土木工程的現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析.doc

土木工程的現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析摘要:系統(tǒng)分析了土木工程的建設(shè)成就和建筑材料、結(jié)構(gòu)型式、設(shè)計(jì)理論等方面的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀；對(duì)土木工程的未來(lái)發(fā)展方向從復(fù)雜結(jié)構(gòu)型式的研究,新材料、新技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,巖土錨固技術(shù),基于可靠度的設(shè)計(jì)理論等方面進(jìn)行了探討。提出應(yīng)加強(qiáng)土木工程各學(xué)科間的交流,促進(jìn)土木工程的更大發(fā)展。關(guān)鍵詞:土木工程 現(xiàn)狀 發(fā)展On the actuality and development of civil engineeringAbstract:The actuality and future developmentof civil engineeringwere systematic analyzed. It involves con-structive achievemen,t constructionmateria,l structure type, the technology ofgeotechnical reinforcemen,t de-sign principle basisofreliability, the technology ofstructure. In order to develop civilengineering, it isneces-sary to strengthen interflow between different subject。Key words:civil engineering； actuality； development經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,目前土木工程的實(shí)踐和研究已取得顯著成就,無(wú)論是結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析,還是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論和方法以及結(jié)構(gòu)的施工手段,都有了非常大的突破；特別是近若干年,在高層、大跨結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)方面成績(jī)尤其驚人。但展望未來(lái),土木工程領(lǐng)域中仍然有許多課題需要我們進(jìn)一步探討。1土木工程的現(xiàn)狀1.1土木工程建設(shè)成就巨大自改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)高層建筑的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段,高層建筑不僅在數(shù)量上越來(lái)越多,而且在高度上也越來(lái)越高。據(jù)初步統(tǒng)計(jì),我國(guó)已建成20層以上高層建筑物10000多棟,超過(guò)100 m的高樓有500多棟, 200 m以上的高層建筑50多棟,有20多棟超過(guò)300 m。目前我國(guó)最高的高層建筑為上海浦東金茂大廈,地上88層,高度420.5 m,地下3層,其高度在世界已有建筑物中排第3位,為鋼筋混凝土和鋼構(gòu)架混合結(jié)構(gòu)。即將土木工程論文動(dòng)工興建的上海金融中心大廈地面94層、地下3層,高466 m,建成后,其高度將超過(guò)目前世界最高的吉隆坡佩重納斯大廈而成為世界第一高度。在世界上,前10位最高建筑有1998年建成的高382. 2 m的馬來(lái)西亞PlzazRakya,t高381m的美國(guó)紐約帝國(guó)大廈,遭襲擊倒塌的兩棟高417 m和415 m原美國(guó)紐約世界貿(mào)易中心,吉隆坡高452 m的石油雙塔樓二棟,芝加哥高442 m的Sears塔樓,高374 m的香港中環(huán)廣場(chǎng)大廈,高368.5 m的香港中國(guó)銀行,高347.5 m的高雄T&C塔樓,高346.3m芝加哥Amoco大廈及上海浦東金茂大廈。在建的臺(tái)北金融中心,高508m,系鋼結(jié)構(gòu),將超過(guò)目前高層建筑世界紀(jì)錄馬來(lái)西亞石油雙塔樓。公路、鐵路飛速發(fā)展,“十五”期間,我國(guó)將有公路160萬(wàn)km,其中高速公路2. 5萬(wàn)km, 2010年,全國(guó)高速公路將達(dá)3萬(wàn)km。我國(guó)第1條國(guó)道主干線京滬高速公路于2000年4月20日客運(yùn)已全線貫通。到2005年,全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程約達(dá)7.5萬(wàn)km,首條跨海的粵海鐵路通道于1998年8月30日破土動(dòng)工,全長(zhǎng)542.6 km；國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)建設(shè)的青藏鐵路,東起青海格爾木,西至西藏拉薩,全長(zhǎng)1118 km,其中多年凍土地段約600 km,海拔高于4000 m的地段960多km,將成為世界上海拔最高和最長(zhǎng)的高原鐵路,是西部大開(kāi)發(fā)的又一項(xiàng)標(biāo)志性工程。橋梁工程也取得了驚人的成就,伴隨著橋梁類型的不斷翻新,主跨跨度一再突破；而斜拉撟的復(fù)興更是橋梁工程的另一個(gè)輝煌。日本的時(shí)石海峽大橋(1991 m懸索橋)、多多羅大橋(890 m斜拉橋),丹麥的海帶橋(1624 m懸索橋),法國(guó)諾曼底橋(856 m斜拉橋)被公認(rèn)為是20世紀(jì)橋梁的代表作而載入史冊(cè)。而楊浦大橋、南浦大橋、蕪湖長(zhǎng)江大橋、南京長(zhǎng)江二橋等大跨橋梁的建成都標(biāo)志著我國(guó)的大跨結(jié)構(gòu)達(dá)到了一個(gè)新的水平,已跨入世界先進(jìn)行列。目前,我國(guó)已建成千米以上大橋3座(尚有2座正在興建中)、800 m以上大橋8座、600m以上大橋15座、400m以上大橋40座,重慶萬(wàn)縣單孔跨度達(dá)420 m的鋼筋混凝土拱橋更引起世界同行的莫大興趣。1.2新型建筑材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用近年來(lái),隨著高標(biāo)號(hào)水泥的大量生產(chǎn),鋼纖維和玻璃纖維混凝土、聚合物浸漬混凝土等快硬、高強(qiáng)、輕質(zhì)、復(fù)合和節(jié)能混凝土的研制,復(fù)合、新型墻體材料的開(kāi)發(fā),鋼化玻璃、多功能涂層玻璃、雙層中空玻璃等建筑用平板玻璃等的發(fā)展,都帶來(lái)了土木工程的結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)等方面的新發(fā)展。而從20世紀(jì)80年代興起的碳纖維的應(yīng)用研究,更是土木工程在這一領(lǐng)域的又一重大突破。國(guó)內(nèi)由呂志濤院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組及其他研究機(jī)構(gòu)業(yè)已開(kāi)展利用碳纖維布對(duì)鋼筋混凝土梁、板、柱進(jìn)行加固的研究,已取得許多成果,標(biāo)志著我國(guó)在這一領(lǐng)域已處于較為領(lǐng)先的地位。目前,利用碳纖維材料加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)已在工程中獲得應(yīng)用,其前景非常廣闊。1.3預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用20世紀(jì)80年代,我國(guó)預(yù)應(yīng)力技術(shù)已從單個(gè)構(gòu)件發(fā)展到預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的新階段。預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用已擴(kuò)大到大跨度、大柱網(wǎng)、大開(kāi)間的多層與高層建筑,連續(xù)橋、斜拉橋等橋梁結(jié)構(gòu),核電站預(yù)應(yīng)力安全殼、大型預(yù)應(yīng)力儲(chǔ)倉(cāng)與儲(chǔ)液池,預(yù)應(yīng)力地錨與預(yù)應(yīng)力管樁等特種預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力技術(shù)也是建造大跨度公共建筑、大型會(huì)議展覽中心及大開(kāi)間住宅的重要技術(shù),也是高層、超高層建筑和承受特重荷載(如轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、重型傳力大梁等)的結(jié)構(gòu)中不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。預(yù)應(yīng)力技術(shù)在解決大、高、重、新建筑工程的設(shè)計(jì)和建造難題中發(fā)揮著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。此外,預(yù)應(yīng)力技術(shù)還將推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新,如預(yù)應(yīng)力拉桿替代柱的懸掛建筑結(jié)構(gòu)將獲得一定的發(fā)展。在公路工程中,預(yù)應(yīng)力技術(shù)對(duì)解決路面混凝土開(kāi)裂和減少伸縮縫,提高使用壽命具有良好的應(yīng)用前景。在橋梁工程中,不論是超大跨的懸索橋(1000 m以上,甚至達(dá)2000 m)、特大跨的斜拉橋(5001 000 m),還是大中跨度的系桿拱橋(2000MPa)的高性能纖維加強(qiáng)塑料筋將較多地獲得應(yīng)用；碳纖維加勁塑料(CFRP)、玻璃纖維加勁塑料(GFRP)、芳綸纖維加勁塑料(AFRP)；(3)新型無(wú)粘結(jié)CFRP預(yù)應(yīng)力筋及體外預(yù)應(yīng)土木工程論文力配筋將得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用； (4)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性、抗火、抗震、抗爆等性能研究及它們的設(shè)計(jì)方法研究；(5)預(yù)應(yīng)力混凝土與鋼筋混凝土的結(jié)合,預(yù)應(yīng)力混凝土與纖維混凝土的結(jié)合以及其它材料的結(jié)合；(6)預(yù)應(yīng)力輕混凝土的發(fā)展和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論的完善以及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的拆除、重建方法以及預(yù)應(yīng)力作為結(jié)構(gòu)加固和調(diào)整內(nèi)力的措施的研究；(7)發(fā)展和推廣現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)體系,一是研究和推廣應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)來(lái)提升結(jié)構(gòu)剛度,調(diào)整結(jié)構(gòu)風(fēng)力的分布,如預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力斜拉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；二是研究通過(guò)預(yù)應(yīng)力技術(shù)來(lái)形成新的空間結(jié)構(gòu),如張弦梁結(jié)構(gòu)、張拉整體結(jié)構(gòu)和索穹頂結(jié)構(gòu)等。2.4大力發(fā)展高性能混凝土美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)(ACI)將高性能混凝土(HPC)定義為具有易灌實(shí)、易密實(shí),不離析,能長(zhǎng)期保持優(yōu)越的力學(xué)性質(zhì),早期強(qiáng)度高、韌性好,體積穩(wěn)定、在惡劣環(huán)境下使用壽命長(zhǎng)等所要求性能的勻質(zhì)混凝土。1992年里約熱內(nèi)盧召開(kāi)的地球峰會(huì)將“可持續(xù)發(fā)展”定義為“與地球生態(tài)系統(tǒng)相協(xié)調(diào)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)”。指出對(duì)環(huán)境無(wú)害的混凝土技術(shù)的基礎(chǔ)賴以建立的3個(gè)主要支柱是對(duì)混凝土原材料的節(jié)約、混凝土耐久性的提高以及混凝土技術(shù)從簡(jiǎn)約法到整體法的轉(zhuǎn)變。因此發(fā)展高性能混凝土必須采用可持續(xù)發(fā)展的、對(duì)環(huán)境無(wú)害的混凝土技術(shù),在研制各種外加劑和膠凝材料的同時(shí),更應(yīng)大力研究骨料替代、水泥替代和礦物摻料的使用等利用廢棄材料來(lái)改善混凝土的性能,提高其耐久性的方法。如:采用軋碎的廢棄混凝土代替碎石,用粉煤灰中的飛灰或細(xì)灰作硬凝材料；采用煉鐵副產(chǎn)品高爐礦碴代替水泥；用粉煤灰及高爐礦碴作水泥的混合料或混凝土的礦物摻料等。2.5地下空間可持續(xù)開(kāi)發(fā)的研究進(jìn)行地下空間的開(kāi)發(fā),主要是改變了地層原始分布狀態(tài),從而引發(fā)地層內(nèi)部及地面環(huán)境的改變。為使地下空間可持續(xù)地開(kāi)發(fā),需研究以下幾個(gè)問(wèn)題:(1)水文地質(zhì)條件的改變地下空間結(jié)構(gòu)的建造與形成改變了地下水徑流的路線,破壞了原有的補(bǔ)給關(guān)系,從而改變了地下水資源的分布形式與賦存狀態(tài),并影響到地表的植被生長(zhǎng)；(2)地下空間開(kāi)發(fā)對(duì)原有的生態(tài)平衡產(chǎn)生破壞作用地下空間開(kāi)發(fā)破壞原有動(dòng)植物的生態(tài)環(huán)境,從而影響地理氣候條件,欲恢復(fù)原有生態(tài)平衡要進(jìn)行相關(guān)的研究和改造；(3)地下空間開(kāi)發(fā)對(duì)地面原有建筑物的安全將產(chǎn)生影響地下巖體工程開(kāi)挖將破壞原有地層應(yīng)力的分布,無(wú)論采用何種技術(shù)措施,都要或多或少地影響到地面原有的建筑物的安全。又由于地面各種建筑物、市政工程等設(shè)施的結(jié)構(gòu)形式、服務(wù)年限不同,因此,即便在相同的變形影響下,對(duì)各種建筑物的安全影響也不一致,因此,在建設(shè)之前要進(jìn)行整體區(qū)域與個(gè)別建筑設(shè)施評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式進(jìn)行相關(guān)的研究和評(píng)價(jià),以確保建設(shè)區(qū)地面的安全。2.6巖土錨固技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大應(yīng)用研究將進(jìn)一步拓展:巖土錨固技術(shù)除在地下工程、邊坡工程、結(jié)構(gòu)抗浮工程、深基坑工程中繼續(xù)保持著良好的發(fā)展勢(shì)態(tài)外,在重力壩加固工程、橋梁工程以及抗傾覆、抗地震工程中的地層錨固則有著長(zhǎng)足的進(jìn)展；同時(shí)錨桿錨固機(jī)理的相關(guān)研究仍為土木工程界的熱點(diǎn)和難點(diǎn),包括錨桿錨固機(jī)理的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究、不同巖體和土體中錨桿錨固機(jī)理的數(shù)值模擬、錨桿加固邊坡和地下開(kāi)挖洞室內(nèi)壁的錨固機(jī)理的研究、群錨效應(yīng)的研究、重復(fù)荷載與地震效應(yīng)對(duì)錨桿影響的研究。2.7基于可靠度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的應(yīng)用研究將成為土木工程中的一個(gè)熱門結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論是20世紀(jì)60年代建立起來(lái)的,目前已在飛機(jī)、船舶、機(jī)械等制造行業(yè)和重要的大型土木工程中得到應(yīng)用,取得顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。但這種優(yōu)化方法尚未在土木工程中得到普遍應(yīng)用,優(yōu)化的要求也未能在規(guī)范中得到體現(xiàn)。從土木工程的性質(zhì)來(lái)看,工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下內(nèi)容:(1)工程項(xiàng)目的可行性分析與論證；(2)工程系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)選型；(3)工程系統(tǒng)的全局優(yōu)化；(4)基于可靠度的多目標(biāo)復(fù)雜結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；(5)工程系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)的實(shí)施規(guī)劃和施工力學(xué)；(6)工程系統(tǒng)的科學(xué)管理和維修；(7)工程經(jīng)濟(jì)學(xué)與設(shè)計(jì)心理學(xué)。結(jié)構(gòu)的可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。國(guó)外真正開(kāi)始這方面的研究始于20世紀(jì)70年代后期,隨著結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究和可靠度研究工作的深入,基于可靠度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的研究開(kāi)始針對(duì)具體結(jié)構(gòu),并通過(guò)引入隨機(jī)有限元法來(lái)分析結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,并通過(guò)建立大系統(tǒng)的觀點(diǎn)和工程系統(tǒng)的全局優(yōu)化的思想,進(jìn)行工程項(xiàng)目的可行性分析和總體布置的決策優(yōu)化。3結(jié)束語(yǔ)目前,我國(guó)土木工程的某些領(lǐng)域已處于世界先進(jìn)行列,但我國(guó)土木工程的設(shè)計(jì)、施工和理論研究方面的總體水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的差距。展望未來(lái),不僅要加強(qiáng)新型結(jié)構(gòu)型式、新型建筑材料、新的技術(shù)手段的理論探索和應(yīng)用研究,更要加強(qiáng)土木工程二級(jí)學(xué)科間理論和技術(shù)的融合與滲透,實(shí)現(xiàn)土木工程的更大突破。參考文獻(xiàn)1、李田,劉西拉.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法的研究J.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 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