浅谈土木工程发展新方向

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1、浅谈土木工程发展新方向【摘要】土木工程的发展是伴随着人类社会的进步不断前进的。土木工程史是人类发展史的一个重要组成部分，是人类科学技术成就的反映。本文回顾土木工程的发展史，总结人类在土木工程方面取得的非凡成就。总结过去，展望未来，本文的重点在于探讨土木工程未来发展的新方向。【关键词】土木工程、发展史、工程理论、高性能材料、绿色建筑、全寿命周期经济、社会的快速发展给土木工程学科提供了机会，同时也需要土木工程技术的不断进步；土木工程学科的进步也对经济、社会的发展有着极为重要的影响。在人类历史上，土木工程的技术进

2、步是与社会经济的发展相伴而行的。改革开放以来，我国进入飞速发展时期。社会经济的发展使得我国有能力开展大型的、大规模的工程建设。一系列有国际影响力的工程成功实施：奥运场馆、高铁、地铁、跨海大桥、海底隧道、国际机场等。这些大型工程的实施使我国土木工程各方面的人才得到了锻炼，同时也标志着我国土木工程技术已达到世界先进水平。土木工程专业分工越来越细，需要研究的方向越来越多，但从大的方面来说，土木工程发展新方向还是在于新理论、新技术、新设计、新材料、新装备这些方面。只有不断发展的土木工程才能使这个古老的专业在新的社会

3、发展形势下永葆青春。一、土木工程发展史土木工程的发展史可以追溯到原始社会，从人工洞穴逐渐发展到地上建筑，人类有了真正意义上的建筑。公元前11世纪到公元18世纪，人类可利用的建造材料种类不多，砖、瓦、石、木材、稀少的金属材料，但也取得了非凡的成就，建造了很多精美壮丽的宫殿、庙宇、教堂。这一时期的代表作有金字塔、长城、古罗马斗兽场、秦始皇陵等等伟大的建筑。由于这一时期的建造主要靠人类的经验积累，在还没有系统的土木工程理论，和同时期建造技术相比是滞后的。公元18世纪以来土木工程进入快速发展期。力学的长足发展，理论

4、力学、材料力学、结构力学、弹性力学等学科的建立使土木工程专业得到了最好的理论指导。水泥的发明，使人类得到了目前使用最广泛的建造材料混凝土，金属材料的广泛使用，使以前不敢想象的大跨度、新高度成为了现实。各种大型机械设备的制造是土木工程的发展摆脱了人力有限带来的制约。计算机的应用，使以前人工计算不可能完成的三维结构分析成为现代结构分析的常规方式，极大的提高了现代建筑的安全性。二、土木工程发展现状现在已建立比较成熟的力学体系和有限元分析理论。计算机的普及和性能的不断提升，使得复杂计算模型的分析计算成为现实。工程理

5、论的成熟和各种数值计算方法的运用使土木工程的发展摆脱完全依赖经验和实验成为可能，从而避免传统实验存在的费用高、周期长、数据采集偏差等缺点。工程材料方面，高强度钢筋、钢材、混凝土在大量工程建设中得到应用。型钢混凝土、钢管混凝土、组合材料等各种新型材料在大型复杂的工程项目上的应用使得现在的工程建设技术发展迅速。各种大型桥梁工程、超高层建筑、地下工程的建设需要，桩基础和基坑工程的施工技术不断发展创新。混凝土施工技术的飞速发展，大跨和空间结构体系的发展，使得我国建成了一系列举世瞩目的现代工程，国家游泳中心（水立方）

6、、国家大剧院、国家体育场（鸟巢）、上海中心等。三、土木工程的发展新方向3.1工程理论的完善和应用目前的设计规范是土木工程理论的反映，对工程设计人员起着帮助和指导作用，但是还存在着需要完善和解决的问题。主要有：1、规范中的很多公式是基于有限的实验推导出来的，不能完全反映材料的本构关系，特别是非线性材料；2、目前的规范大多采用的是基于概率理论为基础的极限状态设计方法，不能精确反映结构的安全度；3、公式不能反映工程结构在全寿命周期中的的性状与发展态势；4、设计方法主要针对单个构件，缺少对结构体系的反映。解决这些问

7、题需要发展土木工程理论。目前这些都成为研究热点：1、基于实验数据或数值计算模拟建立各种材料本构关系；2、建立材料本构理论。工程界正在研究和解决目前理论上的不完善，损伤力学模型、断裂力学模型、塑性与损伤相耦合理论这些为了揭示材料实际性能而建立起来的本构模型必将成为当前和今后的研究热点。3、非线性计算精度与数值分析软件的广泛应用。基于数值计算方法的有限元分析时还存在着非线性影响因素多，结构计算结果离散性大；基于非线性分析的有限元计算软件存在着计算量大，对计算人员的要求高，分析软件目前只是在一些重大复杂的工程上应

8、用。4、基于工程全寿命周期内结构性能的理论研究。3.2高性能材料的应用高性能材料的应用是顺应社会发展的需要，合理使用的高性能材料的可在减少材料用量的同时提高结构可靠度。当前国家在大力发展绿色建筑，高性能材料具备解决资源，符合绿色建筑标准。当前发展起来的高强钢筋混凝土、高强度钢材、高强合金材料、型钢混凝土、钢管混凝土等各种高性能材料在工程上的使用，通过合理设计使得工程项目在节省材料的痛风石的安全性、耐久性、使用性均