土工工程概论教学知识点

二、土木工程概论教学知识点

第一章土木工程专业培养目标和人才素质要求

1.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。

2.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。

3.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。

4.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。

5.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。

6.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。

7.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。

8.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。

9.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。

10.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。

11.土木工程是我国国民经济发展的带动性行业

(1)土木工程设计的行业众多

(2)土木工程师挖掘和吸纳劳动力资源的重要平台

(3)土木工程资金投入大,可以大幅度拉动国民经济增长

(4)土木工程能够吸收大量的消费资金

(5)土木工程是国家实现宏观经济调控的重要方法

(6)土木工程设施是国家财富的重要组成部分

(7)土木工程是关系国际民生的支柱产业

(8)土木工程能够创外汇,增加国家收入

12.土木工程在国防军事建设中的作用

(1)古代土木工程的作用

(2)当地土木工程的作用

(3)现代土木工程的作用

13.我国土木工程专业的培养目标

我国土木工程专业人才培养分为三个层次:

第一个层次:高级研究型人才

第二个层析:高级设计人才

第三个层次:技术应用型人才

第二章土木工程的内涵和发展简史

1.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。

2.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。

3.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。

4.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。

5.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。

6.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。

7.近代土木工程大事记：

01.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；

02.英国科学家牛顿在1687年总结出力学三大定律；

03.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；

04.1824年，英国人阿斯普丁取得了波特兰水泥的专利权；

05.1850年发明了贝塞麦转炉炼钢法；

06.1875年，法国人莫尼埃建造了第一座长16米的钢筋混凝土桥；

07.1825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。

8.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。

9.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。

10.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

1.每平方米建筑物所用材料量：

1～2吨。

2.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。

3.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。

4.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。

5.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)。

6.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。

7.四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、变形、稳定的持久需要；3、在造型上，要能够与环境、规划和建筑艺

术融为一体；4、在技术上，要力争体现科学、技术和工程的新发展；5、在建造上，要合理用材、节约能源、与施工实际紧密结合。

第五章建筑工程概述

1.建筑工程中建筑，结构，设备，施工之间关系：

建筑的设计概念是讲为满足需要进行的建筑设计，是设计的龙头专业，由建筑学人员完成；

结构的设计概念是讲通过结构计算为建筑设计配结构，由结构工程师完成；

设备的设计概念是通过计算、选型为建筑设计配设备，包括水、暖、通风（不含电），由设备工程师完成。

2.建设单位的任务：

1、提出使用要求，编制设计任务书；

2、确定土地使用范围；

3、保证落实建设资金；

4、通过招标发包，选择设计施工单位。

3.建筑师的任务：

1、与规划协调，房屋和周围环境的设计；2合理的布置和组织房屋室内空间；3、解决好采光、隔音等建筑问题；4、艺术处理和室内外装饰。

4.结构工程师的任务：

1、确定房屋结构承受的荷载，并合理选用结构材料；

2、正确选用结构体系和结构型式；

3、解决好结构承载力、变形、稳定、抗倾覆等技术问题；

4、解决好结构的连接构造和施工方法问题。

5.施工工程师（施工单位）的任务：

1、施工组织设计和施工现场布置；

2、确定施工技术方案和选用施工设备；

3、建筑材料的购置、检验和使用，熟练技工和劳动力组织；4确保工程质量和工期进度。

6.建筑物类别的常用三种分法：

1、按使用性质：住宅、公共、商业、文教卫生、工业建筑；

2、建筑结构采用的材料：生土、木、砌体、钢筋混凝土、钢-混凝土组合、钢、薄膜充气结构；

3：建筑物主体结构的形式和受力系统划分，承重墙、框架、筒体、错列桁架、拱、薄壳、折板、网架、悬挂式结构。

7.框架结构：

采用梁、柱组成的框架作为房屋的竖向沉重结构，并同时承受水平荷载。8.网架：

是由多根按一定网架形式通过节点连接而成的空间结构，分平板网架和曲面网架。

优点：具有空间受力、重量轻、刚度大、整体性强、稳定性好、抗震性能好等。

特点：1跨度更大，2安全性更大，3工业化生产

9.钢-混凝土组合结构：

是采用钢构件和钢筋混凝土构件，后港混凝土组合构件共同组成的承重结构体系后抗侧立结构体系。

特点：使钢和混凝土两种材料取长补短。

10.索结构：

是由一系列受拉的直线型或曲线形索及相应构建所组成的承重结构，属于张力结构。

优点：充分利用钢材的强度，用料经济，能跨越很多大的跨度，施工方便，外形多样，造型美观。

11.排架结构：

由骨架，柱和基础组成（单层工业厂房）柱子和屋架铰接与地基钢结悬索结构：

特点：1、主要承重构件是索；2、施工方便，设施简单；3、适应性强，造型美观；4、创造具有良好物理性能的建筑物。

第六章地下工程概述

1.地下工程：

在地面以下土层或岩体中修建各种类型的地下建筑物或结构的工程。

2.单建式：

指独立建造的地下工程，地面上没有其他建筑物。

3.附建式：

一般指各种建筑物的地下室部分。小型地下工程：指一般性建筑物地下室。

4.大型地下工程：

指空间开阔的大型地下车库。隧道：是修筑在岩体、土体或水底，两端有出入口的，供车辆、行人、水流及管线等通过的通道，包括交通运输方面的铁路、道路、水底隧道和各种水工隧洞等。

5.隧道施工方法：

1.山岭隧道：矿山法（钻爆法）和掘进机法（TBM），其中矿山法又分为传统矿山法和新奥法。

2.浅埋及软土隧道：明挖法，盖挖法，浅埋暗挖法和盾构法。

3.水底隧道：沉埋法和盾构法。地下铁道：是指在城市地下由电力机车牵引的铁路。

6.地下工程的特色：

一方面是它必然承受着四周岩层和土层传来的压力，称围岩压力或岩体压力；另一方面岩层和土层有都具有较好的抗暴、抗震能力和良好的热稳定性和密闭性。

7.衬砌结构：

地下设施与岩（土）层接触处的结构，主要是承受岩（土）层和爆炸等静力和动力荷载，并防止地下水和潮气的侵入。

8.地下工程设施的分类方法：

住宅设施、城市设施、生产设施、交通设施、贮藏设施、防灾，人防设施、军事设施

9.地下工程的其他分类方法：

按周围环境材料：岩石地层和土质地层；

按建造方式不同：单建式和附建式；

10.隧道工程的特点：

①它是交通运输线路穿越天然障碍；

②穿越的地质条件复杂多变，遇到意外情况比较多，工程定位、设计、施工方法都必须随时做相应调整；

③施工作业面窄，可能容纳的劳动能力和机械设备都受到限制，对工业化、机械化施工要求高；

④造价昂贵。铁路隧道：由洞口路堑（或引道）、洞门、洞身衬砌结构和隧道内外附属构筑物（道床、避车洞、水洞、照明、设置电气化设备的洞室等）组成。

11.隧道内的路线有：

单向坡和双向坡。

12.道路隧道：

分为山岭道路隧道、水底道路隧道和城市道路隧道。

13.道路隧道的设计特点：

隧道要尽量设计成直线。隧道内的纵坡通常应不小于0.3％,不宜大于

3.5％。

14.道路隧道的优点：

隧道能克服高程障碍，缩短线路长度，减小坡度和曲率，从而提高线路技术标准。

15.地下铁道的种类：

浅埋地铁、深海地铁、地面地铁线路段、高架地铁线路段.

16.衬砌结构的作用、受力特点及施工特点：

作用：承受岩土层和爆炸等静力和动力荷载，并防止地下水和潮气的侵入。

第七章桥梁工程

1.桥梁:

指供道路、铁路、渠道、管线等跨越水体、山谷或彼此间相互跨越的工程构筑物。

2.桥梁工程:

是土木工程中属于结构工程的一个分支学科，它与房屋建筑工程一样、也是用砖石、木、混凝土、钢筋混凝土和各种金属材料建造的结构工程。

3.桥梁分上部结构和下部结构；

上部结构有：桥面板、桥面梁以及支承它们的大梁、拱、悬索等。

下部结构有：桥台、桥墩。桥台:是桥梁两端桥头的支承结构，是道路与桥梁的连接点。既要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力，还要挡土护岸。

4.桥台的类型:

实体式（适用于填土高度8~10m以下的桥梁）、埋置式（适用于桥头为浅滩时）

5.桥墩:

是多跨桥的中间支承结构。既要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力，还要承受流水压力、水面上的风力、船只的撞击力。

分为；实体式(重力式)桥墩（适用于大中型桥梁）、构架式桥墩和桩(柱)式桥墩（适用于跨度不大于30m的桥梁）。