土木工程的發(fā)展簡史課件

1、 土木工程的發(fā)展簡史高樂Engineering invoates the world, and here we are 工 程 將自然科學(xué)的原理應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門中去而形成的各學(xué)科的總稱。如土木工程、水利工程、冶金工程、機電工程、化學(xué)工程、海洋工程、生物工程等。這些學(xué)科是應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的原理，結(jié)合在科學(xué)實驗及生產(chǎn)實踐中所積累的技術(shù)經(jīng)驗而發(fā)展出來的。 辭海（1999年版），上海辭書出版社，第1452頁土木工程，Civil Engineering，是利用偉大的自然資源為人類造福的藝術(shù)（倫敦土木工程師學(xué)會的皇家特許狀闡明的定義，1828年）。包括設(shè)計和建造公共設(shè)施房屋、橋

2、梁、隧道、航道、運河、街道、排水系統(tǒng)、鐵路和航空港的工程學(xué)科。Civil Engineering一詞是英國工程師J.斯米頓(1724-1794)在1750年最先使用的。（劍橋百科全書，中國友誼出版社，第261頁）國務(wù)院學(xué)位委員會在學(xué)科簡介中定義為：土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的總稱，它既指工程建設(shè)的對象，即建在地上、地下、水中的各種工程設(shè)施，也指所應(yīng)用的材料、設(shè)備和所進行的勘測設(shè)計、施工、保養(yǎng)、維修等技術(shù)土木工程包括： 建筑工程 Building Engineering 鐵路工程 Railway Engineering 公路與城市道路工程 Highway Engineering 橋梁工

3、程 Bridge Engineering 地下工程 Underground Engineering 水利工程 Hydraulic Engineering 港口工程 Harbour Engineering 海洋工程 Offshore Engineering 給水與排水工程 Water Supply and Waste Water Engineering 環(huán)境工程 Environmental Engineering墻內(nèi)豎有木柱茅草下密排樹枝起龍骨作用。 d56m經(jīng)歷了三個歷史時期.古代土木工程時間跨度長。大致從新石器時代（約公元前5000年起開始至17世紀(jì)中葉)。具有代表性的工程有： 我國黃河流域

4、的仰韶文化（約公元前50003000）遺址。 埃及帝王陵墓建筑群吉薩金字塔群。建于公元前27002600年，其中以古王國第四王朝法老胡夫的金字塔最大。塔基呈方形，邊長約230.5m,高約146m，用230余萬塊巨石砌成。斯芬克斯人首獅身石雕像。建于公元前26世紀(jì)，長57m，高20m。法老以此象征尊嚴(yán)。 長城 我國歷史上偉大工程之一。始建于公元前75世紀(jì)間的春秋、戰(zhàn)國時代。最早修筑長城的是楚國，稱為“方城”。公元前214年，由秦始皇擴建完成。隨后，各朝代都進行過修筑、擴建。其中以明代修筑規(guī)模最大，工程技術(shù)水平也最高。通常稱的明長城為東起山海關(guān)，西止嘉峪關(guān)。四川都江堰大型引水樞紐，建于公元前256

5、251年，是世界歷史上最長的無壩引水工程。以灌溉為主，兼有防洪、水運、供水等多種效益，一直沿用至今。魚嘴是修建在江心的分水堤壩，把洶涌的岷江分隔成外江和內(nèi)江，外江排洪，內(nèi)江引水灌溉。飛沙堰起瀉洪、排沙和調(diào)節(jié)水量的作用。寶瓶口控制進水流量，因口的形狀如瓶頸，故稱寶瓶口。內(nèi)江水經(jīng)過寶瓶口流入川西平原灌溉農(nóng)田。 中國歷代封建王朝建造的大量宮殿和廟宇建筑，均系木構(gòu)架結(jié)構(gòu)。它是用木梁、木柱做成承重骨架，用木制斗拱做成大挑檐。北京故宮太和殿。建于明永樂18年，（1420年）是故宮最壯觀的建筑，也是我國現(xiàn)存最大的木構(gòu)殿堂。斗拱 公元532537年間建造在君士坦丁堡（今土耳其伊斯坦布爾）的索菲亞大教堂。該教堂

6、為磚砌穹頂（圓形球殼），直徑30余米，穹頂高50余米，穹頂支承在大跨磚拱和用巨石砌筑的巨型柱（截面約710m）上。 趙州橋隋代趙州安濟橋，又稱趙州橋。橋為敞肩圓弧石拱，拱券并列道，凈跨米，矢高米，上狹下寬總寬米。主拱券等厚米，主拱券上有護拱石。在主拱券上兩側(cè)，各開兩個凈跨分別為米和米的小拱，以瀉泄洪水，減輕自重。橋面呈弧形，。橋始建于隋開皇十五年(公元年），完工于隋大業(yè)元年(公元年），距今已有406年。 山西應(yīng)縣木塔，建于公元1056年，塔高67.3m，八角形，底層直徑30.27m。該塔共9層，是我國保存至今的唯一木塔，也是現(xiàn)存的最高的木結(jié)構(gòu)之一。它雖經(jīng)多次大地震仍完整無損，足以證明我國歷史上

7、木結(jié)構(gòu)的輝煌成就。 西歐各國以意大利比薩大教堂和法國巴黎圣母院為代表的教條建筑，都采用了磚石拱卷結(jié)構(gòu)。意大利比薩大教堂建于公元11到12世紀(jì)，系一組由教堂（10631118）、洗禮堂（1153）、鐘塔（11741350）組成的建筑群。巴黎圣母院建于11631250年，是法國早期哥特建筑的典型。平面寬約47m，長約125m，可容近萬人。圣壇上部的尖塔高達90m。正面是一對高60余米的塔樓，下部有三個尖卷門洞。科隆大教堂是歐洲北部最大的哥特式教堂，始建于13世紀(jì)中葉。在德國科隆。平面呈拉丁十字形，長136.5m，寬45.7m，東端為7個小圓龕組成的半圓形卷廊，西立面有一對八角形塔樓，建于18421

8、880年，高達150多米。小結(jié)：古代土木工程的特點這個歷史時期內(nèi)，土木工程所用材料最早只是當(dāng)?shù)氐奶烊徊牧?，如泥土、礫石、樹干、竹、茅草、蘆葦?shù)龋髞戆l(fā)展了土坯、石材、磚、瓦、木、青銅、鐵、鉛以及混合材料如草筋泥、混合土等。生產(chǎn)工藝、施工機具也很簡單。.近代土木工程近代土木工程的時間跨度為從17世紀(jì)中葉至20世紀(jì)中葉的300年間。主要特征是： 有力學(xué)和結(jié)構(gòu)理論作指導(dǎo)； .磚、瓦、木、石等建筑材料廣泛使用；混凝土、鋼材、鋼筋砼以及早期的預(yù)應(yīng)力砼得到發(fā)展。 施工技術(shù)進步很大。這個歷史時期，土木工程在理論、材料、施工領(lǐng)域出現(xiàn)的具有重大意義大事有： 意大利科學(xué)家伽利略在1638年出版的著作關(guān)于兩門新科學(xué)

9、的談話和數(shù)學(xué)證明中論述了建筑材料的力學(xué)性質(zhì)和梁的強度，首先用公式表達了梁（beam）的設(shè)計理論。 英國科學(xué)家牛頓在1687年總結(jié)了力學(xué)三大定律，它們是土木工程設(shè)計理論的基礎(chǔ)。 瑞士數(shù)學(xué)家歐拉在1744年出版的曲線的變分法建立了柱的壓屈理論，為分析土木工程結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定問題奠定了基礎(chǔ)。 預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土是為了彌補混凝土過早出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象，在構(gòu)件使用（加載）以前，預(yù)先給混凝土一個預(yù)壓力，即在混凝土的受拉區(qū)內(nèi)，用人工加力的方法，將鋼筋進行張拉，利用鋼筋的回縮力，使混凝土受拉區(qū)預(yù)先受壓力。這種儲存下來的預(yù)加壓力，當(dāng)構(gòu)件承受由外荷載產(chǎn)生拉力時，首先抵消受拉區(qū)混凝土中的預(yù)壓力，然后隨荷載增加，才使混

10、凝土受拉，這就限制了混凝土的伸長，延緩或不使裂縫出現(xiàn)，這就叫做預(yù)應(yīng)力混凝土。 1825年納維建立了土木工程中結(jié)構(gòu)設(shè)計的容許應(yīng)力法；19世紀(jì)末里特爾等人提出了極限平衡的概念。這為土木工程的結(jié)構(gòu)理論分析打下了基礎(chǔ)。 1824年英國人阿斯普丁取得了波特蘭水泥的專利權(quán)，1850年開始生產(chǎn)。20世紀(jì)初，有人發(fā)表了水灰比等學(xué)說，才初步奠定了混凝土強度的理論基礎(chǔ)。 1859年發(fā)明了貝塞麥轉(zhuǎn)爐煉鋼法，使鋼材得以大量生產(chǎn)，并廣泛應(yīng)用于土木工程。 1867年法國人莫尼埃用鐵絲加固混凝土制成花盆，并推廣到工程中，建造了一座蓄水池，這是應(yīng)用鋼筋砼的開端。1875年，他主持建造了第一座長16m的鋼筋砼橋。 1883年美

11、國在芝加哥由稱為“摩天樓之夫”的詹萊（B.Jenney)建造的11層住宅保險大樓，是世界最先用鐵框架（部分鋼架）承受全部大樓的重力，外墻僅為自承重墻的高層建筑。1889年，法國在巴黎建造了高300m的埃菲爾鐵塔，用鋼8000t。這是近代高層建筑結(jié)構(gòu)的萌芽。此外，由奧蒂斯（E.Otis)在19設(shè)計50年代初期發(fā)明的安全升降機也使高層建筑成為可能；他最先采用的是蒸汽動力升降機，直到1857年在紐約才安裝了第一臺乘人用的電梯。埃菲爾鐵塔于1889年建成，得名于設(shè)計它的著名建筑師、結(jié)構(gòu)工程師古斯塔夫埃菲爾，全部由施耐德鐵器（現(xiàn)施耐德電氣）建造。埃菲爾鐵塔高300米，天線高24米，總高324米，鐵塔是由

12、很多分散的鋼鐵構(gòu)件組成的看起來就像一堆模型的組件。鋼鐵構(gòu)件有18038個，重達10000噸，施工時共鉆孔700萬個，使用鉚釘250萬個。除了四個腳是用鋼筋水泥之外，全身都用鋼鐵構(gòu)成，塔身總重量7000噸。塔分三樓，分別在離地面57.6米、115.7米和276.1米處，其中一、二樓設(shè)有餐廳，第三樓建有觀景臺，從塔座到塔頂共有1711級階梯，共用去鋼鐵7000噸，12000個金屬部件，259萬只鉚釘。 1886年美國人杰克遜首先應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土制作建筑配件，后又制作樓板。1930年法國工程師弗涅希內(nèi)將高強度鋼絲用于混凝土。 土木工程在鐵路、公路、橋梁建設(shè)中得到了大規(guī)模發(fā)展；1825年在英國人斯蒂芬

13、森在英格蘭北部斯托克頓和達靈頓之間修筑了世界第一條長21km 的鐵路，1863年在倫敦又建造了世界第一條地下鐵道。1779年英國用鑄鐵建成跨度為30.5m的拱橋；1826年英國用鍛鐵建成建造了第一座跨度為177m的懸索橋；1890年英國又建成兩孔主跨的懸臂式桁架梁橋。這樣，現(xiàn)代橋梁的三種基本形式（梁式橋、拱橋、懸索橋）相繼出現(xiàn)。該橋（英國的科爾布魯克代爾橋）建于1779年。橋跨約30.5m，矢高13.7m，由五片半圓形拱肋組成。該橋完全模仿木拱橋的形狀。鋼材的出現(xiàn)，把鑄鐵（以及鍛鐵）橋送進了橋梁歷史博物館?？茽柌剪斂舜鸂枠蛟褂?70年。世界最古老的鑄鐵拱橋（Coaibrookdale Bri

14、dge)梅奈海峽橋，位于英國的威爾士，1826年建成。該橋是英國用鑄鐵建成的第一座懸索橋，主跨177米，為當(dāng)時世界上最大跨度的橋梁，現(xiàn)仍存在。 梅奈海峽橋1890年由貝格（B.Baker)設(shè)計并建成的福斯橋（Forth Bridge)位于英國愛丁堡附近，兩孔主跨達521m,耗鋼50000噸。屬于懸臂式桁架梁橋。福斯橋（Forth Bridge)加拿大魁北橋Quebee Bridge該橋位于加拿大Quebee City ，建于1917年。橋型鋼桁架（steel truss bridge),跨度549m ,已超過了英國的福斯橋，在該類型橋梁中主跨居世界第一。該橋從1897年設(shè)計和施工差不多用了20

15、多年的時間，在建造過程中于1907.8.29、1916.9.11分別出現(xiàn)了兩次倒塌事故，1917.3建成通車。跨度549mThe Collapse of August 29, 1907The Collapse of September 11, 1916倫敦塔橋該橋位于泰晤士河口，是倫敦的標(biāo)志性建筑。1894年6月30日對公眾開放。該橋?qū)惗啬媳眳^(qū)連接成整體，河心建有兩墩，相距76m，墩上建有高聳的方形尖塔，在兩塔間建成一跨雙層兩用橋。下層是活動橋，6車道橋面，可通行萬噸海輪；上層（高出水面43m處）為固定的人行橋。橋塔內(nèi)設(shè)樓梯上下，內(nèi)設(shè)博物館、展覽廳、商店、酒吧等。登塔遠(yuǎn)眺，可盡情欣賞泰晤士河

16、上下游十里風(fēng)光。 下層是活動橋上層是人行橋19311942年，德國率先修筑了長達3860km的高速公路網(wǎng)。 1906年美國舊金山大地震，1923年日本關(guān)東大地震，這些自然災(zāi)害推動了結(jié)構(gòu)動力學(xué)和工程抗震技術(shù)的發(fā)展。. 現(xiàn)代土木工程時間跨度為20世紀(jì)中葉第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后至今。首先是社會經(jīng)濟建設(shè)對土木工程提出日益復(fù)雜和高標(biāo)準(zhǔn)的要求。一般表現(xiàn)為以下三個方面：其特點表現(xiàn)為：A.土木工程功能化即土木工程日益同它的使用功能或生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合。公共和住宅建筑物要求建筑、結(jié)構(gòu)、給水排水、采暖、通風(fēng)、供燃?xì)狻⒐╇姷痊F(xiàn)代技術(shù)設(shè)備結(jié)合成整體。巴西國會大廈。建于19571959巴西首都巴西利亞。由國會上下議院、辦公

17、樓和各部分廳室、服務(wù)房間等組成。240*80平臺27層板式辦公樓碗形穹隆會場建筑造型講究構(gòu)圖形式，體型簡潔而對比強烈。近代史現(xiàn)代史1、臺北101大廈1999年7月開工2003年10月17日竣工，建筑高度508米1999年7月開工2003年10月17日竣工，建筑高度508米迪拜塔哈利法塔（Burj Khalifa Tower）原名迪拜塔（Burj Dubai），又稱迪拜大廈或比斯迪拜塔，是位于阿拉伯聯(lián)合酋長國迪拜的一棟已經(jīng)建成的摩天大樓，有160層，總高828米，比臺北101足足高出320米。迪拜塔由韓國三星公司負(fù)責(zé)營造，2004年9月21日開始動工，2010年1月4日竣工啟用，同時正式更名哈利

18、法塔。建筑設(shè)計采用了一種具有挑戰(zhàn)性的單式結(jié)構(gòu)，由連為一體的管狀多塔組成，具有太空時代風(fēng)格的外形，基座周圍采用了富有伊斯蘭建筑風(fēng)格的幾何圖形六瓣的沙漠之花。上海環(huán)球金融中心（最高使用高度和最高樓頂高度）上海環(huán)球金融中心是位于中國上海陸家嘴的一棟摩天大樓，2008年8月29日竣工。是中國目前第二高樓、世界第三高樓、世界最高的平頂式大樓，樓高492米，地上101層，開發(fā)商為“上海環(huán)球金融中心公司”，由日本森大樓公司主導(dǎo)興建。關(guān)于環(huán)球金融中心設(shè)計的爭議，除了其外形，還有高度排名。該工程于1997年開工，1997年8月27日正式奠基，原設(shè)計高460米，94層，原本預(yù)計建成后將成為世界第一高樓，后來因受亞

19、洲金融危機影響，工程一度停工了6年直到2003年2月13日，當(dāng)時其設(shè)計高度已被其他摩天大樓建筑計劃超越，復(fù)工后的大廈對設(shè)計方案進行了修改，比原來增加32米（7層），即達到地上101層，從而使總高度達到492米，但以美國權(quán)威建筑機構(gòu)CTBUH所訂定的高度計算而言，仍低于已建成的臺北101大樓（總高509.2米），對此相關(guān)部門指出，臺北101的高度包括60米尖塔在內(nèi)，就實體高度（大廈屋頂）而言，環(huán)球金融中心仍屬世界第一，但又由于復(fù)工后其工程速度已不如阿拉伯聯(lián)合酋長國的迪拜塔工程，直至被超越，至此計劃定位為中國大陸第一高樓與世界第三高樓。國家鳥巢體育館香港青馬大橋(Tsing Ma Bridge)于

20、1992年5月開始興建，1997年開放通車，歷時五年竣工。創(chuàng)造了世界最長的行車鐵路兩用吊橋紀(jì)錄。B.城市建設(shè)立體化20世紀(jì)中葉以來，城市建設(shè)有三個趨向；高層建筑的大量興起。由于城市人口大量積聚，密度猛增，用房緊張，地價昂貴，建筑物向空間發(fā)展。美國的高層建筑最多，高度在160200m的就有100多幢。近30年來，我國、馬來西亞、新加坡等東南亞國家的高層建筑有很大發(fā)展。馬來西亞石油雙塔大廈。目前世界最高，450m.上海金茂大廈421m高，88層地下工程高速發(fā)展。如地下鐵道、商業(yè)街、停車庫、體育館、影劇院、工業(yè)廠房、地下倉庫等。城市高架公路、立交橋大量涌現(xiàn)。C. 交通運輸高速化其標(biāo)志是：高速公路的大規(guī)模修建。據(jù)不完全統(tǒng)計，至1993年底，全世界有50多個國家和地區(qū)擁有高速公路，其中有近20個國家和地區(qū)擁有1000km以上。據(jù)8.23日山東電臺報道，山東的高速公路是全國第一個跨2000km以上的省份。長距離的海底隧道的出現(xiàn)。如日本越過津輕海峽連接本州（青森）與北海道（函館）的青函海底隧道長達53.85km，是世界最長的海底隧道。1990年貫通的英法海峽隧道長50.5km。我國第一條水底隧道1970年建成,2.76km。香港海底隧道土木工程的功能化、城市建設(shè)的立體化、交通運輸?shù)母咚倩厝皇沟脴?gòu)成土木工程的三個要素：材料、施工、理論出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢；建筑材料的輕質(zhì)高