土木工程學(xué)術(shù)論文(2)
土木工程學(xué)術(shù)論文
土木工程學(xué)術(shù)論文篇二
土木工程的發(fā)展
摘 要：在 分析 土木工程定義和重要性的基礎(chǔ)上，本文探討了其 發(fā)展 歷程，預(yù)測了土木工程未來的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：土木工程; 發(fā)展; 建筑
Abstract：Based on the definition and importance of Civil Engineering, the development course is discussed, and the development direction of civil engineering is forecasted.
Key words：Civil engineering，development，constructure
1 引言
土木工程是指房屋、公路、鐵路、橋梁、水工、港工、地下等工程的總稱。土木工程對國家的 經(jīng)濟(jì) 建設(shè)和人民生活的 影響 非常明顯和重要。土木工程密切關(guān)系到人類賴以生存和繁衍的四大基本要素：衣、食、住、行，為人類提供住宅、賓館、公寓、衣料生產(chǎn)貯藏基地、食品冷庫、公路、機(jī)場、鐵路、港口、碼頭、廠房、實驗室等 現(xiàn)代 人類生活和發(fā)展的必要場所空間。
2 土木工程的 歷史
2.1 中國 土木工程的歷史
遠(yuǎn)在上古時期，中國古人類就在野處穴居，為了避免野獸侵襲，有巢氏(中國的傳說中的巢居的發(fā)明者)，才教古人離開天然巖洞、構(gòu)木為巢，居于樹上。我國古代土木工程多采用土、石、木等材料建造，建造技術(shù)和 藝術(shù) 造型達(dá)到當(dāng)時極高的成就。像長城(圖1)、趙州橋(圖2)、都江堰(圖3)等都是具有代表性的中國古代土木工程的杰作。
2.2 世界土木工程發(fā)展歷史
在歐洲，大約8000年前已開始采用曬干的磚;鑿琢 自然 石的采用，大約在5000～6000年前;至于在建筑中采用燒制的磚，亦有3000年的歷史。世界古代的偉大建筑，以公認(rèn)的七大奇跡(圖4～圖10)最為引人注目，它們都建于公元前600年～公元前200年，且均為石材建造，大都用于宗教、軍事和航海。且都是建于當(dāng)時經(jīng)濟(jì)和 科技 非常發(fā)達(dá)的地區(qū)，說明與經(jīng)濟(jì)繁榮和科技進(jìn)步是密不可分的。
3 土木工程的現(xiàn)狀
3.1世界現(xiàn)狀
隨著19世紀(jì)中葉鋼材及混凝土在土木工程中的開始使用，以及20世紀(jì)20年代后期預(yù)應(yīng)力混凝土的制造成功，建造摩天大樓、大跨度建筑和跨海峽1000m以上的大橋成為可能。 目前 ，世界上最高建筑是中國臺北的101大廈(圖11)，總高度為508m，世界前十大高層建筑見表1。近代 體育 事業(yè)的蓬勃發(fā)展也使得大跨度房屋在世界各地如雨后春筍般涌現(xiàn)，圖15和圖16為比較典型的優(yōu)秀奧運(yùn)會體育場館。
目前世界跨度最大的懸索橋是日本的東線明石海峽懸索大橋(圖17)，跨度為1990m;最長的斜拉橋是日本的多多拉橋，橋主跨有890m(圖18)，預(yù)計在不久的將來中國的蘇通長江公路大橋(圖19)將刷新這一世界紀(jì)錄。最大跨度的拱橋是中國上海的盧浦大橋(圖20)，跨度為550m。世界十大懸索橋及斜拉橋分別見表2和表3。
世界高速公路總里程最長的國家為美國，其總長為81105公里。最高的大壩為高285m的瑞士大狄克桑斯壩。最高的電視塔為加拿大高549m的多倫多塔，其次為莫斯科塔，高537m。
3.2 中國現(xiàn)狀
回顧20世紀(jì)特別是改革開放20年來，我國建設(shè)取得舉世矚目的輝煌成就。下面介紹我國的房屋、橋梁、鐵路、公路、水利、特種結(jié)構(gòu)等建設(shè)情況。
結(jié)構(gòu)工程：改革開放后在我國大陸建造了許多高層建筑，目前我國最高的建筑是世界排名第4的上海金茂大廈(圖21)。其他具有代表性的高層建筑還有深圳的地王大廈(圖22)。在特種結(jié)構(gòu)方面，我國有4所電視塔排在世界前十位，其中1995年建成的上海東方明珠電視塔(圖23)以468m的高度排在世界第三位。為迎接2008年的奧運(yùn)會，北京將建設(shè)一大批大跨超長建筑，像國家體育場“鳥巢”結(jié)構(gòu)(圖24)、國家游泳中心“水立方”(圖25)、國家大劇院(圖26)等。表1表明，無論在工程結(jié)構(gòu)的改革、建筑功能使用、新技術(shù)和新材料的采用上及合理 組織施工方面，還是在抗震分析和 計算 機(jī)程序 應(yīng)用 上及有關(guān)抗震控制試驗 研究 上，我國均達(dá)國際先進(jìn)水平。
橋梁工程：我國的橋梁建設(shè)發(fā)展迅速，取得了輝煌成就。表2及表3表明，我國已進(jìn)入橋梁工程發(fā)達(dá)國家之列，且有多座橋梁居世界同類型橋梁中跨度排名之首，廣州的丫髻沙大橋(圖27)為跨度最大的中承式鋼管混凝土拱橋。
鐵路工程：截至2000年底，我國鐵路運(yùn)營路程已達(dá)6.87萬公里，居世界第4位，亞洲之首。鐵路朝著城市輕軌和地鐵兩方面發(fā)展。同時，我國也在積極建造高速鐵路，武漢至廣州的高速鐵路運(yùn)營時間僅需4小時。此外，磁懸浮列車(圖28)也在發(fā)展。
公路建設(shè)：到2000年底，公路通車總里程達(dá)140萬公里，20年內(nèi)增加了35萬多公里，其中高速公路24336公里，居世界第三，僅次于美國和加拿大。
水利建設(shè)：50年間全國興建大中小水庫8.6萬座，水庫總蓄水量4580億m3，建設(shè)和整修大江大河堤防25萬公里，目前防洪工程發(fā)揮的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)7000多億元。在大壩建設(shè)方面，我國先后建成了青海龍羊峽大壩、貴州烏江渡大壩、四川二灘大壩等水利水電工程，在建的三峽水電站(圖29)總裝機(jī)容量達(dá)1820萬千瓦，建成后將超過目前世界上發(fā)電量最大的伊泰普水電站50%而躍居世界第一。
4 土木工程的未來
地球上可以居住、生活和耕種的土地和資源是有限的，而人口增長的速度是不斷加快的。因此，人類為了爭取生存，土木工程的未來至少向五個方向發(fā)展(見圖30)。
4.1 向高空延伸
現(xiàn)在人工建筑物最高的為646m的波蘭Gabin227kHz長波臺鋼塔，由15根鋼纖繩錨拉。日本擬在東京建造800.7m高的千年塔(圖31)，它在距海約1.25英里的大海中，將 工作、休閑、娛樂、商業(yè)、購物等融于一體的抗震豎向城市中，居民可達(dá)5萬人。中國擬在上海附近的1.6公里寬，200m深的人工島上建造一棟高1250m的仿生大廈，居民可達(dá)10萬。印度也提出將投資50億建造超級摩天大樓(圖32)，其地上共202層，高達(dá)710m。
4.2 向地下發(fā)展
1991年在東京召開的城市地下空間國際學(xué)術(shù)會議通過了《東方宣言》，提出了"21世紀(jì)是人類開發(fā)利用地下空間的世紀(jì)"。建造地下建筑將有效改善城市擁擠、節(jié)能和減少噪聲污染等優(yōu)點。日本于20世紀(jì)50年代末至70年代大規(guī)模開發(fā)利用淺層地下空間，到80年代末已開始研究50～100m深層地下空間的開發(fā)利用 問題 。日本1993年開建的東京新豐州地下變電所，將深達(dá)地下70m。目前世界上共修建水電站地下廠房約350座，最大的為加拿大的格朗德高級水電站。我國城市地下空間的開發(fā)尚處于初級階段，目前已有北京、上海、廣州等六個城市建有地鐵，已開通的總長度達(dá)215公里;設(shè)有140個地鐵站，北京地鐵長度已達(dá)41.6公里。
4.3 向海洋拓寬
為了防止機(jī)場噪聲對城市居民的 影響 ，也為了節(jié)約使用陸地，2000年8月4日，日本大阪利用18億立方圍海建造的1000m長的關(guān)西國際機(jī)場(圖33)試飛成功。阿拉伯聯(lián)合酋長國首都迪拜的七星大酒店(圖34)也建在海上，洪都拉斯將建海上城市型游船，該船將長804.5m，寬228.6m，有28層樓高，船上設(shè)有小型噴氣式飛機(jī)的跑道、 醫(yī)院 、旅館、超市、飯店、理發(fā)店和娛樂場等。近些年來，我國在這方面也已取得可喜的成績，如上海南匯灘圍墾成功和崇明東灘圍墾成功，最近又在建設(shè)黃浦江外灘的拓岸工程。圍墾、拓岸工程和建造人工島有異曲同工之處，為將來像上海這樣大的近海城市建造人工島積累了 科技 經(jīng)驗和準(zhǔn)備力量。
4.4 向沙漠進(jìn)軍
全世界約有1/3陸地為沙漠，每年約有600萬公頃的耕地被侵蝕，這將影響上億人口的生活。世界未來學(xué)會對下世紀(jì)初世界十大工程設(shè)想之一是將西亞和非洲的沙漠改造成綠洲。改造沙漠首先必須有水，然后才能綠化和改造沙土?，F(xiàn)在利比亞沙漠地區(qū)已建成一條大型的輸水管道，并在班加西建成了一座直徑1公里、深16公里的蓄水池用以沙漠灌溉。在缺乏地下水的沙漠地區(qū)，國際上正在 研究 開發(fā)使用沙漠地區(qū)太陽能淡化海水的可行方案，該方案一旦實施，將會啟動近海沙漠地區(qū)大規(guī)模的建設(shè)工程。我國沙漠輸水工程試驗成功，自行修建的第一條長途沙漠輸水工程已全線建成試水，順利地引黃河水入沙漠。我國首條沙漠高速公路——榆靖高速公路已全線動工，其全長116公里。
4.5 向太空邁進(jìn)
由于近代天 文學(xué)宇航事業(yè)的飛速 發(fā)展 和人類登月的成功實現(xiàn)，人們發(fā)現(xiàn)月球上擁有大量的鈦鐵礦，在800℃高溫下，鈦鐵礦與氫化物便合成鐵、鈦、氧和水氣，由此可以制造出人類生存必需的氧和水。美國政府已決定在月球上建造月球基地(圖35)，并通過這個基地進(jìn)行登陸火星的行動。美籍華裔林銅柱博士1985年發(fā)現(xiàn)建造混凝土所需的材料月球上都有，因此可以在月球上制作鋼筋混凝土配件裝配空間站。預(yù)計21世紀(jì)50年代以后，空間 工業(yè) 化、空間商業(yè)化、空間 旅游 、外層空間人類化等可能會得到較大的發(fā)展。
5 結(jié)語
本文暫時只提及了土木工程未來的發(fā)展方向，對于土木工程的具體細(xì)節(jié)尚應(yīng)包括使用功能的發(fā)展、結(jié)構(gòu)性能的發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展等一系列 內(nèi)容 。例如在可持續(xù)發(fā)展方面，土木工程的使用材料在未來可能會采用污染少、更重復(fù)利用的材料，諸如纖維聚合物等;在結(jié)構(gòu)的使用功能上，智能化 建筑、仿生建筑將比當(dāng)今的普通建筑會得到更大的發(fā)展空間，這兩種建筑都是功能上以人為本、使用上方面舒適、耗資上既節(jié)能又可提高工程利用率;近年來，由于災(zāi)害的頻繁發(fā)生，結(jié)構(gòu)抗災(zāi)性能的提高已成為結(jié)構(gòu)發(fā)展的首要課題，未來的土木工程可能不僅可以抗震、抗風(fēng)，甚至可以抗暴、抗海嘯、防火、防撞、防輻射等?？萍嫉倪M(jìn)步， 經(jīng)濟(jì) 的繁榮將帶給土木工程發(fā)展的春天。
參考 文獻(xiàn) ：
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