土木工程學科前沿心得體會

作為已經快要畢業(yè)的我們來說，土木工程這個詞語已經是耳熟能詳了，因為我們學的專業(yè)就是土木工程，但是我敢說沒有幾個人能夠清楚的了解土木工程這門學科的完整情況。這里我們先對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(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。中國在公元前十一世紀的西周初期制造出瓦。最早的磚出現(xiàn)在公元前五世紀至公元前三世紀戰(zhàn)國時的墓室中。磚和瓦具有比土更優(yōu)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(xiàn)使人們開始廣泛地、大量地修建房屋和城防工程等。由此土木工程技術得到了飛速的發(fā)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(xiàn)的前奏。從十九世紀中葉開始，冶金業(yè)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(fā)展需要的鋼結構得到蓬勃發(fā)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(xiàn)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(fā)展到鋼結構的百米、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，甚至在地面下鋪設鐵路，創(chuàng)造出前所未有的奇跡。為適應鋼結構工程發(fā)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(fā)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(fā)展。十九世紀20年代，波特蘭水泥制成后，混凝土問世了?；炷凉橇峡梢跃偷厝〔?，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(xiàn)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(fā)揮了各自的優(yōu)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(xiàn)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(tǒng)治地位的歷史時期。混凝土的出現(xiàn)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(fā)展?？赐晖聊竟こ痰陌l(fā)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很好發(fā)展前景，那我就對土木工程的發(fā)展前景做些簡單的理解吧。重大工程項目將陸續(xù)興建。為了解決城市土地供求矛盾，城市建設將向高、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。在我國除了修建標志性的大廈以外，還要大量修建商品住房。考慮到我國人口基數(shù)巨大，加上城市化進程加速，對住宅的需求壓力是很大的。這也為今天的學生、明天的工程師們提供了廣泛的就業(yè)機會和施展才能的舞臺。目前高速公路、高速鐵路的建設仍呈發(fā)展趨勢，交通土建工程在21世紀將有巨大的進步。在中國，交通土建工程也有宏偉的規(guī)劃航空港及海港和內河航運碼頭的建設也會在不久的將來取得巨大的進步。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開始。為了防止噪音對居民的影響，也為了節(jié)約用地，許多機場已開始填海造地。如中國澳門機場，日本關西國際機場均修筑了海上的人工島，在島上建跑道和候機樓。香港大嶼山國際機場劈山填海，荷蘭Delf圍海造城都是利用海面造福人類的宏大工程?，F(xiàn)代海上采油平臺體積巨大，在平臺上建有生活區(qū)，工人在平臺上一工作就是幾個月，如果將平臺擴大，建成海上城市是完全可能的。另外，從航空母艦和大型運輸船的建造得到啟發(fā)，人們已設想建立海上浮動城市。海洋土木工程的興建，不僅可解決陸地土地少的矛盾，同時也將對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，不適于人類生存。近代許多國家已開始沙漠改造工程。在我國西北部，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)，如沙特阿拉伯曾進行可行性研究，運輸不成問題，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，如果隨著技術進步，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，同時還改善了全球生態(tài)環(huán)境。工程材料向輕質、高強、多功能化發(fā)展。近百年以來，土木工程的結構材料主要還是鋼材、混凝土、木材和磚石。21世紀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煤軓V，且耐久性好，但其強度(比鋼材)低，韌性差，建造工程笨重而易開裂。目前常用混凝土強度可達C50-C60(強度為50～60N／mm2)，特殊工程可達C80～C100，今后將會有C400的混凝土出現(xiàn)，而常用的混凝土可達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)應用之中。對于鋼材，主要問題是易銹蝕、不耐火，必須研制生產耐銹蝕(甚至不銹)的鋼材，生產高效防火涂料用于鋼材及木材。（2）化學合成材料的應用。目前的化學合成材料主要用于門窗、管材、裝飾材料，今后的發(fā)展是向大面積圍護材料及結構骨架材料發(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件很理想。目前碳纖維以其輕質、高強、耐腐蝕等優(yōu)點而用于結構補強，在其成本降低后可望用作混凝土的加筋材料。設計方法精確化、設計工作自動化。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(shù)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?yōu)檩^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。信息和智能化技術全面引入土木工程。信息、計算機、智能化技術在工業(yè)、農業(yè)、運輸業(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(fā)展方向?，F(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、生態(tài)失衡、環(huán)境污染、人類生存環(huán)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(fā)展”的口號。這一口號不僅受到發(fā)達國家人士的批評，更是受到發(fā)展中國家的一致反對。如果