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建筑安全是施工过程中首要的条件,这就需要保证建筑物的结构达到相应的承压标准,确保结构安全稳定。然而,对钢筋混凝土结构而言,由于长期使用不免会出现结构破碎的情况,那么就需要对建筑结构进行加固修复,保证整栋建筑能够安全使用。
1 结构安全加固技术的特点
(1)结构方案受到原有结构形体的约束。相对而言,对原有建筑进行加固处理,比新建结构处理更为复杂,毕竟在用结构加固的自由度要小得多。这主要是由于现有建筑结构的形式和高宽度等因素,都会限制加固方案的选择。这时,就需要建筑设计师根据原有建筑结构的体系,并结合现实的建筑结构条件,找出科学的加固施工方案与施工方法。
(2)经过加固之后,建筑结构体系的受力情况较为复杂。通常情况下,经过了加固施工之后,由于建筑结构属于组合截面或者是组合结构,因此就会使得结构受力变得比较复杂,建筑物原来的结构构成、受力程度以及它的力学性能及损伤程度都会发生一定的变化,此外,在加固施工过程中,由于新旧材料的结合以及不同时期的施工方法、技术,这些因素都会对加固结构的受力性能产生直接影响,从而提高了科学分析的难度与精准度。
(3)加固施工难度大。在原有建筑的环境下施工,必然会出现加固施工场地狭窄的情况,此时,就可能会对设备、管道和结构构件的使用产生很大的约束。最常见的是施工设备和机具操作困难,大型机械设备无法进场等情况。与此同时,加固施工一般在建筑物仍然在使用的情况下进行的,因此,就要求加固施工过程必须要讲求速度,以减少对建筑物使用的影响时间,在特殊的情况下,还需要分段分期地来进行加固施工。
2 建筑物结构加固技术的基本使用原则
(1)在进行加固施工之前,施工人员必须要对建筑物原来的结构体系以及结构的材料等方面进行全面的了解,只有在熟悉原有结构性能的基础上,才能根据加固方案来进行科学合理的加固施工。此外,还要对建筑物原有的结构进行系统的鉴定和勘察分析,对原有结构的构造特点、材料性能和结构体系中的缺陷、损伤等问题进行系统的论证与分析,把握好建筑结构的持力水平以及受力现状,只有这样,才能在加固施工的过程中有效地防止施工隐患问题的出现,杜绝施工事故的发生。
(2)在进行建筑物加固施工中,还要保证结构方案的切实可行性与经济合理性,以经济合理、方法科学、施工便捷为主要考虑因素。在建筑结构加固方案的选择上,不仅要考虑到方案的可行性的问题,还需要考虑原有结构加固后的受力特点,只有对原有结构进行整体分析,才能确保加固后的结构体系传力线路明确,安全可靠。当然,在市场经济条件下,方案的选择还必须考虑经济因素,根据加固施工的具体特点和加固施工的技术水平,选择最为经济的施工方案。并且能够减少对使用环境和相邻建筑结构的影响,尽可能地缩短施工周期,以便节约成本支出。
(3)应该要尽可能利用原有结构的承载能力,减少对原有建筑的损伤。选择加固方案的过程中,需要充分考虑降低对原有结构或构件的拆除和损伤。也就是要求施工方在确定方案前,要对已有结构或构件进行全面了解,尽可能保留并且充分地利用它的作用。否则,一旦误判误拆了原先的结构构件,那么肯定会对保留的原有结构造成巨大的影响,不仅会危及保留的结构构件,还会给加固后的结构留下隐患。
(4)强化对实际结构的检查。一般来说,施工方在加固方案确定之前,就已经对原有结构进行了全面的检测和鉴定,但是为了确保工程的质量和施工安全,必须要考虑到各种客观因素的发生,在加固施工实施的过程中,需要组织专门的工程技术人员对实际结构进行全面的检查,一旦发现了结构的损伤或者是缺陷问题,就要马上将实际情况反映出来,找出对策,消除建筑物的安全隐患。
3 建筑结构加固技术的具体方法
通常情况下,建筑物结构的加固技术与方法,可以分为直接加固法和间接加固法两种。
3.1 直接加固法
直接加固法,顾名思义就是通过直接提高构件截面的承载力和刚度的施工技术来达到加固建筑物的目的,常用的直接加固法有以下三种:
3.1.1 加大截面加固法。是指利用与原有构件同类的材料,通过增大截面面积的方式,提高构件的承载力,从而实现加固建筑原构件的目的,如可在原有钢筋混凝土柱周边的位置浇筑一层钢筋混凝土围套。接着,根据建筑加固结构的实际需要,利用相应的技术措施,使得新旧钢筋混凝土形成一个牢固的整体,如可以在原有钢屋架下弦杆的位置,根据结构的形状增设一根钢拉杆,通过相应的技术处理让两者共同工作,完成对屋架下弦的加固。因此,这种方法在各种构件的加固工程中使用较为普遍。
3.1.2 外包钢加固法。就是把新的钢铁或钢板等材料,包在被加固构件的外侧,然后利用施工措施将其做成保护性的外包钢,使得与原有的建筑构件形成合力,从而达到增强构件的承载能力和刚度的目的。它通常可以分为干式外包加固法和湿式外包加固法。总体上看,外包钢加固法能够有效地提高建筑构件的抗弯性能和抗压能力,而且施工周期较短,比较受欢迎。
3.1.3 预应力加固法。实质上是利用高强度钢筋或型钢等材料,在被加固构件体外增设预应力拉杆或撑杆。受弯构件和受拉构件的加固工程,往往会选择预应力拉杆加固法。因为使用这种方法不仅能够有效地提高构件承载力,而且也能够提高截面的刚度、减少原有构件裂缝宽度和挠度、提高加固后构件截面的抗裂能力等。总之,该法具有占用建筑空间较小、施工周期较短的优势。
3.2 间接加固法
指的是根据原有建筑结构体系的客观条件,在加固施工过程中,通过系列的技术方法及措施,改变其结构传力的途径,从而达到减少被加固构件的荷载效应的目的,常见的间接加固施工方法有以下三种:
3.2.1 增设构件加固法。主要就是利用在原有的建筑构件之间增加新的构件,从而达到加固建筑物的目的。例如在两榀屋架间增设一榀新屋架、在两根柱子之间增加一个新柱或者在两根梁之间增加一道新梁等,通过这样的方式,能够很好地减少原有结构的受荷面积,从而可以大幅度地减少建筑的荷载效应,增加其安全性能。
3.2.2 增设支点加固法。增设支点加固法是在柱子、屋架之间增设支撑构件或者是在梁、板等构件上增设支点,通过降低结构构件的计算跨度,在有效降低荷载效应的同时,最大化地发挥构件潜力,进而增加结构的稳
定性。
3.2.3 粘钢加固技术.就是在钢筋混凝土结构构件表面,利用特制的建筑结构胶粘贴钢板,在采取相应的施工方法与技术措施之后,达到提高建筑结构构件承载能力的一种加固方法。
第一,粘钢加固法:钢板和原有结构通过粘胶实现二者的连接。这也就意味着,决定加固能否成功的关键在于新旧两部分的材料性能,尤其是材料的黏结性能。从当前的情况看,因为对粘胶耐久性能的标准尚未形成一定的共识,所以,为确保加固后结构的可靠性,就必须要很好地控制粘钢加固构件的承载力,与此同时,必须要在确保即便是在外粘钢板加固失效的情况下,结构本身的安全性也得到保障。
第二,构件粘钢加固:这种加固方法主要适用于60℃以下、相对湿度70%以下、无化学腐蚀的环境,如果工程无法满足上述使用条件时,就必须要根据相关标准采取有效的防护处理措施。为保证加固效果,使加固钢板材料强度得以充分利用,被加固的混凝土结构构件,其现场实测混凝土强度等级至少是C15,且混凝土表面的正拉黏结强度必须达到相应的标准。
第三,粘钢加固:这种方法对钢板的要求较高。一般来说,如果采用的钢板较厚,那么所需要的锚固长度就越长,那么相应地就给施工带来较大的难度;如果钢板越薄,那么就需要适当地增加用胶量。相关的标准早已规定,采用手工涂胶粘贴的钢板厚度控制在5cm以内,采用压力注胶粘贴的钢板厚度要控制在10mm以内。钢板宽度应根据承载力要求所需要的用钢量确定。采用梁侧面粘贴钢板加固时,为保证加固效果,使钢板得以充分利用,一般应控制钢板宽度不大于梁高的1/3。
4 结语
总而言之,钢筋混凝土结构加固是一项很复杂的工程,其涉及到很多方面的工程技术。因此,施工人员需要在施工前对原有结构进行彻底勘察,对需要加固的结构进行分析判断,然后再根据实际需要采取合理的加固技术。
参考文献
[1]梁乃金.体外预应力加固旧桥之探讨――芜湖市中江桥加固工程实例分析[J].安徽建筑,2010,(5).
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Key words: local undergraduate college; local economy; civil engineering specialty; talents cultivation
中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2011)23-0219-02
0引言
榆林学院位于陕西榆林市,榆林是盛产能源矿产资源地方,被誉为中国的“科威特”。榆林学院是一所省属综合性本科院校,也是国家级能源化工基地和历史文化名城榆林唯一的普通高校。它的前身是创建于1958年的绥德师范学院。在2003年成功地从师范专科学校转型为地方综合性本科院校。土木工程专业于2005年经陕西省高等教育委员会批准设立,并于同年9月开始正式招生。无论从办学条件、师资力量,相对于院校的同专业来说,榆林学院土木工程专业都是一个婴儿。在教育部颁发的《普通高等学校本科专业目录》和《工科本科引导性专业目录》中将建筑工程专业调整为土木工程专业,设置了建筑结构工程、市政工程、建筑经济与管理、道路与桥梁工程、岩土工程和水工结构工程等6个专业方向[1]。合并之后的土木工工程专业被称之为“大土木工程”,它涵盖了原来的建筑工程、交通工程、矿建、城镇建设、工业设备安装工程、饭店工程、涉外工程、土木工程等八个专业,范围更广、支系更多、科目更为复杂。近些年,“大土木工程”对人才培养的规格和模式提出了新的要求,使得地方本科院校土木工程专业不断改革课程体系、优化课程结构,用以服务当地经济。榆林学院土木工程专业正处于起步阶段,而此阶段人才培养的核心问题是如何在人才培养模式上凸显“地方性”与“应用性”,怎样能够适应本地方经济发展和区域建设的需要,寻找适应性较强的应用型人才培养模式。
1服务于地方经济建设的本科院校人才培养目标的定位
服务于地方经济建设的本科院校土木工程专业在人才培养模式上的凸出点在于“地方性”与“应用性”,那么地方经济的建设需要应用性的高级技术人才[3]。从地方本科院校走出去的学生较大多数留在地方,为地方建设出份自己的力量。人才培养的模式中就要突出地方性,即地方高等学校培养的人才,主要用于为本地区服务。因此在本科培养教育的同时也要与本地区紧密结合起来,为本地区的经济建设服务。
榆林学院处在榆林经济大力发展的优势下,城市及周边的建设也在飞速发展,同时又是仅有的一所本科院校。榆林由于所处陕西最北边,处于黄土高原和毛乌素大沙漠的交界地带,因此环境相对较差。陕西省知名院校如西安建筑科技大学、长安大学、西安交通大学等毕业的学生大多数进入名企工作、大中城市工作或继续学习。在这样的就业情况下,使得榆林的市场中土木工程专业人才空缺较大。我校要抓住市场空缺,采用独特的培养方案培养出一批独具地方特色的土木工程人才。
在充分分析榆林地区社会、经济发展的同时,准确地定位我校土木工程专业培养目标,首先,需找差距,这里的差距不仅仅是自己与重点院校的差别,还有学生质量的差距。其次,明确地方本科院校培养人才的去向,即为谁培养专业人才。土木工程专业为本行业的企事业单位的基层建设部门、中、小城市的大、中、小型建设管理部门输送高级技术人才。再次,明确地方本科院校能够培养出怎样的高级人才。土木工程人才必须要是土建施工方面的技术人员,同时也要求技术人员具备建筑装饰、给水系统,电气、暖通空调设备安装施工方面的知识;这些人才的特点是“现场工程师”,而不是研究开发型人才;同时还要有一定的管理知识、经济知识、外语和计算机知识,相应的人文社会科学方面的素质,较好的心理素质和一定的社会交往能力。
从2005年招生以来,结合我校“立足榆林、辐射周边,为榆林及周边的建设培养应用型技术人才”的发展目标,本着“合理定位、明确方向、寻求特色”的专业建设指导思想,加强土木工程专业人才培养目标、模式的研究与实践,强化课程体系建设和改革;重视学生实践能力的培养;确保教学质量;加强师资队伍建设,加强校企交流合作,结合设计院建设提高教学、科研水平;完善教学设施;强化教学管理制度建设,加大实施力度。密切联系企业,服务经济,服务社会,充分利用地域优势,加强产学合作,积极与房地产、施工、监理、设计院等相关领域企业进行交流、协作,力争实现校企相结合办学。探索适合榆林地区及周边省市经济发展需要,大力培养土木工程专业人才,并与地方经济相适应,将更有助于推动地方经济的发展。
2地方本科院校土木工程专业培养特点
榆林学院土木工程专业提出扩宽专业口径,增强人才的适应能力的培养特点,即“厚基础,宽口径”的教育思路[2],培养立足于地方,面向地方实际,满足地方需求,注重素质教育的土木工程专业人才。
“厚基础”的学生往往动手能力较弱,毕业以后更多选择进一步的学习深造,较少倾向于生产第一线。因此,“宽口径”是在建立在多种职能上,其中以一种职能为主的前提下,专业面尽可能地拓宽;而“厚基础”指建立在一种具有厚实的、较宽的专业基础之上的专门化教育。广博与精深、通才与专才应当在矛盾的基础上予以统一[4,5]。
以榆林学院为例,土木工程专业人才培养模式以厚基础,宽口径为主,同时还特别注重实践教育。具体体现在以下几点:第一,培养的学生首先要具备一定的生存发展技能。目前地方院校毕业生的就业压力日趋增大,刚走出大学校门的学生由于缺乏实践经验,而被用人单位拒之门外。在学习理论的同时我校增加了“工程实训”的课程;第二,培养特色应体现在学生较强的动手能力和良好的适应能力上,我校不断开展各类建筑工程设计、实训技能大赛。地方院校凝练专业特色,必须以能力培养为主导,强化实践环节为重点,突出应用性和实用性;第三,在课程设置上,基础理论知识以“必需、够用”为原则,专业理论知识以“突出重点、兼顾其它”为原则。
3明确服务于地方经济的本科土木工程专业知识结构、课程体系要求
3.1 划分专业方向目前大多数院校将土木工程划分为建筑工程、道路桥梁工程和岩土与地下工程方面,我校土木工程专业的专业方向设置现阶段应以建筑工程方向为主,待土木工程专业师资、实验条件等达到一定基础后,在开设道路与桥梁工程、岩土工程专业方向。
3.2 优化本科土木工程专业的课程体系课程体系设置是实现人才培养目标和基本规格要求的主要依据和基本保障[6]。在满足新的课程体系中应加强基础理论教学,针对土木工程专业需要的知识结构、综合素质要求,按照专业教育与素质教育相融合要求,结合我校教学计划制定的相关文件,大体把内容和课程分为公共基础课、专业基础课、专业方向课和素质拓展课以及实践教学部分。
专业基础课要求学生掌握本专业基本的科学原理与工程的关系,以及它们在工程对象中的应用法则,掌握实验、运算、分析的方法以及初步的设计方法,这是学生进一步学习专业课和分方向学习的重要基础。课程包括高等数学、线性代数、大学物理、大学物理实验、理论力学、材料力学、结构力学、电工电子学、工程制图、房屋建筑学、土力学、土木工程材料、土木工程测量、混凝土结构设计原理等。
专业方向课要求学生掌握本专业主要的工程设计与工程施工的知识[7]。学生在大三开始根据个人特长、爱好与兴趣、就业形势、地方经济建设需要等,从设定的三个专业方向中完整地选择一个方向的课程组学习。在专业方向中分为专业方向限选课和任选课。对于限选课来说,选课时要求学生主修三个方向模块中的一组课程,掌握一门学科的专业知识,具有从事某一行业工作的能力;而任选课可以根据个人的兴趣爱好可以选一些认为有帮助的课程。
实践性教学是土木工程专业非常重要的教学环节,对于培养具有创新精神和实践能力的高质量人才有着不可替代的重要作用。加强土木工程专业实践教学是培养模式革新的亮点。改变以往观念陈旧、重课堂、轻实践的现象,使得理论教学与实践教学完美结合。我校实践教学分为专业基本技能训练、专业技能训练和综合能力训练[8]。实验与实践环节要求工民建方向的课程包括混凝土结构与砌体结构设计、高层建筑结构设计、建筑结构抗震设计、土木工程施工组织设计、建筑结构试验等,学完这些课程就具备了工业与民用建筑的设计、施工和管理的知识结构。专业素质拓展课要求学生在学习理论知识的前提下,还能够熟练操作计算机绘图,能够看懂、读懂专业文章,包括专业英语、建筑CAD、各种软件培训。
4结语
地方院校肩负着地方区域经济建设输送人才的重任,在构建有特色的土木工程专业人才培养模式时,不能单一的仿效重点高校的办学模式,应认真分析地方特点和人才需求的特征,面向地方经济建设,合理设置课程体系,这样,培养的人才才能适应地方、服务地方。
参考文献:
[1]刘西拉.迎接21世纪的挑战――21世纪土木工程学科的发展趋势[M].北京:科学出版社,1997,1-4.
[2]杜智民.土木工程专业人才培养体系的研究与实践[J].长安大学学报哲学社会科学版,2001,(1).
[3]柳炳康.土木工程专业人才培养模式探讨[J].合肥工业大学学报社会科学版,2007,(1).
[4]黄事尔,赵渝林,明承林,李文渊.宽口径土木工程专业人才培养模式研究[J].高等建筑教育,2002,(1).
[5]王志骞.拓宽专业口径培养适应时展的土木工程人才[J].西安交通大学学报社会科学版,2000,(4).
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土木工程从远古时期就已经存在,由原始的伐木采石,建造出模仿天然掩蔽物的人类居住场所,到新时期的超高层建筑、水利工程、超高长跨度桥梁,土木工程的发展与变化,代表了人类发展的历程。在历史的发展过程中,土木工程的理论、分析手段、施工技术、地基处理都有了更多的发展与突破。21世纪人们生活水平不断提高,而经济飞速发展为土木工程带来了更多的要求,所以根据土木工程发展现状,分析未来土木工程发展方向,是非常重要的工作。
1.土木工程发展意义
土木工程的根本含义是征服大自然,通过人力实现自然界带来的效果。随着各项土木工程技术的发展,各种高层建筑拔地而起,桥梁、水利工程、公路使人们的生活更加便利。土木工程是提高人类居住环境与交通的核心产业,提高土木工程建设水平,完善土木工程发展体系,实现社会、环境、经济共同发展的根本性目标,是土木工程发展的重点。人类需要良好的生存空间,舒适的生活环境,为了获得更好的居住环境,更加优秀的土木工程技术将不断出现。
2.土木工程发展现状
为了明确土木工程未来发展趋势,必须明确土木工程发展现状,通过现状分析出土木工程的特点。
2.1土木工程理论发展
土木工程发展由两方面组成,分为土木工程理论与设计,理论是土木工程的基础,设计是通过实际证明理论的过程,只有成熟的理论作为基础,才能使土木工程设计真正的得到进步。土木工程理论由力学、计算机、统计学等多种学科组成,必须通过多个学科的综合知识体系,确保土木工程理论的可靠性。近年来计算机技术不断成熟,土木工程也进行了飞越式的提升,根据道路、桥梁、建筑等土木工程,分别开发了多种模拟施工计算软件,这些软件为土木工程设计的突破带来了很大支持。信息化进行不断加速,而土木工程的相关资料与技术可以快速传播与交流,我国土木工程通过网络吸收每个国家优势的理论与技术,并且在网络上交流先进的土木工程理论。
2.2土木工程设计发展
土木工程设计摆脱了传统设计的缺陷,全面分析了土木工程的环境、经济、安全等因素。新型材料、结构、工艺、施工方法不断出现,人类可以将土木工程的规模扩大化,高层建筑也在不断增长,超高层、超跨度复合结构体施工技术也在不断成熟,土木工程设计逐渐向长、高、柔方向发展。土木工程设计建立在基础理论上,随着土建项目要求更加复杂,土木工程设计也需要更加多样化,只有及时吸收新技术,把握住新优势,才能使土木工程设计更加优秀。目前,土木工程设计已经得到了很好的发展,在受力、形式方面比较成熟。
2.3土木工程施工发展
施工发展主要体现在材料、设备、工艺这三个方向,其中材料中发明了复合高强钢材、碳纤维、玻璃纤维、双层玻璃、镁合金、镀膜玻璃、铝合金、节能混凝土等新型建筑材料,新型材料在许多建筑中得到应用,也为大型土木工程建设提供物质基础。工程实施设备更加自动化、科学化、机械化,通过新型施工机械,可以使大规模土木工程得以实现,有效提高土木工程建设发展速度。在城市地下工程中,也出现了各种不同的施工工艺,例如明挖、暗挖、盖挖、盾构、沉管、冻结、注浆等工艺技术,为地下空间开发打下了坚实的基础。
虽然我国土木工程在理论、设计、施工中得到了很好的发展,但是技术水平与发达国家相比还存在一定不足,为了提高我国土木工程发展水平,必须加强新型结构、新型材料、新型技术的研究与应用,将土木工程理论与技术完美结合,帮助土木工程收获更大的成果。
3.土木工程未来发展趋势
社会经济水平不断提高,大型城市与超大型城市数量飞速增长,人们对生活空间的作用提出了许多要求,寸土寸金已经成为城市居民的共识。为了应对日益增长的人口基数,高层、超高层建筑数量不断增加,有限的城市空间得到了极大的应用,已经成为城市发展的主要建筑体系,受到社会各界的重视。城市飞速扩张的同时,不仅仅对生存空间提出了要求,也对电力、能源提出了许多要求。大型水利工程建设、矿产资源开发、石油、天然气的运输,都是城市经济发展的重要影响因素。所以在我国建设大型公共土木工程,是非常重要的国家建设项目。我国能源分布较广,一般在西南地区存在较多的能源储备,所处地区地形特征较为复杂,并且山区、高原、丘陵等环境较多,导致资源开发较为困难。为了提高大型土木工程建设速度,实现水利工程建设、矿产资源开发等工程项目,采取大跨度桥梁与隧道是工程建设的关键因素。
从以上几种发展形式来看,未来的土木工程将逐渐应用于高层建筑施工、水利工程建设、矿产资源开发、能源运输等工程之中,通过大跨度桥梁与超长隧洞,改变自然环境带来的阻碍,实现更加快速的经济发展。通过精密的理论研究、新型工程材料、先进施工工艺,实现大跨、复杂结构、高层的土木工程建设,逐渐将大型土木工程普及到工程建设中,这就是未来土木工程的发展方向。
4.结语:
我国土木工程部分领域已经在世界中名列前茅,但是土木工程理论、设计、施工中还存在一些问题。为了提高我国土木工程建设水平,需要积极学习发达国家土木工程技术,合理运用土木工程技术,实现经济腾飞发展。在未来的土木工程研究中,需要加强结构形式、建筑材料、施工工艺等探索与研究,也需要加强土木工程理论与技术的融合,实现更大的突破。
参考文献:
[1] 任秋荣,叶龙,李向召.土木工程发展现状及趋势[J].制造业自动化,2011(12):150-152.
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一、土木工程的发展现状
(一)土木工程理论的发展。
土木工程的发展包括两个部分,即土木工程理论和土木工程设计,理论是基础、设计是理论的体现,只有建立坚实的理论基础,才能让土木工程设计得到最大的进步。土木工程理论包括力学、统计学、计算机等学科,需要对每个学科综合加固,切实保证理论基础的可靠性。计算机技术的发展也给土木工程带来了极大的飞跃,针对建筑、道路、铁路、桥梁、隧道等专业开发了相应的计算软件,这给土木工程的设计带来了很大的突破。随着信息化进程的加快,土木工程发展的信息交流得到了很好的进步,对于国家各个建设项目、甚至国际项目的优势理论都可以与同行进行交流学习。
(二)土木工程设计的发展。
土木工程设计和规划改变了凭借经验设计的惯例,趋利避害地全面考虑土木工程的安全、环境、经济等所有因素。随着新材料、新结构、新工艺、新施工方法的出现,人类更有可能从事更大规模的土木工程修建,;高层建筑不仅在数量上越来越多,超高层、超大跨桥梁和大跨结构等大型复杂结构的兴建,结构设计呈现更长、更高、更柔的发展趋势。土木工程设计是建立在坚实的理论基础上的,随着对土建项目要求的增长,土木工程设计也更加向更复杂的方向发展,只有把握好新技术、新优势才能把土木工程设计想更加完善的方向发展。目前,土木工程设计发展取得了一定的成绩,在形式、受力等方面取得了进步。
(三)土木工程施工的发展。
土木工程施工的发展体现在施工材料、施工设备和施工工艺三个方面。施工材料出现了复合材料高强钢材等全新建筑材料,如碳纤维、玻璃纤维增强塑料、双层中空玻璃、镁合金、镀膜玻璃、铝合金、各种节能混凝土等,新型材料在工业和民用建筑中得到广泛使用,为复杂大型土木工程提供了重要物质基础。工程实施的设备、工具不断地向自动化、机械化、科学化发展,使得大规模复杂的土木工程不断发展并得以实现,推进了土木工程的科学快速发展。城市地下工程建设主要施工方法有明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等,也为地下空间开发提供了宝贵的经验。
二、土木工程的发展趋势
前文根据笔者的实际经验,已经阐述了土木工程的发展现状。经过论证得出,土木工程理论的发展,土木工程设计的发展及土木工程施工的发展三者是息息相关的,互补关系,在具体施工中起到非常重要的作用,并不断得到施工人员的喜爱。
(一)向信息化趋势发展。
加快信息化建设并带动工业化,这是我们的国家提出的新时代的奋斗目标。信息化建设是利用计算机技术、网络通信技术、智能信息处理技术、自动化控制技术等进行改造。通过信息化建设,使传统控制方式下一些较难实现的高难度项目成为可能,信息化技术将全面革新设计技术和施工技术,在土木工程界已发挥了巨大的作用。
(二)向虚拟现实技术发展。
沟通的虚拟现实技术在土木工程提供了一种新观点和方法,结合计算机技术、传感器技术、网络技术和多媒体技术等高新技术的综合。虚拟技术是一种新的人机交互技术,让人仿佛置身在现实世界中,一方面,将广泛应用于工程项目招标投标、施工过程和方法可以很好的进行清算,其计算在结构设计和施工过程仿真、复杂的计算过程更有其独特的优势。
(三)向超大型土木工程方向发展。
在21世纪,随着新材料、新结构、新技术的出现,新的施工方法将更大规模土木工程建设、实现新突破。近年来,随着大规模生产优质水泥、纤维和玻璃纤维混凝土和聚合物浸渍混凝土混凝土发达,带来了土木工程结构,新开发的设计理论和施工技术等。碳纤维的应用研究,土木工程领域中的另一个重大突破。如何合理使用高强度钢也是一个重要的研究课题,和其他高性能混凝土复合材料也将朝着轻、强、良好的韧性和使用能方面的开发,既从数量的高层建筑钢结构和用法的高性能材料需要进一步增加。
(四)向地下、太空、沙漠、海洋空间发展。
空间资源越来越紧张,开发地下、太空、沙漠和海洋空间是解决当前空间和土地资源紧张的一个有效途径。为了综合利用地下空间资源,地下空间开发逐步向深层发展,在地下空间开发中的应用将加强。
三、结语
综上所对土木工程发展的重要意义,土木工程的发展现状及米来趋势所述,土木工程行业是我国的支柱产业,影响我国基木建设的行业,高新技术对土木工程这一传统专业的改造及影响。因而我们对土木工程的研究和实践也更加重视。
参考文献:
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结合社会进程的各个阶段发展情况分析,土木工程建筑都起着重要的推进作用。就我国目前经济建设情况而言,国民经济中土木工程的作用日益重要。结合土木工程的发展历史来看,无论是在实际应用还是科技研究方面都取得了喜人成绩,特别近几年的飞速发展,促使土木工程建设方面有了重大飞跃,本文作者结合目前土木工程建设现实科研与未来发展情况分析未来土木工程的发展形势,结合作者观点全面分析土木工程发展未来。
1、就目前发展形势,分析土木工程当前形势
目前土木工程研究的对象主要集中在以下几个方面:
1.1高层建筑拥有全新的发展时期
目前在土木工程修建过程中,不仅原料、构造方法、施工技术等方面有所变化,自动化的施工方法也被普遍应用,建筑规模也有所增大,建筑的数量不断增多,而且高度也有所提升。我国很多城市的建筑水平已经在世界排名中位于前列,高层建筑的发展形势拥有了一个全新局面。
1.2目前土木工程发展情况,设计结构方面必然会有所变化
在许多情况下风荷载和地震荷载已成为结构设计的控制因素,因此大型复杂结构体系抗风抗震的设计理论及其相关问题正在被极大的关注。相关的研究课题将包括设计地震动及灾害性风荷载的作用机理,特大跨度桥梁的结构体系及抗风抗震。同时,“以柔克刚”的抗震思想在结构振动控制技术中将进一步得到体现,现代振动问题正在向着自适应控制、智能控制、吸震减震技术研究方向发展,土木工程结构健康检测、灾害结构相应控制等基础性的研究将会进一步加强。
1.3土木工程发展关注重心将转移地下施工建设与开发方面
随着人口数量的不断递增,在世界范围内都出现空间资源利用紧张,所以开发利用地下资源将成为缓解空间紧张最有效的方法,无论是在其他国家还是国内的发展城市中,地下施工建设和开发都成为城市发展的重点。目前,国内城市应用地下工程建设技术已经能够达到世界先进水平,这必将带来地下空间合理利用的又一个起点。
2、科技信息化为土木工程发展带来新的契机
随着科技信息化的不断进步,也带动了其他行业的发展,这也是目前新形式下国家发展的方向。科技信息化就是利用科技设备实现现代科技提升工程效率,并且最大限度的降低工程成本。通过科技信息化建设过程,使现代化的建设理念贯穿土木工程发展全过程,甚至在以往工程建筑技术难以完成的建筑工程。通过科技信息化在土木工程方面的扩大应用,不仅提升了建筑工艺,也扩大了建筑领域,为土木工程的发展带来了崭新的机会。
2.1土木工程中的“三S”系统应用与推广
遥感技术(RS)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)的集成综合,构成整体,实时,动态的对地观测,判别,分析应用,在土木工程界已发挥了巨大的作用,并具有广阔的前景。近年来提出的“数字城市”的要领就是在“三S”系统的基础上发展起来的,即综合应用GIS、遥感、遥测、网络、多媒体、及虚拟仿真对城市的基础设施、功能机制进行自动采集,动态监测管理和辅助决策服务,显然,“数字城市”是以数字化信息处理技术的网络通信技术为背景的技术服务系统。这一系统的使用和全国推广,必将把我国的城市规划建设与运营提升到一个新的水平。
2.2技术控制方式现在以及未来发展形势
对于一个大型的复杂工程项目,可能需要多个成员甚至多个设计部门的参与和设计,也需要其他的在线咨询与协同工作,或由分布在不同的地域的设计人员,设计分支机构,协作单位或部门使用不同的软硬件平台和不同的设计手段在同一规定的时间段完成。针对电子数据与数据管理系统的方便应用,目前国外以开发出系列化的双向无线电通讯设备,用于工地的联络,以及利用GPS技术的人机通讯设备。信息技术的发展,已使得国际承包商可以克服地域的壁垒。
2.3土木工程的应用离不开对于现实模拟技术
在传统的土木工程中,人们不得不用一些平面图纸,用特定的符号传递大量的信息和数据,这种方法受到信息接收者的行业、知识结构和经验等的限制,而且随着新时代土木工程的复杂程度的不断提高,使得使用这种方法交流起来比较困难。虚拟现实技术为土木工程中的交流提供了一种新的前景和手段。另一方面,它在结构设计中的计算、施工过程的模拟等复杂计算过程中更有其独特的优势。通过计算机三维图形技术实现可视化计算,可以将设计参数变化以后的结果直观的显示出来,在结构的优化设计等方面也会出现一个很大的飞跃。通过虚拟技术的应用,将设计时间和施工时间相对缩短,空问相对缩小,通过计算机计算和人机交互,对最佳方案的选择使得获得最佳工期、最低费用和对资源的最有效合理利用成为可能,对工程施工的质量把握的更为准确、科学。
土木工程能够使用的时间,以及在不同空间内的发展,都成为科技人员重视的研究问题,环境对于建筑影响,以及结构在不同空间内有什么变化,也是未来一段时间的研究方向。而模拟技术的扩大应用,使这些热点研究问题得到很好的控制和解决,土木工程的发展趋势因为模拟技术应用而实现了更广阔的空间。
结束语
无论是国家的发展,还是一个城市的建设,都离不开建筑业的支持,就土木工程的发展趋势而言,不仅是国家建设的迫切需要,也是缓解空间资源紧缺最有效的方法,虽然,土木工程建筑在过去人类文明进程方面,已经取得了卓越成绩,文中介绍了目前土木工程所涉及的几个方面,也结合科技信息化下土木工程的发展趋势有所介绍。结合土木工程这一专业现实情况而言,新技术与信息化所带来的不仅是技术方面的革新,同时也是发展领域拓展与实现,如何能够在国家发展与社会建设的大形势下,土木工程行业的发展也出现革命性的转机,这是每一位土木工程专业人员所肩负的责任与任务,希望本文能够对有相关需要的读者有所帮助。
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土木工程是指房屋、公路、铁路、桥梁、水工、港工、地下等工程的总称。土木工程对国家的经济建设和人民生活的影响非常明显和重要。土木工程密切关系到人类赖以生存和繁衍的四大基本要素:衣、食、住、行,为人类提供住宅、宾馆、公寓、衣料生产贮藏基地、食品冷库、公路、机场、铁路、港口、码头、厂房、实验室等现代人类生活和发展的必要场所空间。
1 土木工程的历史
1.1中国土木工程的历史:远在上古时期,中国古人类就在野处穴居,为了避免野兽侵袭,有巢氏(中国的传说中的巢居的发明者),才教古人离开天然岩洞、构木为巢,居于树上。我国古代土木工程多采用土、石、木等材料建造,建造技术和艺术造型达到当时极高的成就。像长城、赵州桥、都江堰等都是具有代表性的中国古代土木工程的杰作。
1.2 世界土木工程发展历史:在欧洲,大约8000年前已开始采用晒干的砖;凿琢自然石的采用,大约在5000~6000年前;至于在建筑中采用烧制的砖,亦有3000年的历史。世界古代的伟大建筑,以公认的七大奇迹最为引人注目,它们都建于公元前600年~公元前200年,且均为石材建造,大都用于宗教、军事和航海。且都是建于当时经济和科技非常发达的地区,说明土木工程的发展与经济繁荣和科技进步是密不可分的。
2土木工程的现状
2.1世界现状:随着19世纪中叶钢材及混凝土在土木工程中的开始使用,以及20世纪20年代后期预应力混凝土的制造成功,建造摩天大楼、大跨度建筑和跨海峡1000m以上的大桥成为可能。目前,世界上最高建筑是中国台北的101大厦,总高度为508m。近代体育事业的蓬勃发展也使得大跨度房屋在世界各地如雨后春笋般涌现。
2.2 中国现状:回顾20世纪特别是改革开放20年来,我国建设取得举世瞩目的辉煌成就。改革开放后在我国大陆建造了许多高层建筑,目前我国最高的建筑是世界排名第4的上海金茂大厦。其他具有代表性的高层建筑还有深圳的地王大厦。在特种结构方面,我国有4所电视塔排在世界前十位,其中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。
3未来土木工程的发展
3.1指导理论的继续发展。在可以预见的将来,土木工程工程技术理论的核心部分仍然是力学,新的分析方法和新的数值处理方法将是土木工程中力学的突破方向。在对复杂结构、流体介质等情况下的受力分析和近似上,现有的方法仍然具有很大的局限性。更加专门化的数学在将来也应该有很大的发展,用以处理土木工程技术中复杂的数值问题。更先进的电子计算机的应用,使得对复杂的情况的模拟更有把握,更接近于现实。力学也会突破宏观框架,向微观发展,控制论,虚拟现实等技术也在力学中加深影响。另一方面,土木工程学科将向周围继续发散,与材料,环境,化学,电子信息,机械。城市规划,建筑等相关学科进一步的交叉,融合,互相支持,互相服务。土木工程内部的次级学科也同时会在现实需要的推动下产生出新的学科。
3.2工程实现的变化。土木建筑的最终目的是建设出合乎设计要求的工程构造物,从设计到成果中间需要一个很长的工程实现的过程。这也是土木工程一个重要的组成部分。甚至可以说是土木工程最重要的方面,有了好的理论和设计,没有好的工程实践,一样不会产生一个优秀的作品。
信息时代正在迎面走来,其他学科和其他方面的新观点新技术,必然的也会影响到土木工程。并且为这一传统学科注入新的活力。包括控制理论,施工技术,新材料,环境工程,经济理论等等。
全过程信息化。信息化的特点将更深的渗透到未来的土木工程中,重点不仅仅限于CAD方面,也包含对工程进度的管理、运行中数据资料的收集,分析,整理;对建筑物结构,强度,可靠性的分析和相应对策的决策等。这些也是主动控制和智能化实现的基础。
可持续发展和人性化。这两个要求是与社会经济的发展相适应的,社会的发展要求更加充分地合理的利用资源,社会生活水平的提高也提高了对土木建筑设施人性化的要求。整个土木工程过程是建立在对资源和能源的不断消耗上的,在可持续发展成为整个社会的主题的时候,土木工程也必然地要面对这个问题。对资源和能源的节约,包括在建设中的和使用过程中的,成为土木工程以后的一个方向,这要求有良好的设计和有效的运作管理机制,土木工程构筑物在它的整个寿命周期,从规划,设计,建造到建成后的使用,维护,拆除都要尽量的将对环境的影响降到最小,同时尽可能大发挥它的社会经济效应。这对土木工程提出了新的要求。
3.3主动控制技术。迄今,绝大部分的土木工程建筑都是被当做一个静态的,被动的物体。对周围环境的影响,如风动,温度变化,突发事件等只能依靠自身的结构进行被动的抵御。显得缺少灵活性和应变能力。今后土木建筑设施的一个发展方向之一就是主动控制技术在建筑构造物中的应用。运用计算机技术和模糊控制技术,以及一些预设的控制结构。使得建筑物能够对各种环境因素做出适当的反应。
4结束语
土木工程当今的发展是人类智慧的成果,土木工程是为了人类存在而存在.坚持可持续发展道路,努力创新,土木工程定会走向新的高峰!
参考文献
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应用型本科高等教育是以培养高层次应用型、技能型人才为主要教育教学目标的高等教育形式,其主要目的在于为社会和地方经济建设培养拥有某一或多个专业突出技能的工程应用型人才,这就要求应用型本科院校在决定专业方向设置和确定人才培养方案时,应十分重视社会经济发展的需要,必须根据市场经济发展对应用型人才的具体需求来开设相关专业或及时调整专业设置。在当前我国大兴土木的市场环境下,培养拥有土木工程专业相关知识技能的本科高级应用型人才显得尤为迫切,不仅能够满足国家和地方土木工程建设与发展的需要,而且能够有效缓解本科毕业生巨大的就业压力。应用型本科院校土木工程专业以培养学生的工程结构分析、设计、制图、施工和监管能力为其核心培养目标,所培养的毕业生能够独立从事所学专业方向(如建筑结构方向、暖通与空调工程方向、地下工程方向及桥梁与隧道工程方向等)的相关社会实践工作,在社会上具备一定的竞争技能与创新思维。因此,对于本科应用型高等院校土木工程专业在制定与实施培养方案过程中就必须让学生掌握该领域的相关核心技能,以适应工程结构建设。
1 应用型土木工程专业必备技能
专业核心技能是指从事本专业社会领域工作所应该具有的履行岗位职责的技术能力,能够熟练地将所学理论知识应用于实际工作中,既具备扎实的专业基础知识能力,也具有稳重的实操工作技能。专业核心技能本科毕业生职业选择与未来人生发展的最根本保障,因而本科应用型高校应充分重视学生核心专业知识技能的培养。
应用型土木工程专业学生核心技能的培养综合性强,一方面涉及数学、概率论、电工学、物理学、计算机、力学、建筑学、管理学、建筑结构技术、道路与桥梁技术、地下建筑工程技术、岩土工程技术、系统控制技术等多个相关及相近学科,学生在学习和掌握这些基本理论知识时需要投入大量的精力和时间;另一方面,由于工程材料、分析手段、施工技术等更新换代的速度很快,直接导致本科教学的培养目标、课程结构、实习集训内容及教育教学手段等也必须要不断的更新和改进,这在一定程度上也将影响高校教师传授土木工程专业的相关知识技能。因此,应用型本科院校土木工程专业的核心技能应为工程结构分析与设计能力、工程结构施工与组织能力、工程结构管理与维护能力,在培养学生掌握这些能力的过程中应理论与实践相结合,不但要让学生掌握必须的相关基础理论,而且在实践过程中也应具备分析问题与解决问题的能力。一旦学生掌握并能够运用这些核心技能,具有工程结构分析、设计、施工、维护与管理能力,也就意味着学生具备了该专业方向的核心技能,能够在激烈的社会竞争中体现自身的特色与优势,实现个人价值与社会价值。
2 基于实践技能实现的人才培养目标
应用型本科院校的人才培养模式应坚持理论知识教育与工程实践活动相结合的原则,不仅要让学生理解、掌握系统的专业知识理论,也要让学生积极参与专业方面的各种实习、集训等,使其具备较强的实践动手能力,其人才培养目标应将理论知识、实践能力与个人素质三者并重。
(1)理论知识构建。应用型本科院校土木工程专业的人才培养目标应以通识类与专业应用型理论知识教育为基础,在培养学生基础理论学习的同时,加强学生的知识迁移与应用能力,并逐步培养学生的个性化能力发展。
(2)实践应用能力培养。如前所述,本科应用型高校土木工程专业的人才培养是以社会需求为导向,突出所培养毕业生从事社会工作的适应能力与竞争能力,这就要求实践能力培养是应用型土木工程专业人才培养的突出点,所有的教学环节和课程计划都应以此为出发点和归宿点,提高学生的实践动手能力与知识迁移应用能力[1]。
(3)个人素质培养。应用型本科院校学生素质的培养分为两个方面:专业素质培养和非专业素质培养。专业素质培养是指应用型本科院校在人才培养过程中应重视学生的基础知识学习和专业技术、技能的培养,非专业素质培养是指应培养学生具有高尚的道德品质、科学思想和人文素养,具有求真务实的科学态度和实干创新的精神。
3 土木工程专业实践能力培养途径
3.1 课程教学体系
本科应用型土木工程院校的应以工程实践能力培养性型为其课程教学体系的核心,为实现这一核心能力培养目标,应用型土木工程院校应有针对性地安排基础课程、专业基础课程和专业课程学习,突出课程教学的应用性和实践性,并加强和保障实践教学环节的可行性和综合性,而不能按照研究型本科院校追求知识高深性和系统性的培养目标开展课程教学[2]。以“工程实践应用”为本科应用型院校土木工程专业的课程设置主线,以“必需够用”为准则融合基础知识和专业基础知识的理论教学,配合系统、完善、可行的教学实践环节,将所学知识通过实习、集训、观摩、案例分析与设计、课程实验等环节贯穿起来,进而形成稳定的、具有工程技术应用特色和导向的课程教学体系。
3.2 实践教学环节
土木工程专业是一个对实践教学要求很强的工科专业,学生所学的基础知识和专业知识技能都将通过实践环节来体现和检验,通过实践教学环节的培养,学生能够不断增进自己的动手能力、知识迁移应用能力和创新能力[3]。然而,当前应用型院校土木工程专业由于培养目标不清晰导致实践教学环节存在多处弊端[4],实践教学形式化、表面化、单一化现象普遍。工程实践教学环节应由专项技术能力、工程应用能力和综合应用能力三方面组成:专项技术能力培养与课程教学同步,即在课程教学过程中开展相关方面的专项技术能力培养,如在建筑材料课程讲授中进行各种材料的性能试验(如混凝土材料试验、型钢材质试验、石材材质试验等)、在钢筋混凝土结构设计课程讲授中开展混凝土梁、柱等构件的力学性能试验;工程应用能力培养是将理论知识在专项技能培养的基础上进行,主要培养学生掌握工程结构分析、设计与施工过程,该方面的技能可以结合工程算例分析与设计、现场实习与勘测、结构检测与试验实习进行;综合知识技能培养是针对某一技术领域(如建筑结构方向、地下工程方向、基础工程方向、结构分析方向等)进行的一个系统的、全面的工程结构分析与设计,学生通过该综合知识技能的学习与实践,能够全面地掌握该技术领域工程结构分析、设计、施工、检测与监测过程,毕业后能够独立承担所学方向的工程结构设计,该方向知识技能的培养可以通过毕业设计和毕业实习来实现。
3.3 实践教学基地建设
实践教学基地建设对于培养高质量的土木工程专业应用型人才具有举足轻重的作用[5]。实践教学基地建设有校内实践教学基地和校外实践教学基地建设两种。
在校内实践教学基地建设方面,由于与课程教学联系紧密,重点培养学生的基础知识技能,因此,应将基地建设的重点放在校属实验室建设中,加强建筑材料实验室、建筑结构实验室、结构检测与监测实验室、工程计算机应用实验室等的建设,让学生在课程学习过程中基于校属实验室开展各种材料性能、结构构件力学性能、工程结构数值仿真等方面的试验,促进理论联系实际,将所学知识及时在实验室消化、理解和巩固,进而培养学生的专业基础知识技能。其次是培养学生的分析与设计能力,因为土木工程专业相当一部分毕业生毕业后会在结构设计院参加工作,为此就必须培养学生的结构分析与设计能力,在学习过程中让学生动力相关软件(如PKPM、CAD)的基本操作技能,能够利用软件进行结构地震分析、结构内力计算及施工图绘制等,进而为学生毕业后快速的适应设计工作奠定坚实的专业能力基础。
在校外实践基地建设方面,校外实践基地对于高校应用型人才培养的优势在于可以弥补在校内实训或实验中心无法完成的内容,丰富的社会资源是高校自身无法比拟的,但高校可以充分吸收和利用这些资源来培养学生,如建立产学研基地,将高校的教学、科研与企业的工程应用充分结合起来,既培养学生的动手实践能力,也可为企业带来一定的人力和科研资源,达到互惠互利的功效,同时,也可为企业培养优秀的毕业生。
4 结语
本科应用型院校土木工程专业应以工程结构分析与设计能力、工程结构施工与组织能力、工程结构管理与维护能力的培养作为人才培养的核心目标,在遵循社会需求导向的前提下将理论知识、实践能力与个人素质培养三者并重,制定以“工程实践应用”为主线、以“理论知识教学”为辅线的课程教学体系,加强校内和校外实践教学基地建设,将学生培养成为具有就业竞争力和实践创新思维的高素质专业应用型人才,满足社会发展需要、实现个人价值与社会价值。
参考文献
[1]张林,陶君成,孙静.应用型本科人才培养目标和人才培养模式创新研究[J].今日科苑,2006(9):104-105.
[2]曹霞.构建与土木工程应用型本科相适应的教学课程体系探讨[J].高等建筑教育,2009,18(3):75-77.
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在长久的实践过程中,传统的土木工程施工技术得到了充分的完善与补充,一套完整的技术体系逐渐形成。
1.1在混凝土方面
混凝土方面的主要内容就是混凝土的浇筑技术,如现浇筑法和预制法等都是浇筑技术的主要方法。
1.2在钢结构方面
在社会生产力不断提高的前提下,钢结构在工程建设中得到了广泛的应用。吊装在钢结构施工中是施工技术的重点。对钢结构进行运输、对施工现场进行清理、对装备进行检查以及对道路进行清理都是钢结构施工中的主要内容。
1.3在地基基础方面
要以桩基为主是地基基础的主要施工方法。桩基的两种分别为端承桩和摩擦桩。对桩基施工的技术有着充分的把握是作为施工的技术人员所必须具备的条件。作为技术人员还需要考虑桩群的基础以及单跟装的质量等诸多因素,避免不均匀的现象出现在沉降环节中。
2.土木工程施工技术的现状
2.1验收的标准和规范不够
控制施工方面在有的领域内缺少概念和思维方式。而有的领域虽有一般性的标准,但是没有足够的科研准备来创造工程。然而工程能否长期发展与所提出的施工控制的标准有着较大的搞关系,当然,其中也涉及到可操作性问题。所以我们必须要注意一定要对没有经验借鉴的工程进行全面的控制,只有这样才能更好的在一定程度上避免错误决策的发生。
2.2理论研究与工程建设的实际需要不相适应
施工控制要涉及到多个方面、多个领域,在非线性分析、材料分析、最优控制以及反馈分析等领域尤为重要。应用性理论的研究和基础理论的研究是目前最主要的研究。而土木工程也有一大弊端及没有系统的集成和有价值的应用。
2.3管理体制方面存在问题
多头管理、管理责任不能够落实、未做好特大型工程的前期研究、忽视施工控制都是管理体制中的问题。而解决这些问题所需要采取的措施就是实现设计、施工总承包的管理思想,要积极地采取措施共同统一权、责、利。
2.4土木工程施工技术应用中的现状
多种类型的工程建设是土木工程所涉及到的,例如:房屋、桥梁、道路、电站、排水工程等。而每个的工程高质量的完成工作都离不开实用、安全、有效的施工技术。
2.5在桩基工程中
地基基础施工最为主要的方法和技术就是桩基施工,桩基施工的首要环节就是桩型选择,其他的关键环节为严格控制单桩、做好桩基定位放线、钻孔灌注等。
2.6在钢结构工程中
要做到螺栓连接无误,焊接牢固,保持钢结构的稳定性。
2.7在混凝土结构工程中
在此方面,要严格遵循施工顺序,准确把握模板的尺寸。
3.土木工程施工技术具有的特点
施工技术有着漫长的发展历程。文艺复兴后,在科学技术不断发展的推动下,涌现出各种环保节能的新材料和新结构。除此之外,越来越多的土木工程结构的规模也越来越浩大。施工技术也因为要适应经济的发展和市场的需要而变得越来越复杂和高端。
由于我国经济的高速发展,我国土木工程也得到了很好的发展,而土木工程较其他的生产作业不同,它有着自身独有的特点,即要根据它的工程性质和特点来进行单独施工。这样一来,工程项目的成败直接影响了施工组织是否具有科学性。
总体来说,流动性、多样性、综合性、协作性以及固定性等都是土木工程施工的特点。固定性指施工的地点是固定不变的;施工队伍以及施工人员的流动便是其流动性的体现;而在建筑类型、施工设施以及施工方法上各有不同,就便是其多样性;协作性就是指需要不同的单位来协调配合以完成目标。总体来说,工程的投资比较大而施工的技术也比较复杂。
4.土木工程施工技术的创新分析
4.1土木工程新型预应力施工技术创新
建立科学发展的体系是土木工程施工预应力施工技术的前提,目标是实现土木工程施工技术由传统预应力向现代预应力方向改变。新型的预应力施工技术就是针对土木工程的工程建设的跨度较大、结构较为复杂而进行的。体外预应力的有无粘结体是预应力创新的主要体现。这种结构方式对工程建设的开展有着较重要的影响。
4.2强化信息技术在土木工程施工中的应用
要想提升土木工程的施工质量和施工的效率就要将现代信息技术融入到土木工程施工技术中去。要想对土木工程施工进行系统化的分析研究就必须要选择专业的网络人才,并且要强化施工人员的专业文化素质,让施工人员变为施工建设的主要力量。
4.3完善管理体制,实现技术创新
土木工程技术的创新在科学合理的管理体制下会得到促进,从而实现土木工程施工技术的不断发展。对深基坑技术的研究创新离不开专业知识的指导。利用深基坑支挡技术能够渐渐地建立起支挡与承重、桩与锚的一体化结构体系。
4.4土木工程施工技术设计创新
施工设计的人员必须要依据不同工程的不同的施工特点来提升对施工设备、材料等方面的研究,使得土木工程的施工技术能够满足施工现场的要求。
4.5新型预应力技术在土木工程施工技术中的创新
一定的程度上,体外预应力在大跨度土木工程和预应力混凝土道桥施工和特种结构施工中起重要作用。体外预应力主要作用在管道结构外,与传统的预应力相比会产生较小的摩擦,更科学合理,且会产生更好的经济效益。
5.土木工程施工技术未来发展的新趋势
只有以经济、质量、生态三方面因素的效益最大化作为基本原则,才能推动土木工程的长远发展。
5.1土木工程施工技术不断向科技化发展
实现经济效益的最大化是土木工程发展的主要动力。而对技术进行创新研究,才能提高技术,进一步推动土木工程的建设,才能在一定程度上减少成本,提高工作效率以提高土木工程建设的质量。
5.2自动化已经成为土木工程施工技术未来的发展方向
自动化是目前建筑行业的发展方向。科学技术的不断提升更加推动了建筑行业的自动化发展,因此建筑活动中渗透了互换性。通过借助传统方式影响下的工厂化、标准化的系统技术,变革生产的方式,以使得施工的效率在一定程度上得到提高。
5.3土木工程的施工技术逐渐向生态化发展
经济的不断发展也使得人们越来越关注到环境问题。实现土木工程节能发展的重要体现就是在施工建设阶段注重对环境的保护,避免环境的污染与破坏,这样能降低能耗,促进自然与建筑的融合。
结语:土木工程是一项综合性较强的工程,它涉及内容多、专业性强,而且其施工技术的强弱决定了其质量和安全性。我们探讨和展望其技术创新与未来发展的方向和趋势,不断改进施工的技术,联系具体实际,不断推动土木工程的更好的发展。
参考文献:
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一、现代土木工程特点
在现代市场经济的刺激下,土木工程越来越表现出个性化和综合性的特征。一方面,土木工程是一项系统性、规模化的工程,其包括勘探设计、施工、验收等环节,各环节中涉及到材料、设备、管理、技术等多方面的知识,需要运用地质勘探、工程测量、土力学、工程学、经济学、管理学、计算机等多种知识与技能实现,这就要求土木工程人员具备综合性、专业性的知识以及技能。另一方面,每一项土木工程都存在自身的内在结构、环境特征、技术要求等,这就要求具有规范化的标准进行支持,但是,就现阶段土木工程理论研究来看,其并不具备相应的技术、设备、监理、设计、施工等行业标准,这就需要土木工程设计人员、施工人员、管理人员等具备相应的技术经验,并根据各项土木工程的个性特征,进行规划、设计、施工等。现代土木工程的特点具体可以从以下几个方面体现:
1.建筑材料方面。随着现代土木工程的不断发展,越来越多的新材料逐渐应用到工程建设领域,如铝合金、镁合金等已经获得了广泛的应用。但是由于这些材料的成本稍高,所以在应用的过程中受到不同程度的限制,如何促进其更有效的应用仍然需要我们不断的探索。同时,在钢材和混凝土的强度方面也取得了一定的进展,并且在实际工程建设中得到了良好的验证。
2.工程地质和地基方面。在土木工程建设过程中,地质和地基是影响工程使用功能发挥的主要因素,同时也决定了工程基础设计是否科学合理等,尤其是对于地下工程来说更是十分重要。因此在土木工程的地质和地基勘察技术方面也在不断地进步,当前主要以现场钻探取样、室内分析为主,虽然在勘察的准确性方面有一定的保证,但是仍然不够完善,这也是需要我们在日后的工作中需要不断研究和探索的主要项目。
3.工程规划方面。在以往的土木工程规划工作中,大多是同时提出多个施工规划方案,通过分析和对比从中选择最佳方案。然而,现代土木工程建设的规模不断增加,仍然使用传统的评价方案在效率方面受到限制,所以必须要依靠现代科学技术,运用系统工程的理论和方法促进工程规划效率的提升。对于特大型的土木工程,如水坝等,对于自然环境和生态平衡会产生一定的影响,所以更加需要通过科学的理论和方法对其进行有效的规划,做到趋利避害,才能保证土木工程的持续发展。
4.工程设计方面。在土木工程的设计方面,越来越多的注重其经济性和安全性,同时也更加关注工程的美观性,所以在确定工程的荷载值和材料的强度值方面已经开始引入概率统计方法,对于自然界的各种因素从时间和空间上进行全面的分析,同时加强对材料弹性模量、强度的分析,促进土木工程结构的不断优化。同时,计算机技术也为各种计算和优化提供了必要的方法和技术,这也促进了土木工程设计效率的提升。
5.工程施工方面。
随着土木工程规模的不断扩大,工程施工所应用的设备、机械等也逐渐向着大型化、自动化的方向发展,而且自动化程度正在不断的增强,能够满足各种不同环境下的作业需求。在施工组织设计与管理方面,也有着较为科学的理论体系做基础,能够提高作业效率的同时,缩短工期、降低造价,促进土木工程经济效益和社会效益的增加。
二、土木人才的知识、能力与素质结构
在土木工程特点的作用下,土木工程人才必须具备相应的知识、技能与素质,为土木工程建设提供最强的支持力。
其一,知识结构:专业性知识与综合性知识的集合。土木工程的特点决定了土木工程人才不仅具备专业性的知识理论,如数学、力学、勘探知识等,而且要具备相关的社会人文知识,如经济、文化、法律、宗教等。其二,能力结构。理论联系实际的能力:由于土木工程没有标准性参照,在施工过程中,只能依据经验对个性工程进行设计与建设,因此,要求土木工程人员将理论知识转移到实践之中,根据不同的工程利用不同的原理。计算机能力:在信息技术的刺激下,面对复杂的土木工程,土木工程人员必须具备强硬的计算机能力,运用计算机设计、优化与选择方案,模拟结构试验,进行数据传输等。社会组织能力:土木工程的规模性特征,不仅要求实现工程内部人力资源的优化,而且要协调施工集团与社会之间的关系,尤其在一些关键性的利益问题上,需要土木工程人员发挥纽带链接的作用,因此,要保证土木工程正常施工,必须具备一定的社会组织能力。其三,素质结构。人文素质:土木工程影响到社会、环境、资源等各个因素,这就要求土木工程人员树立可持续发展的观念,提升社会责任感,端正自身行为,以此保证土木工程综合效益的实现。职业素质:土木工程施工环境差、工作负荷大,这就对工作人员的职业素质以及个人素质提出了更高要求,因此,工作人员必须以良好的职业道德和个人精神,来支撑土木工程质量的实现。
三、土木工程专业人才的培养模式的完善途径
土木工程的特点对现代土木工程人才的培养提出新挑战,专业型、复合型的社会人才为改善人才培养模式提供了标准参照,因此,在教育教学中,要以调整课程结构、转变教学模式、关注操作实践等手段,来实现人才的培养。
1、优化课程体系
系统性、专业性的课程体系是展开教学的基础。在传统教学中,土木工程专业课程设置具有狭隘性,其仅仅涉及到建筑工程、岩石工程、交通工程、桥梁建筑等,虽然具有较强的专业性,但是,其综合性不强,因此,在课程设置中,要进行综合性知识的设置,并以专业走向为标准,加强专业课程的选择。其一,落实基础教学。基础知识是学生展开深度学习的基础,在课程设置中,尤其在低年级教育中,要以全面化的知识丰富学生的认识,不仅要开设专业课程,而且要将经济学、法律、管理学等相关性的课程融入其中,促使学生适应土木工程综合性的特征。其二,提升专业教学。在土木工程个性化特征的影响下,学生的专业能力、理论联系实际的能力被提升,这就要求关注专业教学与实践教学,以专而精的专业课程提升学生的专业知识和技能,使学生了解土木工程师可能遇见的问题,并尽可能提出相应的解决方案。
2、精选教学内容
土木工程教学内容较多,这提升了学习难度,在教学中,要做到重点教学,避免眉毛胡子一把抓。其一,选择重点内容。在内容选择中,要将实用强的内容作为首选,如勘探技术、施工设计、建筑工程等,舍弃那些与生活实际相距较远的内容,这不但减少了教学容量,而且增强知识的实用性。其二,创新教学内容。市场环境下,土木工程特点发生了显著变化,注入了一定的新元素,而且这些元素在今后将继续影响土木工程发展,因此,在教学中,要将这些内容补充到教学之中,如计算机技能、市场发展趋向、勘探新技术等,以便于学生应对将来的土木工程市场。
3、转变教学模式
传统的教学模式基于教师力量的发挥,而并没有关注到学生的主体性,这就影响了学生学习积极性的提升,再者,单一的知识型、技能型教学,使得能力和素质教育被放置于教育教学的边缘,这就造成学生片面化的发展,进而不能适应土木工程综合性的要求,因此,在教学中,必须转变教学模式,关注学生的主体地位,坚持素质教育。其一,多模并用,强化实践。在基础知识学习中,强化学生的自学能力,以问题教学方式,激发学生思考,并针对学生提出的问题进行解答;在技能教学中,关注学生的实践能力,以综合性大作业、专业性设计等,增强学生对知识理论的理解力;以案例教学、试验教学、场景教学等方式,提升学生的理论知识应用能力;以专题讨论、专家讲座、研究小组等形式,提升学生的合作力、言语表达力、展示力;以竞争活动、课外实践、培训实习等方式,促使学生获得直接经验。其二,以生为本。学生个体差异性突出,在教学中,要根据学生的能力特征、兴趣爱好、思维走向等进行多元化教学,既要关注学生的最近发展区,提升学生的基础掌握能力,又要把握学生的个性特征,通过层次化教学、一对一教学、辅导教学、小组教学、个性评价等方式,促使不同层次的学生获得能力性和素质性的发展,进而实现全体学生的发展和学生发展的全面性。
4、注重专业教学的实践性教学
实践应用教学在当前土木工程专业人才的培养中具有重要的作用,是促进土木工程展业人才适用于当前建设实际的基本前提。突破传统的教学模式,结合现代科学技术及教学规律,建立具有一定实践性的课程设计,根据培养目标机能力为中心,构建相辅相成的教学体系,凸显教学过程中的创新、基础和综合相结合的现代教学特点。首先,一定要精心设计理论及专业课程建设,在生产实习中,可以将学生分为不同的工程建设组,由专门的教师带入实际的进行教学,在实际的土木工程建设过程中,调度学生,讲解施工过程的具体问题。通过学生自身的总结和领悟,才能够更好的促进其专业基础知识的强化,并形成科学的专业思维。其次,对当前土木工程建设的人才需要进行科学的调研,根据实际来进行专业人才的培养,一方面提高了学生的社会适应力,另一方面提高了现代土木工程建设领域的专业人才建设。
四、现代土木工程发展趋势
1.工程中使用的原材料逐渐向高性能材料发展
钢材将朝着高强、具有良好的塑性、韧性和可焊性方向发展,美国、日本、俄罗斯等国开始将屈服点为700N/mm2以上的钢材列入了规范。高性能的混凝土及其它复合材料也在向轻质、高强、良好的韧性和工作性方向发展。
2.环境工程
在工程建设中,土木工程与环境工程融为一体,环境问题尤其是气候变异的影响越来越受到重视。海水上升、水污染、沙漠化等问题均与人类的生存发展息息相关,同时也和土木工程有着必然的联系。因此,工程建设过程中的噪音、振动等都是土木工程师必须要考虑的主要问题。
3.发展高新技术,应用结构健康监测,实现可持续发展
近年来,随着现代传感技术、计算机与通讯技术、信号分析与处理技术及结构动力分析理论的迅速发展,推动了土木工程的革命性变化。结构健康监测系统通过在结构上安装各种传感器,科学有效地提供结构养护管理的决策依据,这就延长了结构的使用寿命,也基本解决了建筑过快老化损坏,实现建筑使用的可持续发展。
总结:
适应于现代土木工程个性化和综合性的特点,现代土木工程人才培养模式必须转变传统的教育教学模式,关注学生学习主体性的发挥,以培养专业型、复合型、技能型学生为目标,通过调整课程结构、优化教学内容、实践人本教学、加强实践训练等方式,来实现现代土木工程专业人才的培养。
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Key words: civil engineering structures;seismic vulnerability analysis;research progress
中图分类号:TU311.3 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2013)26-0061-02
0 引言
地震易损性分析是地震安全评定中的重要内容之一。地震易损性是指在不同的地震强度下土木工程结构被破坏的概率,它能从概率的层面反映工程结构的抗震性能,较为客观地反映了地震与工程结构二者之间的关系,在土木工程中能为人们更好的防范地震带来的危害。因此,土木工程项目的地震易损性成为了人们关注的焦点问题,对于地震易损性的研究进展也须引起相关专家和学者的重视。
1 土木工程结构地震易损性概述
所谓地震易损性,是说在强度不同的地震作用下,土木工程结构可能发生的破坏状态,以及这种情况发生的概率。它是从概率的层面对地震发生机率、强度和土木工程破坏程度之间的关系进行宏观的预测,成为土木工程施工单位和地震工程研究界研究的重点问题。最早提出地震工程和抗震设计的是美国,美国的太平洋地震工程研究中心提出了供统一分析的地震参数和破坏参数等地震破坏指标,使地震易损性分析的研究进入到一个新阶段。用这种地震易损性分析方法只需要将工程需求参数输入进地震易损性的计算函数中去,就可以推断地震对土木工程破坏的参数和概率,使对地震易损性的分析更加的规范化与科学化。
土木工程的地震易损性分析是土木工程建设在设计、规划时的重要研究内容,在工程结构风险分析和地震损失概率分析方面能够发挥重要的推测作用,从而为土木工程项目的设计和施工提供数据支持。这是对工程项目负责也是对人民的生命财产安全负责,需要进行深入的理论与应用研究。通过这些系统性的研究工作来确保工程项目的安全,保障工程项目的顺利开展。
2 地震易损性的国外研究概况
国外较早地开始了对土木工程结构的地震易损性进行研究。他们意识到地震会对土木工程项目以及人民的生命财产安全带来巨大的安全隐患。因此,国外的工业发达国家很早就开始了对地震易损性的研究,如美国的Ghiocel对美国东部的核电站进行结构分析,对工程的地震反应和易损性进行了分析与评定。Ozaki对日本的核反应堆所在的建筑也进行了结构分析,根据其核反应堆建筑的地震易损性指数,考虑了工程项目的非线性特征和结构变异特征。一位美籍华人黄洪谋也对地震易损性如何更好地运用到电力系统工程建设中去进行了分析与研究,并将其研究成果推广、应用到电力变电站等设备中去,对电力系统中的设备和建筑进行安全评定,以确保电力工程的安全性与可靠性。
此外,在软件的开发上,美国也率先推出了HAZUS软件,通过这种地震易损性分析软件,美国可以在对土木工程项目的研究成果的基础上,对地震给工程项目带来的破坏进行估计和预测,采用性能设计的方法根据软件所得出的数据进行能力谱绘制,计算地震所带来的连锁反应,以地震易损性曲线的方式来反映建筑物的抗震性。
Tanaka在评估公路建设工程的地震易损性时,提出了一种地震易损性的正态分布函数。通过对工程项目的地震易损性进行两参数的分析,以正态分布的函数的形式向人们提供建筑工程的地震未知参数。通过这种地震易损性函数他总计将桥梁的结构形式划分为五种,这五种结构形式又把桥梁损伤划分为五种不同的形式,并按照不同的损伤形式和损伤程度把土木工程的损伤水准分为五个等级,为人们系统的研究公路的地震易损性提供了参考。
人们在对地震易损性进行分析时,常常用两种易损性曲线来表示,即经验易损性曲线和理论易损性曲线,不同的研究者根据不同的研究方向和具体工程项目的建设情况来选择不同的易损性曲线。经验性曲线在这两种曲线当中是一种可信度较高的地震易损性曲线,因为它使用的数据来源于以往地震所造成的危害情况和具体的动参数,对这些实际的数据进行统计分析,以此来得出较为真实可信的数据指标。但经验性曲线也有其自身的局限,因为地震所造成的危害会因为客观环境的不同而有所不同,如在不同的地震环境、场地和工程结构中,地震所打来的危害都是不一样的,因此,这种地震经验易损性曲线没有其广泛的推广意义,再加上其需要具体的数据分析,人们在获得这些数据时会有很大的难度。这些都限制了经验易损性曲线的推广使用,需要做进一步的改善。
除了经验易损性曲线之外,理论易损性曲线也是地震易损性分析中的一种重要参照曲线。采用理论易损性曲线研究地震的易损性通常要从地震的相应分析数据入手,采用反应谱、静力、时程分析等分析方法,对地震易损性进行系统的分析与评估。同样,理论易损性分析也可以采用不同的分析与研究方法,如Monte Carfo模拟法,但这种方法需要较长的运算时间,为此Fukushima提出了一种更为方便、快捷的分析方法,即评估结构响应的分析方法,这种方法通过振动理论来对土木工程的易损性进行分析,在一个频域内,它所得出的结果是准确可靠的。
此外,Singhal、shinozuka和Basoz等也对地震的易损性进行了广泛的研究,这些研究人员都在地震易损性的研究领域取得了重要的研究成果,促进了国外地震易损性分析的研究进程,使土木工程项目在更安全的工程环境下运行,加大了工程项目的安全系数。
3 地震易损性的国内研究概况
与国外的土木工程结构地震易损性的研究相比,我国在地震易损性研究方面起步较晚,主要是对土木工程结构的地震易损性进行经验性曲线分析。经验性分析的对象是一些群体性的房屋建筑,对这些群体性的房屋建筑进行震害预测。我国最早对土木工程项目的地震易损性进行研究的学者是尹之潜教授,尹教授在地震风险分析和震害预测方面都开展了大量的研究工作,取得了很大的研究成果。其研究结论是建立在大量真实的震害数据的基础上得出来的,并根据其实验数据分析了地震强度与土木工程结构破坏度之间的关系,对多种土木工程结构进行了系统的分析与研究,如砖砌体建筑、工厂的排架结构、混凝土结构,并分别根据这些结构的不同特点进行了有针对性的地震易损性分析,在地震危险性分析、地震易损性分析和震灾评估等方面都取得了重大的成就,得出了较为系统和完整了土木工程地质易损性研究结论与成果,起到了很好的震灾预测的实际效果。此外,尹教授还通过与国外专家者之间的相互学习、相互交流,并系统学习了美国斯坦福大学的地震易损性分析相关方面的课程,开发了对地震震灾进行系统预测的PDSM SM B-1地震易损性预测系统,大大加快了我国在地震易损性分析方面的研究进展。
此外,高小旺、张令心、钟益树等人也在地震易损性的研究领域内作出了重要的贡献,针对不同的土木工程结构进行有针对性的震灾预测,加快了我国在地震易损性方面的研究进展,在此不一一细述。
4 目前地震易损性研究方面的问题与发展趋势
4.1 地震易损性研究存在的问题 针对目前国内外对地震易损性分析的研究现状,在地震易损性分析领域还存在着很多问题,如输入参数、破坏准则、分析类型、分析方法等方面都存在着很多问题。具体说来,在输入参数上分析地震易损性方面我国还没有取得相关的理论研究成果,并在易损性的分析上面过于依赖地震动输入,仅仅用一个物理量来描述地震易损性显然不可行,只能用多物理量来解决。在破坏准则方面,不同的破坏准则会带来不同的数据分析结果,通过不同的破坏准则计算出来的数据会有很大的差别,对于这种差别很大的情况人们显得无所适从。另外,在分析类型和分析方法方面我国的地震易损性分析也存在着很大的问题,目前的计算类型与计算方法在运用的过程中计算量过大,对计算机的要求很高,通过分析得出的结果在可信度方面也不能令人满意,这些都是我国在发展结构地震易损性分析方面的主要问题。
4.2 地震易损性研究的发展趋势
4.2.1 两种地震易损性分析法的发展方向 目前国内外对于结构地震易损性的分析是基于经验分析法和理论分析法这两种方法的研究成果之上发展起来的。对于经验易损性分析方法,在分析的准确性与可靠性方面有其无可替代的重要作用,是目前土木工程结构地震易损性分析的重要方法。理论易损性分析方法可以通过比较相关的数值,对地震与土木工程破坏之间的关系进行分析和统计,进而对工程的抗震性进行评价。但这两种方法又都有其局限性,因此,优化目前的易损性分析方法是土木工程结构地震易损性研究的未来发展方向。
4.2.2 经验与理论相结合的易损性分析方法 经验与理论结合的分析方法能够充分利用两种分析方法的优点,尽可能地将所有的地震破坏因素都考虑在内,并且采用理论分析与经验分析相结合的方式来分析工程的地震易损性,具有精确性和可靠性高的优点,并能够对收集到的资料进行排序,详细地为人们提供地震易损性的分析结果,对建筑物的易损性进行系统、完整的分析,满足人们对地震易损性的详细程度和精确度方面的要求,是未来地震易损性研究分析的主要发展方向。
5 结语
土木工程结构的地震易损性分析是土木工程项目在结构损失分析中最重要的一部分,在结构损失分析中处于核心地位,是工程项目设计、优化的关键环节。因此,要结合土木工程结构地震易损性分析的研究进展与发展趋势采取既包含经验分析又包含理性分析的易损性分析方法,把两种分析方法结合起来,对结构的地震易损性进行全面的分析。
参考文献:
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二十一世纪的今天随着经济的日益发展和人民生活水平的日益提高,人们对土木工程的发展提出了新的要求。 因此,详细探讨二十一世纪土木工程发展新方向显得十分必要。
一、土木工程发展历史
1、古代土木工程
公元前 5000 年开始至 17 世纪中叶时期, 称为古代土木工程阶段。土木工程的古代时期是从新石器时代开始的。人们在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料从事营造活动,后来出现了砖和瓦这种人工建筑材料,使人类第一次冲破了天然建筑材料的束缚。 砖和瓦的出现使人们开始广泛地、大量地修建房屋和城防工程等。 由此土木工程技术得到了飞速的发展。直至 18~19 世纪,在长达两千多年时间里,砖和瓦一直是土木工程的重要建筑材料,为人类文明作出了伟大的贡献,甚至在目前还被广泛采用。历经漫长的古代大型土木工程的发展,土木工程建设内容更加丰富,建设工具有了新的发展,同时人们积累了丰富的土木工程建设的经验,为大型土木工程建设的发展打下了坚实的基础。
2、近代土木工程
产业革命的开始是近代土木工程发展的开端。随着近代工业的发展,人类的生活需求也不断增长,这些不仅反映在吃穿行上,还反映在房屋建筑及市政工程方面。而电力的应用,使高层建筑实用化成为可能;电气照明、给水排水、供热通风、道路桥梁等市政设施与房屋建筑结合配套,开始了市政建设和居住条件的近代化;在结构上要求安全和经济,在建筑上要求美观和适用。
随着大型土木工程近代工业化的进一步发展, 在 19 世纪中叶为满足科学技术发展和分工的需要,土木和建筑开始分成为各有侧重的两个单独学科分支。工程实践经验的积累促进了理论的发展。材料力学、静力学、运动学、动力学等学科逐步形成,各种静定和超静定桁架内力分析方法和图解法得到很快的发展。这为大型土木工程建设的理论提供了很好的交流平台,有利于促进土木工程建设理论的进一步发展。 理论上的突破,反过来极大地促进了工程实践的发展,这样就使近代土木工程这个工程学科日臻成熟。
第一次世界大战以后,近代土木工程发展到成熟阶段。 这个时期的一个标志是道路、桥梁、房屋等大规模建设的出现。另一个标志是预应力钢筋混凝土的广泛应用。
3、现代土木工程时期
第二次世界大战的结束刚好是现代土木工程发展的开端。第二次世界大战结束后,社会生产力出现了新的飞跃,现代主义运动取得了全面胜利。 现代科学技术突飞猛进,土木工程进入一个新时代。 在近 40 年中,前 20 年土木工程的特点是进一步大规模工业化,而后 20 年的特点则是现代科学技术对土木工程的进一步渗透。
首先,现代主义的高层建筑在理论计算方面有了新的发展,高层建筑结构的分析计算已基本告别传统的手工计算而采用计算机程序计算,基本上都采用三维空间结构分析计算程序。
其次,高层建筑由于对抗震、抗风的要求高,且建筑多样化,层数、
高度日益提高。再者,现代主义的高层建筑反对外部包装、建筑含义和历史风格,强调形式追随功能和技术,技术上升到艺术层次。
二、土木工程理论、材料及技术的发展
通过多年来实践探索,土木工程的发展日臻完善。在科学理论方面,理论研究精密化,计算力学、结构动力学、动态规划法、网络理论、随机过程论、滤波理论的成果,随着计算机的普及而渗进了土木工程领域。 结构动力学也已发展完备,荷载不再是静止的和确定性的,而被作为随时间变化的随机过程来处理。 静态的、确定的、线性的、单个的分析,逐步被动态的、随机的、非线性的、系统与空间的分析所代替。 电子计算机使高次超静定的分析成为可能,进而使得高层建筑中框架-剪刀墙体系、 筒中筒体系空间工作和大跨度的桥梁得以实现。 大跨度建筑的形式层出不穷,薄壳、悬索、网架和充气结构覆盖大片面积,满足种种大型社会公共活动的需要。 从材料特性、结构分析、结构抗力计算到极限状态理论,在土木工程各个分支中都也得到了充分发展。 理论研究的日益深入,使现代土木工程取得了许多质的进展。
在工程材料方面,标号为 500~600 号的混凝土已在工程中普遍应用,而轻质、高强化的混凝土成为大跨、高层、结构复杂的工程的新要求。 高强钢材与高强混凝土的结合使预应力结构得到较大的发展,先张法和后张法的预应力混凝土屋架、吊车梁和空心板在工业建筑和民用建筑中广泛使用。 同时铝合金、镀膜玻璃、石膏板、玻璃钢等工程材料以现代科学技术的进步为背景发展迅速,为大跨、高层、结构复杂的工程建设提供了全新的支持。
在施工技术方面,种种现场机械化施工方法发展得特别快。 同步液压千斤顶,滑模,直升机安装天线,用一群小提升机同步提升大面积平板的升板结构等一系列施工方法广泛应用。 此外,钢制大型吊装设备与混凝土自动化搅拌楼、输送泵等相结合,形成了一套现场机械化施工工艺,使传统的现场灌筑混凝土方法获得了新生命,在高层、多层房屋和桥梁中部分地取代了装配化,成为一种发展很快的方法。
精密化的理论研究、全新的工程材料和先进的施工技术,使得大跨、高层、结构复杂的大型土木工程的建设成为可能。
三、土木工程发展新方向
飞速的经济发展, 使得大城市及超级大城市的数量急剧上升,人们对空间的概念日趋强烈,寸土寸金普遍成为人们的共识。 因此为了满足人们对日益发展的空间需求,高层、超高层建筑的建设得到普遍重视。 同时高层、超高层建筑的建设也是解决人们空间日趋紧张问题的重要途径。
飞速经济的发展不仅仅是空间需求的问题,更有电力、能源等多方面的需求。 大型水利水电工程的建设,大型矿山资源的开发,石油、天然气等重要能源的运输等都成为影响经济发展的重要因素。 因此,大型公益土木工程的修建,显得极为重要。
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土木工程是一个传统老专业。进入新世纪以来,随着中国经济建设的飞速发展,整个土木工程行业领域也在不断焕发着新生命,作为培养土木工程人才的各类院校也应适应新形势,不断革新、探索新的教学模式。土木工程专业课程具有工程实用性强、课程复杂,内容多、难度大的特点,在理论和实践教学过程中开展“启发式”“开放式”教学非常必要。笔者结合多年土木工程专业课程教学及教改课题工作经验,对开放式教学在课程理论与实践教学中的重要作用及具体应用研究结果进行系统总结,以期与同行开展探讨。文章以混凝土结构课程教学为例探索了 “开放式” 教学活动在教学中的应用。
一、混凝土结构课程的特点
混凝土结构设计课程是土木工程专业必修的专业基础课,是一门实践性很强与现行的规范、规程等有关的专业基础课。在土木工程专业培养计划中占有重要的地位,各相关高等院校对该课程的教学工作也非常重视。课程内容分:钢筋混凝土结构设计原理及结构设计两大部分,前者是后者的基础,是原理部分的延伸和实际应用,两者互为依存、紧密联系。对于土木工程本科学生而言,通过学习,要求掌握混凝土结构学科的基本理论和基本知识,并能运用理论知识正确进行设计和综合分析,解决工程中的实际问题,具备一定的研究开发能力。同时,该课程也是研究生考试中(笔试或面试)重要的考试科目之一,在相关注册资格考试中也是很重要的必考内容。该课程特点主要有:内容多、公式多、符号系数多、涉及构造规定多“四多”特点;涉及的经验性知识较多;实用性强;解答非唯一性。
二、开放式教学在混凝土结构实践课程中的应用
(一)实验教学的开放
实验环节是土木工程学科学习的重要组成部分,强调课堂授课内容与课内试验、实习、 课程设计与毕业设计相结合,设置了必做与选做试验,并对学生实行了多方位预约式开放, 包括实验内容、实验场地、实验时间、实验器材设备的开放。更新实验教学内容,在基本实验基础上加强综合性实验和研究创新性实验,注重学生创新意识的培养。坚持“基本+提高” 的原则,使实验教学内容既达到课程基本要求,又让学生得到更好锻炼和探索的机会,具有鲜明的专业特色。实践中可将与土木工程主干课程关联密切的实验综合到一起作为学生“开放式”“综合式”实验项目。
(二)毕业设计、 课程设计的开放式
课程设计是对课程理论教学的有益补充。通过课程设计的实例练习可加深对混凝土结构课程所学内容的理解,将理论用于实际,学得更深刻。而毕业设计更是对学生学习的全面检验,通过对一个完整工程的独立设计,学以致用,真正全面地掌握所学知识。同样,课程设计和毕业设计也应做到开放式,在确定方向和设计题目前应与学生充分沟通,了解学生的想法,共同确定设计主题、范围,在设计过程中保持与学生的随时互动和沟通,同时,可将与设计相关的所有资料公布到网站上,让学生去学习、选择、讨论和发表意见,真正实现开放式和互动式。此外,还应强调毕业设计在社会效应和工程应用效应方面的开放性,即鼓励、 允许、引导学生结合实际工程进行设计,课题可来源于社会或科研课题,甚至可聘请设计、 施工单位的工程技术人员担任副导师,共同指导毕业设计。
(三)开放性实习
实习环节是混凝土课程乃至土木工程专业学生重要的实践性环节。实习环节的开放性体现在实习的具体内容及实习地点与学生商量确定,通过事先发放调查表, 统计学生选择方向的意愿和要求。如混凝土结构、砌体结构、钢结构或基坑、边坡、桥梁、道路,以及更细一步的选题方向,可与毕业设计挂钩,指导教师形成双向选择。学生可参与集中实习或自主实习,集中实习由教师带队参加在合作单位实习基地的实习,自主实习由学生自行联系工地进行(包括假期学生的自愿自主工地实习),形式上自由组合选定实习方向或实习工地。总之, 实习环节的开放式特点主要体现在指导思想、管理制度、实习具体内容及形式等方面。院系毕业设计指导小组和教师从思想上和管理上应予以支持,充分发挥学生创新性和灵活性的特点,不局限于规定的实习期,在条件允许的情况下可将自己置身于工程现场或实际工程项目氛围中开展实习活动。
三、结语
土木工程课程由于其专业特点,在教学过程中尤其应突出开放式特色。混凝土结构课程是土木工程专业的重要和典型课程,内容多、难度大、实用性强,对其教学与考评体系均宜结合实际进行,开展“开放式”“启发式”教学研究。笔者从该课程理论教学中的教学内容、 教学形式、课外教学补充、教学考评等方面,以及实践教学中的实验教学、课程设计及实习等环节,研究和讨论了如何开展“开放式”教学及其在课程中的具体应用,从实践看取得了较好的实际效果。
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目前,我国土木工程施工技术已处于较高水平,贯穿于工程的施工准备阶段、基础施工阶段、主体结构工程施工阶段以及屋面和装饰工程施工阶段的每个环节,从施工的方法、工艺到新型建筑材料的使用,土木工程施工技术尽最大可能满足着土木工程项目施工的各项要求。
二、我国土木工程施工技术的创新应用
随着科学技术的进步,我国土木工程施工技术也不断深化研究、改革创新。近年来,大量新型技术和材料被广泛应用于各类土木工程施工过程中,在很大程度上促进了土木工程项目施工目标的实现。我国土木工程施工技术创新应用主要表现在以下几个方面:
(一)混凝土施工技术
现代混凝土施工采用的是清水混凝土施工技术,这是一种新型的现浇钢筋混凝土技术,实施简便,在有效降低了成本的同时使得建筑的牢固程度也大大提高。在材料选择上,新型钢纤维混凝土材料的使用弥补了土木工程施工中材料抗拉力不足的问题,在具有良好的抗冲击能力的同时,也增强了混凝土构件的抗裂性、抗剪性以及耐久性等功能。此外,直螺纹接头连接作为一种新型钢筋连接方式,也已被广泛使用并受到了良好的效果。
(二)新型防水施工技术
目前,我国防水施工技术正朝着冷作业方向发展,各种防水材料也有了很大发展。其中,防水混凝土结构以前承重、抗渗、抗裂和围护等多重功能,在很大程度上满足了工程耐冻融和耐侵蚀的要求。
(三)超高层建筑施工技术
整体提升式钢平台模块体系、泵送技术等是超高建筑技术的发展产物之一,已被广泛应用于大型施工机械使用。与此同时,超高层建筑施工技术的实施还包括超高结构施工 GPS 测量定位技术的运用。
(四)大跨度钢结构施工技术
现今,大跨度空间钢结构临时支撑卸载技术、大跨度钢结构计算机控制液压提升安装技术、、钢结构整体平移安装技术、高强厚钢板工地焊接技术、大型网壳钢结构安装技术、预应力钢结构施工技术以及大型旋转式龙门起重机的应用技术等等大跨度钢结构施工技术均得到了推广。
(五)隧道施工技术
目前,新奥法已普遍应用于我国隧道工程矿山法的施工中;,钻爆法掘进、掘进机施工方法在岩石隧道施工中被大量采用;,逐步推广到地下连续墙在城市等浅埋隧道盖挖法或明挖法施工中,其采用的暗挖盾构法和浅埋暗挖法已经具有较高的施工技术水平。
(六)装饰施工技术
随着建筑市场上各种高性能粘结剂的出现和运用,装饰工程的连接已完全改变了传统的、单一的钉销部件的“连接”和“固定”方式,环保油漆与免漆饰面工艺的应用以及建筑材料的耐火性的提高使得装饰施工技术有了很大的突破。
三、土木工程施工技术的发展趋势
在现代经济社会中,土木工程项目建设的根本目的在于促进社会、经济的建设发展,而土木工程施工技术的应用则旨在提高工程施工的效率和质量,在保证项目要求得以满足的基础上实现经济效益和生态环境效益的最大化。在本质目标的要求下,现代土木工程施工技术的发展方向也日益突出,土木工程项目规模的逐渐扩大,使得土木工程施工技术的难度也不断增大,以适应未来土木工程项目施工的各项要求。土木工程施工技术的发展趋势,可以从以下几个方面进行探讨。
(一)生态化
施工技术的生态化发展主要表现在重视环境保护和资源节约,以减少工程施工对生态环境造成的不良影响。因此,工程施工材料的开发逐渐趋于高质量、高性能、长寿命、低消耗、生产和降解过程对生态环境影响最小的方向发展。在技术设备的选择上也遵循低污染、低耗能的原则,要求项目工程的设计目标、过程和运行都将生态化作为核心理念,考虑到工程的灵活性,保证生态环境的和谐发展。
(二)工业化
工业化发展的目的在于在工程施工活动中引入互换性和流水线,通过标准化和工厂化的成套技术使得土木工程的传统生产方式发生改变。实现工程施工材料生产的工业化、标准化能够有效提高工程效率,促进我国土木工程施工技术的统一化。
(三)高技术化
随着社会生产力新技术革命的深入,工程造价控制已全方位、多层次地渗透到我国土木工程项目建筑领域,逐渐成为现代技术运动的特征和施工技术高技术化发展的基本形式。这就在很大程度上促进了技术体系内涵和外延的迅速延伸和拓展,具体的发展趋势表现为布局集约化、驱动电力化、操作机械化、结构精密化、运转长寿化、控制智能化、功能多元化以及施工信息化和自动化。
四、土木工程施工技术发展的重点
未来土木工程施工技术的发展得益于科学技术的进步,取决于社会进步和经济发展的要求。在沿袭整体发展趋势的同时,土木工程施工技术的发展主要侧重于以下几个方面:
(一)发展有机工程材料
有机工程材料是未来土木工程施工材料的必然趋势。同时,有必要提高化学建材在建筑中的应用,重视高性能外加剂和混凝土的研究以及特种混凝土和预应力混凝土的开发应用。
(二)发展地下工程施工和深基层施工技术
地下工程施工和深基层施工技术的发展是土木工程施工技术发展的重要内容之一,要求加强对施工工艺以及周围环境的变形控制、装备的研究开发,制定自适应性的控制系统对其进行整体掌握。
(三)发展高层建筑成套施工技术
发展高层建筑成套施工技术是高层建筑高度增加趋势的要求,劲性钢筋混凝土结构、超高层钢结构与钢管混凝土结构等应用技术也将受到关注。
(四)发展新型结构和检测技术
开发轻钢结构、发展大跨度空间钢结构与膜结构,并且金属焊接和检测技术将是未来发展的一个重点技术。
(五)发展环保产品和技术
施工绿色节能产品开发以及节能、环保、智能施工技术的发展作为未来土木工程施工技术发展的重点,主要研究解决施工安装与调试中的问题。
(六)发展工程检测、加固和改造技术
建筑的改造与修缮技术是未来发展的重点技术之一,它是在不改变既有的建筑历史风貌的前提下,改善内部的使用功能。
(七)发展大型土木工程施工技术
大型土木工程施工技术的发展主要包括水利水电、桥梁工程和道路工程施工技术等方面,是现代化建设的重点。
五、结语
土木工程建设是我国社会主义现代化建设的重要内容,在我国经济发展中发挥着举足轻重的作用。近年来,随着社会的进步和科学技术的发展,我国土木工程施工技术水平不断提高,在创新和改革的基础上为我国土木工程施工的进行和发展提供了技术支持。
随着科学技术的进步和社会发展需求的增大,超高层建筑、道路工程施工技术、深基础工程、桥梁工程施工技术、大跨度钢结构施工技术以及建筑的改造与修缮技术等技术逐渐成为未来土木工程施工技术的发展重点,使得未来土木工程施工朝向工业化、生态化和高技术化的方向发展。
参考文献: