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1、土木工程概论前言土木工程是一个覆盖面非常广阔的工程学科，按工程对象的不同，有以下分支：建筑工程、桥梁工程、岩土工程、隧道和地下工程、轨道交通工程、道路与机场工程、港口工程、矿井工程等，国际上还包括水利工程、给水排水工程、暖气通风工程等；按工作内容的不同，有以下分工：设计、施工、管理、咨询、监理、投资、教育、研究、开发等的技术和管理工作；按工作性质的不同，有以下几种职业：工程技术人员、教师和研究人员等。在高等学校内设置土木工程专业就是为了培养土木工程所需的各类人员。在土木工程专业开设的课程中，一般都在第一学期为刚入学的新同学开设土木工程概论课程。其目的就是让刚进入土木工程专业学习的学生通过土木工
2、程概论课程的学习能够对土木工程的工作对象、工作内容和工作性质有一概略且较完整的了解，有助于学生能够结合自己的特点和兴趣，对大学期间的学习作出合理的考虑和安排。本课程共包含12章内容：第1章和第2章主要介绍什么是土木工程、土木工程师的职业内容、土木工程师是怎样工作的、土木工程师应具有的知识结构和能力结构以及学生应怎样适应大学的专业教育环境。第3章到第12章则分别介绍土木工程的分支，分别为土木工程材料、建筑工程、桥梁工程、轨道交通工程、隧道工程、水工结构物、海洋工程结构、土力学与基础工程、水利工程和减灾。对于参加工程管理专业自学考试的同学来讲，本课程的重点章节为第4章到第8章共5章，次重点章节为第
3、1章到第3章共3章，一般章节为第9章和第10章共2章，第11章和第12章不列入考核范围。第1章 土木工程和土木工程师1.1什么是土木工程土木工程的定义：土木工程是建造各类工程设施的科学技术的总称，它既指工程建设涉及的工程材料和设备相关的勘测、设计、施工和保养维修等技术活动，也指工程建设的对象，如房屋、道路、铁路、运输管理、隧道、桥梁、运河、堤坝、港口、电站、机场、海洋平台、给水排水以及防护工程等。古代社会没有土木工程师和建筑师的区分（统称为建筑师），直到18世纪，从事公共建筑设施规划设计、建造和保养维修的专业人士开始称自己为“土木工程师”。1761年，著名的Eddy灯塔的设计和建造者John
4、Smeaton成立了土木工程协会，并第一个称自己为“土木工程师”，使公众开始了解土木工程师的职业和他们所从事的工作。土木工程与我们的日常生活密切相关，并在人类的发展历史中起到了重要的作用。各种大大小小的工程结构的建造，不论是在设计、规划还是在工程的管理上，都需要土木工程师来完成。土木工程是一门古老的学科，它已经取得了巨大的成就，未来的土木工程将在人们的生活中占据更重要的地位。科技的发展以及地球不断恶化的环境也将促使土木工程向太空和海洋发展，为人类提供更广阔的生存空间。另外，各种工程材料新技术的涌现也将推动土木工程的进步。传统的工程材料主要是钢材、钢筋、混凝土、木材和砖材。在未来，传统材料将得到
5、改良，一些全新的更加适合建筑的材料将问世，尤其是化学合成材料将推动建筑走向更高点。同时，设计方法的精确化，设计工作的自动化，信息和智能技术的全面引入，将会使人们有一个更加舒适的居住环境。1.2土木工程的分支广义的土木工程涵盖的技术领域：建筑工程、交通土建工程、井巷工程、水利水运设施工程、城镇及建筑环境设施工程、防灾减灾工程。土木工程的分支（从学科角度划分）：结构工程、水利与水资源工程、环境工程、交通工程、测量工程和岩土工程等。结构工程：是与建筑和桥梁结构设计及建造相关的科学技术。水资源工程：涉及水供应和水系网络、洪水和洪涝灾害的控制、水利和水质相关的环境问题以及水质环境遥感预测的规划、管理、设
6、计和运营等。环境工程：不仅涉及水的环境质量，还包括空气质量和土地的使用。环境工程师关注大气污染、水污染、固体废物处理、放射性有害物质控制、昆虫灾害控制和安全洁净水的供应等与环境有关的问题。交通工程：是采用某种方式将人群或物体有序高效地从一个地方运送到另一个地方的科学技术。测量工程：是对地表进行精密测量以获取工程项目所在位置的可靠信息。岩土工程：是土木工程中处理工程项目设计施工中与土、岩石和地下水相关的专门技术。1.3若干位历史记载的著名土木工程师约瑟夫阿斯普丁：英国人，1824年发明了“波特兰”水泥（即硅酸盐水泥）。约翰斯米顿：英国人，是历史上第一个称自己为土木工程师的人，以区别于当时的军事工
7、程师。1771年，他成立了历史上第一个工程专业协会，即土木工程师协会。他以设计和建造英国Eddy灯塔而著名。卡尔太沙基：奥地利人，土力学之父，将土的固化、侧压、承载能力和稳定理论引进了土力学。詹天佑：中国江西人，铁路工程专家，1905年被清政府任命为总工程师，主持修建了我国自建的第一条铁路京张铁路。茅以升：我国著名土木工程学家、桥梁专家、工程教育家，中国近代桥梁事业的先驱。20世纪30年代，他主持设计并组织修建了钱塘江公路铁路两用大桥。1.4科学、技术和工程工程：是将科学理论应用于人们社会实践活动的一门专门艺术，它的主要作用是把自然资源转化为人类服务。工程师：是掌握并运用科学理论知识和数学工具
8、，具备专业技术能力和良好职业道德，具有创新意识，解决问题满足人类需求的专业技术人员。工程师应该兼具科学家和数学家的素质，具有创新意识，知任善断，善于解决问题，工程师应具备良好职业道德和为公众社会服务的责任心，工程师还应是一位改革创新者，要充分意识技术变革对社会将产生巨大的影响。技术：人运用自己的知识，采用工具或其他方式使人们生活得更方便或舒适。人类利用技术来改善和提高工作能力。通过技术，人们能更好地相互通信交流。技术使人们能用上更好的产品。科学和技术的关系：两者密切关联。科学是技术得以存在的基础。技术是科学理论的应用。科学家：其工作的主要目的是获取和增加人类对自然的知识和了解。在追求新知识的进
9、程中，科学家要进行系统的研究。科学家与工程师的区别：科学家探寻的是对自然现象和规律的更深理解，工程师则侧重于自然现象和规律知识的应用，来开发出新的装置和工艺。工程师开展研究的目的是为了解决实际问题，科学家是为认识和了解自然现象和科学规律而进行研究，其研究的目的不在于是否具有实际应用背景。1.5土木工程师的工作做什么土木工程师的工作范围：（1）丈量和测绘地表；（2）设计并指导桥梁、隧道、房屋、堤坝和海岸结构的施工；（3）道路、公路、铁路和机场的规划、设计和施工；（4）高效交通流程和控制的系统设计；（5）水利灌溉和防洪工程的设计与施工；（6）给水排水体系以及废弃物处理；（7）管理大型工程项目。土木
10、工程师可以细分为各类专长，这些专长相对独立，但又相互关联。结构工程师：从事各类工程的设计和技术指导。施工工程师（建造师）：在施工现场工作，其职责是在现场将图纸转化为混凝土和钢的实体。测绘测量工程师：其工作在工程设计前开始并伴随工程的整个进行过程。测量工程师采用大量的电子仪器甚至借助卫星技术来进行工程测量。交通工程师：其工作涉及与整个公共交通系统有关的规划、设计、施工和维护管理等一切活动。环境工程师：其工作涉及采用科学技术和方法来进行供水处理和废水处理、土表恢复补偿、水管、沟渠、固体废料处置等技术工作，并尽量减少人类这些活动对环境的不利影响。水利工程师：从事与水相关的规划、设计、施工和日常维护的
11、技术工作。岩土工程师：负责了解并确定结构基础以下的岩石层和土的条件及特性，这些参数会影响上部道路、水库、桥梁以及其他大型结构的安全性。1.6土木工程师是怎样工作的土木工程师的工作程序：收集数据、计划或规划、设计、经济分析、现场施工以及日常运营或维护。工程项目的规划：通过较大范围的规划分析来确定工程所涉及相关设施的未来需求，要进行尽可能远的需求分析，如果需要，应进行针对近期需求的初步设计。工程设计：是一个综合过程，是通过采用方案规划和场地勘察的相关数据，根据业主的要求，设计出能满足功能要求的、并可在业主预算下建造出来的结构或设施的过程。1.7土木工程师职业土木工程师的职业可分为三大类：咨询、承包
12、和维护。咨询工程师：其职责一般涵盖工程项目总体准备、项目的造价估算、项目监理、场地勘察、项目的工程设计，以及现场施工的督查指导等。工程承包行业的土木工程师（即建造师）：其工作是进行现场的具体工程测量、获取所供材料的相关资料、安排工程施工的实施细节方案，并决定现场所需的施工机械种类、数量以及所需的劳动力人数。市政工程师：承担着地方和中央政府管辖的公共基础设施项目的规划、督管和维护管理。可行性分析：所有重要的项目，启动前都会有一个详细的项目可行性分析，在对众多可能性方案的初步分析基础上，给出一个或几个建议方案。1.8土木工程的明天未来的土木工程师既面临挑战，又充满机遇。挑战：人口增长，基础设施老化
13、，各种自然灾害等。机遇：中国经济的快速发展为土木工程的发展提供了难得的机遇，目前全世界过半的土木工程项目是由中国人完成的（我国钢材和水泥的产量均超过世界总产量的一半）。第2章 为土木工程师准备的大学教育2.1土木工程师应当具有哪些必要的知识大学的工程教育包含基础教育和专业教育。基础教育的首要任务是培养学生的科学素养。土木工程专业的基础教育课程不仅包括高等数学、大学物理、大学化学、计算机等理工类课程，还开设有人文社科类课程，如哲学、文学、历史学等，以及经济学、管理学的课程。土木工程的专业教育由两部分构成：专业基础与专门化知识。专业基础涉及的课程：材料力学、结构力学、弹性力学、土力学与基础工程、工
14、程制图、工程管理等。专门化知识：土木工程专业包含许多专门领域（如房屋建筑工程、桥梁工程、道路工程等），教学计划中与之相对应开设了专门的课程组，要求高年级学生能够掌握某一专门化方向的知识系统，从而学会如何设计、分析、组织和实施工程项目。2.2大学的专业教育能为学生提供什么课程：课程的性质一般有必修课、推荐选修课（限定选修课）和任意选修课。教师：大学教师也给学生上课、布置和批改作业、针对一些专题安排学生的课堂讨论，指导实验和实习，组织课程考试并给出成绩。同时，大学教师往往还是科学家或工程师。不过，大学教师很少直接监督学生的一般学习过程。实验室：大学工程专业的实验室内装备有各种实验设备和测试仪器并且
15、面向所有学生开放，可以帮助学生完成基本和全面的训练。实验室提供详尽的实验指导书，实验类型有演示、验证、技能操练和自行探索等多种。实践环节：包括实验室工作、工程设计作业（含课程设计、毕业设计等）、工程施工现场的参观和实习、户外地质勘探、各种对象的工程测量等。图书馆：馆藏出版物，包括书籍、期刊、报刊、报告和各种论文，提供给学生取之不尽的知识源泉。2.3未来土木工程师应有怎样的能力土木工程师应具备的5种能力：（1）应用知识的能力；（2）进行实验和解释数据的能力；（3）设计能力；（4）与团队协调工作的能力；（5）表达和有效沟通的能力。2.4怎样适应大学的专业教育环境课程学习：是大学期间最重要的任务。校园活动：通过积极参与课外的校园活动促进自己全面发展。体育锻炼：养成体育锻炼的习惯，这并非是对土木工程专业学生的特殊要求，因为保持身体健康将帮助所有学生以充分的自信和精力投入学习和将来的职业发展。意识到自己的社会责任：工程师们负责设计、建造的每一个工程项目都不仅要解决技术问题，更重要的是在工程技术问题后面，第一位的是生命和财产的安全，同时还要考虑其对环境和可持续发展的影响。土木工程专业的学生从大学时代起就应该意识到自己的社会责任，注意培养起自己关心人类和自然和谐发展的情怀。2.5树立终身学习的理念大学教育给予学生的只是今后成为工程师的初步训练。在完成大
