土木工程现状和未来发展

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1、 土木工程现状和未来发展1 中国土木工程的发展现状 中国的土木工程建设从20世纪50年代起一直没有停过,且发展很快,尤其在改革开放20年间,发展极为迅猛,几乎整个中国成了一个大的建设工地。新的高楼大厦、展览中心、铁路、公路及桥梁、港口及大型水利工程在中国各地如雨后春笋般地涌现,新结构、新材料、新技术大力研究、开发和应用。发展之快,数量之巨,令世界各国惊叹不已。 1.1高层建筑人们往往会把高楼大厦与现代化联系在一起,这是自然的。随着经济的发展,城市化程度将越来越高,随之,城市用地日趋紧张。因此,在城市中心区,不得不大量建造高层建筑,并且越建越高。据不完全的统计数字,中国大陆已建成的20层及以上的

2、高层建筑已超过10000幢,而超过100m的高楼已超过500幢,其中,上海金茂大厦,88层,高421m;上海环球金融中心大厦,95层,高460m,十分突出。 1.2大跨建筑最近20年,高层建筑不仅越建越多,越建越高,而且其结构体系及布置形式也日趋多样化。以往,多为框架结构剪力墙结构和框架剪力墙结构以及框架筒体结构等体系;近几年,巨型结构、转换层结构、悬挑结构及高层大跨框架结构等体系也相继出现。1.2.1大跨预应力结构20世纪80年初建成的上海色织四厂工程是国内最早、最有影响的大跨多层预应力混凝土结构工程,为6层,双跨,每跨20m的预应力混凝土框架结构,柱距7.2m,解决了“布机上楼”问题,推动

3、了纺织厂房向多层方向的发展。前几年,中国建成了不少大跨度预应力混凝土马鞍形壳板屋盖单层建筑,跨度最大的达30m,并编制有国家标准图。因为它是一种预制的薄壁空间结构,又是直线预应力筋,所以,理论上是很经济的。1.2.2大跨空间钢结构和悬索结构中国很大部分空间建筑采用了多种形式的钢结构,尤其以网架结构和网壳结构最多。如,首都体育馆、上海体育馆都是大跨度网架结构;而天津体育馆采用了双层球形网壳结构,直径达135m。最近几年,随着经济的发展和对外交流的需要,各地纷纷建造展览中心等大型大跨建筑。从而,巨型空间曲线形钢(桁架、拱)屋盖得到了应用和发展。 1.3公路中国公路建设始于20世纪初,虽不算晚,但是

4、,在1949年之前,发展缓慢。1949年,全国能通车的公路仅8.0104km。中华人民共和国成立后,公路建设事业逐步发展,并迈入现代化建设时期。到2000年底,公路通车总里程达140万公里。中国的高速公路起步较晚。经过20世纪70年的规划论证,20世纪80年代中期实现零的突破之后,20世纪90年代得到了较大发展。到1996年底,高速公路通车里程有3400多km,1999年已达1.3104km。2002年,中国已建成高速公路24336公里,居世界第三,仅次于美国和加拿大。 1.4铁路截至2000年底,我国铁路运营路程已达6.87万公里,居世界第4位,亚洲之首。铁路朝着城市轻轨和地铁两方面发展。地

5、下铁道发展也很快，目前已有北京、上海、广州等六个城市建有地铁,已开通的总长度达215公里;设有140个地铁站,北京地铁长度已达41.6公里。同时,我国也在积极建造高速铁路,武汉至广州的高速铁路运营时间仅需4小时。此外,磁悬浮列车也在发展。 1.5桥梁石桥、钢筋混凝土桥和钢桥的类型是多种多样的,中国对各类桥都曾建造过,有的达到国际先进水平或创造了世界纪录。现对拱桥、刚架桥、斜拉桥和悬索桥作简单介绍。1.5.1拱桥中国已建成跨度100m及以上的石拱桥10座,它们都属于世纪纪录。湖南乌巢河双肋石拱桥跨度为120m。在建的山西晋城河南焦作高速公路上的石拱桥,跨度达146m。可见中国石拱桥建设屡创辉煌。

6、1996年建成的广西邕宁邕江桥,其跨度达312m,创中承式混凝土拱桥新的世界纪录。可以认为中国拱桥建造居世界领先地位。1.5.2刚架桥中国虎门大桥系由东引桥、主桥(跨度为880m的悬索桥)、中引桥、辅航道桥和西引桥组成,其中辅航道桥跨度达270m,为两座单桥组成,都为单室单箱预应力混凝土连续刚构桥,行车道宽14.25m,于1997年7月建成通车,当时创了预应力混凝土刚架桥的世界纪录。1.5.3斜拉桥1993年1月建成通车的上海杨浦组合(混凝土面板与钢架劲大梁共同工作)斜拉桥,世界注目。1995年1月18日通车前,杨浦桥为斜拉桥世界纪录。1996年中国建成的重庆长江二桥为预应力混凝土斜拉桥,主跨

7、444m,双向4车道,桥面宽24m,跨长居世界预应力混凝土斜拉桥第2位。1.5.4悬索桥已建成的主跨为1385m的江阴长江公路悬索桥已于1999年9月28日通车,按跨长,它仅居世界悬索桥的第4位(前三位为1991m的日本明石海峡桥,1624m的丹麦大海带桥,1410m的英国恒伯尔桥),但其北岸混凝土锚碇的沉井为51m69m58m,体积达2.04105m3,是当今世界上最大的悬索锚碇沉井。 1.6水利工程利用水力发电成本低,不污染环境,尽管其投资大,建设周期长,但仍是发展方向。中国水利资源丰富,亟待开发。50年间全国兴建大中小水库8.6万座,水库总蓄水量4580亿m3,建设和整修大江大河堤防25

8、万公里,目前防洪工程发挥的经济效益达7000多亿元。长江三峡水利枢纽的大坝为重力坝,高度虽只有190m,但库容大,故建成后的装机容量将超过现今世界最大的巴西和巴拉圭所共有的伊泰普水电站的装机容量(1.26107kW)约1.5倍,达1.82107kW。黄河小浪底水利枢纽是另一项巨大的水利工程。其大坝为斜墙堆石坝,最大坝高154m,总装机容量为1.8106kW。四川二滩双曲拱坝于1998年建成投产,坝高242m,装机容量为3.3106kW。 1.7特种结构在特种结构方面,我国有4所电视塔排在世界前十位,中国20世纪80年代中期陆续建成高度在300m以上的电视塔多座,高318.5m的南京塔为空间框架

9、结构。为世界第一座这种形式的电视塔。目前世界最高的电视塔为高553m的加拿大多伦多预应力混凝土电视塔。我国1995年建成的上海东方明珠电视塔以468m的高度排在世界第三位。为迎接2008年的奥运会,北京将建设一大批大跨超长建筑,像国家体育场“鸟巢”结构、国家游泳中心“水立方”、国家大剧院等。无论在工程结构的改革、建筑功能使用、新技术和新材料的采用上及合理组织施工方面,还是在抗震分析和计算机程序应用上及有关抗震控制试验研究上,我国均达国际先进水平。 2 土木工程的未来发展方向 地球上可以居住、生活和耕种的土地和资源是有限的,而人口增长的速度是不断加快的。因此,人类为了争取生存,土木工程的未来至少

10、向五个方向发展。 2.1向高空延伸现在人工建筑物最高的为646m的波兰Gabin227kHz长波台钢塔,由15根钢纤绳锚拉。日本拟在东京建造800.7m高的千年塔,它在距海约1.25英里的大海中,将工作、休闲、娱乐、商业、购物等融于一体的抗震竖向城市中,居民可达5万人。中国拟在上海附近的1.6公里宽,200m深的人工岛上建造一栋高1250m的仿生大厦,居民可达10万。印度也提出将投资50亿建造超级摩天大楼,其地上共202层,高达710m。可见二十一世纪高层建筑仍将是土木工程的一个重要发展方向。 2.2向地下发展1991年在东京召开的城市地下空间国际学术会议通过了东方宣言,提出了21世纪是人类开

11、发利用地下空间的世纪。建造地下建筑将有效改善城市拥挤、节能和减少噪声污染等优点。日本于20世纪50年代末至70年代大规模开发利用浅层地下空间,到80年代末已开始研究50100m深层地下空间的开发利用问题。未来城市地下空间发展主要有以下几个趋势：(1)综合化。国外地下空间发展的主要趋势是综合化,首先是地下综合体的出现,成为具有大城市现代化象征的建筑类型之一。其次综合化表现在地下步行道系统和地下快速轨道系统、地下高速道路系统的结合,以及地下综合体和地下交通换乘枢纽的结合。第三综合化表现在地上、地下空间功能既区分,又协调发展的相互结合模式。(2)分层化与深层化。为了综合利用地下空间资源,地下空间开发

12、逐步向深层发展。如美国明尼苏达大学艺术与矿物工程系的地下建筑物多达七层,加拿大温哥华修建的地下车库多达14层,总面积723242。(3)微型隧道工程将加速发展。微型隧道是人进不去的隧道,直径一般在2530,最大可达2。在隧道表面入口处采用遥控进行开挖和支护。这种方法快速、准确、经济、安全。所以适宜在高层建筑下,历史文化名胜古迹下,高速公路、地铁和河道下安设管道。(4)三技术在地下空间开发中的作用将得到加强,3即(卫星全球定位)、(遥感)和(地理信息系统)。 2.3向海洋拓宽为了防止机场噪声对城市居民的影响,也为了节约使用陆地，2000年8月4日,日本大阪利用18亿立方围海建造的1000m长的关

13、西国际机场试飞成功。阿拉伯联合酋长国首都迪拜的七星大酒店也建在海上,洪都拉斯将建海上城市型游船,该船将长804.5m,宽228.6m,有28层楼高,船上设有小型喷气式飞机的跑道、医院、旅馆、超市、饭店、理发店和娱乐场等。近些年来,我国在这方面也已取得可喜的成绩,如上海南汇滩围垦成功和崇明东滩围垦成功,最近又在建设黄浦江外滩的拓岸工程。围垦、拓岸工程和建造人工岛有异曲同工之处,为将来像上海这样大的近海城市建造人工岛积累了科技经验和准备力量。 2.4向沙漠进军全世界约有1/3陆地为沙漠,每年约有600万公顷的耕地被侵蚀,这将影响上亿人口的生活。世界未来学会对下世纪初世界十大工程设想之一是将西亚和非

14、洲的沙漠改造成绿洲。改造沙漠首先必须有水,然后才能绿化和改造沙土。现在利比亚沙漠地区已建成一条大型的输水管道,并在班加西建成了一座直径1公里、深16公里的蓄水池用以沙漠灌溉。在缺乏地下水的沙漠地区,国际上正在研究开发使用沙漠地区太阳能淡化海水的可行方案,该方案一旦实施,将会启动近海沙漠地区大规模的建设工程。我国沙漠输水工程试验成功,自行修建的第一条长途沙漠输水工程已全线建成试水,顺利地引黄河水入沙漠。 2.5向太空迈进由于近代天文学宇航事业的飞速发展和人类登月的成功实现,人们发现月球上拥有大量的钛铁矿,在800高温下,钛铁矿与氢化物便合成铁、钛、氧和水气,由此可以制造出人类生存必需的氧和水。美国政府已决定在月球上建造月球基地,并通过这个基地进行登陆火星的行动。美籍华裔林铜柱博士1985年发现建造混凝土所需的材料月球上都有,因此可以在月球上制作钢筋混凝土配件装配空间站。预计21世纪50年代以后,空间工业化、空间商业化、空间旅游、外层空间人类化等可能会得到较大的发展。