跨286+3×560+286米）；已獲批準修建的意大利與西西里島之間墨西拿海峽大橋主跨3300米懸索橋，其使用壽命均按200年標準設計，主塔高376米，橋面寬60米，主纜直徑1.24米，估計造價45億美元。在西班牙與摩洛哥之間，跨直布羅陀海峽也提出了一個修建大跨度懸索橋的方案，其中包含2個5000米的連續中跨及2個2000米的邊跨，基礎深度約300米。另 8

一個方案是修建三跨3100米+8400米+4700米的巨型斜拉橋，其基礎深度約300米，較高的一個塔高達1250米，較低的一個塔高達850米。這個方案需要高級復合材料才能修建，而不是當今橋梁用的鋼和混凝土。在20世紀橋梁工程大發展的基礎上，描繪21世紀的宏偉藍圖，橋梁建設技術將有更大、更新的發展。

第四部分 結語

在當今的土木工程這個行業里，設計方法正在精確化、設計工作正在自動化。在19世紀與20世紀，力學分析的基本原理和有關微分方程已經建立，用之指導土木工程設計也取得了巨大成功。但是由于土木工程結構的復雜性和人類計算能力的局限性，人們對工程的設計計算還比較粗糙，有一些還主要依靠經驗。數值計算機的進步使過去不能計算的帶有盲目性的估計可以變為較精確的分析。例如，土木工程中的由各個桿件分析到整體分析；工程結構的定型分析到按施工階段的全過程仿真分析；工程結構中在災害載荷作用下的全過程非線性分析；與時間有關的長時間徐變分析和瞬間的沖擊分析等。

同時，信息和智能化技術正在全面引入土木工程。信息、計算機、智能化技術在工業、農業、運輸業和軍事工業等各行各業中得到了愈來愈廣泛的應用，土木工程也不例外，將這些高新技術應用于土木工程將是今后相當長時間的重要發展方向。例如，土木工程的可持續發展。面臨人口的增長、生態失衡、環境污染、人類生存環境惡化，一些學者呼吁：“我們只有一個地球”，并提出“凍結繁榮，停止發展”的口號。這一口號不僅受到發達國家人士的批評，更是受到發展中國家的一致反對。如果“停止發展”，則發展中國家永遠停留在落后狀態，這是不能接受的。

土木工程任然有著遠大的發展前途的。在當今社會發展如此迅速，土木工程在社會的需求程度任是很大的。對于我們這些土木學子，只有很好把自己的專業知識學好并將之展現給社會，才能為祖國的建設貢獻一份自己的力量！

[參考文獻] [1]陳肇元，譚維組等.高等鋼筋混凝土與高性能混凝土.中國科學技術前沿.高等教育出版社.2000 年

[2]趙西安編著.高層結構設計.中國建筑科學研究院.1995 年 [3]項海帆，2003，中國橋梁科技發展戰略思考

[4]王長慶等譯綠色建筑技術手冊：設計。建造。運行[M]北京：中國建筑工業出版社，1999

第二篇：土木工程前沿

對未來大跨橋梁的發展趨勢的研究

摘要：近30多年來橋梁的發展概況，可以看出結構在向輕巧、纖細方面發展，而載重和跨度卻不斷在增長。為了適應這種橋梁發展需要，就要對建筑材料、結構構造、設計計算理論、施工方法等方面提出新的要求。同時，在橋梁美學方面也應予以足夠的重視。

關鍵詞：橋梁發展；新型材料；橋梁CAD；施工技術；橋梁美學

一、引言

現在橋梁建筑已不單純地被視為交通線上重要的工程實體，同時也是一個國家科學技術、綜合國力的綜合體現。由于科學技術的進步,工業水平的提高,人類社會文明的發展,橋梁工程日新月異。隨著時代前進的步伐,人們對橋梁工程提出了更高的要求,對“適用、安全、經濟、美觀”的橋梁設計原則賦以更新的內容。橋梁工程無論是現在還是以后都不會停步的，它的發展前景會更廣闊。

大跨橋梁的的發展是社會發展的必然產物，自從橋梁出現以來, 其跨徑一直在不斷的加大。從幾米的小橋發展到現今主跨一千多米的特大橋,體現出了人類改造自然的能力在不斷變化。自18世紀80年代以來的200多年間，隨著大工業的興起和交通運輸的需要而發展起來的世界橋梁，橋跨由英國熟鐵鏈桿橋曼內海峽橋主跨177米的最初橋跨的世界之最，到1931年美國建成喬治華盛頓橋，主跨首先突破1000米大關，達到1067米，百米到千米橋跨的發展歷經了一個半世紀。20世紀的后70年里，美國的主跨1280米的金門大橋、主跨1289米的維拉扎納大橋，兩次刷新了當時的世界橋跨記錄，到20世紀八九十年代英國的恒比爾河大橋、日本的明石海峽大橋先后再次刷新世界橋跨記錄，橋跨才開始接近2000米大關。

在21 世紀, 由于跨海工程的出現, 橋梁還要向更大跨徑的方向發展。21世紀世界橋梁跨度有多長？隨著意大利主跨3300米的墨西拿海峽大橋設計的完成，人類社會的建橋技術、新型材料運用使橋梁跨度已步入登峰造極階段。據有關橋梁專家預測，籌建中的西班牙與摩洛哥之間的直布羅陀海峽大橋、美俄之間的白令海峽大橋的橋梁跨度將突破墨西拿海峽大橋主跨的長度，成為21世紀新的世界橋梁跨度之最。這些主跨接近4000米達到登峰造極水平的特大型橋梁建成之后，除大洋洲孤懸于大洋之中外，亞非歐美四大洲將聯為一體。大跨的跨海橋梁將會成為21世紀橋梁建設的主題。我國橋梁向跨海橋梁工程發展的路在何方？要如何切實可行地實現大跨橋梁？以下我就國內大跨橋梁發展趨勢發表一些個人的看法。

二、材料的應用和發展

在橋梁中隨著跨度的增大。混凝土材料，鋼材的強度漸漸不夠使用，例如混凝土預應力梁橋當跨度超過300m后應力幾乎用足，只有提高標號或改變材料才能把跨度繼續做大。又如在斜拉橋中如果用碳纖維取代鋼索則跨度更大，最有利于同懸索橋的競爭。要推動橋梁跨度的發展、材料的發展是一根本問題。

新材料對橋梁工程的發展具有關鍵性作用。沒有材料科學的發展，就不會有長大跨及新橋型的誕生。當橋梁向大跨度方向發展的同時，未來橋梁新材料應具有高強、高彈模、輕質的特點，對建橋材料也提出了高強、輕質和多功能的要求，橋梁的規模有一個理論上的限度。新型材料不斷出現，不過它們的實際應用僅僅受制于對其使用壽命的顧慮。在以保守的方式使用新型材料的初期驗證階段、目前橋梁常用的鋼和混凝土，從而實現高強輕質的目標。材料科學的進步為橋梁實現輕巧、簡潔、形式的多樣化提供了更多的可能性，進一步探索新型的、高強、超高強工程材料建立其可靠的力學本構關系，以充分發揮材料潛在的承載力，并在結構理論研究上發展更符合實際狀態的力學分析方法與新的設計理論，不同類型輕質材料組合拼裝的各類新型斜拉橋、懸索橋、輕質拱橋，并向可靠度理論方向進行探索，將一跨而過的大川海灣。

新型鋼材料的應用將推動橋梁工程的發展。鋼材料在橋梁建設中尤為重要，隨著鋼材料的發展，我國還將進一步的開展低含碳量以及其他合金元素、經過微合金化和晶粒細化處理的超高強度鋼材的研究以及生產。此種高強度的鋼材具有優異的焊接功能。在我圍已建的采用了焊接性能良好的14MnNbq及15MnVNq鋼以及栓焊整體節點所組成的大型橋梁，還需進一步的發展，向更高強度鋼及全焊鋼梁結構發展。抗腐蝕性好、結構表面不需要油漆的耐候鋼也逐步得到應用。

先進復合材料也會得到較大的推廣使用。先進復合材料(Advanced Composites)又稱纖維增強塑料(Fibre Reinforced Plastics，簡稱FRP)，是以非金屬纖維(如玻璃纖維、芳綸纖維和碳纖維)作增強材料，以樹脂(如不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂和乙烯基酯樹脂)作基體材料的復合材料。樹脂將纖維束結成整體，既能保護纖維免受機械破壞和化學腐蝕，又能使纖維整體受力。先進復合材料具有以下特點：

1、強度高。用S玻璃纖維、芳綸纖維和碳纖維做成的復合材料筋束，其抗拉強度高于高強鋼絲，用E玻璃纖維做成的復合材料筋束，其抗拉強度與高強鋼絲接近。

2、耐腐蝕。玻璃纖維復合材料水管的壽命為鋼水管和混凝土水管的兩倍。

3、應變關系直至破斷均呈線性。

4、彈性模量。碳纖維復合材料的拉伸彈性模量高于鋼材，但芳綸和玻璃纖維復合材料的拉伸彈性模量則僅為鋼材的一半和四分之一。

5、疲勞特性。碳纖維和芳綸纖維復合材料的疲勞強度高于高強綱絲，E玻璃纖維復合材料的疲勞強度則介于普遍鋼絲和高強鋼絲之間。金屬材料在交變應力作用下，疲勞極限僅為靜荷強度的30%～40%。由于纖維與基體復合可緩和裂紋擴展，以及存在纖維內力再分配的可能性，復合材料的疲勞極限較高，約為靜荷強度的70%～80%，并在破壞前有變形顯著的征兆。

6、容重輕。約為鋼的五分之一至四分之一。

據有關橋梁專家介紹，21世紀的橋梁主材將采用高強度、高韌性鋼材和抑振合金材料。日本明石海峽大橋的加勁梁采用780兆帕焊接時低預熱型新型高強度鋼板，使其橋梁主跨設計刷新了20世紀的最大跨記錄，達到1991米。21世紀鋼桁連續梁將大量采用高強度低預熱型焊接用鋼板，大線能量焊接用鋼板、高韌性鋼板、抗層狀撕裂型鋼板、異形鋼板、耐候鋼及鍍鋅鋼板、抑振厚板、玻璃鋼、抑振合金材料，不僅可有效地增大鋼桁梁橋的橋跨，而且能有效地降低梁體自重，實現大跨、輕質目標。高強度混凝土是橋梁建設必不可少的主材料之一，21世紀的混凝土材料將加入來亞納米、水溶性聚合物、有機纖維以不斷提高強度與耐久性。橋梁建設將廣泛運用環保型混凝土，橋梁的韌性、耐久性及強度將得以有效地提高。

三、學科發展

隨著計算機微處理器技術的迅猛發展，橋梁CAD技術將面臨新的發展機遇。集結構分析、工程制圖、工程數據庫及專家系統的橋梁CAD軟件將會問世，并將邁入橋梁設計的網絡時代。借助計算機和非線性數值方法的不斷進步，使力學模型日益精細化，仿真度提高，可以在設計階段逼真地描述大橋在地震、強風、海浪等惡劣自然條件下施工和運營的全過程，為決策提供動態的虛擬現實圖像。大型橋梁基礎的施工技術可分為大型群樁基礎施工技術、大型凍結基礎施工技術以及大型沉井基礎施工技術等。以江陰長江大橋為代表的沉井基礎施工、潤揚大橋為代表的大型排樁凍結法施工、蘇通橋基礎為代表的大型群樁基礎施工，都是我國在大型橋梁基礎施工方面取得的創新成果。海上橋梁基礎工程發展的重點在于海洋鉆井平臺技術的引進。目前世界橋梁基礎尚未超過 100m 深海基礎工程，下一步需進行 100——300m 深海基礎的實踐。大型橋梁基礎施工技術不斷創新。

四、橋梁美學研究

橋梁通常是社會大型公用設施，與其他土木建筑相比，它具有土木工程建筑的一般屬性，橋梁建筑還具有自身的特點，有使用和觀賞兩重功能。其主要功能是給人們提供跨越障礙的通道，具有體型龐大、位置固定、建造具有不可逆性且耗資巨大等特點。由橋梁的特殊功能決定了橋梁必須是一個開放的體系、結構散布在社會各處，任何人在任何時間都可以使用它。與人類的活動密切相關，具有開放性，使用壽命也比較長。因此，公共性、公平性、安全、適用、經濟必然是橋梁設計的原則。橋梁規模越大，激發了公眾參與的熱情，經濟因素在橋梁建設中所占的比重就越大，人們對其建造都非常關注，這一點在現代橋梁設計實踐中已得到足夠的重視，這就是推動橋梁美學研究的直接動力。創新便是橋梁建筑藝術的靈魂，通過總結前人的創新經驗，終究會走向橋梁的藝術范疇。橋梁建筑屬于結構，創新必須以實踐為基礎，其存在的基礎是其適用性，也需要用理論來指導。聞名遐爾的美國舊金山金門大橋、澳大利亞悉尼港橋、英國倫敦橋、日本明石海峽大橋、中國上海楊浦大橋、南京長江二橋、香港青馬大橋等這些著名大橋都是一件件寶貴的空間藝術品，成為陸地、江河、海洋和天空的景觀，成為城市標志性建筑。宏偉壯觀的澳大利亞悉尼港橋與現代化別具一格的悉尼歌劇院融為一體，成為今日悉尼的象征。因此，21世紀的橋梁結構必將更加重視建筑藝術造型，重視橋梁美學和景觀設計，達到人文景觀同環境景觀的完美結合。

五、結語

橋梁跨度不是科技進步的唯一標志，但它是科技進步的重要標志。橋梁的跨徑代表著一個國家的經濟、工業和科學技術的整體水平。跨度的大小并非人的主觀愿望，它是由經濟、材料、橋型等多種因素確定的，跨度的推進必然會給工程帶來更多的風險，而工程是只能成功不能失敗的，只允許存在缺點而不能有錯誤，因為橋梁工程、特別是大跨的橋梁工程的失敗或錯誤是誰也承擔不起的。大跨橋梁的發展是社會經濟發展的必然，隨著一系列跨海工程的出現，迫使我們必須挑戰更大的橋梁跨度。由于國外許多國家的橋梁事業相對于中國都起步較早，很多橋梁技術都比中國先進，所以我們在發展大跨橋梁時應該多借鑒國外橋梁方面的成功經驗，推動大跨度橋梁在中國更快的發展。可以預見,21 世紀大跨度橋梁工程建設必將取得新的突破,取得更大、更新的發展。

第三篇：《水利水電工程學科的前沿問題》讀書報告

《水利水電工程學科的前沿問題》讀書報告

水利水電工程專業的主要課程包括：工程力學、水力學、河流動力學、巖土力學、工程地質及水文地質學、工程測量、工程水文學、工程經濟學、建筑材料、鋼筋混凝土結構和鋼結構、建設項目評估與管理等。

21世紀初水利水電工程學科的前沿課題主要包括以下幾個方面

1、固體力學方面

面臨的課題：工程材料實際強度和目前的理論強度相差一至二個數量級。這個矛盾曾推動位錯、裂紋等的重要物理、力學理論的建立。然而，至今這個根本矛盾依然存在。固體力學如今不僅限于計算微小應變和應力，而且要求判斷變形局部化、損傷、壽命乃至斷裂。更進一步的問題是如何將不同性能和功能的材料合理地配置在一起，形成某種特定的復合材料，以實現實用所要求的某種考慮如比重、剛度、強度、韌性、功能乃至價格等多種因素的優化組合，并促成材料設計科學。再進一步是將各種特定的制備和加工技術，如塑性成形、粒子束加工等工藝，也達到機理性的認識和優化控制。到那時，整個材料和制造業，將從所謂的“廚房中的化學”變為節省資源，節省能源，優化合理的產業。現在的各類復雜結構，包括橋梁、飛機，到人工器官的設計，還是不夠科學的、優化的。帶來的問題是火箭、飛機屢有失事；多數結構依靠過大的安全系數(如飛機為1.5)來換取安全，不必要地耗費了許多材料。即使如此，橋梁等建筑物的坍塌仍時有發生。如何優化設計各類復雜結構(如高速運輸工具)，使其在各類載荷環境(沖擊、循環載荷、潮濕、低溫等)下可靠、舒適地運行，既是十分實際的工程問題，也屬復雜系統響應這類前沿科學問題。地震是怎樣發生的，泥石流和滑坡能否預測預報，作為大型土木工程(水壩，建筑物)基礎的巖石和土在長時受載下的流變等一系列地質力學和巖土力學問題，僅靠目前的連續介質力學也是難以解決的，必須針對地學特點構筑新的力學模型，以作為地球動力學和工程地質學的基礎。

發展趨勢：經典的連續介質力學將可能會被突破。新的力學模型和體系，將會概括某些對宏觀力學行為起敏感作用的細觀和微觀因素，以及這些因素的演化，從而使復合材料(包括陶瓷、聚合物和金屬)的強化、韌化和功能化立足于科學的認識之上。固體力學將融匯力-熱-電-磁等效應。機械力與熱、電、磁等效應的相互轉化和控制，目前大都還限于測量和控制元件上，但這些效應的結合孕育著極有前途的新機會。近來出現的數百層疊合膜“摩天大廈”式的微電子元器件，已迫切要求對這類力-熱-電耦合效應做深入的研究。以“Mechronics”為代表的微機械、微工藝、微控制等方面的發展，將會極大地推動對力-熱-電-磁耦合效應的研究。固體力學中壓桿變形的分叉，曾是促進非線性動力學近代大發展的一個核心概念。隨著固體力學把固體和結構視為含多個物質層次的復雜系統，并研究它在外載荷下的演化過程，可以預期非線性動力學，非平衡統計和熱力學的概念和方法將會大大豐富起來。分子動力學等微觀模擬方法和復雜結構的仿真將會隨著計算機的飛速發展，更大規模地、更迅速地在固體力學和工程設計中得到應用與發展。目前工程界廣泛應用的有限元法，就是計算機技術與固體力學相結合的產物，它曾極大地推動了本世紀工程科學的發展。過去，限于計算機的速度和容量，許多非線性問題不能很好解決。分子動力學模擬目前離實用還有很大距離。但在本世紀初，這種局面勢必會有很大變化。固體力學的上述發展，無疑會推動科學和工程技術的巨大進步。

2、流體力學方面

第一個大問題是湍流。經過幾代人的努力，對這一問題的認識已大為深化，這才有上述各項成就。絕大多數情況下，流體運動都處于湍流狀態。目前計算這類問題的辦法都帶有經驗的成分，因此計算結果不十分有把握，各種辦法的普適性和預測能力均差，特別是對于超聲速、高超聲速流中的湍流，情況尤其如此。隨著高新技術的發展，發現過去的經驗局限性太大，因而亟待在湍流的研究上有所突破。各種物體如飛機、船舶等航行器在流體中運動特別是在作非定常運動時，會產生十分復雜的流場。其核心問題是各種渦系的生成、消長和流動分離的產生。有關機理的許多問題尚未弄清，因為其中包含復雜的非線性因素。這方面的研究成果將對未來空中及水中航行器的研制產生重大影響。本世紀初，空天飛機和新一代的超聲速民航機的成功研制將首先取決于流體力學的進展。在有關的高溫空氣動力學中必須放棄原先的熱力學平衡的假定。吸氣式發動機中H2，O2在超聲速流動狀態下的混合、點火等，都是過去的理論和實踐未能解決的難題。超聲速流邊界層的控制、減阻以及降噪控制等也帶來一系列新問題。船舶除了向更大、更快的方向發展外，還提出了許多新型船舶，包括貼近水面航行、必要時可升空飛行或降在水面上的大型沖翼艇。這時計算各種航態和海況下的波載荷，將遇到極大的困難。由于波載計算不準而導致在惡劣海況下失事，即使對現代的常規船舶也仍是屢見不鮮的。80年代末至今已有10余艘船在北海失事。從流體力學的角度看，沖翼艇的困難主要在于有事先未定的自由表面，表面邊界條件的非線性，波浪的隨機性，水表層為湍流，以及流體與船舶運動相耦合等。風浪相互作用機制，至今尚未弄清，而它是天氣預報這類全球性問題的重要環節，也是近年來正在探索的通過遙測水面波參數以測量近水面風速這一新技術的基礎，這個問題的突破將大大改進收集全球氣象數據的廣度和精度。海面波浪參數的遙測數據還有可能用以探測潛航的潛艇及海流，但這要開辟傳統波浪理論未涉及的有旋流對波浪的影響這一新的領域。為了盡可能多地開采地下油氣，需要深入研究滲流機理并將其定量化。滲流的研究還有助于了解植物體內液體的運動規律，進而了解各種新陳代謝的宏觀機制。化工流程的設計，在相當大的程度上可歸結為流體運動的計算問題，包括多相流及非牛頓流。由于流動的復雜性，不少重要化工裝置的設計帶有很多經驗因素，以致不能發揮最大效益。因而針對若干典型化工裝置進行深入研究，將為化工設計提供新方法，實現可觀的經濟效益。在未來生物技術產業化的過程中，會遇到類似或更復雜的情況，因而這方面的研究是真正形成生物技術工業不可缺少的基礎。由于復雜流場計算的需要，各種計算方法和理論還需大大發展，以期能精確捕捉激波和分辨旋渦運動、能夠處理非線性自由表面及湍流問題等。由于計算量特別巨大，必須發展新的計算機硬件和軟件，特別是并行機及其軟件，并行計算軟件的發展，也必須結合具體計算對象來研制。因而計算流體力學的發展，既是解決具體問題所需，也將對計算科學作出重要貢獻。

3、水力學方面 理論上的新發展

(1)非經典介質理論。水力學中有均勻流與非均勻流，恒定流與非恒定流等，“非”字當頭的研究內容比沒有“非”字的要復雜得多。現代水力學理論的發展，又出現了一些以“非”字起頭的新理論，如非經典介質理論，非線性理論，非確定性理論等。經典力學一般將所研究的流體介質視做連續均勻介質，這是經典力學的一項重要的基本假設。而實際流體往往摻雜有氣體、固體或其它流體等各種雜質，它是一類尚未被現有力學理論適當描述的介質，可稱之為非經典介質。無論是從發展力學理論的角度，還是解決真實介質流體的實際問題，開展非經典介質流動的研究都是十分必要的。如摻氣水流，空化與空蝕，河流泥沙運動，污染物在水體中的運動等流動現象，它們都屬于二相流，但過去往往不考慮相間作用力，而是采用一定假設，使問題得以簡化。現代水力學應該著眼于實際流動現象，引進多相流體動力學理論，建立全新的知識體系。例如，研究高速摻氣水流，其關鍵是如何確定水與氣二相流體之間的相互作用力，而單相流體的假設很難反映這種相間作用力；現代滲流理論應建立在研究水與多孔介質之間、相互作用的基礎上，因此，必須突破傳統水力學的均勻連續介質的假定。

(2)非線性理論。非線性行為是近代力學基礎研究的重要前沿課題。湍流和混沌理論是典型的非線性問題。描述水流運動的N-S方程是非線性的微分方程。過去的水力學計算，往往要用還原和疊加的方法對基本方程式作線性化處理，因而不能準確反映真實水流現象。隨著現代科學技術的進步，非線性理論有了突飛猛進地發展。非線性理論是揭示具有非線性本質的各類水流現象的有力工具，也是開發非線性問題數學模型的有力工具。(3)非確定性理論——隨機水力學。水流運動，特別是紊流，有大量的不確定性因素，水流脈動壓力一般可以被視為完全隨機的現象，紊流過程則具有混沌的特性。混沌是一種界于完全隨機性現象與完全確定性現象之間的自然現象。傳統水力學一般只研究確定性的水流現象，對于隨機性水力參數，往往采用統計平均的方法加以處理，從而抹煞了水流運動的隨機特性。現代水力學重視發展非確定性理論，動水荷載的設計方法將由定值設計法逐步轉為可靠性設計法，概率理論和優化決策理論將在工程設計中廣泛應用，風險分析的概念將作為規劃、設計的重要理論基礎。

(4)紊流力學。水利工程中的絕大多數流動現象都屬于湍流（水力學中的習慣稱謂為‘紊流’）。湍流是自然科學中的八大難題之一，由于其復雜性，全世界同行學者協力研究，歷時長達百年，至今尚未攻克。湍流作為一種既典型又廣泛存在的復雜流動，其非線性規律有超越力學范圍的普遍性。我們知道，紊流是由大大小小不同尺度的漩渦組成的，漩渦尺度的量級差別很大。最大漩渦尺度的量級可達數公里，而最小漩渦的尺度不過幾毫米，但不同尺度的漩渦在結構上往往具有自相似性，最近發現的標度律，反映了紊流現象的這種混沌特征。無論從基本理論，還是從實際應用考慮，湍流研究都是21世紀面臨的緊迫課題。水利工程中的水流基本上都屬于紊流。研究紊流特性，可簡要歸納為以下幾類問題：第一，邊壁切變紊流；第二，漩渦與分離流；第三，分離再附流動；第四，流動穩定性問題。要大力開發紊流數學模型，用數值模擬方法逐步取代物理模型實驗。

(5)細觀水力學。傳統水力學在自然尺度下研究水流的運動規律，現代水力學要突破傳統水力學的常規尺度，從自然尺度向細觀尺度延伸，發展細觀水力學。一般地說，物理、化學的研究對象往往在其物質分子的尺度上，可稱之為微觀尺度，細觀水力學的研究尺度雖然遠小于自然尺度，但仍遠大于水分子的尺度，故稱為細觀。傳統水力學常采用總流的概念，它屬于自然尺度，細觀水力學深入研究水流內部的運動特性，水流與混摻其中的固體、氣體、污染物等其它物質的相互作用，水流與固體邊界的相互作用及空蝕、沖刷破壞機理等，使水力學的研究深度與現代科學技術相銜接。流場的精細數值模擬也可以視為細觀水力學。多相流體與固體力學的交叉學科研究產生和形成了一些新的學科方向，界面力學就是其中之一。界面力學以界面的力學建模、界面區域應力分布規律以及界面結構強韌度研究與破壞分析為主要內容。界面層是裂紋和損傷等破壞容易產生并發展的區域，界面微區的力學問題研究需發展細觀尺度與微觀尺度的實驗測試技術，近年來，界面力學的研究已越來越多地引起人們的關注與重視。

水力學數學模型的新發展(1)數值方法研究。有限差分法、有限元法、有限容積法是計算水力學的基本方法。近年來，為了提高計算精度，求解更復雜的水流現象，數值方法有很大發展。具有突變現象的流動，其解是間斷的。不同間斷現象的數值方法各有特點，這方面還有許多問題需要解決。水利工程中有大量的河渠淺水二維流，明渠或管道中的二維非恒定流問題，這類問題的數值模擬方法至今仍很不完善，其計算格式的優化，邊界條件的處理，都有很多需要深入研究的課題，也已出現了許多新算法。

(2)流場可視化技術。流場可視化在工程應用中有重要意義。展現研究成果，無論是理論成果、實驗成果，還是數學模型計算成果，都需要流場可視化技術。我國目前可視化技術的水平還比較低，需要大力發展。

(3)水力信息學。現代技術不斷向綜合化和智能化發展，大型水利設施的運行管理需要引進現代信息論的理論和方法。由此產生了一個新的交叉學科方向，水力信息學。水力信息學的研究內容和應用目標可簡述如下：水力學數學模型與系統管理、控制方面的知識相結合，即可構成專門化的專家系統。應用現代計算機技術將這種集成化的專門知識變成動態的信息資源，就可以用來進行大型防洪系統的預報與調度，大型水利工程的施工組織，大型灌溉系統或水庫群的運行調度。21世紀人類將全面進入信息時代，信息的獲取、處理和傳輸是生產組織的主要任務。水力信息學的核心是相關水力學知識的集成、打包，以及集成知識的信息資源化。計算機多媒體技術是最普遍的信息處理技術，在水力信息學的發展中將發揮重要作用。信息資源化的主要手段是建立專業化的信息網絡，但也可借助已有的信息網絡。

水力學實驗研究需解決的問題

(1)水力學模型相似率。目前，我國工程設計中的多數重大水力學問題仍是通過水力學模型試驗解決。試驗模型通常按重力相似準則設計。大量模型試驗證明，水工模型能夠預演大多數原型工程的復雜三元水流現象。但對高速水流問題，除重力相似外，還須考慮其他物理量的相似性。如高速水流的摻氣與霧化、脈動壓力與流體激振現象、輸水道通氣、巖基沖刷等問題，其模型相似率至今尚未解決。空化初生試驗一般在減壓箱內進行，以空化數相等為準。但最新研究表明，初生空化數和模型的大小與水流速度有關，不同的模型，既使水流空化數相等，空化初生現象也不一定相似。高速水流的模型相似率問題困惑著模型實驗，是工程水力學急待解決的技術難題。在這方面已做了不少研究，如摻氣與通氣的相似性，水流脈動壓強的相似性，霧化的相似性等，但至今尚無可靠的理論與方法。解決高速水流的相似率問題，一方面有賴于更深入的基礎理論研究，而原型觀測與模型試驗進行對比則是更為實際、有效的方法。借鑒已有同類工程的經驗，對解決待建工程問題具有重大意義。目前所開展的原型觀測，已大量應用現代化的理論、方法及觀測儀器，如應力、應變、位移、速度、摻氣濃度等各種類型的傳感器，當代最先進的信號分析測試儀器，衛星定位、遙感遙測技術等。據不完全統計，我國已在100多個大、中型水利樞紐中的近200個泄水建筑物上進行了原型觀測，已積累了較豐富的觀測成果，主要集中在泄洪霧化、空化空蝕、脈動壓力、水流摻氣與通氣等方面。原型觀測需消耗大量的人力、物力和財力，需要周密的預先設計和現場組織，也需要借助許多現代化的先進測試儀器。但為了提高水力學的研究水平，今后仍需大力開展原型觀測工作。

(2)高速水流關鍵技術問題的基礎研究。我國待建的大型水利水電工程多具有水頭高、流量大、河谷狹窄的特點，高壩大流量泄洪消能是各項工程共有的技術難題。在這方面雖已做了大量研究，但工程中仍有許多技術難題，因其機理復雜，目前的方法仍難以準確預測實際情況，尚待進一步研究：①多股淹沒射流流態結構與水墊消能機理。攔河筑壩必須保證洪水的正常下泄，為了防止高速水流的沖刷破壞，泄洪必須滿足消能要求。泄洪水流的多余能量，絕大多數是在大壩下游的消能水體中（挑流消能水墊塘或底流消能消力池）通過水流的紊動混摻而消耗掉的。壩身多股泄洪在水墊塘內形成多股淹沒射流。水墊塘內的流態結構與水墊消能效率及水流作用于水墊塘邊壁動水荷載的大小有十分密切的關系。高速強紊動水流的消能效率高，但對固體邊壁的沖刷破壞力也大，既要實現高效消能，又要防止沖刷破壞，其根本途徑是優化消能水體中多股淹沒射流的流態結構。消能機理的研究是創造新型消能工的源泉。為此，既要加強泄洪消能機理的基礎理論研究，也要在消能工體型優化方面做出創新性的實用成果。②水流動力荷載與流固耦合振動。脈動壓強研究的基本問題有：脈動壓力產生機理，脈動壓力隨機分析方法，脈動壓力的模型相似率，點、面脈動壓強的轉換等。不同的過水建筑物，其脈動壓強的動力特性也有所區別。盡管過去對上述問題都做過研究，但其知識的系統性、可靠性都還不能滿足工程應用的需要。水流誘發的結構振動，工程實例很多。但由于結構和水流條件的復雜性和多變性，振動型式和種類也非常復雜，實驗模擬和數學模型計算都有很多困難。研究問題主要有：振動形成機理及激勵力的分析，水彈性模型試驗的理論與技術，工程流彈振動的仿真研究等。③高速水流的摻氣與霧化。近年來，在減蝕摻氣設施的摻氣特性方面作了大量研究，如摻氣空腔的水力特性、卷吸空氣量、保護長度等。摻氣對脈動壓強及消能的影響至今說法不一，尚無定論。關于水氣二相流的數值模擬計算，現已建立起理論嚴密的二相流運動方程式，但由于水和空氣的密度相差懸殊，加之對水氣兩相之間的相間作用力尚無深入研究，成功的數值模擬結果很少。最近的大量原型觀測表明，挑流泄洪的霧化問題對水工建筑物及河岸岸坡的安全有嚴重威脅，霧化問題的預測研究越來越受到重視。關于霧化問題的研究力度將會加強。④泄水建筑物的沖刷、空蝕與磨損破壞。挑流消能沖刷坑深度及大小的預測有重要工程意義，幾十年來雖做過大量研究，但至今仍無成熟、可靠的解決方法。我國近年研究提出的能量法和巖塊放大法使這方面的研究有了新的進展。對于高水頭大流量工程，一般都要修建混凝土襯砌的水墊塘，關于混凝土水墊塘的沖刷破壞模式問題，尚待進行深入研究。高水頭泄水建筑物的空蝕破壞在工程中屢見不鮮，含沙水流對過水建筑物的磨損給許多工程的運行維修造成很大困難。空蝕和磨損往往同時發生并相互促進，使破壞程度急劇增加。隨著我國大量高水頭泄水建筑物的建成運行，沖蝕、空蝕與磨蝕問題將會越來越多，并不斷受到重視。

4、結構工程方面

結構工程學科的發展可直接為國家和地方經濟建設服務，合理而經濟的工程設計和施工可以節省大量的投資，并可縮短建設時間。面向二十一世紀，結構工程提出了很多新課題。(1)不同載荷作用下鋼筋砼結構工況分析，結構抗振與減振措施研究，結構測試與可靠性分析；(2)鋼結構新形式、載荷與抗力模型、設計計算理論與方法研究，鋼結構疲勞損傷理論、計算方法及其工程應用研究，鋼結構無損檢測技術研究與工程應用；(3)以不同工程中的結構受力及其響應分析為背景，研究各種結構形式靜態與動態應力與變形計算的數學模型、數值分析方法、計算機算法及軟件開發應用；(4)現代工程、大型復雜工程的施工技術、施工工藝的研究，現代管理理論、方法在工程施工組織與管理中的應用研究；(5)研究運用計算機軟件、硬件和自動控制技術進行土建工程的工程設計、檢測分析、過程控制、信息管理等研究，進行相關軟件與自動化、智能化產品開發。

5、水生態與水環境學科方面

應用基礎前沿研究

(1)生物多樣性與水利工程長期生態學效應。隨著全球物種滅絕速度的加快，物種喪失可能帶來的生態學后果備受人們關注，生物多樣性與生態系統功能的關系成為當前生態學領域內的一個重大科學問題。當前研究的重點及前沿主要集中在：①長時間尺度上的物種多樣性——生態系統功能關系，②非生物因素與多樣性——生產力的交互關系，③營養級相互作用對于多樣性——生態系統功能關系的影響，④物種共存機制在多樣性——生態系統功能關系形成中的作用等方面。生態效應的逐漸顯現使水利工程的長期生態環境影響受到高度重視。研究的前沿重點包括：①徑流變化對水生生態系統及生物多樣性的影響，②大壩攔截與調蓄對下游洪泛區生態系統及漁業生態系統的影響，③攔河筑壩導致生態系統擴大的次生環境效應，④流域梯級開發的累積效應，⑤減免水利工程對生態系統影響的措施，⑥失衡生態系統的修復與重建、水利工程對局地生態系統及其功能的長期影響等。其中涉及的難點是生態效應定量評估方法。

(2)河流生態系統健康與水利水電規劃的生態環境影響評價。河流作為一種重要的生態系統，其生態系統的健康越來越受到國際上的廣泛重視。盡管生態學家至今尚未就河流生態系統健康的內涵達成共識，但是國外眾多評價方法已經在實際中得到運用。目前國際上的研究前沿包括河道萎縮形成和演變機理、河流生態健康評價指標體系、河流生態健康評價的尺度效應等。在國內，河流生態系統健康方面的研究還剛起步，代表性研究——國家重點基礎研究發展規劃(973)項目“黃河流域水資源演化規律與可再生性維持機理”探索了黃河水資源可更新和可再生性維持問題，為更系統深入地開展黃河健康生命研究奠定了基礎。水利水電規劃環境影響評價與河流生態系統健康評價密切相關。在這兩方面我國目前還缺乏系統的理論、技術、方法以及標準體系。未來我國水電工程規劃的生態環境影響評價迫切需從末端單項評價轉向源頭評價、從微觀發展為微觀與宏觀相結合、從局部發展到局部與整體相結合、從單個要素發展到系統的綜合性評價。為此，河流生態系統健康理論、區域開發與規劃的生態評價指標體系、區域生態補償理論、生態服務功能評價方法、自然資源價值核算理論與方法，生態影響評價方法、累積生態影響評價方法以及水資源開發生態環境風險評價方法等成為水利水電規劃環境影響評價理論中需重點研究的內容。

應用技術與方法前沿研究

生態水利工程學的探索。近年來，國內學者借鑒國際上生態工程的理論，探索發展新的交叉學科——“生態水利工程學”。傳統的水利工程學需要吸收生態學的原理和方法，改善水利工程的規劃和設計方法。對于已建工程，研究和開發受損水域生態修復的方法和技術。對于新建工程，研究和開發對于因工程建設造成對于河流生態系統脅迫所應采取的補償工程措施、生物措施和管理措施。

可持續發展相關理論前沿研究

(1)流域尺度的可持續發展。水生態及環境系統以流域尺度為基本單元，可持續發展在協調水生態環境和經濟系統關系時，必須以流域整體思想為指導。恢復和逐步改善流域水生態環境系統的生機，是謀求可持續發展的必由之路。

(2)水生態環境承載力。將生態環境承載力作為可持續發展的支持理論，已經得到國內外研究者的普遍認可。水生態環境承載力的研究從概念、內涵探討開始，逐漸轉向定量化分析方法和建立評價模式。其中的難點之一是承載力指標體系的篩選及規范化。度量具有自然及社會雙重屬性的水環境系統承載經濟壓力的能力，需要從社會、環境、經濟等不同方面的指標綜合反映，指標的有效獲取也依賴于各個系統的大量相關信息。(3)流域的可持續管理。流域尺度的可持續管理是恢復水生態環境健康活力、發揮其功能價值的關鍵，管理的戰略調整應從目前的單要素分散管理轉向以生態系統為對象的綜合管理。在管理模式上，適應性的管理方式經過10多年的理論和初步實踐探索，顯示出良好的應用前景，其重要特色在于能不斷利用信息的更新和科學技術的進步，動態調整決策，跟蹤可持續發展的脈搏。

第四篇：土木工程施工讀書報告

土木工程施工讀書報告

【摘要】 ：土木工程是建造各類工程設施的科學技術的總稱它既指與人類生活、生產活動有關的各類工程設施也指所應用材料、設備在土地上所進行的勘測、設計、施工、保養、維修等技術活動。建筑產品的生產施工與一般工業生產相比較,它們都是把一系列有限的資源投入到產品的生產過程中，其生產上的階段性和連續性，組織上的專門化和協作化，是與其他工業產品的生產一致的。建筑產品與一般工業產品的不同之處，正是它的特點所在。建筑工程施工組織是研究和制定組織建筑安裝工程施工全過程既合理又經濟的方法和途徑。它是針對不同工程施工的復雜程度來研究工程建設的統籌安排與系統管理的客觀規律的一門學科。具體地說，建筑工程施工組織的任務是根據建筑產品生產的技術經濟特點，以及國家基本建設方針和各項具體的技術規范、規程、標準，實現工程建設計劃和設計的要求，提供各階段的施工準備工作內容，對人、資金、材料、機械和施工方法等進行合理安排，協調施工中各專業施工單位、各工種、資源與時間之間的合理關系。

【關鍵詞】：生產施工;計劃；設計；流水施工 【前言】：

本學期學習了土方施工,地基處理與樁基工程，砌體結構工程,混凝土結構工程，預應力混泥土結構工程，結構安裝工程以及流水施工與

網絡計劃技術等。

建筑產品的生產施工與一般工業生產相比較，有其相同之處，更有較多的不同之處。它們都是把一系列有限的資源投入到產品的生產過程中，其生產上的階段性和連續性，組織上的專門化和協作化，與其他工業產品的生產一致。

由于建筑產品的生產都是根據每個建設單位各自的需要，按設計規定的圖樣，在指定地點建造的加之建筑產品所用材料、結構與構造，以及平面與空間組合的變化多樣，就構成了建筑產品的特殊性。

【正文】

（一）施工的特點

施工的特點是由建筑產品的特點決定的。建筑物或構筑物的特點是在空間上的固定性、多樣性、體形龐大及復雜性。這些產品特點決定了建筑產品施工的特點。1.建筑施工的流動性

由于建筑產品的固定性，在建筑施工中，工人、機具、材料等不僅要隨著建筑物建造地點的變更而流動，而且還要隨著建筑物施工部位的改變而在不同的空間流動，這就要求事先有一個周密的施工組織設計，使流動著的工人、機具、材料等互相協調配合，做好流水施工的安排，使建筑物的施工連續、均衡地進行。2.建筑施工工期長期性

建筑施工的產品一般工程量大，技術間歇性強，工程性質復雜，施工時間長。

3.建筑施工的復雜性

由于建筑產品的復雜性，加上施工的流動性和單件性，受自然條件影響大、高處作業、立體交叉作業、地下作業和臨時用工多，協作配合關系較復雜，決定了施工組織與管理的復雜性。只有抓住這些特點，正確處理其中的相互關系和矛盾，才能較好地完成工程項目的組織與管理工作。

（二）施工程序

圖1-1-1表示了基本建設程序中的設計、施工、施工組織設計等項工作的關系。

建筑施工程序是指工程建設項目，在整個施工過程中各項工作必須遵循的先后順序。它是多年來施工實踐經驗的總結，也反映了施工過程中必須遵循的客觀施工規律。大、中型建設項目的建筑施工程序如圖1-1-2所示。小型建設項目的施工程序則可以簡單些；非生產性的建設項目，一般沒有試生產的過程。

（三）流水施工

1.在流水施工中，根據流水節拍的特征將流水施工進行分類為無節奏流水施工、等節奏流水施工和異節奏流水施工三類。

a.無等節奏流水施工

無節奏流水施工是指在組織流水施工時，全部或部分施工過程在各個施工段上的流水節拍不相等的流水施工。這種施工是流水施工中最常見的一種。

b.等節奏流水施工

等節奏流水施工是指在有節奏流水施工中，各施工過程的流水節拍都相等的流水施工，也稱為固定節拍流水施工或全等節拍流水施工。

c.異節奏流水施工

異節奏流水施工是指在有節奏流水施工中，各施工過程的流水節拍各自相等而不同施工過程之間的流水節拍不盡相等的流水施工，在組織異節奏流水施工時，又可以采用等步距和異步距兩種方式。工藝參數：

施工過程數n 隊伍數 流水強度V 時間參數：

a.流水節拍K：持續時間

b.流水步距B：相鄰施工隊先后進入施工的時間間隔 c.間歇時間Z： 技術間歇時間組織間歇時間 空間參數： a.工作面A b.施工段數m ：一個施工段上在某個時間內只有一個隊伍在工作 2.流水施工組織的具體步驟是：

將擬建工程項目的全部建造過程，在工藝上分解為若干個施工過程，在平面上劃分為若干個施工段，在豎向上劃分為若干個施工層，然后按照施工過程組建專業工作隊(或組)，并使其按照規定的順序依次連續地投入到各施工段，完成各個施工過程。當分層施工時，第一施工層各個施工段的相應施工過程全部完成后，專業工作隊依次、連續地投入到第二、第三、…第n施工層，有節奏、均衡、連續地完成工程項目的施工全過程，這種施工組織方式稱為流水施工。例如吊頂的班組在10層工作一周完成任務后，第二周立即轉移到11層干同樣的工作，然后第三周再到12層工作。別的工作隊也是這樣工作。此種作業法既能充分利用時間又能充分利用空間，大大縮短了工期，三個樓層總工期為35天。同時又克服了平行作業法資源高度集中的缺點，所以流水作業法是一種先進有效的作業組織法。流水作業法可保證生產的連續性和均衡性，而生產的連續性和均衡性勢必使各種材料可以均衡使用，消除了工作組的施工間歇，因而可以大大縮短工期，一般可縮短1/3—1/2。流水施工的優點是：各工作隊可以實行專業化施工，因而為工人提高技術熟練程度以及改進操作方法和生產工具創造了有利條件，可充分提高勞動生產率。勞動生產率得到提高，相應可以減少工人人數和臨時設施數量，從而可以節約投資，降低成本；同時專業化施工，有助于保證工程質量。3.流水施工具有以下特點：

科學地利用了工作面，爭取了時間，總工期趨于合理；工作隊及其工人實現了專業化生產，有利于改進操作技術，可以保證工程質量和提高勞動生產率；工作隊及其工人能夠連續作業，相鄰兩個專業工作

隊之間，可實現合理搭接；每天投入的資源量較為均衡，有利于資源供應的組織工作；為現場文明施工和科學管理創造了有利條件。

上述經濟效果都是在不需要增加任何費用的前提下取得的，可見，流水施工是實現施工管理科學化的重要組成內容，是與建筑設計標準化，施工機械化等現代施工內容緊密聯系、相互促進的，是實現企業進步的重要手段。

【總結】：

通過對土木工程施工這門課程的學習，使自己對土木現場施工這行專業有了簡單的認識使自己明白了許多概念，土木行業一向都把人的生命財產放在第一位，在土木工程施工當中，人的生命財產就被看得格外重要，要是能實現各項工程都能遠程控制，將大為減少工作環境 7 的危險性，這就是我寫這篇論文的初衷。基坑的開挖、沉箱的施工等，都是比較危險的工作環節，實現對這些高危險環節的遠程施工是未來土木工程發展的方向，信息技術在現代時代中日新月異，是新時代強有潛力的發展科目，信息技術被廣泛的運用到各種領域，實現遠程土木工程施工。我認為現今的科技在飛速發展，土木工程施工有著悠久的歷史，應當隨著時代的發展而變化，使施工走向安全，走向舒適。沉箱技術是一門非常復雜的學科，需要我們不斷地研究。

【參考文獻】

1． 流水施工基本方法，建筑工程質量安全網

2． 土木工程施工(第4版)毛鶴琴 武漢理工大學出版社

第五篇：土木工程概論讀書報告

專業(方向): 姓

名：學

號：班

級：任課教師：

《土木工程概論》

讀書報告

土木工程（地鐵與軌道工程）

馬靖營 631302110110 地軌1301班

2013年 11月

5日

《土木工程概論》讀書報告

土木工程（Civil Engineering，民用工程）的誕生原本是為了各種民用設施的建立，在第一堂課上講師曾說過國外土木工程、機械工程、電器工程、化工工程等都隸屬于土木工程（Civil Engineering），即是說人們的衣食住行都離不開土木工程（Civil Engineering）。

現代土木工程是一門大型綜合性學科，隨著社會發展，土木工程這一門綜合性學科不斷發展并壯大，并演變出許多分支：建筑工程、地下工程、橋梁工程、隧道工程、軌道工程、海洋工程、港口工程、水利工程等。隨著科學技術的發展，土木工程所采用的材料也開始發生變化，從原始的土、石、木、草到磚、瓦再到如今的混凝土、水泥、鋼材、玻璃、塑料等科技含量較為高的材料，因此所造的產物的質量和高度開始上漲。科技發展同樣也促進了施工方式、施工工藝與工具的變革，古代人民用雙手一步一步的制造建筑材料，而現代化的施工方式、工藝與工具減輕了勞動人民的雙手，減輕了人民的勞動量，降低了勞動過程的危險性。而隨歷史的發展，土木工程的分工更細，土木工程的技術更豐富。

目前我國正處于現代化建設階段，很多基礎設施還沒有建立好，還差發達國家很遠，所以根據國家的現代化建設需要，土木工程師的培養顯得尤為重要，因此我國各大院校幾乎都有開設土木專業，為國家的現代化建設不斷的提供新鮮血液，為國家發展提供人才。

土木工程涉及領域廣泛，其下分類明確、類別較多，在我校就分了諸如橋梁工程、道路工程、地鐵與軌道工程、巖土工程等類別。再此就上課后的感悟與思考作此報告。

1.土木工程發展史

1.1 古代土木工程

時間：公元前150世紀~17世紀中葉

特征：使用天然材料；工藝工具簡易，多以手工和手工工具為主；缺乏理論依據指導，以經驗為主。

輝煌成就：房屋建筑方面，北京故宮、意大利比薩大教堂建筑群、法國巴黎圣母院大教堂、佛羅倫薩教堂、圣彼得大教堂。橋梁建筑方面，咸陽渭河橋、趙州橋。水利工程方面，引漳灌鄴工程、都江堰、隋唐大運河。高塔工程方面，縣木塔。其他方面，長城、埃及陵墓建筑群、吉薩金字塔群。

感悟：古代人民用不斷地實踐與汗水為后人土木工程方面的發展提供了良好的基礎。同時也說明古代勞動人民 的智慧與勤奮，在科技技術與工具工藝如此落后的條件下，完成了如此眾多的舉世矚目的成就，這在目前看來是多么讓人嘆為觀止的壯舉。在前人的努力下，為后人留下了如此多的經驗與理論總結，諸如中國的梁柱結構，古羅馬的穹頂結構，以及后來的石拱結構等讓人感嘆的建筑結構。

1.2近代土木工程

時間：17世紀中葉~二戰結束

特征：有系統理論支持，由長期建造經驗向重視科學理論兼顧經驗方向轉變；大規模使用施工機械，應用更有效的施工方法；建筑材料以人造材料為主。

輝煌成就：法國巴黎埃菲爾鐵塔（1889）、美國紐約帝國大廈（1931）、美國舊金山金門懸索橋（1937）、美國胡佛壩（1936）

感悟：科技的進步會推動土木工程的變革，材料方面的進步促使建筑的性質的進步，理論的進步使更堅固的建筑出現，先進施工機械的出現使施工更穩定、更高效，先進的施工方法的出現使更復雜、所處環境更艱巨的建筑被建造，這些進步讓各種奇跡般的建筑夢幻般的聳立在這個世界上

1.3 現代土木工程

時間：二戰結束至今

特征：土木工程與高新技術相結合使施工設施大型化、交通工程快速化、城市建設立體化。

輝煌成就：房屋建筑方面，美國芝加哥西爾斯大廈（1974）、馬來西亞吉隆坡石油大廈雙塔樓（1996）、中國上海金茂大廈（1998）、中國臺北國際金融中心（2004）；橋梁工程方面，丹麥大海帶鏈懸索橋（1997）、中國江陰懸索橋（1999）、法國諾曼底斜拉橋（1995）、上海楊浦斜拉橋（1993）、日本多多羅斜拉橋（1999）；隧道工程方面，日本青函海底隧道（1985）、英吉利海峽隧道（1999）；軌道工程方面，日本新干線（1984）、上海磁懸浮高速列車（2004）；水利工程方面，中國三峽大壩；其他方面，英國倫敦千年穹頂（1998）、日本福岡體育場（1993）、中國南京奧林匹克體育中心（2004）、加拿大多倫多電視塔（1976）、中國東方明珠電視塔（1994）。

感悟：高新技術的發展讓我們土木工程的施工質量得到了明顯提高，也是其產物變得更豐富多彩，技術的改善讓土木工程師們有更好的條件來考慮和處理建筑的美學問題，豐富人們的美感與生活，將人們生活居住的環境規劃的更合理更美好。

2.道路工程

2.1 道路發展史與著名古代道路

魯迅曾說過：“這個世上本沒有路，走的人多了，便成了路。”這邊是路的形成。遠古時期，人們對地面的不斷踐踏，形成了小徑，日積月累便形成了一般的道路。時間推移，不斷地發展促使了路的發展，從最初的小徑到一般道路，在發展達馱運道，然后衍生出道路的管理體系，后來出現政府修筑的馳道網，再到震驚中外的絲綢之路，后又開始實行道路保養。又隨著科技的發展，筑路方式開始進化，各種筑路方式開始出現；與之同時，筑路材料開始變化，由青石板路進化到水泥路面，再到瀝青筑路，再到現在各種新興的筑路方式，道路工程發展到了現代化階段。

再來說說古代著名的道路。絲綢之路，這是在漢朝，西漢王派張騫出使西域而開辟的一條通道，是橫跨歐亞非大陸的交通干道，對促進世界經濟發展和社會進步有著積極地作用，是一條文化與文明的道路。通過絲綢之路，中國的絲綢等貨品運送至阿拉伯和歐洲地區，并將四大發明、鑿井以及種植技術等中國傳統文化傳播了出去，與此同時，通過這條線路，西方文化也對中國產生了深遠影響，促進了中西方文化交流，使伊斯蘭教、佛教傳入中國，大大推動了科學文化的進步，東西方人民友好往來奠定了基礎。古羅馬帝國道路，是羅馬帝國為維護帝國興盛，聯系各個地區所修筑來維護自己在該地區的統治地位的道路，該道路將各個地區分成若干部分，形成以羅馬為中心的輻射全國的道路網。這樣的道路為羅馬帝國的興盛與戰爭的勝利提供了交通基礎。由于道路的輝煌發展，留下了“條條大路通羅馬”的佳話。北美印加帝國道路，是印加帝國鞏固和發展自己的統治而建設的道路，由于印加帝國沒有車輛，所以這些道路僅僅供步行者和牲畜行走。

2.2 現代道路的發展

自從汽車和筑路機械工業的出現和發展，道路在設計施工和養護上得到了發展。自20世紀50年代起，世界發達國家的現代化公路交通開始迅猛發展，為了適應發展，在道路修筑方面開始向高速公路方向發展，來改善和提高道路質量，提高運輸效率。在不斷的發展后形成了公路網體系。除了表象上的發展，筑路方式與理念也開始發生改變。進入信息時代后，隨計算機的發展與進步，道路發展開始信息化，一系列的軟件輔助道路設計與施工，進一步提高了道路設計施工的效益與效率。而現代的道路發展最終是高速公路的發展，我國擁有最多的高速公路路線，但是質量不比美國，因為當美國已經發展至10車道以上是，我國還在4車道停留。高速公路誕生于德國，而中國的第一條高速公路出現在臺灣。現如今中國的高速公路發展贏得了舉世矚目的成就，18年內所修建的高速公路相當于發達國家半個世紀所修建的里程數。

就目前來看，全球的城市道路所面臨的問題大致有城市運力緊張，交通擁堵等問題。然而在發展道路交通時，還不能忘記發展與環境相適應的規則，在筑路時，不僅要考慮車輛交通，還要考慮城市管道運輸、電力運輸、景觀美化與綠化、商業用途以及車輛運行與行人行走的矛盾等問題。現在有的解決方式有構建城市道路系統，發展城市立體交通以及軌道交通系統等措施。

2.3 感想

社會國家的發展離不開道路的發展，一個國家的道路發展可以來衡量一個國家的發展水平，但是社會發展卻給道路發展帶來了挑戰也帶來了機遇，解決道路發展與社會發展的矛盾是時間留給我們土木工程師的責任。如何將這個矛盾解決好是一件極有意義的事情。

3.橋梁工程

3.1 中國橋梁工程的發展史

古代中國對橋梁方面有著諸多的見解與創造性的成就。中國古代橋梁分為石梁橋、浮橋、石拱橋、伸臂式木梁橋、索橋。我國最早的石梁橋是鉅橋，建于商代。而由于戰爭需要使得浮橋的發展得到了促進，浮橋多由數艘舟船加以竹索或鐵鏈相連，形成通道供人行走。石拱橋的出現是受拱形天然石洞的啟發，值得驕傲的是我國隋朝工匠李春在河北趙州所建造的安濟橋（又名趙州橋）從建成至今已有上千年的歷史，并首創了敞肩圓弧拱式的橋梁結構。我國工匠獨創的伸臂式木梁橋和貫木架橋法被蒙古軍隊帶至歐洲，架設了一座跨越多瑙河的橋梁。由西域的藏、彝等少數民族對中國橋梁歷史的影響，對中國首創的索橋起到了重要作用，其中瀘定鐵索橋因紅軍長征而出名。如此可見古中國在橋梁方面的顯著成就。但是自15世紀后，由于西方的文藝復興和思想啟蒙運動后，科學技術方面為18世紀英國工業革命奠定了基礎，使得橋梁建造方面的進步突飛猛進，反觀中國因為長時間的閉關鎖國政策使得中國科學發展停滯，中國橋梁衰落。

3.2中國近現代橋梁的引進與發展

15世紀的意大利文藝復興與后來的思想啟蒙運動為西方國家的橋梁發展提供了充足的理論支持，西方橋梁發展迅速，并漸漸縮短了與中國的差距，最終反超中國。清末，隨著西方列強對中國的侵略，使得中國被迫對外開放，國內資源被掠奪，趁著這個契機，大量的建筑理論與體系開始流入中國，西方橋梁技術被引進。同時，在天津、上海等租界中，西方工程師為了這塊區域的發展，開始修建橋梁，例如上海的外白渡橋、天津的解放橋、哈爾濱的松花江橋，大大促進了中國近代橋梁的發展。由于外界的刺激，使得當時的清政府開始考慮自己修建橋梁，在借鑒鐵路后，設計制造了鋼梁橋，但當時的清政府所修筑的橋梁還是以石拱橋或木橋為主。

時間流逝，到了民國時期，在孫中山先生的領導下，受西方教育影響，引進了西方近代橋梁技術，在大量中國工程師的不懈努力下，大量近代橋梁建筑開始出現，引以為豪的是由茅以升先生主持建設的杭州錢塘江大橋的建成，不僅讓中國的橋梁水平大大提高，還向西方列強宣告我中國也能夠架有高科技含量的橋。在這期間值得提及的一個人是羅英，他曾為了抗戰，炸毀了自己的橋，在抗戰勝利后，領導各地的交通建設，解放后，為新中國的建設、為中國的橋梁建設做出了突出的貢獻。隨著國家的進步，各地開設高等教育院校，更多的土木工程師出現并奔赴國家需要建設的地方，促進國家發展。在一些偏遠的西部地區，一些土木工程師撒著汗水的建設祖國。

緊接著，隨著中國的解放和新中國的成立，在蘇聯專家的幫助下，架橋技術得到了突飛猛進的發展，先是武漢長江大橋的建成，成為了新中國橋梁史上的里程碑，由于資金與鋼材的匱乏，此時的橋依舊是以石拱橋為主。后來斜拉橋技術進入中國，我國開始嘗試建造斜拉橋。在山城重慶，重慶長江大橋的出現大大標志著中國橋梁建設進入了一個嶄新的階段。

3.3 中國現代橋梁發展

在中國橋梁技術被外國趕超后，經過中國國人的努力，終于一步一步的到達了一個高度。改革開放后，從國外引進和學習的技術開始得到應用和實施，從中國第一座斜拉橋——四川云陽湯溪河橋的建成，到上海南浦大橋的建成僅僅是20年的間隔。各種新型的橋型開始出現，修建技術不斷提高，修建方式也不斷成熟，一座座他人不能想象的橋梁開始建起，諸如上海盧浦大橋、東海大橋、潤揚長江大橋等等。

3.4 感悟

中國橋梁的發展從輝煌到衰敗，再從衰敗一步一步的向上攀登，到達目前的水平，這反映了中國國人不屈不撓、勇于挑戰的精神。一個國家橋梁的發展狀況是可以衡量一個國家科技、經濟和人民精神的水平的，同時也是一個國家綜合國力的表現。在古中國，橋梁的輝煌使得中國成為那師的超級大國，被外國尊稱為天朝。當中國架橋技術開始落后時，中國便經歷了自存在以來的恥辱，被外國人蹂躪，蠶食著這塊土地。而現在的中國橋梁的發展，使得中國再次登上世界強國的位置，稱為世界大國。由此可見，橋梁的發展是一件十分不同的事情，它關系著國家的發展與未來。

4.巖土、隧道及地下工程

4.1 巖土工程史

在土木工程中，修筑任何一個工程都是不能離開巖土工程的，迄今為止最早的與巖土工程相關的遺址可能是我國北京周口店發現的“北京猿人”洞穴。可想而知，遠古人類已經開始接觸巖土工程，巖土工程是多么重要。人類不斷發展，一些淺顯的巖土工程開始路出雛形，出現了一些簡易的巖土處理辦法。距今1300多年的由李春主持修建的趙州石拱橋能完好無損的保存至今并依舊能用的原因之一就是地基處理非常合理。古代的一些建筑至今保存良好，如胡夫金字塔、萬里長城等，原因有一即為巖土工程的完美應用。巖土工程幫助隋朝人民修筑了大運河。在科技的不斷發展下，巖土工程的理論開始漸漸建立，方式方法得到創新和改善，用于巖土工程的材料也越來越豐富。特別是在歐洲工業革命與第二次工業革命后，巖土力學的萌芽與發展促使巖土工程向正規化、科學化發展，拜托了以前的憑工匠的經驗來判斷的窘境。各種新式打樁方式、輔助工具、新型理念的出現更進一步的推進了巖土工程的發展，使得近現代的地基等建筑基礎設施變得更為堅固可靠。進入信息化時代后，有了計算機和相關軟件的出世，使得巖土工程發展得越來越成熟與完善。

隨城市向大型化、高速化、工業生產化發展，越來越多的廢物開始對環境造成了污染，各種垃圾填埋場應運而生，巖土工程的發展在垃圾處理上得到了長足的發展。

4.2 隧道與地下工程發展史

在遙遠的古代，人們就開始嘗試挖掘地下工程，但由于工具的貧乏，大多數都是依靠手工或簡單機械來完成。在黃土高原上的人們為了為自己創造居住環境，創造了窯洞，可謂是人的智慧是無窮無盡的。在古中國，各種地下工程的修建彰顯了當時中國的強大，建于公元前的兵馬俑坑群的規模之大，讓人驚嘆；龍門石窟、莫高窟等佛教地下工程的出現說明了當時中國的地下工程應用之廣泛；被稱為地下長城的地下水利系統——坎兒井，說明了我國少數民族的智慧與創造能力。工業革命后，隨著大量高效能的機械設備的出現，使得地下工程的施工方式發生了改變，不在是以人力為首要條件，相反伴隨著這些高效能機械的出現，人們開始樂此不疲的修筑原來艱難的工程。而此時，原本幾乎不可能的隧道開始出現，用于交通運輸和人防工事。科技的進步同樣推動了隧道與地下工程的發展。施工方式與理念的改變是讓隧道與地下工程飛速發展的重要原因。施工技術的不斷進化，讓隧道與地下工程開始得到人民重視。在人們的不斷創新下，新技術不斷產生，從傳統礦山法到隧道掘進機方法，再到盾構法，沉管法。這些方式方法的出現使得隧道開始大眾化，使用開始廣泛化。在我國抗日戰爭中，這種方法就曾用于戰爭中，最典型的是地道戰。中國第一條鐵路：京張鐵路就穿越了八達嶺隧道。現在各種跨海隧道屢見不鮮，而科技的推動力同樣體現在這里。施工方法更多，例如新奧法、明挖法、蓋挖法等。現如今，各大城市開始發展立體交通，其中隧道與地下工程開始大展神威，不僅供車輛行駛使用，更有供城市軌道交通使用，因此城市的建設是不能離開隧道與地下工程的。現代化的商業區已經開始逐漸向地下發展，因此地下工程又有了用武之地，立體的商業設施已經成為了城市發展的需要，是解決城市用地緊張的方法，并且有助于城市美觀建設。城市地下綜合交通樞紐也是一個地下工程的舞臺，這可以解決城市地面交通運力緊張，交通擁堵，人們出行困難的問題。

4.3 隧道與地下工程的發展展望

隧道與地下工程的發展趨勢是良好的，因為發展過程中總需要交通，而有交通的地方就免不了有隧道的建設，而現今社會發展逐漸轉入地下，地下工程的發展也會得到促進。地鐵與軌道工程

5.1 地鐵與軌道工程發展史

在16世紀的歐洲，采礦業為運輸所開的礦石，執照了軌道，通過人力或牲畜來驅動礦車沿軌道行駛。在1781年，火車先驅喬治.斯蒂芬森出生于一個英國礦工家庭，直到18歲時，他還是一個文盲。他不管別人的嘲笑，與七八歲的孩子一起坐在課堂里學習。1810年，他開始著手制造蒸汽機車。1817年，斯蒂芬森決定自己主持修建從利物浦到曼徹斯特的鐵路線上完全用蒸汽機車承擔運輸任務。可是，保守的鐵路擁有者卻懷疑蒸汽機車的能力。斯蒂芬森為了讓人們充分相信并肯定火車的性能，制造出了性能更加良好的“火箭號”機車。這種機車的卓越表現終于讓懷疑者冰釋而改變了態度，利物浦--曼徹斯特鐵路就因此成為世界上第一條完全靠蒸汽機運輸的鐵路線。軌道因此得到了巨大的發展。100多年后，當人們發現蒸汽機車的效率低，污染大，耗能高等大量缺點時，蒸汽機車逐漸被電力機車和柴油機車所取代。并從此，世界進入了鐵路時代。反觀近代中國，清政府在全球發展鐵路時大力阻撓，使得中國的鐵路發展受到了前所未有的挫折。后在西方列強的打擊下，中國才開始漸漸嘗試修建鐵路。其中，里程碑的鐵路——京張鐵路，是我國自行設計建造的第一條鐵路，證明了中國不僅能用自己的力量修建這一條被國外批為天險且斷言不可能建造鐵路的線路，而且可以花錢少、質量好、完工快的完成它。京張鐵路為中國人漲了志氣，證明中國人并不傻。到了民國時期，在國民政府的指導下，我國鐵路水平得到了提高。新中國建立后，在國家的大力支持下，鐵路事業得到了突飛猛進的進展，修了穿越修路禁區的成昆鐵路，開發了世界第一快的高鐵，建設了入藏的青藏鐵路。當然國外也有很多的發展，例如日本的新干線的建成。并且科技技術方面也有了突破，磁懸浮技術的出現標志著軌道的形式開始多樣化，并向城市化服務。現在城市軌道交通工程已經開始在各個城市興起，城市軌道交通具有運量大、速度快、安全、準點、保護環境、節約能源和用地等特點。世界各國普遍認識到：解決城市的交通問題的根本出路在于優先發展以軌道交通為骨干的城市公共交通系統。與常規公共交通相比，城市軌道交通由于運行在專用行車道上，不受其他交通工具干擾，也不影響其他交通工具的運行，車輛有較高的運行速度，有較高的啟、制動加速度，多數采用高站臺，列車停站時間短，上下車迅速方便，而且換乘方便，從而可以使乘客較快地到達目的地，縮短了出行時間。并且由于軌道交通設施運行在不受其他交通工具干擾的線路上，城市軌道車輛具有較好的運行特性，車輛、車站等裝有空調、引導裝置、自動售票等直接為乘客服務的設備，城市軌道交通具有較好的乘車條件，其舒適性優于公共電車、公共汽車。線路的獨立與先進的通訊信號設備，再加之先進的調度與管理系統，使得軌道交通越來越受各大城市的歡迎。如今，世界各個大型城市開始建設軌道交通設施，以減輕城市交通運力的緊張，交通擁擠，出行不便，同時也往低碳節能方面發展。

5.2 城市軌道交通工具的發展

城市的交通一直以來是各個國家關心的方面，經過實踐證明，一個城市的發展與興盛于交通是分離不開的，例如我國北京、上海、重慶，美國紐約，日本東京、英國倫敦。當一個城市的交通發展不僅僅是傳統交通方面的發展，現如今，軌道交通對解決城市交通問題方面的特殊功能，使得軌道交通的發展遇見了前所未有的機遇。從第一代城市軌道交通工具——有軌電車的出現，標志著軌道交通走向城市化、大眾化的發展道路。在中國最早出現有軌電車的上海，曾為中國最為繁榮的城市。當時只要擁有有軌電車的城市，都是數一數二的高端城市。地鐵的出現開始正式的宣布軌道交通開始向大型化發展，由于地鐵具有運量大、建設快、安全、準時、節省能源、不污染環境、節省城市用地的優點，也為各大城市所動容，紛紛開始修建地鐵來滿足城市交通需求，減輕傳統運輸方式的壓力。在重慶，第一條現代化軌道交通設施是輕軌（暨高架跨座式獨軌列車），輕軌的出現代表著城市軌道交通向多元化發展。上海磁懸浮列車也是我國軌道交通發展的一個里程碑。如今，中國的大型城市開始建設軌道交通網絡，來滿足城市交通的發展，推動社會速率，提高社會效率。

5.3 軌道交通的發展與前景

由于社會在發展，城市交通會越來越繁忙，若不解決城市發展于交通運力的矛盾，不僅會造成城市宜居度下降，還會阻礙城市發展，因此越來越多的城市會將發展軌道交通作為促進城市交通與經濟發展的方式，而又因為人們對生活水平的重視，未來軌道交通可能會向廣泛化、高速化、多樣化、高效化發展，與此同時，城市軌道交通也會向提高運行舒適度，降低能耗的方向發展。隨著軌道交通的發展，必將帶領城市發展向天空和地下，并促進地下工程、隧道工程等更多的土木工程發展。然而由于軌道工程的高速化發展，土木工程對精度的要求大大提高，使得交通工具和基礎設施之間系統動力和高精度的變形控制問題產生，需要更多的理論來支持。

5.4 感言

軌道交通工程的出現推動社會向高速化發展，使人類發展速率大大提高，所以對于軌道交通，我們應該大力支持，為中國的復興提供幫助。加之地鐵與軌道工程是我本人的主修專業與重慶近幾年的軌道交通事業的發展，我可以說是對軌道交通工程的未來是無限憧憬的，至于我國軌道交通發展能達到什么樣的水平，這個是我們這一代土木人的責任與義務。土木工程材料

6.1 古代土木工程時期的原始材料

6.1.1 木材

古代，遠古人類用樹木與加工的石塊綁在一起制成工具使用，后來木材成為重要能源，隨著人類進化，人們懂得了用木材建造居所，后來更多的建材的出現，為緩和建筑對人的親和感，木材往往與其他建材以起進行建造。但是因為土木建材不斷發展，木材使用率開始下降，但其優于其他建材的方面卻沒有被人遺忘。

6.1.2 石材

石材是人類發展史上最早的建材，由于其品種繁多，資源豐富，受到各個時期人們的喜愛。隨后鐵器的出現更是加快了人們對石材的應用，很多的古代建筑就是由石材所建，雖然石材有著笨重不易加工的劣勢，但當設計妥當，用石材所建的建筑結構美觀，使用壽命長。如今，石材更是室內外裝修設計的常用材料，美化裝飾著我們的居住環境。

6.1.3 石灰

火的利用促進了石灰的發明，人們用石灰作為粘合劑來建造建筑，加固地基，粉飾墻面地面。我國著名的明長城的粘合劑就是石灰。隨著社會進步，由于石灰和新型的建材相比，其強度、耐水性和抗腐蝕性的弱勢導致石灰的使用進入了低谷。但是現在，石灰還是廣泛使用于建筑裝修、路基處理等。

6.1.4 石膏

由于熟石膏加水攪拌后的硬化速率很快，將其加入施工過程作為粘結劑可以大大提高施工效率。又由于石膏的吸濕性，石膏制品往往對室內空氣濕度調節有著一定的作用，被稱為“適度調節材料”。如今，石膏廣泛用于吊頂石膏板和石膏隔墻板的生產。

6.1.5 磚瓦

商代，中國開始了建筑陶器的燒造與使用。最興盛是在秦漢時期，此時的磚瓦有著“秦磚漢瓦”之稱。由于磚瓦建筑靈活方便，建造的建筑冬暖夏涼，防火能力強，受到我國人民的追捧。但是由于傳統磚瓦的制造會排出大量有害氣體和粉塵，傳統磚瓦開始被現代化的建材代替。可是還是不能忘記磚瓦為我國建筑事業所帶來的貢獻。

6.2近代土木工程中的人造材料

6.2.1 水泥與混凝土

水泥的出現是由于為尋找抗海水侵蝕的材料和建造耐久的燈塔，由史密頓發明，后經不斷改進與發展，出現了近代的水泥。混凝土是由古羅馬人發明來修筑建造。這些建材的出現使得建筑開始多元化發展。

6.2.2 鋼

鋼材的出現為近代土木工程創建了更多的使用材料，由于煉鋼技術的不斷完善，鋼結構的建筑開始出現，也為人類的建筑美學提供了新方向。

6.2.3 鋼筋混凝土與預應力鋼筋混凝土

科技的發展將近代出現的混凝土與鋼材結合，形成了鋼筋混凝土。鋼筋混凝土的出現時現代建筑材料的歷史性的突破，鋼筋來彌補混凝土抗拉伸能力弱的缺點。隨著技術的發展，預應力鋼筋混凝土出現。由于預應力鋼筋混凝土的誕生，使得建筑更為堅固，甚至可以避免裂縫的產生。從此，土木工程材料開始被鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土占據。

6.3 現代土木工程的高性能材料

6.3.1 高效能結構鋼

與傳統鋼材相比，高效能結構鋼在強度、可焊性等方面有著不同程度的改善。為當今土木工程在某些極端需求提供了幫助。

6.3.2 高性能復合材料與高強高性能混凝土

玻璃鋼（玻璃纖維增強塑料）是最早的復合材料，但社會的進步，玻璃鋼已不能滿足現如今的需求，因此各種高性能復合材料應運而生。

高強高性能混凝土的出現也是為了應時代需求，滿足更現代化的高難度工程而制造的一類材料。在各項性能上，都多少優于傳統混凝土。在如今的建筑需求下，是一類功能多樣、品種繁多的建材。

6.4 未來的新材料 未來的材料發展會向著更多的方面發展，諸如韌性抗裂材料、綠色環保型材料等功能強大的材料。而更多的是隨著社會發展需求而言所探索出的新建材。讀書報告

對于一個土木人而言，不知土木工程的發展與演變是可悲的。一個不了解土木工程歷史的土木人是不合格的，因為對于一個土木人，了解自己專業的過去有利于自己為自己將來能在自己專業上能做些什么是有極大的幫助的。從書中我了解了土木工程的發展，知道了人類為了改造這個世界，為了有一個適合自己的環境居住而出現的土木工程，了解了土木工程在人類生活中起到的不可磨滅的作用。讓我明白了自己為什么要學這個專業，為什么要讓自己走進這個領域去探索。作為一名準土木工程師，我將要在這個領域干些什么，《土木工程概論》給我提供了答案。我將在這片領域中發揮自己的能力，為世界的土木工程史留下屬于自己的一頁。我所在的地鐵與軌道工程是我校的一個新成立不久的專業，但是我有信心在這個專業中展現自己的才華，為我國甚至世界的軌道交通事業做出自己的貢獻。對于《土木工程概論》這本書，我認為是任何一個土木工程師的必讀的書，可能這本書剛讀起來有些無聊，但是當自己開始被書中的歷史所吸引時，就覺得土木工程是一件多么偉大的工程啊，人類的發展是不能離開土木工程的輔助的。若是沒有了土木工程，人類此時還是居住在天然的山洞中，過著原始人一樣的生活。

然而對于土木工程，在讀書后我又有了新的見識，土木工程不僅僅是修修房子，鋪鋪路，架一座橋或是鋪設一段鐵軌，而是一門集美學、社會學、數學、物理學、經濟學等為一體的綜合性學科，是人類發展道路上的鋪路器。

社會的發展對于土木工程師而言，是一把雙刃劍，它提供給了土木工程師更新的技術和理念，但也給土木工程師帶來了挑戰，例如在建設過程中的污染問題。然而如何去處理這種矛盾成為我們這一代既迫在眉睫又不可避免的責任。

參考文獻

【1】 項海帆，沈祖炎，范立礎著.土木工程概論.人民交通出版社，2007 【2】 百度百科.火車 【3】 百度百科.城市軌道工程 【4】 百度百科.橋梁 【5】 百度百科.土木工程