土木工程概论讲义.ppt

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1、土木工程概论土木工程概论讲授要义土木工程概论讲授要义 本课程本课程为土木工程专业本科学习的引领为土木工程专业本科学习的引领 本课程本课程为土木工程后续专业课程之纲为土木工程后续专业课程之纲 本课程本课程为土木工程各专业课程连接之纽带为土木工程各专业课程连接之纽带一、收集资料一、收集资料意大利比萨斜塔意大利比萨斜塔 塔高塔高 54.5 m，1173 年开年开工兴建，因伽利略在此实验万工兴建，因伽利略在此实验万有引力定律而久负盛名，有引力定律而久负盛名，1987 年已列被入年已列被入世界文化遗产目世界文化遗产目录录。斜塔可近似看作由砌体形斜塔可近似看作由砌体形成的筒中筒结构，整体性好，成的筒中筒结

2、构，整体性好，刚度大，故斜而不倒。上世纪刚度大，故斜而不倒。上世纪末已对塔基进行了全面加固。末已对塔基进行了全面加固。在巨型桁架平面内还设在巨型桁架平面内还设置若干吊杆，将楼层荷载通置若干吊杆，将楼层荷载通过巨型桁架斜杆传给角柱。过巨型桁架斜杆传给角柱。使角柱承担几乎全部重力荷使角柱承担几乎全部重力荷载，增强了巨型桁架的抗倾载，增强了巨型桁架的抗倾覆能力。覆能力。地面以上地面以上 70 层，楼高层，楼高 315 m(层顶天线高层顶天线高 367.4 m)香港中国银行大厦香港中国银行大厦巨型桁架巨型桁架 充分体现了巨型桁架体系充分体现了巨型桁架体系的结构优越性，建筑上形成的结构优越性，建筑上形成

3、多棱形晶体的独特造型多棱形晶体的独特造型 建筑方案由著名美藉华人建筑师贝聿铭先生构思设计。建筑方案由著名美藉华人建筑师贝聿铭先生构思设计。大楼内的主体结构为八榀巨型桁架，其中四榀沿房屋正方大楼内的主体结构为八榀巨型桁架，其中四榀沿房屋正方形平面的周边布置，另四榀沿对角线方向布置。形平面的周边布置，另四榀沿对角线方向布置。平面平面 52 m52 m52 52 m m，四角为型钢，四角为型钢立柱，底部最立柱，底部最大截面尺寸为大截面尺寸为 4.8 m4.8 m4.1m4.1m，直接深入基础，直接深入基础，向上逐渐减小向上逐渐减小截面。截面。深水港位于杭州湾口，长江口外的浙江省深水港位于杭州湾口，长

4、江口外的浙江省嵊泗嵊泗列岛，由大小洋山数十个岛列岛，由大小洋山数十个岛屿组成的海域。是中国首个在海岛建设的港口。屿组成的海域。是中国首个在海岛建设的港口。20202020年，洋山港集装箱深水泊位年，洋山港集装箱深水泊位5050多个，设计年吞吐能力多个，设计年吞吐能力15001500万标准箱以上；万标准箱以上；通过跨海大桥与上海交通运输网络连接港口前沿水深通过跨海大桥与上海交通运输网络连接港口前沿水深17.517.5。结构形式为高桩码头。结构形式为高桩码头。洋山深水港一期工程洋山深水港一期工程二、如何组织教学二、如何组织教学有不同的讲法可以这样讲，也可以那样讲有不同的讲法可以这样讲，也可以那样讲

5、按章节顺序传统、知识全面、平淡按章节顺序传统、知识全面、平淡 （如讲稿如讲稿 建筑工程建筑工程）案例引领法直观、感性（详见六、案例）案例引领法直观、感性（详见六、案例）不论如何讲，教学思想不变不论如何讲，教学思想不变三、如何把握课程内容三、如何把握课程内容1、常规的课程内容2 2、在常规内容基础上，有侧重面，有主有次、在常规内容基础上，有侧重面，有主有次（）视各学校土木专（）视各学校土木专业的设置情况业的设置情况如上海大学为建筑工如上海大学为建筑工程为主程为主（）毕业后在哪些部门工作（工作性质），（）毕业后在哪些部门工作（工作性质），以后的职业生涯、定向以后的职业生涯、定向 如成为工程师、科研

6、工作者、教师等如成为工程师、科研工作者、教师等、注意广度和深度的关系、注意广度和深度的关系注意讲基本概念、宏观的、扩展知识。注意讲基本概念、宏观的、扩展知识。比如：只讲构件的形式与特点，而不能讲构件的详比如：只讲构件的形式与特点，而不能讲构件的详细计算；细计算；只讲建筑的结构类型应用范围与特性，而不能讲结只讲建筑的结构类型应用范围与特性，而不能讲结构的详细受力分析构的详细受力分析易犯的错误深易犯的错误深四、如何讲授四、如何讲授、注意学生的特点（刚进校）、注意学生的特点（刚进校）（）对专业的未知与茫然（）对专业的未知与茫然 介绍专业，注意讲一些经介绍专业，注意讲一些经典的、现代的标志性工程，引入

7、专业兴趣典的、现代的标志性工程，引入专业兴趣 都江堰水利工程由鱼都江堰水利工程由鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口引水口三大主体工宝瓶口引水口三大主体工程和百丈堤、人字堤等附程和百丈堤、人字堤等附属工程构成。科学地解决属工程构成。科学地解决了江水自动分流、自动排了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题。沙、控制进水流量等问题。鱼嘴是修建在江心的鱼嘴是修建在江心的分水堤坝，把汹涌的岷江分水堤坝，把汹涌的岷江分隔成外江和内江，外江分隔成外江和内江，外江排洪，内江引水灌溉。飞排洪，内江引水灌溉。飞沙堰起泻洪、排沙和调节沙堰起泻洪、排沙和调节水量的作用。水量的作用。2、利用土

8、木专业的优势建筑物无处不在、利用土木专业的优势建筑物无处不在逐渐引入专业如建筑工程进入基本构件逐渐引入专业如建筑工程进入基本构件3、注意本课程的教学目的以及与后续课程的联系注意本课程的教学目的以及与后续课程的联系4、注意大土木各专业之间的交叉、注意大土木各专业之间的交叉大土木各个专业方向之间的相同点、连贯关系与不同点大土木各个专业方向之间的相同点、连贯关系与不同点不像建筑工程中的杆件（规则结构），而一般为大体不像建筑工程中的杆件（规则结构），而一般为大体积、大跨度及厚板式的不规则结构）积、大跨度及厚板式的不规则结构）如水电站、水闸有闸门、要挡水、进水等如水电站、水闸有闸门、要挡水、进水等长期在

9、水中工作长期在水中工作承受循环（变化水位，底板易开裂、变形，影响闸门承受循环（变化水位，底板易开裂、变形，影响闸门的工作止水等等（如案例的工作止水等等（如案例2-2-出海闸）出海闸）首先是总平面布置问题难首先是总平面布置问题难 河道中的水沙平衡问题河道中的水沙平衡问题 建坝后的冲淤问题建坝后的冲淤问题 其次才是结构问题其次才是结构问题一、枢纽建筑物一、枢纽建筑物挡水挡水-水位差水位差-势能势能-动能动能-发电发电 1.挡水建筑物挡水建筑物-坝、水闸坝、水闸 2.电站电站 上游进水建筑上游进水建筑-取水口取水口-将水引入，引水道进口。上游将水引入，引水道进口。上游 引水引水 -把水引入水轮机，以

10、及下游的尾水建筑。把水引入水轮机，以及下游的尾水建筑。平水建筑平水建筑 -电站负荷变化时，平衡引水建筑物中的压力以及流速的变电站负荷变化时，平衡引水建筑物中的压力以及流速的变 化化，如有，如有压引水道中的调压室。压引水道中的调压室。厂房厂房-发电、变电、配电建筑。发电、变电、配电建筑。3.泄水建筑泄水建筑-泄水闸、溢洪道、溢流隧洞、泄水孔。泄水闸、溢洪道、溢流隧洞、泄水孔。4.排沙建筑排沙建筑-冲沙闸、导沙坝。冲沙闸、导沙坝。5.过水建筑过水建筑-船闸、船坞。船闸、船坞。水利（综合）枢纽水利（综合）枢纽以发电为主，水库可蓄水、调洪、灌溉、兼顾通航以发电为主，水库可蓄水、调洪、灌溉、兼顾通航 二

11、、设计思路：二、设计思路：第一步，选址（挡水线所在地）第一步，选址（挡水线所在地）满足设计水位，流量，额定电站发电量。满足设计水位，流量，额定电站发电量。主流主流鲜明鲜明，不易变更，贮变规律，不易变更，贮变规律明确明确。两岸较高、土质坚硬（便于两岸与坝的联接）。两岸较高、土质坚硬（便于两岸与坝的联接）。河床下面地质条件（承载力，渗水性）。河床下面地质条件（承载力，渗水性）。两岸的拆迁。两岸的拆迁。第二步，水文计算第二步，水文计算 第三步，在挡水线布局各类建筑物（总平面布置）。第三步，在挡水线布局各类建筑物（总平面布置）。1.主体坝或当水闸主体坝或当水闸-根据泄洪能力定。根据泄洪能力定。泄洪宽足

12、够泄洪宽足够-既建水闸又建坝，电站不过水既建水闸又建坝，电站不过水 泄洪宽度不够，全建水闸，可考虑电站溢流或泄水泄洪宽度不够，全建水闸，可考虑电站溢流或泄水 2.考虑各坝、水闸电站在平面上的布置考虑各坝、水闸电站在平面上的布置-根据河势规律根据河势规律 3.根据河势及平面布置要求，考虑是否设排沙建筑根据河势及平面布置要求，考虑是否设排沙建筑 4.船闸的布置，进出船的水流条件及吃水深度等船闸的布置，进出船的水流条件及吃水深度等 第四步，输水、消能计算及结构计算第四步，输水、消能计算及结构计算 第五步，结构计算设计第五步，结构计算设计水利（综合）枢纽水利（综合）枢纽 实例实例-长江三峡水利枢纽长江

13、三峡水利枢纽 坝址所在为微弯型，左岸为凹岸坝址所在为微弯型，左岸为凹岸 泄水闸位于主流（深弘区）泄水闸位于主流（深弘区）-保证洪水期水的流畅。保证洪水期水的流畅。二江电站位于泄水闸左侧，二江电站位于泄水闸左侧，大江电站位于泄水闸的右侧。大江电站位于泄水闸的右侧。电站应布置于深水区（取水好）但不能位于主流区（厂房阻水）。电站应布置于深水区（取水好）但不能位于主流区（厂房阻水）。在二江电站在二江电站旁有一浅坝，利用它做开关站旁有一浅坝，利用它做开关站，并利用此坝堤做，并利用此坝堤做2 号船闸的上下游引航道号船闸的上下游引航道。由于三江是小支流，由于三江是小支流，建建4号坝（洪水期溢流可保持水量）。

14、号坝（洪水期溢流可保持水量）。2号船闸及号船闸及3号船闸分别建于号船闸分别建于坝的两侧，坝的两侧，及及均一侧靠岸均一侧靠岸-船闸必须一侧靠岸建，进出船的水流平稳。船闸必须一侧靠岸建，进出船的水流平稳。冲沙闸设在冲沙闸设在坝坝 保证三江建坝后的不淤积。保证三江建坝后的不淤积。(12)1号船闸布于右岸，为主要的、通行量大的船闸。号船闸布于右岸，为主要的、通行量大的船闸。冲沙闸设于冲沙闸设于1号船闸右岸号船闸右岸 枯水期不通航，冲沙。枯水期不通航，冲沙。避免凸避免凸 岸（从整河势看）可能的淤积，保证船闸通航水深。岸（从整河势看）可能的淤积，保证船闸通航水深。另：按原河势微弯规律，设有另：按原河势微弯

15、规律，设有 防淤堤：防淤堤：缩小过水面，提高流速并把水流导向凹岸主流区，缩小过水面，提高流速并把水流导向凹岸主流区，-按原河势设置长堤（弯）按原河势设置长堤（弯）对三江形成了小的主流区，又兼对三江形成了小的主流区，又兼 船闸的上游引航道。船闸的上游引航道。长江三峡水利枢纽工程长江三峡水利枢纽工程混凝土重力大坝，坝后式水电站混凝土重力大坝，坝后式水电站船闸船闸 规模确定规模确定-水文学（高低水位），水能源利用、电的需求水文学（高低水位），水能源利用、电的需求 坝址设计、总平面设计坝址设计、总平面设计-流体力学、河流动力学、模型实流体力学、河流动力学、模型实 验、工程地质学、水文气象验、工程地质学

16、、水文气象水工建筑物水工建筑物-化为力学模型化为力学模型-专业课专业课 各类荷载计算各类荷载计算-专业课（工作机理、担负的专业课（工作机理、担负的 荷载）结构可度荷载）结构可度 各种力学（理力、结力、弹力）各种力学（理力、结力、弹力）高等数学、编程序（语言软件学习）高等数学、编程序（语言软件学习）截面设计（承载力、抗裂）截面设计（承载力、抗裂）-混泥土结构学混泥土结构学 钢闸门，结构计算钢闸门，结构计算-水力学、钢结构水力学、钢结构 金属运转件金属运转件-钢结构钢结构 -运行轨道的精确运行轨道的精确-水和结构的振动水和结构的振动-动力学动力学 机械振动与水工结构的交叉机械振动与水工结构的交叉水利工程所涉及的基础及专业知识总结水利工程所涉及的基础及专业知识总结 码头按结构形式可分为重力式、码头按结构形式可分为重力式、板桩式、高桩式和混合式板桩式、高桩式和混合式 。重力式：靠自重稳定因此要求重力式：靠自重稳定因此要求地基较好地基较好。T:何谓稳定、何谓稳定、T:地基较好、地基较好、港口工程与建筑工程的不同港口工程与建筑工程的不同波浪力、动水、有水的冲刷、淘基础的问题、侧波浪力、动水、有水的