土木工程學(xué)科前沿心得體會(huì)

作為已經(jīng)快要畢業(yè)的我們來說，土木工程這個(gè)詞語已經(jīng)是耳熟能詳了，因?yàn)槲覀儗W(xué)的專業(yè)就是土木工程，但是我敢說沒有幾個(gè)人能夠清楚的了解土木工程這門學(xué)科的完整情況。這里我們先對(duì)土木工程的的前景做些深入的了解，要了解土木工程的前景，我們先來看看土木工程的發(fā)展歷史，它已經(jīng)有悠遠(yuǎn)的歷史了，總的來說分為三個(gè)階段。人們?cè)谠缙谥荒芤揽磕嗤痢⒛玖霞捌渌烊徊牧蠌氖聽I(yíng)造活動(dòng)，后來出現(xiàn)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(guó)在公元前十一世紀(jì)的西周初期制造出瓦。最早的磚出現(xiàn)在公元前五世紀(jì)至公元前三世紀(jì)戰(zhàn)國(guó)時(shí)的墓室中。磚和瓦具有比土更優(yōu)越的力學(xué)性能，可以就地取材，而又易于加工制作。磚和瓦的出現(xiàn)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(shù)得到了飛速的發(fā)展。直至18～19世紀(jì)，在長(zhǎng)達(dá)兩千多年時(shí)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(xiàn)，甚至在目前還被廣泛采用。鋼材的大量應(yīng)用是土木工程的第二次飛躍。十七世紀(jì)70年代開始使用生鐵、十九世紀(jì)初開始使用熟鐵建造橋梁和房屋，這是鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的前奏。從十九世紀(jì)中葉開始，冶金業(yè)冶煉并軋制出抗拉和抗壓強(qiáng)度都很高、延性好、質(zhì)量均勻的建筑鋼材，隨后又生產(chǎn)出高強(qiáng)度鋼絲、鋼索。于是適應(yīng)發(fā)展需要的鋼結(jié)構(gòu)得到蓬勃發(fā)展。除應(yīng)用原有的梁、拱結(jié)構(gòu)外，新興的桁架、框架、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)逐漸推廣，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)形式百花爭(zhēng)艷的局面。建筑物跨徑從磚結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)的幾米、幾十米發(fā)展到鋼結(jié)構(gòu)的百米、幾百米，直到現(xiàn)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(shè)鐵路，創(chuàng)造出前所未有的奇跡。為適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的需要，在牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)上，材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論等就應(yīng)運(yùn)而生。施工機(jī)械、施工技術(shù)和施工組織設(shè)計(jì)的理論也隨之發(fā)展，土木工程從經(jīng)驗(yàn)上升成為科學(xué)，在工程實(shí)踐和基礎(chǔ)理論方面都面貌一新，從而促成了土木工程更迅速的發(fā)展。十九世紀(jì)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(gòu)件易于成型，但混凝土的抗拉強(qiáng)度很小，用途受到限制。十九世紀(jì)中葉以后，鋼鐵產(chǎn)量激增，隨之出現(xiàn)了鋼筋混凝土這種新型的復(fù)合建筑材料，其中鋼筋承擔(dān)拉力，混凝土承擔(dān)壓力，發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn)。二十世紀(jì)初以來，鋼筋混凝土廣泛應(yīng)用于土木工程的各個(gè)領(lǐng)域。從三十年代開始，出現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力混凝土。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能、剛度和承載能力，大大高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因而用途更為廣闊。土木工程進(jìn)入了鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土占統(tǒng)治地位的歷史時(shí)期?；炷恋某霈F(xiàn)給建筑物帶來了新的經(jīng)濟(jì)、美觀的工程結(jié)構(gòu)形式，使土木工程產(chǎn)生了新的施工技術(shù)和工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論。這是土木工程的又一次飛躍發(fā)展。看完土木工程的發(fā)展歷史，我們就能更加清晰的認(rèn)識(shí)土木工程的重要性以及土木工程的很好發(fā)展前景，那我就對(duì)土木工程的發(fā)展前景做些簡(jiǎn)單的理解吧。重大工程項(xiàng)目將陸續(xù)興建。為了解決城市土地供求矛盾，城市建設(shè)將向高、深方向發(fā)展。例如高層建筑，如上海的環(huán)球金融大廈，高460m；芝加哥Mglin—Beitler大廈，地上141層，高610m。在我國(guó)除了修建標(biāo)志性的大廈以外，還要大量修建商品住房?？紤]到我國(guó)人口基數(shù)巨大，加上城市化進(jìn)程加速，對(duì)住宅的需求壓力是很大的。這也為今天的學(xué)生、明天的工程師們提供了廣泛的就業(yè)機(jī)會(huì)和施展才能的舞臺(tái)。目前高速公路、高速鐵路的建設(shè)仍呈發(fā)展趨勢(shì)，交通土建工程在21世紀(jì)將有巨大的進(jìn)步。在中國(guó)，交通土建工程也有宏偉的規(guī)劃航空港及海港和內(nèi)河航運(yùn)碼頭的建設(shè)也會(huì)在不久的將來取得巨大的進(jìn)步。土木工程將向太空、海洋、荒漠開拓。地球上的海洋面積占整個(gè)地球表面積的70％左右，現(xiàn)在陸地上土地太少，首先想到的是可向海洋發(fā)展。向海洋開拓近代已經(jīng)開始。為了防止噪音對(duì)居民的影響，也為了節(jié)約用地，許多機(jī)場(chǎng)已開始填海造地。如中國(guó)澳門機(jī)場(chǎng)，日本關(guān)西國(guó)際機(jī)場(chǎng)均修筑了海上的人工島，在島上建跑道和候機(jī)樓。香港大嶼山國(guó)際機(jī)場(chǎng)劈山填海，荷蘭Delf圍海造城都是利用海面造福人類的宏大工程?，F(xiàn)代海上采油平臺(tái)體積巨大，在平臺(tái)上建有生活區(qū)，工人在平臺(tái)上一工作就是幾個(gè)月，如果將平臺(tái)擴(kuò)大，建成海上城市是完全可能的。另外，從航空母艦和大型運(yùn)輸船的建造得到啟發(fā)，人們已設(shè)想建立海上浮動(dòng)城市。海洋土木工程的興建，不僅可解決陸地土地少的矛盾，同時(shí)也將對(duì)海底油氣資源及礦物的開發(fā)提供立足之地。全世界陸地中約有1／3為沙漠或荒漠地區(qū)，千里荒沙、渺無人煙，目前還很少開發(fā)。沙漠難于利用主要是缺水，生態(tài)環(huán)境惡劣，日夜溫差太大，空氣干燥，太陽輻射太強(qiáng)，不適于人類生存。近代許多國(guó)家已開始沙漠改造工程。在我國(guó)西北部，利用興修水利，種植固沙植物，改良土壤等方法，使一些沙漠變成了綠洲。但大規(guī)模改造沙漠，首先要解決水的問題。目前設(shè)想有以下幾種可能：①首先在沙漠地下找水，如利比亞已發(fā)現(xiàn)撒哈拉大沙漠下有豐富的地下水，現(xiàn)已部分開始利用。②從南極將巨大的冰山拖人沙漠地區(qū)，如沙特阿拉伯曾進(jìn)行可行性研究，運(yùn)輸不成問題，如何利用冰山才符合成本要求仍有待解決。③進(jìn)行海水淡化，海水淡化方法有多種，但成本均居高不下，如果隨著技術(shù)進(jìn)步，成本降低，這是最有希望成為沙漠水源的。沙漠的改造利用不僅增加了有效土地利用面積，同時(shí)還改善了全球生態(tài)環(huán)境。工程材料向輕質(zhì)、高強(qiáng)、多功能化發(fā)展。近百年以來，土木工程的結(jié)構(gòu)材料主要還是鋼材、混凝土、木材和磚石。21世紀(jì)在工程材料方面希望有較大突破。（1）傳統(tǒng)材料的改性?；炷敛牧蠎?yīng)用很廣，且耐久性好，但其強(qiáng)度(比鋼材)低，韌性差，建造工程笨重而易開裂。目前常用混凝土強(qiáng)度可達(dá)C50-C60(強(qiáng)度為50～60N／mm2)，特殊工程可達(dá)C80～C100，今后將會(huì)有C400的混凝土出現(xiàn)，而常用的混凝土可達(dá)C100左右。為了改善韌性，加入微型纖維的混凝土，塑料混合混凝土正在開發(fā)應(yīng)用之中。對(duì)于鋼材，主要問題是易銹蝕、不耐火，必須研制生產(chǎn)耐銹蝕(甚至不銹)的鋼材，生產(chǎn)高效防火涂料用于鋼材及木材。（2）化學(xué)合成材料的應(yīng)用。目前的化學(xué)合成材料主要用于門窗、管材、裝飾材料，今后的發(fā)展是向大面積圍護(hù)材料及結(jié)構(gòu)骨架材料發(fā)展。一些化工制品具有耐高溫、保溫隔聲、耐磨耐壓等優(yōu)良性能，用于制造隔板等非承重功能構(gòu)件很理想。目前碳纖維以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)而用于結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，在其成本降低后可望用作混凝土的加筋材料。設(shè)計(jì)方法精確化、設(shè)計(jì)工作自動(dòng)化。在19世紀(jì)與20世紀(jì)，力學(xué)分析的基本原理和有關(guān)微分方程已經(jīng)建立，用之指導(dǎo)土木工程設(shè)計(jì)也取得了巨大成功。但是由于土木工程結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和人類計(jì)算能力的局限性，人們對(duì)工程的設(shè)計(jì)計(jì)算還比較粗糙，有一些還主要依靠經(jīng)驗(yàn)。數(shù)值計(jì)算機(jī)的進(jìn)步使過去不能計(jì)算的帶有盲目性的估計(jì)可以變?yōu)檩^精確的分析。例如，土木工程中的由各個(gè)桿件分析到整體分析；工程結(jié)構(gòu)的定型分析到按施工階段的全過程仿真分析；工程結(jié)構(gòu)中在災(zāi)害載荷作用下的全過程非線性分析；與時(shí)間有關(guān)的長(zhǎng)時(shí)間徐變分析和瞬間的沖擊分析等。信息和智能化技術(shù)全面引入土木工程。信息、計(jì)算機(jī)、智能化技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸業(yè)和軍事工業(yè)等各行各業(yè)中得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用，土木工程也不例外，將這些高新技術(shù)應(yīng)用于土木工程將是今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的重要發(fā)展方向。現(xiàn)舉一些例子加以說明。土木工程的可持續(xù)發(fā)展。面臨人口的增長(zhǎng)、生態(tài)失衡、環(huán)境污染、人類生存環(huán)境惡化，一些學(xué)者呼吁：“我們只有一個(gè)地球”，并提出“凍結(jié)繁榮，停止發(fā)展”的口號(hào)。這一口號(hào)不僅受到發(fā)達(dá)國(guó)家人士的批評(píng)，更是受到發(fā)展中國(guó)家的一致反對(duì)。如果