土木工程的現狀與未來發展趨勢分析摘要:系統分析了土木工程的建設成就和建筑材料、結構型式、設計理論等方面的研究與應用現狀；對土木工程的未來發展方向從復雜結構型式的研究,新材料、新技術開發與應用,巖土錨固技術,基于可靠度的設計理論等方面進行了探討。提出應加強土木工程各學科間的交流,促進土木工程的更大發展。關鍵詞:土木工程 現狀 發展On the actuality and development of civil engineeringAbstract:The actuality and future developmentof civil engineeringwere systematic analyzed. It involves con-structive achievemen,t constructionmateria,l structure type, the technology ofgeotechnical reinforcemen,t de-sign principle basisofreliability, the technology ofstructure. In order to develop civilengineering, it isneces-sary to strengthen interflow between different subject。Key words:civil engineering； actuality； development經過多年的發展,目前土木工程的實踐和研究已取得顯著成就,無論是結構的力學分析,還是結構設計的理論和方法以及結構的施工手段,都有了非常大的突破；特別是近若干年,在高層、大跨結構和鋼結構方面成績尤其驚人。但展望未來,土木工程領域中仍然有許多課題需要我們進一步探討。1土木工程的現狀1.1土木工程建設成就巨大自改革開放以來,我國高層建筑的發展進入了一個嶄新的階段,高層建筑不僅在數量上越來越多,而且在高度上也越來越高。據初步統計,我國已建成20層以上高層建筑物10000多棟,超過100 m的高樓有500多棟, 200 m以上的高層建筑50多棟,有20多棟超過300 m。目前我國最高的高層建筑為上海浦東金茂大廈,地上88層,高度420.5 m,地下3層,其高度在世界已有建筑物中排第3位,為鋼筋混凝土和鋼構架混合結構。即將土木工程論文動工興建的上海金融中心大廈地面94層、地下3層,高466 m,建成后,其高度將超過目前世界最高的吉隆坡佩重納斯大廈而成為世界第一高度。在世界上,前10位最高建筑有1998年建成的高382. 2 m的馬來西亞PlzazRakya,t高381m的美國紐約帝國大廈,遭襲擊倒塌的兩棟高417 m和415 m原美國紐約世界貿易中心,吉隆坡高452 m的石油雙塔樓二棟,芝加哥高442 m的Sears塔樓,高374 m的香港中環廣場大廈,高368.5 m的香港中國銀行,高347.5 m的高雄T&C塔樓,高346.3m芝加哥Amoco大廈及上海浦東金茂大廈。在建的臺北金融中心,高508m,系鋼結構,將超過目前高層建筑世界紀錄馬來西亞石油雙塔樓。公路、鐵路飛速發展,“十五”期間,我國將有公路160萬km,其中高速公路2. 5萬km, 2010年,全國高速公路將達3萬km。我國第1條國道主干線京滬高速公路于2000年4月20日客運已全線貫通。到2005年,全國鐵路營業里程約達7.5萬km,首條跨海的粵海鐵路通道于1998年8月30日破土動工,全長542.6 km；國務院批準建設的青藏鐵路,東起青海格爾木,西至西藏拉薩,全長1118 km,其中多年凍土地段約600 km,海拔高于4000 m的地段960多km,將成為世界上海拔最高和最長的高原鐵路,是西部大開發的又一項標志性工程。橋梁工程也取得了驚人的成就,伴隨著橋梁類型的不斷翻新,主跨跨度一再突破；而斜拉撟的復興更是橋梁工程的另一個輝煌。日本的時石海峽大橋(1991 m懸索橋)、多多羅大橋(890 m斜拉橋),丹麥的海帶橋(1624 m懸索橋),法國諾曼底橋(856 m斜拉橋)被公認為是20世紀橋梁的代表作而載入史冊。而楊浦大橋、南浦大橋、蕪湖長江大橋、南京長江二橋等大跨橋梁的建成都標志著我國的大跨結構達到了一個新的水平,已跨入世界先進行列。目前,我國已建成千米以上大橋3座(尚有2座正在興建中)、800 m以上大橋8座、600m以上大橋15座、400m以上大橋40座,重慶萬縣單孔跨度達420 m的鋼筋混凝土拱橋更引起世界同行的莫大興趣。1.2新型建筑材料的開發與應用近年來,隨著高標號水泥的大量生產,鋼纖維和玻璃纖維混凝土、聚合物浸漬混凝土等快硬、高強、輕質、復合和節能混凝土的研制,復合、新型墻體材料的開發,鋼化玻璃、多功能涂層玻璃、雙層中空玻璃等建筑用平板玻璃等的發展,都帶來了土木工程的結構形式、設計理論和施工技術等方面的新發展。而從20世紀80年代興起的碳纖維的應用研究,更是土木工程在這一領域的又一重大突破。國內由呂志濤院士領導的課題組及其他研究機構業已開展利用碳纖維布對鋼筋混凝土梁、板、柱進行加固的研究,已取得許多成果,標志著我國在這一領域已處于較為領先的地位。目前,利用碳纖維材料加固修補混凝土結構的技術已在工程中獲得應用,其前景非常廣闊。1.3預應力技術的應用20世紀80年代,我國預應力技術已從單個構件發展到預應力結構的新階段。預應力技術的應用已擴大到大跨度、大柱網、大開間的多層與高層建筑,連續橋、斜拉橋等橋梁結構,核電站預應力安全殼、大型預應力儲倉與儲液池,預應力地錨與預應力管樁等特種預應力結構。預應力技術也是建造大跨度公共建筑、大型會議展覽中心及大開間住宅的重要技術,也是高層、超高層建筑和承受特重荷載(如轉換層結構、重型傳力大梁等)的結構中不可缺少的關鍵技術。預應力技術在解決大、高、重、新建筑工程的設計和建造難題中發揮著其獨特的優勢。此外,預應力技術還將推動建筑結構的創新,如預應力拉桿替代柱的懸掛建筑結構將獲得一定的發展。在公路工程中,預應力技術對解決路面混凝土開裂和減少伸縮縫,提高使用壽命具有良好的應用前景。在橋梁工程中,不論是超大跨的懸索橋(1000 m以上,甚至達2000 m)、特大跨的斜拉橋(5001 000 m),還是大中跨度的系桿拱橋(2000MPa)的高性能纖維加強塑料筋將較多地獲得應用；碳纖維加勁塑料(CFRP)、玻璃纖維加勁塑料(GFRP)、芳綸纖維加勁塑料(AFRP)；(3)新型無粘結CFRP預應力筋及體外預應土木工程論文力配筋將得到開發和應用； (4)預應力混凝土結構的耐久性、抗火、抗震、抗爆等性能研究及它們的設計方法研究；(5)預應力混凝土與鋼筋混凝土的結合,預應力混凝土與纖維混凝土的結合以及其它材料的結合；(6)預應力輕混凝土的發展和預應力混凝土結構的計算理論的完善以及預應力混凝土結構的拆除、重建方法以及預應力作為結構加固和調整內力的措施的研究；(7)發展和推廣現代預應力空間結構體系,一是研究和推廣應用預應力技術來提升結構剛度,調整結構風力的分布,如預應力網格結構、預應力斜拉網格結構；二是研究通過預應力技術來形成新的空間結構,如張弦梁結構、張拉整體結構和索穹頂結構等。2.4大力發展高性能混凝土美國混凝土學會(ACI)將高性能混凝土(HPC)定義為具有易灌實、易密實,不離析,能長期保持優越的力學性質,早期強度高、韌性好,體積穩定、在惡劣環境下使用壽命長等所要求性能的勻質混凝土。1992年里約熱內盧召開的地球峰會將“可持續發展”定義為“與地球生態系統相協調的經濟活動”。指出對環境無害的混凝土技術的基礎賴以建立的3個主要支柱是對混凝土原材料的節約、混凝土耐久性的提高以及混凝土技術從簡約法到整體法的轉變。因此發展高性能混凝土必須采用可持續發展的、對環境無害的混凝土技術,在研制各種外加劑和膠凝材料的同時,更應大力研究骨料替代、水泥替代和礦物摻料的使用等利用廢棄材料來改善混凝土的性能,提高其耐久性的方法。如:采用軋碎的廢棄混凝土代替碎石,用粉煤灰中的飛灰或細灰作硬凝材料；采用煉鐵副產品高爐礦碴代替水泥；用粉煤灰及高爐礦碴作水泥的混合料或混凝土的礦物摻料等。2.5地下空間可持續開發的研究進行地下空間的開發,主要是改變了地層原始分布狀態,從而引發地層內部及地面環境的改變。為使地下空間可持續地開發,需研究以下幾個問題:(1)水文地質條件的改變地下空間結構的建造與形成改變了地下水徑流的路線,破壞了原有的補給關系,從而改變了地下水資源的分布形式與賦存狀態,并影響到地表的植被生長；(2)地下空間開發對原有的生態平衡產生破壞作用地下空間開發破壞原有動植物的生態環境,從而影響地理氣候條件,欲恢復原有生態平衡要進行相關的研究和改造；(3)地下空間開發對地面原有建筑物的安全將產生影響地下巖體工程開挖將破壞原有地層應力的分布,無論采用何種技術措施,都要或多或少地影響到地面原有的建筑物的安全。又由于地面各種建筑物、市政工程等設施的結構形式、服務年限不同,因此,即便在相同的變形影響下,對各種建筑物的安全影響也不一致,因此,在建設之前要進行整體區域與個別建筑設施評價相結合的方式進行相關的研究和評價,以確保建設區地面的安全。2.6巖土錨固技術的應用領域將不斷擴大應用研究將進一步拓展:巖土錨固技術除在地下工程、邊坡工程、結構抗浮工程、深基坑工程中繼續保持著良好的發展勢態外,在重力壩加固工程、橋梁工程以及抗傾覆、抗地震工程中的地層錨固則有著長足的進展；同時錨桿錨固機理的相關研究仍為土木工程界的熱點和難點,包括錨桿錨固機理的現場實驗研究、不同巖體和土體中錨桿錨固機理的數值模擬、錨桿加固邊坡和地下開挖洞室內壁的錨固機理的研究、群錨效應的研究、重復荷載與地震效應對錨桿影響的研究。2.7基于可靠度的結構優化方法的應用研究將成為土木工程中的一個熱門結構優化理論是20世紀60年代建立起來的,目前已在飛機、船舶、機械等制造行業和重要的大型土木工程中得到應用,取得顯著的經濟和社會效益。但這種優化方法尚未在土木工程中得到普遍應用,優化的要求也未能在規范中得到體現。從土木工程的性質來看,工程的優化設計應包括以下內容:(1)工程項目的可行性分析與論證；(2)工程系統的組成和結構選型；(3)工程系統的全局優化；(4)基于可靠度的多目標復雜結構優化設計方法；(5)工程系統與結構的實施規劃和施工力學；(6)工程系統的科學管理和維修；(7)工程經濟學與設計心理學。結構的可靠度優化設計是在傳統的優化設計的基礎上發展起來的。國外真正開始這方面的研究始于20世紀70年代后期,隨著結構優化研究和可靠度研究工作的深入,基于可靠度的結構優化方法的研究開始針對具體結構,并通過引入隨機有限元法來分析結構進行優化,并通過建立大系統的觀點和工程系統的全局優化的思想,進行工程項目的可行性分析和總體布置的決策優化。3結束語目前,我國土木工程的某些領域已處于世界先進行列,但我國土木工程的設計、施工和理論研究方面的總體水平與發達國家相比還有一定的差距。展望未來,不僅要加強新型結構型式、新型建筑材料、新的技術手段的理論探索和應用研究,更要加強土木工程二級學科間理論和技術的融合與滲透,實現土木工程的更大突破。參考文獻1、李田,劉西拉.混凝土結構耐久性設計方法的研究J.建筑結構學報, 1998, 19(4): 4045。2、李國強.我國高層鋼結構發展的主要問題J.建筑結構學報, 1998, 19(1): 2432。3、項海帆. 21世紀世界橋梁工程的展望J.土木工程學報, 2000, 33(3): 16。4、吳剛,安琳,呂志濤.碳纖維布用于鋼筋混凝土梁抗彎加固的試驗研究J.建筑結構, 2000, 30(7): 36。5、趙彤,謝劍.碳纖維布約束混凝土應力應變全曲線的試驗研究J.建筑結構, 2000, 30(7): 4043。6、陳瑜,李麗萍.工程結構評估與實荷堆載檢驗J.建筑結構, 2000, 30(8): 5559。7、戴國瑩.建筑結構基于性能要求的抗震措施初探J.建筑結構, 2000, 30(10): 6062。8、徐彤,周云,李良.結構減震控制技術在抗震加固改造中的應用 J.建筑結構, 2000, 30(10): 6366。9、黃尚廉.智能結構系統減災防災的研究前沿J.土木工程學報, 2000, 33(4): 15。10、王繼平.土木基礎設施減災基礎研究進展與趨勢J.土木工程學報, 2000, 33(6): 15。11、王光遠.工程結構與系統抗震優化設計的衫方法M.北京:中國建筑工業出版社, 1999。12、趙國藩.工程結構可靠度M.北京:水利電力出版社, 1984。13、王光遠.工程結構系統軟設計理論及應用M.北京:國防工業出版社, 1996。14、王光遠.基于損傷性能的優化設計M.北京:中國建筑工業出版社, 1999。15、劉寧,鄭建青.力學及工程可靠性理論中的若干問題(上)J.河海大學學報, 1999, 27(5): 17。16、宋筆鋒,李為吉.大型結構可靠性優化設計的大系統方法