土木工程 概论 课件

充分体现了巨型桁架体系 的结构优越性，建筑上形成 多棱形晶体的独特造型
地面以上 70 层，楼高 315 m ( 层顶天线高 367.4 m )
建筑方案由著名美藉华人建筑师贝聿铭先生构思设计。 大楼内的主体结构为八榀巨型桁架，其中四榀沿房屋正方 形平面的周边布置，另四榀沿对角线方向布置。
平面 52 m×52 m，四角为型 钢立柱，底部 最大截面尺寸 为 4.8 m×4.1m，直 接深入基础， 向上逐渐减小 截面。
塔高 54.5 m，1173 年开 工兴建，因伽利略在此实验万 有引力定律而久负盛名，1987 年已列被入《世界文化遗产目 录》。
斜塔可近似看作由砌体形 成的筒中筒结构，整体性好， 刚度大，故斜而不倒。上世纪 末已对塔基进行了全面加固。
香港中国银行大厦 巨型桁架
在巨型桁架平面内还设 置若干吊杆，将楼层荷载通 过巨型桁架斜杆传给角柱。 使角柱承担几乎全部重力荷 载，增强了巨型桁架的抗倾 覆能力。
水利（综合）枢纽
二、设计思路： 第一步，选址（挡水线所在地） ①满足设计水位，流量，额定电站发电量。 ②主流鲜明，不易变更，贮变规律明确。 ③两岸较高、土质坚硬（便于两岸与坝的联接）。 ④河床下面地质条件（承载力，渗水性）。 ⑤两岸的拆迁。 第二步，水文计算 第三步，在挡水线布局各类建筑物（总平面布置）。 1.主体坝或当水闸----根据泄洪能力定。 泄洪宽足够---既建水闸又建坝，电站不过水 泄洪宽度不够，全建水闸，可考虑电站溢流或泄水 2.考虑各坝、水闸电站在平面上的布置---根据河势规律 3.根据河势及平面布置要求，考虑是否设排沙建筑 4.船闸的布置，进出船的水流条件及吃水深度等
规模确定---水文学（高低水位），水能源利用、电的需求 坝址设计、总平面设计---流体力学、河流动力学、模型实
验、工程地质学、水文气象 水工建筑物----①化为力学模型---专业课
②各类荷载计算---专业课（工作机理、担负的 荷载）结构可度
③各种力学（理力、结力、弹力） ④高等数学、编程序（语言软件学习） ⑤截面设计（承载力、抗裂）---混泥土结构学 ⑥钢闸门，结构计算----水力学、钢结构 金属运转件---钢结构 ----运行轨道的精确---水和结构的振动---动力学 机械振动与水工结构的交叉
本文档的有关内容参见7-11
土木工程概论
上海大学：姚文娟
2020年4月19日
土木工程概论讲授要义
• 《本课程》为土木工程专业本科学习的引领 • 《本课程》为土木工程后续专业课程之纲 • 《本课程》为土木工程各专业课程连接之纽带
一、收集资料
➢ 资料应反映经典案例
（反映时代印记、反映结构特点）
意大利比萨斜塔
都江堰水利工程由鱼嘴 分水堤、飞沙堰溢洪道、 宝瓶口引水口三大主体工 程和百丈堤、人字堤等附 属工程构成。科学地解决 了江水自动分流、自动排 沙、控制进水流量等问题。
鱼嘴是修建在江心的 分水堤坝，把汹涌的岷江 分隔成外江和内江，外江 排洪，内江引水灌溉。飞 沙堰起泻洪、排沙和调节 水量的作用。
都江堰
越来越向大跨度 轻质结构发展
特大跨悬索桥 世界最长的： 日本的明石海峡大桥 主跨 1 990 m
新的大跨度结构体系带来新问题
-----桥梁的风振问题
桥梁属于具有不规则形状的钝体结构，不象飞机机翼那 样有着良好的气劫特性断面；其次桥梁是近地建筑，所经受 的是近地紊流风，有复杂的地形地貌效应以及攻角和偏角效 应；再者钝体空气动力学(研究气体与钝体结构的相互作用) 本身还是一个有待深入研究的领域。所以，桥梁的抗风设计 是土木工程与流体力学的交叉新学科，是对应用空气动力学
只讲建筑的结构类型应用范围与特性，而不能讲结 构的详细受力分析
易犯的错误－深
四、如何讲授
１、注意学生的特点（刚进校）
（１）对专业的未知与茫然 －－介绍专业，注意讲一些经 典的、现代的标志性工程，引入专业兴趣
三峡大坝 位于湖北省宜昌市三斗坪中堡岛， 是当今世界上最大的水利枢纽工程。
阿联酋迪拜塔 预计完工时间为2009年12月20日， 2009年1月达到其最终设计高度818m
洋山深水港一期工程
使学生在初年级学习阶段就 了解本学科的一些前沿研究 新的发展理念 新型结构 新兴问题 前沿研究 向深海发展 软土很厚，填海造路 高回填土
超长桩---竖向及水平力、负摩阻力 高回填土下的非刚性挡土墙
深水航道、海口（河口）建水工结构 嵌入式的薄壳结构
二、如何组织教学
有不同的讲法－－－可以这样讲，也可以那样讲 ➢ 按章节顺序－－－传统、知识全面、平淡
拉力太大锚碇不够
高桩式码头
➢主要由上部结构和桩基两部分组 成。 ➢上部结构－－把桩基连成整体， 承受水平和垂直力，并把它们传 给桩基，桩基将上部力传给地基。 ➢适用于前沿水深较大的（大型） 软土地基码头，其结构竖向高度 大。对重力式，不仅重量大而且 土压力大，则要求断面很大，工 程量很大，地基承载力不够。
由于三江是小支流， 建4号坝（洪水期溢流可保持水量）。
⑸2号船闸及⑵3号船闸分别建于⑷坝的两侧，⑸及⑵均一侧靠岸-
--船闸必须一侧靠岸建，进出船的水流平稳。
• ⑶冲沙闸设在⑷坝 保证三江建坝后的不淤积。
• (12) 1号船闸布于右岸，为主要的、通行量大的船闸。
• ⒀ 冲沙闸设于⑿1号船闸右岸 枯水期不通航，冲沙。 避免凸
➢高桩（透空）式－－不挡土，
而且对地基要求不高。
混合式 1
高桩、板桩混合结构－ －高桩码头上部设帽梁， 前段护坡， 后段用板桩 加拉杆、锚碇。
混合式 2
帮助抵抗水平土压力
下部为悬臂式的挡土墙，上部为拉杆、锚碇的混合式。
防波堤的断面型式
斜坡式防波堤
直立式防波堤
直接护岸建筑
波浪拍击护岸墙
波浪在墙面回卷入海
4、注意大土木各专业之间的交叉
大土木各个专业方向之间的相同点、连贯关系与不同点
特别是不同的难点、特点 相同－－均基于力学基础 不同－－工程背景、目的、功能不同－-导致工程问题 及思考方向不同--解决的方法手段不同－－各有特点 将水工结构的手段用到建筑上－－交叉思维---新方法 由此引出一些培养创新思维的学习要点
2、在常规内容基础上，有侧重面，有主有次
（１）视各学校土木专 业的设置情况 如上海大学为建筑工 程为主
（２）毕业后在哪些部门工作（工作性质）， 以后的职业生涯、定向 如成为工程师、科研工作者、教师等
３、注意广度和深度的关系
注意讲基本概念、宏观的、扩展知识。
比如：只讲构件的形式与特点，而不能讲构件的详 细计算；
护岸墙断面图
护坡和护岸墙的混合结构
间接护岸建筑
丁堤的结构形式
潜堤促淤
五、如何激发学生的学习积极性、 创新思维能力
1、注意与前沿动态相联系
土木工程的发展
大跨度、 高耸建筑 物
大型、 大跨度 的桥梁
大河、大海上的 大跨度、高水头 的水工建筑
大型的 地下工 程
高科技的计算理 论、研究分析、 设计方法的出现
➢ 资料应反映最新进展
苏通大桥（2008年通车） 跨径为1088米，是当今世界跨径最大的斜拉桥
• 资料应反映新的发展理念
深水港位于杭州湾口，长江口外的浙江省嵊泗列岛，由大小洋山数十个岛屿 组成的海域。是中国首个在海岛建设的港口。 2020年，洋山港集装箱深水泊位50多个，设计年吞吐能力1500万标准箱以 上；通过跨海大桥与上海交通运输网络连接港口前沿水深17.5。 结构形式为高桩码头。
的一个挑战，有待于研究的领域。
裂隙岩基中渗流场与变形场的耦合 作用及其对结构工作性态的影响
裂隙岩体的渗流场分布是与裂
三峡大坝（岩基） 大位于三峡西陵峡内的宜昌 市夷陵区三斗坪，是世界最 大的混凝土重力坝,坝顶总长 3035米，坝顶高程185米
坝体挡止水 岩裂隙---渗流
隙导水通道渗透系数有关的；渗流 场的分布是与隙宽有关的；裂隙的 宽度与岩体的变形场有关，而变形 场又与渗透压力有关，这样反反复 复的影响就构成了裂隙岩体渗流场 与变形场的非线性耦合作用。耦合 作用的效应十分显著，并可能导致 坝体，水闸工作性态的恶化。该问 题仍是岩体工程和水利工程界研究 的难点和热点。
（ 如讲稿 建筑工程） ➢ 案例引领法－－－直观、感性（详见六、案例）
不论如何讲，教学思想不变
三、如何把握课程内容
1、常规的课程内容
建筑工程---基本构件、单层与多层建筑、高层与超高层建筑、 结构设计的基本理论与方法 港口工程---港口分类、港口规划与布置、码头建筑、防波堤、 护岸建筑 水利水电工程---农田水利工程、水电工程、防洪工程、水利 （综合）枢纽 桥梁工程---桥梁的分类、桥梁工程的总体规划和设计要点、 桥梁的结构形式、桥墩与桥台、桥梁技术的发展方向 基础工程---工程地质勘查、浅基础、深基础、不均匀沉降问题、 地基处理
上海环球金融中心 高492米，101层
2、利用土木专业的优势－－建筑物无处不在 逐渐引入专业－如建筑工程－－进入－－基本构件
3、注意本课程的教学目的以及与后续课程的联系
尽量把本学科四年要学的基础、专业基础及专 业课程乃至毕业设计等知识全部融入，使学生对 本专业从认识清楚到热爱，并知道后续课程在本 专业中的相关作用、意义。（详见六案例教学）
2、通过案例（特别是失败的工程） 反面教学，诱发思维
美国塔科马大桥倒塌视频
大桥为主跨853米 的悬索桥，享有 世界单跨桥之王 的称号。1940年 11月7日上午10 点，风速达到到 每小时64公里， 大桥发生颤振破 坏，掉入海中。
港口工程与建筑工程的不同
波浪力、动水、有水的冲刷、淘基础的问题、侧 土压力、水下施工、稳定问题
➢ 码头按结构形式可分为重力式、 ➢ 板桩式、高桩式和混合式 。 ➢ 重力式：靠自重稳定因此要求
地基较好。 • T:何谓稳定、 • T:地基较好、
板桩式
板桩式：为了减少地基应 力，靠打入土中的板桩来 挡土，为了抵抗土压，上 部用拉杆拉住，拉杆力传 给后面的锚碇结构。适用 于墙高不大（10m以下）
水利（综合）枢纽
以发电为主，水库可蓄水、调洪、灌溉、兼顾通航
一、枢纽建筑物 挡水----水位差----势能----动能----发电
1. 挡水建筑物---坝、水闸 2.电站
上游进水建筑----取水口---将水引入，引水道进口。上游 引水 ----把水引入水轮机，以及下游的尾水建筑。
平水建筑 ---电站负荷变化时，平衡引水建筑物中的压力以及流速的变 化 ，如有 压引水道中的调压室。 厂房----发电、变电、配电建筑。 3.泄水建筑-----泄水闸、溢洪道、溢流隧洞、泄水孔。 4.排沙建筑-----冲沙闸、导沙坝。 5.过水建筑------船闸、船坞。
•ห้องสมุดไป่ตู้
岸（从整河势看）可能的淤积，保证船闸通航水深。
• 另：按原河势微弯规律，设有⒄ ⒅ 防淤堤：
• ⒅缩小过水面，提高流速并把水流导向凹岸主流区，
• ⒄ ----按原河势设置长堤（弯） 对三江形成了小的主流区，又兼
•
船闸的上游引航道。
长江三峡水利枢纽工程 混凝土重力大坝，坝后式水电站
船闸
水利工程所涉及的基础及专业知识总结
水利工程与建筑工程的不同
➢ 首先是总平面布置问题难 • 河道中的水沙平衡问题 • 建坝后的冲淤问题
➢ 其次才是结构问题
•不像建筑工程中的杆件（规则结构），而一般为大体 积、大跨度及厚板式的不规则结构） •如水电站、水闸有闸门、要挡水、进水等 •长期在水中工作 •承受循环（变化水位，底板易开裂、变形，影响闸门 的工作止水等等（如案例2---出海闸）
促进材料 的发展
高科技 的计算 理论、 分析方 法
材料的 发展
使结构的内力、变形计算更准 确、 内力分布更均匀、合理 结构尺寸、外形更小、轻巧
结构的自重减小 ，外形美观、 更经济适用
要求轻质高强度的材料 自密实、高强度混凝土等 要求与结构受力相匹配的材料
聚合材料 复合材料
土木工程 与力学的
结合
土木工程 与材料学 科的结合
第四步，输水、消能计算及结构计算 第五步，结构计算设计
实例--长江三峡水利枢纽 坝址所在为微弯型，左岸为凹岸
⑼泄水闸位于主流（深弘区）---保证洪水期水的流畅。 ⑺二江电站位于泄水闸左侧，⑾大江电站位于泄水闸的右侧。
电站应布置于深水区（取水好）但不能位于主流区（厂房阻水）。
在二江电站⑺旁有一浅坝，利用它做开关站⒂，并利用此坝堤做2 号船闸的上下游引航道⑸。