土木工程概论整理11

东北林业大学土木工程概论笔记第一章土木工程1·1土木工程的内涵及其重要性土木工程：建造各类各类工程设施的科学技术的总称，指工程建设的对象，即建在地上地下水中的各种工程设施，也指所应用的材料设备和所进行的勘测设计，施工，维修，养护等技术。

土木工程的范围：包括房屋建筑工程，公路与道路市政工程，铁道工程，桥梁工程，隧道工程，机场工程，地下工程，给排水工程，港口，码头工程。

基本建设：国家将工厂，矿井，铁道，公路，桥梁，农田水利，商店，住宅，医院，学校，给排水，煤气输送等工程建设。

土木工程对人类生存，国民经济发展，社会的文明进步起着举足轻重的作用。

重要性体现在：基础性，带动性，综合性1·2土木工程的发展历史与现状古代土木工程：历史跨度长，大致从旧石器时代（公元前5000年）到十七世纪中叶。

这一时期的土木工程没有什么设计理论指导，是公主要靠经验。

所应用的材料主要取之于自然，如树，石头，土坯，所用工具很简单，如斧，锤，刀，铲，夯等。

近代土木工程：从十七世纪中叶刀第二次世界大战前后，历时300余年，这一时期的土木工程逐步形成一门独立的学科。

材料方面开始应用钢筋，砼，这一时期的工具应用了新的施工机械。

现在土木工程：从第二次世界大战结束到至今功能要求多样化城市建设立体化交通工程高速化工程设施大型化1·3土木工程的未来与展望土木工程面临的形势：1.信息时代2.航空航天事业的发展3.世界人口的激增，资源枯竭4.生存环境的恶化土木工程的发展：1.土木工程材料向多功能和智能化发展2.土木工程项目趋于大型化、全、新，并向太空海洋荒漠发展3.土木工程设计规划科学化、自动化，施工精细化、工厂化可持续发展:既满足当代人的需要，又不对后代满足其需要的发展构成威胁1·6土木工程和专业特点及学习方法建议科学技术与工程的关系科学：关于事物的基本原理和事实的有组织有系统的认识科学的组要任务：研究世界万物发展变化的客观规律，它解决了“为什么”的问题技术：将科学研究所发现或传统经验所证明的规律转化为各种生产工艺，作业方法，设备装置等。

技术的主要任务：为生产某种满足人类需求的产品服务，它解决了“如何实现”的问题。

工程：指各种自然科学或各种专门技术应用到生产部门去的各种科学的总称。

工程的目的：利用和改造自然来为人类服务土木工程专业特点：理论与实践结合紧密的学科专业土木工程的知识能力素质的要求第二章:土木工程勘察与设计2·1工程地质勘察的内容工程地质勘察的目的：主要查明工程地质条件，分析存在的工程地质问题，对建筑地区作出地质评价土木工程地质勘察具体分为:选址勘察，初步勘察，详细勘察工程地质测绘：填绘工程地质图目的：为勘察方案的布置提供依据方法：实地测绘法，像片成图法工程地质勘察①坑探②钻探③触探2·2工程测量土木工程测量的主要任务：①地形图测绘②施工测量③变形观测：沉降观测、倾斜观测、位移观测、裂缝观测2·3地基与地基处理地基：受结构硬性的地层称为地基天然地基：不需要处理就能满足使用要求的地基人工地基：需要经过换土垫层、深层密实、排水固结等方法处理的地基工程结构对地基的主要要求地基承载能力、稳定性要求地基沉降要求地基渗流的要求地基处理的对象：软弱地基、特殊地基地基处理的目的：①提高软弱土地基的强度，保持地基的稳定性②降低软弱土的压缩性，减小地基的沉降③防治地震时地基土的液化④消除特殊土的沉陷性，胀缩性，冻胀性地基处理方法⑴换土垫层法⑵碾压法⑶强夯法⑷排水固结法⑸挤密法⑹振冲法⑺高压喷射注浆法⑻深层搅拌法地基的处理选择2·4土木工程力学基础材料力学：研究杆件在拉压弯剪扭五种力的作用下，强度，变形，稳定性，刚度特性理论力学：研究物体机械振动，运动规律的科学结构力学：研究结构在荷载的作用下，内力变形的计算方法，结构稳定性及结构在动荷载作用下的反应弹性力学：弹性体在外力作用或温度及支座沉陷作用等原因发生时应力应变位移塑性力学：研究可变行固体在受到外荷载、温度变化及边界约束变动等作用时的塑性变形和应力状态的科学流体力学:研究流体平衡和流体机械运动规律及在工程实际中应用的科学水力学：研究水作为一种流体的平衡和机械运动规律以及这些规律在工程实际中的应用土力学：研究土地的应力、应变、强度、渗流和长期稳定性的科学土木工程结构设计应遵循的八条宏观原则①受力平衡原则②变形协调原则③力走捷径的原则④刚者多劳原则⑤共生突变原则⑥多重设防原则⑦避脆保稳原则⑧满约束原则2·5土木工程结构设计的基本原理与方法结构设计的传统做法⑴．弄清使用的结构类型（初选尺寸）⑵．受力分析⑶．各种力学性能计算（强度，刚度，稳定性）⑷．和设计规范相对比，确定尺寸，施工图设计工程结构基本理论方法在力学给出结构受力分析后，解决结构或构件的强度、刚度、稳定性验算的问题。

荷载：直接作用，通常称为荷载。

能是土木工程构件产生效应的各种原因称为直接作用。

荷载：（1）按时间分：永久荷载：自重、土压、水压；可变荷载：人群、风、雪；偶尔荷载：地震、意外撞击、台风、火灾 ；（2）按空间位置分：固定荷载：自重、固定装备；自由荷载：人群、家具、车；（3）按结构应对反应的特点：静荷载：自重、土压、水压、雪；动荷载：地震、风、设备震动结构设计的目的：使工程结构在规定的时间内具有足够可靠性的前提下完成全部功能的要求。

功能：安全性，实用性，耐久性结构工程的设计原理：从弹性理论到极限状态理论 第三章：土木工程材料了解土木工程材料从三个方面去认识：1、材料对保证工程质量的作用，2、材料对工程造价的影响，3、材料对工程技术进步的促进作用3·1传统土木工程材料地方材料：砖瓦、砂、石、灰称为地方材料砖：主要用于砌筑工程特点：制砖原料容易取得，生产工艺简单，价格低廉，体积小，容易组合用途：砌筑墙体，基础，柱等缺点：占用农田，耗能大，重量大，劳动强度大，效率低分类：按生产工艺：烧结砖，非烧结砖按原料不同：粘土砖，粉煤灰砖，煤矸石转，页岩砖按有无孔分：空心砖，实心砖，多孔砖瓦：主要用于屋面防水分类：按形状不同：平瓦，波形瓦，拱形瓦按原料不同：粘土瓦，水泥瓦，石棉瓦砂天然砂：由自然条件作用而成的称为天然砂粒径在5mm 以下的岩石颗粒砂的粗细程度：粗砂：不小于0.5mm中砂：不小于0.35mm细砂：不小于0.25mm配置砼优先选粗砂，砌筑体宜选中砂，抹灰与勾缝细砂为宜砂子的含水率与体积之间的关系 砂子外观体积随温度变化而变化，假定以干砂的体积为标准，当砂子的含水率在5%~7%时，砂堆的体积最大，比干松状态的体积增大30%~35%，含水率再增加时体积逐渐缩小，当含水率达到17%时体积将缩至与干砂状态相同，当砂子完全被水浸泡之后，其密度反而超过干砂，体积可较原干砂体积缩小7%~8%左右。

石天然石材：采集天然岩石，经过加工和未经加工的石材特点：抗压强度高，具有良好的耐磨性和耐久性，资源分布广，就地取材，成本较低。

毛石（片石）：采石场直接爆破，直接获得，形状不规则的块石；平毛石：基本有六个面，但表面非常粗糙17%砂的体积含水率乱毛石：形状不规则的块石用途：基础，堤坝，挡墙，乱毛石也作砼骨料料石：由人工或机械开采出来的较规则的六面体石块按表面加工的平整度分：毛料石：稍加修整所得粗料石：表面凹凸深度h ∆不大于2cm半粗料石：cm h 1≤∆细料石：cm h 2.0≤∆按料石的形状：方料石，长料石，拱料石用途：基础，墙体和踏步等饰面石材：地面，墙面，柱面等装修用的石材主要有大理石，花岗岩色石渣：人造石材，水涮石石子（碎石）：粒径大于5mm用于砼的骨料，铁道工程的道碴，道路工程的垫层木材特点：轻质高强，易于加工，有较强的弹性，抗冲击，抗振动能力强，隔热保温性能好，纹理美观，装饰效果好 缺点：易燃易腐，各向异性，遇水膨胀3·2近代土木工程材料钢材优点：品质均匀致密，物理性能强，具有良好的加工性缺点：耐腐蚀性差，不耐火，具有低温冷脆倾向土木工程中使用的钢材：钢结构用钢材（型钢），钢筋砼用钢材型钢包括：槽钢，角钢，工字钢，钢管，钢板，钢轨砼用钢材:钢筋（粗钢筋细钢筋）；钢丝（碳素钢丝，钢绞线）水泥分类按用途性能：通用水泥，专用书你，特性水泥按水用性物质名称：硅酸盐水泥，铝酸盐水泥2.硅酸盐水泥的定义水泥的初凝：水泥浆体在常温下逐渐静固，直到开始失去塑性，这一现象称为水泥的初凝水泥的终凝：随着塑性的消失，水泥浆开始产生强度，此时称为水泥的终凝水泥的凝结：从水泥的初凝到终凝的过程称为水泥的凝结水泥的硬化：水泥浆终凝后其强度会随时间的延长不断增强，形成坚硬的水泥，这个过程称为水泥的硬化。

混凝土定义：由胶凝材料，骨料，水按一定的比例配置，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。

砼特点：原料丰富，价格低廉，抗压强度高，强度等级宽，应用广泛。

砼的分类：按胶凝材料不同：水泥砼，沥青砼，石膏砼，聚合物砼按表观密度不同：重砼（>2600），普通砼（1950<x<2600）,青砼（<1950）按使用功能不同：结构砼，道路砼，水工砼，耐 砼按施工工艺不同：喷射砼，泵送砼，振动灌浆砼砼和其他材料复合：钢筋预应力砼，纤维增强砼，聚合物砼砼的外加剂功能：1改变砼拌和物的流变性（减水剂，引气剂，泵送剂）2调节砼凝结时间和硬化性能（缓凝剂，早强剂）3改善砼耐久性（防水剂，膨胀剂，抗冻剂）4提供特殊性能（膨胀剂，着色剂）3·3现代土木工程材料钢材和砼作为结构材料的出现使土木工程的规模产生了飞跃性的发展。

高分子新型金属，各种复合材料使土木工程的外观质量有了根本变革。

沥青，沥青材料玻璃，陶瓷制品塑料制品人造板绿色建材:1建材生产尽肯能少用天然资源，多用废弃物环保2采用低能耗，不污染环境的生产工艺健康3生产中不使用有毒物质安全4产品不危害人体健康，有利于人体健康节能5产品具有多功能性6产品可循环和可回收利用第四章建筑工程4·1基本构件板：指平面尺寸，厚度较小的受弯杆件，通常水平放置按施工方法分：现浇楼板，装配式楼板梁：指工程结构中的受弯杆件，通常水平放置分类：1按材料不同：木梁，石梁，钢梁，钢筋砼梁2按形状：直线梁，拱形梁，曲线梁3按支承：简支梁，悬臂梁，连续梁4按结构中位置：主梁，次梁，圈梁，过梁，连梁主梁：除承受板传递荷载外，还承受次梁传递的荷载次梁：一般直接承受板传递的荷载，还将何在传递给主梁圈梁：将整个建筑围成一个整体，增强结构的抗振性过梁：用以承受洞口上的荷载连梁：主要用以连接两个框架，使之成为一个整体柱：主要承受压力和弯矩的竖向构件所用材料不同：钢柱，钢筋砼柱，钢—钢筋砼柱墙：按材料不同分类砌筑墙：优点：容易就地取材，价格低，隔热，防火，耐久性好缺点：整体性差，自重大，质量不易控制钢筋砼墙：剪力墙拱：为曲线结构，主要承受轴向压力基础：把建筑物机械设备的荷载传递给地基的结构，基础应有足够大的底面积和埋置深度，以保证地基的强度和稳定性，并且不发生过大的变形按结构类型分：1条形基础，2扩展基础，3筏板基础，4箱型基础桩基础（按施工工艺分）：1预制桩：将桩预制好后沉入地基2灌注桩：现场机械钻孔，然后再浇注砼而成力的传递路线板——次梁——主梁——柱（墙）——基础——地基4·2桁架结构和框架结构桁架结构（屋架）特点：1扩大了梁式结构的适用跨度2桁架的结构都是杆件组成的，所以桁架体系可以多元化组合3施工简单框架结构：由梁柱构件连结点处钢结组成的结构优点：建筑平面布置灵活，多用于多层建筑排架结构：由骨架，柱和基础组成（单层工业厂房）柱子和屋架铰接与地基钢结4·3单层大跨度房屋结构网架结构特点：1跨度更大，2安全性更大，3工业化生产悬索结构特点：1主要承重构件是索；2施工方便，设施简单；3适应性强，造型美观；4创造具有良好物理性能的建筑物4·4高层建筑分类按功能用途：工业建筑，农业建筑，民用建筑（居住建筑，公共建筑）按层数分：单层建筑，多层建筑，高层建筑（10层以上，含10层，28m以上），超高层建筑（100m以上）高层建筑体系与特点框架结构：整体性好，强度高，自重轻，布置灵活剪力墙体系：整体性好，刚度大，空间布置受限制框架——剪力墙体系筒体体系：框架筒体结构；多筒体结构；筒中筒结构，成束体结构巨型骨架结构高层建筑的发展趋势第五章道路工程与铁道工程5·1道路工程概述道路工程概述交通运输方式及道路运输交通运输方式的组成：铁路、公路、航空、水运、管道特点：铁路：客货运量大，长距离连续，成本较低，投资大，建设周期长，需中转水运：运量大，成本低，投资深，不占农田，受自然条件限制，连续性差，速度慢航空：速度快，运量小，成本高管道：连续性强，成本低，损耗小，安全性好，只能运输气液道路：机动灵活，门对门的服务，速度快，覆盖面广，最活跃的运输方式道路运输的发展趋势：3个发展阶段：？？？？？公路的分级与技术标准按使用性能分：国家主干道（国道）G省级主干道（省道）S县级主干道（县道）乡级主干道（乡道）专用公路按技术指标分：高速公路，一级公路，二级公路，三级公路，四级公路技术标准：在一定的自然环境下，保持正常行驶的速度采用的技术指标道路设计：线形设计：平面设计，纵断面设计，横断面设计结构设计：面层设计，基层设计，垫层设计路基：填方路基，挖方路基，半填半挖路基第六章 桥梁隧道工程6·1桥梁工程概述桥梁在交通运输工程中的作用：跨越各种障碍物要求：1）保证桥面的通行能力；2）桥下保证船只通航或车辆通行；3）保证桥下水流的宣泄我国桥梁的发展6·2桥梁结构桥梁的组成：桥跨结构，桥墩，桥台，桥墩桥台基础桥跨结构：桥面结构，桥跨结构，支座作用：跨越各种障碍物，将荷载传给桥墩桥台桥墩桥台：桥台：桥梁两端的支承结构，是道路与桥梁的连结点桥墩：多跨桥的中间支承结构桥台桥墩基础：将荷载传递给地基的结构桥梁的分类桥梁的基本结构分：梁式，拱式，刚架桥，吊桥，组合式梁式桥：桥跨结构由梁组成，主要承受竖向荷载，没有水平反力，对地基要求相对较低拱式：桥结构由拱圈或拱拱肋组成、拱脚处不仅有竖向荷载，也有水平荷载，对地基要求较高刚架桥吊桥（悬索桥）桥梁的其他分类根据桥梁结构桥跨结构所用材料：木桥，污工桥，钢筋砼桥，预应力砼桥根据桥梁所跨障碍物不同：跨海桥，立交桥，高架桥根据桥梁用途：铁路，公路，人行天桥根据桥梁长度和跨径不同：特大桥 多孔（L ≥500m ）单孔（L ≥100m ）大桥（L ≥100）（L ≥40）中桥（30<L<100）（20<L<40）小桥（8100≤≤L ）)205(≤≤L 小于5m ：涵洞根据桥面所在桥跨位置不同桥梁工程的发展趋势跨径不断扩大，跨型不断丰富，结构不断轻型化6·3隧道工程隧道：修建在地层中的地下工程结构分类：按地层分：岩石隧道，土质隧道按所处位置：山岭隧道，城市隧道，水底隧道按施工方式：明挖隧道，矿山法等按埋置深度：深埋隧道，浅埋隧道按横断面积：特大断面（100mm ），大断面（50~100），中断面（10~50），小断面（3~10），极小断面（3mm 以下） 按车道数：单车道，双车道，多车道按用途：交通隧道，市政隧道，水工隧道，矿山隧道第七章水工结构工程7·1水工结构工程概述水工结构的分类按服务于多项目的通用性：挡水结构，泄水结构，取水结构，输水结构，整治结构按服务于单一目标的专门性：防水工程，农田水利工程，水利水电与地下电站工程，港口航道工程，海岸工程水利工程特点：水工结构与相应的河流的水利工程是一个系统工程的综合体水工结构的工作条件复杂，施工技术难度大，投资大大型的水工结构对政治经济影响大，对环境和生态影响大7·2防洪工程防洪工程：预防控制洪水和冰凌成灾所修建的结构防洪工程的组成：挡水工程，河道整治工程，分洪和水库工程挡水工程：1、堤：沿江河湖海岸线边缘修建的结构物2、坝：建在河流中截断水流，抬高水位，形成水库的挡水结构二．河道整治三．分洪工程与水库7·3农田水利工程主要作用：灌溉，排涝，改良土壤主要构筑物：水渠灌溉：蓄水工程，自流引水灌溉，提水工程排涝：明沟排水，暗管排水，竖井排水7·4水力发电及地下发电站水力发电：循环利用水资源产生电能的过程水力发电的特点：1）不用燃料，2）不污染环境，3）能源可以循环利用，4）运营成本低7·5港口航道工程港口：位于江河湖海沿岸具有一定的设施和条件供船舶停靠，旅客上下，货物装卸，生活物料供需等作业的地方包括：水域：进港航道，港池，锚地路域：码头，岸上仓库，堆场分类：按地理位置：海港等按性质和用途：商港，军港，工业港，渔港，避风港港口工程包括：1）港口的规划设计；2）港口交通；3）基础工程，码头结构；4）防波堤等其他工程；码头的断面形式：1）直立式码头2）斜坡式码头3）半直立式码头4）半斜坡式码头第八章土木工程相关专业简介8·1 城市规划及建筑设计城市规划：1）确定城市性质、规模和发展方向；2）合理利用城市土地，协调城市空间布局、各项建设的综合不知和工具安排二．城市规划的原则：1）城市规划应具有灵活性2）战略研究和与之相适应的政策的制定3）反应公共、私人和各个团体的利益三．城市规划的内容：1）收集必需基础资料2）拟定各项技术经济政策3）确定城市各项建设项目4）采用相应的法律、经济技术手段、实施规划四．建筑设计：建筑功能、工程技术和建筑艺术的综合建筑设计采用两个阶段：初步设计、（技术设计）、施工图设计初步设计：提出设计方案技术设计:房屋各结构之间的技术要求施工图设计：各工艺的技术要求发映到图纸上建筑设计总的要求：1）满足功能的要求；2）采用合理的技术措施；3）具有良好的经济效果；4）考虑建筑的美观要求；5）符合总体规划的要求建筑平面设计：表示建筑物在水平方向房屋各部分的组织关系建筑面积=使用面积+辅助面积+结构面积建筑剖面设计：表示建筑物在垂直方向房屋各部分的组织关系8·2交通工程交通工程：以人为本，以交通流为中心，以道路为基础，将人、车、路、环境和能源有关的内容统一在交通系统中加以研究、综合处理四者的关系主要内容:1)交通特性分析技术；2）交通调查的方法；3）交通流的理论；4）道路通行能力分析技术；5）交通规划理论；6）交通管理与控制技术研究；7）交通安全技术；8)交通系统的可持续发展规划；9）交通工程的新理论，新方法和新技术8·3 给水排水工程给水工程：1)城市给水，2）建筑给水城市给水城市给水系统的组成：取水工程、输水工程、水处理工程、管网工程城市给水：城市供应所需生活，生产，市政，消防用水城市给水设计的准则：1）保证城市用水的需求量；2）保证供水水质符合国家规定；3）保证不间断供水：4）保证规定的水压和消防用水二城市给水系统：根据水源性质：地面给水，地下给水根据供水方式不同：重力给水系统，压力给水系统，混合系统城市给水系统的形式：1）统一给水系统，2）分质给水系统，3）分压给水系统，4）分区给水系统，5）循环、循序给水，6）区域给水系统，7）中水系统三．建筑给水1．建筑内部给水系统2．建筑给水按用途：生活用水、生产用水、消防用水3．建筑给水的设计内容：1）用水量的估算，2）室内供水方式的选择，3）布管方式的选择，4）管径的设计四．城市排水工程1．城市排水体制：生活污水，工业废水，雨水1）合流制排水系统2）分流制排水系统3）半分流制排水系统2．城市排水系统的组成1）排水管渠系统的组成2）污水处理厂的组成五．建筑排水：生活污水，工业废水，屋面排水六．排水管道的布设原则1）排水畅通2）使用安全可靠3）纵管线尽可能短4）便于安装、清通第九章建筑工程施工9·1 施工技术施工：以科学的施工组织为先导，以先进可靠施工技术为后盾，保证工程质量安全、经济地完成土木工程施工：施工技术，施工组织基础工程施工包括：土（石）方工程、（挖掘、运输、填筑）排水、降水、支护特点：露天作业、面广量大、施工条件复杂、易受天气、地质、水文的影响基坑（槽）开挖，2、软土地基施工，3、深基础施工二结构工程施工包括：砌筑工程、钢筋砼工程、预应力砼工程、结构安装工程砌筑工程砼工程施工：钢筋：冷加工，焊接模板——支承系统砼工程：制备、运输、振捣养护三预应力砼工程特点：刚度大，抗裂性，耐久性好先张法施工：先张拉预应力钢筋，然后再浇筑砼的施工方法主要施工过程：在浇筑构件之前，张拉预应力钢筋，并将其固定在锚具或钢模板上，然后浇筑砼构件，待砼达到一定强度（75%），砼和钢筋有足够的粘结力后，放松预应力钢筋，借助砼和预应力钢筋之间的粘结使砼产生预压应力应用范围：多用于中小型预应力砼构件的生产后张法：先制作砼构件，后张拉预应力钢筋的一种施工方法主要施工过程：先制作砼构件并预留孔道，待砼达到强度后将预应力钢筋穿入孔道，利用张拉机具张拉预应力钢筋，然后用锚具讲预应力钢筋锚固在构件端部，最后进行孔道灌浆。