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土木工程概论第一章土木工程专业培养目标和人才素质要求土木工程：是建造各类工程设施的科学技术的总称，它既指工程建设的对象，即建在地上、地下、水中的各种工程设施（如建筑工程、道路工程、铁路工程、桥梁工程、港口工程等），也指所应用的材料、设备和所进行的勘测设计、施工、保养、维修等技术。土木工程需要解决的问题：1、土木工程的要素和目的：形成人类活动所需要的，功能良好舒适美观的空间和通道。2、土木工程存在的根本原因：存在的根本原因能够抵御人为或自然的作用力。3、建造土木工程的根本条件：充分发挥所采用材料的作用。4、土木工程最终归属：“快、好、省”地组织人力、财力和物力，把社会所需要的工程设施建造成功，付诸使用。土木工程活动的内容包括下述两部分：1、技术方面，有勘察、测量、设计、施工、监理、开发等；2、管理方面，有制定政策和法规、企业经营、项目管理、施工组织、物业管理等。土木工程的基本属性：1、社会性；土木工程随社会历史而发展；2、综合性：要综合运用多种技术；3、实践性：影响土木工程的因素错综复杂，因而对实践依赖强；4、技术经济和艺术统一性。土木工程及工程管理专业的培养目标：培养适应社会主义现代化需要，德智体全面发展，掌握土木工程学科的基本理论和基本知识，获得土木工程师基本训练的，具有创新精神的高级工程技术人才。科学：是关于事物的基本原理和事实的有组织、有系统的知识。科学家：是从事科学研究的专门家，包括自然科学家和社会科学家。科学的主要任务：是研究世界万物发展变化的客观规律，它解决一个为什么的问题。技术：是指将科学研究所发现或传统经验所证明的规律转化成为各种生产工艺，作业方法，设备装置的总和。它解决一个如何实现的问题。科学和技术的区别于联系：区别：概念在上面（把科学和技术的概念重复一遍就够了）。联系：科学是基础，应用科学原理可以开发技术；技术的发展，会出现新的现象和问题，人们对它们进行研究，就能进一步发展科学。所以，科学与技术相互促进，相辅相成，而且互相渗透，两者之间没有明确的界限。工程是指自然科学或各种专门技术应用到生产部门去而形成的各种学科的总称。工程的目的：在于利用和改造自然来为人类服务。工程师：是从事工程活动的技术家。工程师的类型：技术实施型研究开发型工程管理型三类。工程师的素质要求：1、有较强的基础科学和技术科学额理论基础或较宽的知识面；2、具备以下几方面的能力：设计、实施、开发、管理、评价能力。第二章土木工程的内涵和发展简史土木工程学：是指运用数学、物理、化学等基础科学知识，力学、材料等技术科学知识以及土木工程方面的工程技术知识来研究、设计、修建各种建筑物和构筑物的一门学科。建筑物及种类:是指供人们进行生产生活或其他活动的房屋或场所，如工业建筑民用建筑农业建筑铁路建筑等。构筑物及种类:是指人们一般不直接在内进行生产生活活动的建筑物，如烟囱、水塔。土木工程的物质基础种类:土地、材料以及各种施工机具。土木工程所受到自然界和人为作用外力种类：地球引力、风、地震、温度变化、爆炸等。土木工程学科的出发点和归宿：利用物质条件，满足人们生产、生活和其他活动的使用需要和审美要求，做到使各类土木工程既能完全地承受各种作用力，又能经济而迅速地完成其建造任务。土木工程各发展阶段：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。所应用的材料主要取之于自然，如石头。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。现在土木工程：从第二次世界大战结束到至今1功能要求多样化2城市建设立体化3交通工程高速化4工程设施大型化。近代土木工程大事记：1、意大利学者伽利略在1638年《关于两门新科学的谈话和数学证明》中论述了建筑材料的力学性质和梁的强度，首次用公式表达了梁的设计理论；2、英国科学家牛顿在1687年总结出力学三大定律；3、瑞士数学家欧拉在1744年《曲线的变分法》中建立了柱的压曲理论；4、1824年，英国人阿斯普丁取得了波特兰水泥的专利权；5、1850年发明了贝塞麦转炉炼钢法；6、1875年，法国人莫尼埃建造了第一座长16米的钢筋混凝土桥；7、1825年，英国人斯蒂芬斯在英格兰修建了世界第一条长21Km的铁路；1863年英国在伦敦修建了世界第一条地下铁路。现代土木工程的特点有：①功能要求多样化；②城市建设立体化；③交通工程快速化；④工程设施大型化。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。第三章土木工程中的材料每平方米建筑物所用材料量：1～2吨。各种工程材料应用的年代：远古时代，采用石块和树木；公元前12~4世纪，采用砖和瓦；17世纪，采用生铁和熟铁；18世纪，钢材。土木工程设施对材料提出的要求：坚固、耐久、耐火、防水、耐磨、隔热、绝缘、抗冲击、抗核辐射。土木工程材料：任何土木工程建(构)筑物(包括道路、桥梁、港口、码头、矿井、隧道等)都是用相应材料按一定的要求建造成的，土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料。弹性：材料在外力除去后起其变形能完全消失的性质。塑性：外力撤去后不能恢复其原有形状的性质。韧性：材料受冲击断裂时吸收机械能的能力。耐久性：材料在长期使用过程中经受各种所受环境和条件的作用仍能保持其原有性能的能力。材料分类：一般分为金属材料和非金属材料两大类。金属材料又分黑色金属（生铁、铸铁、碳钢、合金钢）和有色金属（除之前四样）；非金属材料又分有机材料和无机材料。材料按功能分类般分为结构材料(承受荷载作用的材料)和功能材料(具有专门功能的材料)。土木工程设施中所起的作用和功能分：1、承重材料，起承受大自然和人为的各种作用力的作用，如各种钢材、混凝土。2、围护材料，其保持空间和通道使用功能的作用，如粘土砖瓦。3、装饰材料，起创造优美和舒适环境的作用，如玻璃。4、胶结材料，如石灰、石膏。4种主要工程材料的名称：钢材、混凝土、木材和砌体。低碳钢：主要成分是铁（Fe，约占99%）和少量的碳（C，通常不超过0.22%）。低合金钢：主要成分是铁（Fe，约占99%）和少量的碳（C，通常不超过0.22%），还含有少量锰、硅、钒等元素。各种钢在结构设计中抗拉和抗压设计强度值：低碳钢：约为215N/mm²；低合金钢：310~380N/mm²。钢材：优点：材质均匀致密，抗拉、抗压、抗弯、抗剪切强度都很高，有一定的塑性和很好的韧性、良好的加工性能。缺点：耐火性差、易于锈蚀、维护费用较高。混凝土：是由胶结材料、骨料和水按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。混凝土强度等级：一般为C20~C40，甚至可达C60~C80。指将混凝土做成150mm立方体试块的极限压应力值为：20N/mm²，40N/mm²，60N/mm²，80N/mm².混泥土：优点：可模性、耐久性、耐火性、整体性都较好，易于就地取材，价格较低，强度比砖、木材高，能和钢筋粘结做成各种强度高的钢筋混凝土结构；缺点：自重较大，施工比较复杂，工序多，工期长，易产生裂缝。木材：优点：轻质高强；易于加工；有较高的弹性和韧性；能承受冲击和振动作用；导电和导热性能低；木纹美丽；装饰性好等。缺点：构造不均匀，各向异性；易吸湿、吸水，因而产生较大的湿胀、干缩变形；易燃、易腐等。土木工程中所用木材种类:圆木（直径120mm以上）、方木（截面方形，边长100~250mm）、条木（宽度不大于厚度的2倍）、板材（宽度大于厚度的2被；厚35mm以下的薄板）等。砌体：是由石材、粘土、混凝土、工业废料等材料做成的块材，和水泥、石灰膏等胶凝材料与砂、水混合做成的砂浆，叠合粘结而成的符复合料。砌体：优点：易于就地取材，价格低廉，施工简便，隔热保温性以及耐火性好；缺点：强度低导致结构笨重，而且粘土砖与农田争地，手工在现场砌筑而成，施工劳动量大，工程中质量问题偏多。第四章土木工程中的力学和结构概念力：物体间有方向的相互作用，这种相互作用有使物体改变原来形状或改变运动方向，或二者具有的效应。纯量：只有量值特征；纯量：即有量值又有方向。转动平衡：当两个方向转动效应之和为零时，称转动平衡。移动平衡：∑F=0，也称此装置处于移动平衡。5种内力特征及对应表示符号：1、产生拉伸变形的是拉力，一般以+N表示；2、产生压缩变形的是压力，一般以-N表示；3、产生弯曲变形的是婉拒，一般以M表示；4、产生剪切变形的是剪力，一般以V表示；5、产生扭曲变形的是扭矩，一般以MT表示.作用：使结构产生内力或变形的原因。分为直接作用和间接作用；荷载或力是直接作用，间接施加影响引起结构受力的作用称为间接作用。荷载：建筑中将直接施加在土木工程结构上的外力称为荷载。可变荷载的类型：1使用荷载2车辆荷载3风载4血载。基础：将上部结构荷载传递给地基、连接上部结构与地基的下部结构称为基础，地基是受结构传来荷载影响的土层或岩层永久载荷（又称恒荷载）:指在使用期间永久在结构上，其值不随时间变化的载荷（恒载），包括：结构的自重。可变载荷（又称活荷载）:指在使用期间施加在结构上的值随时间变化的载荷（活载），包括：使用活载（人、屋面积灰）、风荷载、雪荷载、车辆荷载。偶然荷载:指在使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载，如撞击荷载。风载有三个“不一样”：1、不同地区不一样；2、不同地区每时每刻不一样；3、不同高程不同部位不一样。间接作用包括下列三种形式：1、约束变形作用，如温差作用；2、外加变形作用，如：地基的沉降；3、惯性作用，如地震作用。结构失效现象表现为：1、破坏:是指结构或构件截面抵抗作用力的能力不足以承受作用效应的现象；2、失稳:是指结构或构件因长细比过大而在不大的作用力下突然发生作用力平面外的极大变形的现象；3、发生影响正常使用的变形；4、倾覆或滑移；5、结构所用材料丧失耐久性。现代桥梁常见形式：梁桥、拱桥、钢架桥、悬索桥、斜拉桥。建筑的基本构件：可分为板、梁、柱、墙、杆、拱、壳、索、膜等。板：指平面尺寸较大而厚度较小的受弯构件，通常水平放置，承受垂直于板面的荷载，以受弯矩为主。梁：承受垂直于其纵轴方向荷载的线性构件，以受弯矩和剪力为主。柱：是工程结构中主要承受压力，有时也同时承受弯矩的竖向构件，以受压力和弯矩为主。墙：受平行或垂直于墙面方向的竖向平面构件，前者以受压力为主，后者以受弯矩和剪力为主。杆：承受轴向力的直线形构件。地基：受结构传来荷载影响的土层或岩层。地基沉降的原因：由于土的透水性不同，土体在完成压缩过程的时间不一样，这导致了土体在一段时间之后会发生沉降。地基承载力：在保证地基稳定的条件下，地基压缩变形控制在房屋容许范围内时，地基单位面积上所承受的最大荷载。土的三相：固相（固体）、液相（水）、气相（空气）。岩石：颗粒间牢固连接的、整体的或有裂隙的岩体。碎石土：多数粒径大于2mm，按粗细分块石、卵石、圆砾砂土：多数粒径大于0.075mm、小于2mm的土，按粗细分砾、中、细、粉砂。粉土：颗粒粒径更细，粘性介于粘性土和上述非粘性土之间的土。粘性土：粒径比粉土更细，具有明显粘性的土人工填土：回填土、垃圾、工业废料等。基础按照搁置深度不同分为：浅基础和深基础，浅基础包括：独立基础、条形基础、筏形基础、箱型基础；深基础包括：桩基础、沉箱基础。应力δ：截面上每个单位面积上所受的力。应变ζ：杆件在应力作用下的伸长率。弹性模量E：应力和应变的关系再应力较小的弹性阶段的比值。土木工程结构的四项预定功能：1、能承受正常施工和使用时可能出现的各种内力；2、在正常使用时具有良好的工作性能；3、在正常维护下具有足够的耐久性能；4、在偶然事件发生时能保持必须的稳定性。土木工程结构要求：1、在应用上，要充分满足空间和通道的多项使用要求；2、在安全上，要完全符合承载、