【正文】 土木工程概論 —— 復(fù)習(xí)提要 土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的總稱，它既指工程建設(shè)的對(duì)象，即建在地上、地下、水中的各種工程設(shè)施，也指所應(yīng)用的材料、設(shè)備和所進(jìn)行的勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工、保養(yǎng)、維修等技術(shù)。本課程是加強(qiáng)基礎(chǔ)課程到專業(yè)課程的有機(jī)溝通，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法建立新的課程體系結(jié)構(gòu)，包括對(duì)課程的整合與集成，組織和建設(shè)專業(yè)核心課程。通過(guò)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，德智體全面發(fā)展、掌握土木工程學(xué)科的基本理論和基本知識(shí)，獲得土木工程工程師基本訓(xùn)練，具有創(chuàng)新精神的工程科學(xué)技術(shù)人才，畢業(yè)后能從事土木工程設(shè)計(jì)、 施工與管理工作，具有初步的工程規(guī)劃與研究開發(fā)的能力。 第 1 章 緒論 一、學(xué)習(xí)重點(diǎn) （一）基本概念 土木工程：土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的總稱，它既指工程建設(shè)的對(duì)象，即建在地上、地下、水中的各種工程設(shè)施，也指所應(yīng)用的材料、設(shè)備和所進(jìn)行的勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工、保養(yǎng)、維修等技術(shù)。 基本建設(shè)：國(guó)家將工廠、礦井、鐵道、公路、橋梁、農(nóng)田水利、商店、住宅、醫(yī)院、學(xué)校、給水排水、煤氣輸送等工程建設(shè)稱為基本建設(shè)。 信息化施工：在施工過(guò)程中所涉及的各部分各階段廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，對(duì)工期、人力、材料、機(jī)械 、資金、進(jìn)度等信息進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、處理和交流，并加以科學(xué)地綜合利用，為施工管理及時(shí)、準(zhǔn)確地提供決策依據(jù)。 可持續(xù)發(fā)展：是指“既滿足當(dāng)代人的需要，又不對(duì)后代人滿足其需要的發(fā)展構(gòu)成危害”。 （二）基本知識(shí)和基本理論 土木工程概論課程的任務(wù) “土木工程”包括哪些內(nèi)容 ?“土木工程”專業(yè)的學(xué)生要學(xué)習(xí)哪些知識(shí)、掌握哪些基本技能、具備哪些能力 ?怎樣才能學(xué)好等 ?回答這些問(wèn)題便是本書的主要任務(wù)。 土木工程的內(nèi)容非常廣泛，它和廣大人民群眾的日常生活密切相關(guān)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著非常重要的作用。 土木工程的范圍包括房屋建 筑工程、公路與城市道路工程，鐵路工程，橋梁工程，隧道工程，機(jī)場(chǎng)工程，地下工程，給水排水工程，港口、碼頭工程等。 土木工程發(fā)展歷史簡(jiǎn)述 土木工程的發(fā)展經(jīng)歷了古代、近代和現(xiàn)代三個(gè)階段。 現(xiàn)代土木工程的特點(diǎn)有： ①功能要求多樣化；②城市建設(shè)立體化；③交通工程快速化；④工程設(shè)施大型化。 土木工程的未來(lái) 土木工程目前面臨的形勢(shì)是： ①信息 (包括計(jì)算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)等 )工業(yè)的迅猛發(fā)展。②航空、航天事業(yè)等高科技事業(yè)的發(fā)展。③地球上居住人口激增，而地球上的土地資源是有限的，并且會(huì)因過(guò)度消耗而日益枯竭。④生態(tài)環(huán)境受到 嚴(yán)重破壞，隨著工業(yè)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步而人類生存環(huán)境卻日益惡化。 （ 1）重大工程項(xiàng)目將陸續(xù)興建 ①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。 ②目前高速公路、高速鐵道的建設(shè)仍呈發(fā)展趨勢(shì)。 ③在航空港及海港和內(nèi)河航運(yùn)碼頭的建設(shè)也會(huì)在不久的將來(lái)取得巨大的進(jìn)步。 （ 2）土木工程將向太空、海洋、荒漠地開拓。 （ 3）工程材料向輕質(zhì)、高強(qiáng)、多功能化發(fā)展（ 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；②化學(xué)合成材料的應(yīng)用） （ 4）設(shè)計(jì)方法精確化、設(shè)計(jì)工作自動(dòng)化 （ 5）信息和智能化技術(shù)全面引入土木工 程 將信息、計(jì)算機(jī)、智能化技術(shù)等高新技術(shù)用于土木工程將是今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的重要發(fā)展方向。 ①信息化施工 信息化施工還可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與其他國(guó)家和地區(qū)的工程數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)系，在遇到新的疑難問(wèn)題時(shí)可及時(shí)查詢解決。信息化施工可大幅度提高施工效率和保證工程質(zhì)量，減少工程事故，有效控制成本，實(shí)現(xiàn)施工管理現(xiàn)代化。 ②智能化建筑 智能化建筑滿足的要求：一是房屋設(shè)備用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制，并可通過(guò)自動(dòng)優(yōu)化或人工干預(yù)來(lái)保證設(shè)備運(yùn)行的安全、可靠、高效。二是安裝了對(duì)居住者的自動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)。 ③智能化交通 智能化交通一般包括 以下幾個(gè)系統(tǒng)： A、先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)； B、交通信息服務(wù)系統(tǒng)； C、車輛控制系統(tǒng)； D、車輛調(diào)度系統(tǒng)； F、公共交通系統(tǒng)等。它應(yīng)具有信息收集，快速處理，優(yōu)化決策，大型可視化系統(tǒng)等功能。 ④土木工程分析的仿真系統(tǒng) 用此技術(shù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)可大大提高工程結(jié)構(gòu)的可靠性。 （ 6）土木工程的可持續(xù)發(fā)展 在建設(shè)與使用土木工程過(guò)程中與能源消耗，資源利用，環(huán)境保護(hù)，生態(tài)平衡有密切關(guān)系，對(duì)貫徹“可持續(xù)發(fā)展”原則影響很大。 土木工程的學(xué)習(xí)建議 （ 1）科學(xué)、技術(shù)與工程的關(guān)系 科學(xué)是關(guān)于事物的基本原理和事實(shí)的有組織、有系統(tǒng)的知 識(shí)?？茖W(xué)的主要任務(wù)是研究世界萬(wàn)物發(fā)展變化的客觀規(guī)律，它解決一個(gè)為什么的問(wèn)題。 技術(shù)則是指將科學(xué)研究所發(fā)現(xiàn)或傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)所證明的規(guī)律轉(zhuǎn)化成為各種生產(chǎn)工藝，作業(yè)方法，設(shè)備裝置等，它解決一個(gè)如何實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。技術(shù)的主要任務(wù)是為生產(chǎn)某種滿足人類需要的產(chǎn)品而服務(wù)。 工程是指自然科學(xué)或各種專門技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)部門去而形成的各種學(xué)科的總稱，其目的在于利用和改造自然來(lái)為人類服務(wù)。 （ 2）土木工程的知識(shí)、能力和素質(zhì)要求 我國(guó)高等土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，德智體全面發(fā)展、掌握土木工程學(xué)科的基本理論 和基本知識(shí)，獲得土木工程工程師基本訓(xùn)練，具有創(chuàng)新精神的高級(jí)工程科學(xué)技術(shù)人才，畢業(yè)后能從事土木工程設(shè)計(jì)、施工與管理工作，具有初步的工程規(guī)劃與研究開發(fā)的能力。 在土木工程學(xué)科的系統(tǒng)學(xué)習(xí)中，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中得出以下幾點(diǎn)值得重視：①自主學(xué)習(xí)能力；②綜合解決問(wèn)題的能力；③爭(zhēng)強(qiáng)、創(chuàng)新能力；④協(xié)調(diào)、管理能力。 （三）本章節(jié)的學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn) 基本概念。 土木工程發(fā)展歷史。 土木工程的未來(lái)。 二、練習(xí)題 （一）判斷與改錯(cuò)題 土木工程的內(nèi)容非常廣泛，它和廣大人民群眾的日常生活密切相關(guān)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著非常重要的作用 。 (對(duì) ) 信息和智能化技術(shù)將逐漸退出土木工程。 (錯(cuò) ) 為了解決城市水資源供求矛盾，城市建設(shè)將向高、深方向發(fā)展。 (錯(cuò) ) 工程的主要任務(wù)是為生產(chǎn)某種滿足人類需要的產(chǎn)品而服務(wù)。 (錯(cuò) ) 技術(shù)的主要任務(wù)是研究世界萬(wàn)物發(fā)展變化的客觀規(guī)律，它解決一個(gè)為什么的問(wèn)題。 (錯(cuò) ) （二）名詞解釋題 土木工程； 基本建設(shè)； 信息化施工； 可持續(xù)發(fā)展。 （三）單項(xiàng)選擇題 （ ） 是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的總稱。 A、土木工程 ； B、基本建設(shè)； C、信息化施工； D、可持續(xù)發(fā)展。 （ ）是關(guān)于事物的基本原理和事實(shí)的有組織、有系統(tǒng)的知識(shí)。 A、教學(xué)； B、科學(xué) ； C、技術(shù)； D、工程。 （ ）則是指將科學(xué)研究所發(fā)現(xiàn)或傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)所證明的規(guī)律轉(zhuǎn)化成為各種生產(chǎn)工藝，作業(yè)方法，設(shè)備裝置等，它解決一個(gè)如何實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。 A、理論； B、科學(xué)； C、技術(shù) ； D、工程。 （ ） 是指自然科學(xué)或各種專門技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)部門去而形成的各種學(xué)科的總稱， A、規(guī)范； B、科學(xué)； C、技術(shù)； D、工程 。 （ ）是指“既滿足當(dāng)代人的需要，又不對(duì)后代人滿足其需 要的發(fā)展構(gòu)成危害”。 A、土木工程； B、基本建設(shè)； C、信息化施工； D、可持續(xù)發(fā)展 。 （ ） 向輕質(zhì)、高強(qiáng)、多功能化發(fā)展。 A、工程材料 ； B、土木工程； C、技術(shù)； D、設(shè)計(jì)。 （ ） 其目的在于利用和改造自然來(lái)為人類服務(wù)。 A、設(shè)計(jì)； B、科學(xué)； C、技術(shù)； D、工程 。 用土木工程分析的仿真系統(tǒng)的技術(shù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)可大大提高工程結(jié)構(gòu)的（ ）。 A、可靠性 ； B、真實(shí)性； C、觀賞性； D、實(shí)用性。 （ ） 應(yīng)具有信息收集，快速處理，優(yōu)化決策，大型可視化系統(tǒng)等功能 。 A、智能化建筑； B、信息化施工； C、仿真系統(tǒng)； D、智能化交通 。 （四）多項(xiàng)選擇題 在土木工程學(xué)科的系統(tǒng)學(xué)習(xí)中，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中得出以下幾點(diǎn)值得重視：（ ）。 A、自主學(xué)習(xí)能力； B、綜合解決問(wèn)題的能力； C、爭(zhēng)強(qiáng)、創(chuàng)新能力； D、協(xié)調(diào)、管理能力 。 現(xiàn)代土木工程的特點(diǎn)有（ ）。 A、功能要求多樣化； B、城市建設(shè)立體化； C、交通工程快速化； D、工程設(shè)施大型化 。 土木工程的發(fā)展經(jīng)歷（ ）的階段。 A、古代； B、近代； C、現(xiàn)代 ； D、未來(lái)。 在 建設(shè)與使用土木工程過(guò)程中與（ ）有密切關(guān)系，對(duì)貫徹“可持續(xù)發(fā)展”原則影響很大。 A、能源消耗； B、資源利用； C、環(huán)境保護(hù)； D、生態(tài)平衡 。 信息包括（ ）等。 A、計(jì)算機(jī)； B、通訊； C、網(wǎng)絡(luò) ； D、科技。 （五）簡(jiǎn)答題 土木工程目前面臨的形勢(shì)是什么？ 什么是“土木工程”？ 土木工程的范圍包括哪些內(nèi)容？ 簡(jiǎn)述土木工程概論課程的任務(wù)？ （六）辨析題 在建設(shè)與使用土木工程過(guò)程中，應(yīng)充分滿足建筑功能完備，與能源消耗，資源利用，環(huán)境保護(hù)，生態(tài)平衡沒(méi)有密 切關(guān)系，對(duì)貫徹“可持續(xù)發(fā)展”原則影響不大。 （錯(cuò)。理由：在建設(shè)與使用土木工程過(guò)程中與能源消耗，資源利用，環(huán)境保護(hù)，生態(tài)平衡有密切關(guān)系，對(duì)貫徹“可持續(xù)發(fā)展”原則影響很大。） 將信息、計(jì)算機(jī)、智能化技術(shù)用于土木工程將是今后發(fā)展的重要方向。（對(duì)。將信息、計(jì)算機(jī)、智能化技術(shù)等高新技術(shù)用于土木工程將是今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的重要發(fā)展方向。） （七）論述題 試述我國(guó)高等土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是什么？ 聯(lián)系實(shí)際論述土木工程發(fā)展的前景。 第 2 章 土木工程材料 一、學(xué)習(xí)重點(diǎn) （一）基本概念 土木工程材料：任何土 木工程建 (構(gòu) )筑物 (包括道路、橋梁、港口、碼頭、礦井、隧道等 )都是用相應(yīng)材料按一定的要求建造成的，土木工程中所使用的各種材料統(tǒng)稱為土木工程材料。 天然砂：由自然條件作用 (主要是巖石風(fēng)化 )而形成的，粒徑在 5mm以下的巖石顆粒，稱為天然砂。 硅酸鹽水泥：根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) (GB175— 92)規(guī)定，凡由硅酸鹽水泥熟料，0~5％石灰石或粒化高爐礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。 綠色建材：其含義是指：采用清潔的生產(chǎn)技術(shù)，少用天然資源、大量使用工業(yè)或城市固體廢棄物和農(nóng)植物秸稈，生產(chǎn)無(wú)毒，無(wú) 污染、無(wú)放射性，有利于環(huán)保與人體健康的建材。 （二）基本知識(shí)和基本理論 材料一般分為金屬材料和非金屬材料兩大類。材料按功能分類般分為結(jié)構(gòu)材料 (承受荷載作用的材料 )和功能材料 (具有專門功能的材料 )。材料按用途分類，如建筑結(jié)構(gòu)材料；橋梁結(jié)構(gòu)材料；水工結(jié)構(gòu)材料；路面結(jié)構(gòu)材料；建筑墻體材料；建筑裝飾材料；建筑防水材料；建筑保溫隔聲材料等。 了解材料在土木工程中的作用主要應(yīng)從三個(gè)方面去認(rèn)識(shí)：材料對(duì)保證工程質(zhì)量的作用；材料對(duì)工程造價(jià)的影響；材料對(duì)工程技術(shù)進(jìn)步的促進(jìn)作用。 磚、瓦、砂、石、灰 磚、瓦、 砂、石、灰可統(tǒng)稱為地方材料，由于其工程用量大，原料價(jià)格低，一般都在當(dāng)?shù)鼗蚋浇貐^(qū)采購(gòu)。 （ 1）磚 磚是一種常用的砌筑材料。廣泛地用于墻體、基礎(chǔ)、柱等砌筑工程中。 按照生產(chǎn)工藝分為燒結(jié)磚和非燒結(jié)磚；按所用原材料分為粘土磚、頁(yè)巖磚、煤矸石磚、粉煤灰磚、爐渣磚和灰砂磚等；按有無(wú)孔洞分為空心磚、多孔磚和實(shí)心磚。 （ 2）瓦 瓦是屋面材料。瓦的種類較多，按所用材料分，有粘土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦、鋼絲網(wǎng)水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃鋼瓦、瀝青瓦等；按形狀分，有平瓦和波形瓦兩類。 （ 3）砂 砂是組成混凝土和砂漿的主要組成材料 之一，是土木工程的大宗材料。 砂一般分為天然砂和人工砂兩類。按其產(chǎn)源不同，天然砂可分為：河砂、海砂和山砂。 （ 4）石 凡采自天然巖石，經(jīng)過(guò)加工或未經(jīng)加工的石材，統(tǒng)稱為天然石材。包括：①毛石②料石③飾面石材④色石渣⑤石子 （ 5）灰 凡能在物理、化學(xué)作用下，從漿體變成堅(jiān)固的石狀體，并能膠結(jié)其他物料而具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，統(tǒng)稱為膠凝材料。膠凝材料可分為無(wú)機(jī)與有機(jī)兩大類。無(wú)機(jī)膠凝材料可按照其硬化條件分為氣硬性與水硬性兩種。只能在空氣中硬化的稱為氣硬性膠凝材料，如石膏、石灰。既能在空氣中又能在水中硬化的稱為水硬 性膠凝材料，如水泥。 木材 木材具有很多優(yōu)點(diǎn)，如輕質(zhì)高強(qiáng)；易于加工；有較高的彈性和韌性；能承受沖擊和振動(dòng)作用；導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能低；木紋美麗；裝飾性好等。但木材也有缺點(diǎn)，如構(gòu)造不均勻，各向異性；易吸濕、吸水，因而產(chǎn)生較大的濕脹、干縮變形；易燃、易腐等。 影響木材強(qiáng)度的主要因素為含水率 (一般含水率高，強(qiáng)度降低 )，溫度(溫度高，強(qiáng)度降低 )，荷載作用時(shí)間 (持續(xù)荷載時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)度下降 )及木材的缺陷 (木節(jié)、腐朽、裂紋、翹曲、病蟲害等 )。 工程中木材又常分為原木、鋸材及各類人造板材。 鋼材 鋼材品質(zhì)均勻致 密，抗拉、抗壓、抗彎、抗剪切強(qiáng)度都很高。有一定的塑性和很好的韌性、良好的加工性能。土木工程所使用的鋼材大多為低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼。 水泥 水泥是水硬性膠凝材料，即加水拌合成塑性漿體，能在空氣中和水中凝結(jié)硬化，可將其他材料膠結(jié)成整體，并形成堅(jiān)硬