序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇土木工程數值分析范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

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關鍵詞：彈性力學；土木工程；教學；探索

彈性力學是高等學校土木水利等專業的一門理論性與應用性都很強的基礎課程，目前各高校很多學科根據本專業本科教育培養目標，實現寬口徑、厚基礎的教學基本要求，減少課時和精簡內容。另外，土木類專業所面臨的現代工程結構設計問題大多為非桿系的復雜結構體系，所以許多高等院校要求開設彈性力學和有限元課程，其目的是加強土木類本科生對復雜結構數值分析能力的培養，以提高他們從事科學研究和現代結構設計的能力。然而學生普遍認為彈性力學解決實際工程的能力遠不如材料力學和結構力學，而且彈性力學理論抽象，數學推導麻煩，課程枯燥乏味，提不起學習興趣。因此在現有的學時下如何保證教學的基本要求和基本內容，用什么方法和手段達到既增大信息量，減少教學時數，又能強化學生能力的培養，成為彈性力學教學中需要關注的問題。

一、高校彈性力學教學現狀

為了提高結構力學和彈性力學的相關教學水平和研究成果，教育部高等學校力學教學指導委員會力學基礎課程教學指導分委員會結構力學及彈性力學課程教學指導小組定期召開工作會議，2006年工作會議在武漢理工大學召開，2009年工作會議在成都西南交通大學舉行，2014年10月工作會議在北京工業大學舉行，各高校在每次會議中都對彈性力學的教學進行了教學改革成果和經驗交流，對教學實踐、課程建設和資源積累等問題進行了研討。北京工業大學在彈性力學的教學中也進行了很多研究和改革，北京工業大學彈性力學課程的設置和教學與國內其他高校具有類似特點與問題。2006年之前彈性力學作為土木工程本科專業的必修或必選課，學時一般為40學時左右，使用教材以徐芝綸《彈性力學簡明教程》為主要教學參考書。在2007版本科教學改革之后，彈性力學在土木工程專業本科中仍然設置為學科基礎必修課，但學時改為16學時，考試時采用閉卷考試，對學生學習要求較高，較多學生仍然認為太偏重于理論，理論抽象，數學推導煩瑣難以理解，并且其解決實際工程的能力遠不如結構力學。在2012版教學計劃后，課程性質以及學時都沒變，但考試時采用開卷考試，對學生的公式推導要求降低。改為16學時時，教師和學生的感覺都是時間太緊張，學習壓力大，所以在剛完成的2015版土木工程本科教學計劃中，彈性力學進行了很多變化，首先課程性質發生了改變，由學科基礎必修課改為學科基礎選修課，讓學生有選擇的空間，其次學時增加為24學時，讓選修彈性力學的同學能真正學習到彈性力學的主要內容。所以目前在現有的學時下，如何保證教學的基本要求和基本內容，用什么方法和手段達到既增大信息量，減少教學時數，又能強化學生能力的培養，成為教學中關注的問題，由此也產生了彈性力學教學內容多和學時少的矛盾。許多高校和研究者在彈性力學課程教學和研究上進行了教學改革，取得了較多有益成果，盡管如此，土木工程專業彈性力學課程在以下幾方面尚有待研究與改革：（1）教學對象上，彈性力學通常主要在工程力學專業開設，需要充分考慮結合土木工程專業的特點。（2）教學思路上，仍然偏向工程力學方法，在內容選擇上較偏向數學，主要是理論上的教學，對理論分析和數值分析結合對比方面缺少。（3）講課內容中未能充分引入彈性力學領域的最新進展，尤其是與土木工程結構相關進展，因此在彈性力學課程的教學方式、教學內容、考試形式等方面需要進行一些思考和探討，對彈性力學教學中的普遍與特殊問題進行研究與實踐，將促進學校土木工程學科力學教學的發展。

二、盡可能地提高學生的“計算分析”理論水平

根據高等院校土木類專業本科指導性專業規范以及2015版培養方案規定的學時，需要考慮在既有學時下，使學生的理論水平能達到當今土木類專業的培養要求。

1.重點突出彈性力學分析思路和概念。在教學中，在分析思路上，一般重點講授彈性力學平面問題的相關問題，并且對彈性力學平面問題基本理論采取精講的形式，對空間問題基本理論采取和平面問題基本理論相對比方法進行講解。如果根據實際，直接從實際工程的三維問題，再到講授二維問題可能更符合思維過程以及實際工程問題，使得思路更加自然，并且能節省教學課時。另外，在講授方法思路中應突出思路、概念與結論。如彈性力學中的概念問題：彈性力學中應力的方向以及正負號的定義，平面應力問題和平面應變問題的區分，應力邊界條件和位移邊界條件的確定方法，處理局部邊界條件的圣維南原理，等等，這些都是講述平面問題基本理論中要熟練掌握的概念。

2.結合具體土木工程實例教學，附加一些分析程序和工具的介紹，拓寬學生分析方面的應用能力。在介紹分析思路時，需要結合有實際工程背景的工程算例來分析，這樣可以明確學習目的，激發學生的學習動力。在理論分析完成后，還可以介紹相應的數值分析方法，介紹Matlab計算程序或有限元分析工具，對理論分析過程數值化，讓學生自己操作計算，分析結果。最后由于土木工程專業學生在實際工作中需要學會運用，可以結合一些設計規范進行學習，如：公路隧道設計規范（JTGD70-2004）建議采用彈性力學數值方法—有限元法計算圍巖的隧道支護結構內力和變形等，通過在理論分析結果和數值分析對比的同時，還可以通過規范要求進行驗算。

三、根據當今土木類本科生的培養要求，編寫適合土木工程專業學生使用的教材

就目前而言，對于土木類本科生的彈性力學課程，各高等院校所安排的教學內容、教學時數及選用的教材均存有不同。換言之，對教學內容、教學時數及教材均沒有統一的指定，仍處在各高校教師根據自己的教學經驗進行不斷地探索與總結。目前已出版的彈性力學教材有很多種，所使用的教材一般為《彈性力學簡明教程》，徐芝侖編，高等教育出版社出版。這本教材所涵蓋的內容較多、較全面，也比較深刻，對概念思路的解釋較為簡潔，但仍然有需要改進之處：（1）基本上從平面問題到空間問題最后到板殼一些特殊問題，分析講解思路可以變化，讓學生更快更容易的理解。（2）理論講解較多，實際土木工程案例的分析較少。（3）理論推導比較多，數值分析對比較少，數值分析工具的應用較少等，另外學生學習的課余指導用書比較少。為此，編寫更加適合土木工程專業的教材以及教材指導用書是有必要的。

四、改革單一的板書教學模式，研制《彈性力學》的CAI電子教案

作為一門強調理論與應用的課程，僅以單一的板書教學模式明顯不足。例如，本課程中復雜的理論推導數學演示，這些均可通過CAI電子教案的教學來表述。此項教改工作的目的是在教學時數不足的情況下，就如何實現課堂教學氣氛活躍、高效率地完成教學內容、突出理論聯系實際等方面而為之。根據本課程教學大綱中教學內容的要求及依據更加豐富的教材，可以編制本門課程的CAI電子教案。在實際教學中，采用多媒體與板書相結合的教學模式，預期可以達到較好的教學效果，授課學生能給出較好的評價。另外，課內教學是本課程的主要任務。但由于本門課程在土木專業上的應用性較強，學生的課程設計、畢業設計均會遇到實際結構問題的數值分析，對此需要課外指導，因此建立教師學生互動平臺和窗口也是有必要的。

五、結語

為了提高土木工程專業彈性力學課程教學質量和效果，本文分析了土木工程專業彈性力學課程的教學相關問題，并探索了土木工程專業彈性力學課程的教學改進方法。

1.盡可能地提高學生的“計算分析”理論水平，使學生的理論分析水平達到當今土木類專業的培養要求。

2.根據當今土木類本科生的培養要求，編寫適合土木工程專業學生使用的教材。

3.改革單一的板書教學模式，研制《彈性力學》的CAI電子教案，并建立教師互動平臺和窗口。

參考文獻：

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關鍵詞：巖土工程；土力學

有限元法在我國普及的初期，許多工程師對數值分析能否解決實際問題曾抱著懷疑的態度，但是不少有識的技術領導還是給予熱情的支持。記得上世紀80年代初在組織三峽深水圍堰第一輪多單位協作分析計算時，長江水利委員會司兆樂總工曾提出計算分析結果能達到“精確定性、粗略定量”的目標。到今天，雖然不能說這一目標已完全實現，但對相當一部分巖土工程來說，做到這一點已沒有困難。當然，巖土工程的設計和施工在今后相當長的時期內仍需要工程師們的經驗，但是，在科學技術飛速發展的今天，數值分析技術必將越來越成為人們必須依賴的工具。

同樣，在巖土力學研究中，計算也已成為和實驗一樣不可或缺的手段。在某些特殊情況下數值模擬甚致可以代替實驗。而離心模型試驗與數值模擬的相互配合，已經成為解決巖土工程問題的一個重大研究方向。

本文將就21世紀巖土工程數值分析的發展前景提出一些看法，基于作者專業知識的局限，重點探討土力學問題的數值分析問題。

自古以來，人類就廣泛地利用土作為建筑地基和材料。古代許多偉大建筑物，如我國長城、大運河、宮殿廟宇、橋梁等，國外的比薩斜塔、金字塔等的修建都需要有豐富的土的知識和在土層上修建建筑物的經驗。由于社會生產力和技術條件的限制，這一階段經過了很長時間，直到18世紀中葉，還停留在感性認識階段。

理論提高階段。產業革命以后，大量建筑物工程的興建，促使人們對土進行了專題研究。把已積累的經驗進行一些理論歸納和解釋。如1773年，法國科學家庫倫（C.A.Coulomb）發表了土壓力理論和土的抗剪強度公式；1856年，法國工程師達西（H.Darcy）研究了砂土的透水性，創立了達西滲透公式；1857年英國學者朗肯（W.Jm.Rankine）建立了另一種土壓力理論與庫倫理論相輔相承；1885年，法國科學家布辛內斯克（J.Boussinesq）提出了半無限彈性體中的應力分布計算公式。至今仍都是地基中應力計算的主要方法等等。

形成獨立學科階段。從20世紀20年代起，不少學者發表了許多理論和系統的著作。1920年法國普蘭特發表了地基滑動面的數學公式，1916年瑞典彼得森提出了計算邊坡穩定性的圓弧滑動法。而最具代表意義的是1925年美國太沙基（K.Terzaghi）首次發表了《土力學》一書。這本著作比較系統地論述了若干重要的土力學問題，提出了著名的有效應力原理，至此，土力學開始真正地形成獨立學科。從那時起，直到20世紀60年代，土力學的研究基本上是對原有理論與試驗充實與完善。自20世紀60年代以來，隨著電子計算機的出現和計算技術的高速發展，使土力學的研究進入了一個全新的階段。

第四階段。此時，最突出的工作是用新的非線性應力應變關系代替過去的理想彈塑性體。隨著應力應變模型建立，以此為基礎建立了新的理論體系。 1957年，D.C.Drucker提出了土力學與加工硬化塑性理論，對土的本構模型研究起了很大的推動作用。許多學者紛紛進行研究，并召開多次學術會議，提出了各種應力應變模型。如在工程中常用的鄧肯-張模型、英國劍橋模型等。我國在這個階段也進行了很多工作，如清華大學黃文熙模型、南京水利科學研究院沈珠江模型和河海大學殷宗澤模型等。這些模型都是對土的非線性應力-應變規律提出數學描述，并用土的實際情況相驗證。

雖然在50年代已有人對塑性理論應用于土力學的可能性進行過探索，但只有到 1963 年， 羅斯科（Roscoe）發表了著名的劍橋模型，才提出第一個可以全面考慮土的壓硬性和剪脹性的數學模型， 因而可以看作現代土力學的開端。經過 30 多年的努力，現代土力學已越過重要的階段而漸趨 成熟，并正在下列幾方面取得重要進展：①非線性模型和彈塑性模型的深入研究和大量應用；②損傷力學模型的引入與結構性模型的初步研究；③非飽和土固結理論的研究；④砂土液化理 論的研究；⑤剪切帶理論及漸進破損問題的研究；⑥土的細觀力學研究等。

將土質學和土力學結合在一起的教材，有20世紀50年代巴布可夫的《土學及土力學》與60年代俞調梅的《土質學及土力學》。在這些土力學教材中，特別強調了應當重視對土的基本性質的認識和土工試驗，并將黏性土的物理化學性質內容列入教材，從而形成了土力學與土的工程性質緊密結合的教材體系。

土質學與土力學是研究與土的工程問題有關的學科，它既是工程力學的一個分支學科，又是土木工程學科的一部分。土是一種自然地質的歷史產物，是一種特殊的變形體材料，它既服從連續介質力學的一般規律，又有其特殊的應力一應變關系和特殊的強度、變形規律，因此，土質學與土力學形成了不同于一般固體力學的分析方法和計算方法，所以在學習本課程以前必須具備工程地質學、材料力學等預備知識。而土質學與土力學的理論與分析計算方法又是學習土木工程專業課程以及從事土木工程技術工作必需的基礎知識，是一門介于基礎課與專業課之間的技術基礎課。

所有的工程建設項目，包括高層建筑、高速公路、機場、鐵路、橋梁、隧道等，都與它們賴以存在的土體有著密切的關系，在很大程度上取決于土體能否提供足夠的承載力，取決于工程結構是否遭受超過允許的沉降和差異變形等，這就要涉及土中應力計算、土的壓縮性、土的抗剪強度以及地基極限承載力等土力學基本理論。

現代土力學可以歸結為一個模型、三個理論和四個分支。一個模型即本構模型，特別是指結構性模型。這是因為迄今為止所提出的本構模型都是從重塑土的變形特點出發的，并把顆粒之間的滑移看作塑性變形的根源，而包括砂土在內的天然土類都具有內部結構，變形過程必然伴隨著結構的破壞和改變。因此發展新一代的結構性模型是現代土力學的核心問題。

“從實踐中來，到實踐中去”，這是任何學科發展的必由之路，當然也是實用性很強的土力學的發展的必由之路。固結理論是從地基沉降計算的需要出發而建立起來的，在指導地基設計中得到不斷發展和完善，便是對這一命題的最好說明。

參考文獻：

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關鍵詞：土木工程；信息化；途徑

土木一般指的是所有和水、土及文化相關的計劃、建造、維修的基礎建設，目前土木工作主要包含：水務、梁務、道路、交通及防洪等發面。以前籠統的把除過軍事用途意外的工程項目全部納入到土木工程之列，但是隨著時代的不斷發展，工程項目的不斷細分，很多原本屬于土木工程之列的內容現在已經獨立出去。因此就當前的現狀，狹義上說，土木工程就是民用建筑工程，其范圍主要包括公路與城市道路、鐵路工程、建筑工程、結構工程、橋梁涵洞工程等幾個小的方面。范圍雖然縮小了，但是發展的速度還是要與時俱進的，對土木工程進行信息化建設也是十分有必要的。

1、土木工程信息化涵義

土木工程的信息化是用通信、計算機、自動控制等高新技術將信息匯集處理，對傳統土木工程施工方式、技術手段等進行改造和提升，從而促進土木工程技術手段的不斷更新、施工方法的不斷完善，使其能夠更加科學的、合理的、有效的提高工程的效率，降低其成本；實現土木工程的信息化必將引起土木工程企業的管理方式發生的較大革命，也有可能會推動企業團隊的重新組建和施工流程及環節的優化，促使企業管理手段和管理理念的全面革新；信息化是土木工程在市場發展的高級階段，土木工程也并非市場上獨立的一個工程體系，其發展必然也會融入電子商務業、現代物流業及信息產業等，實現土木工程的高效益和高效率。

2、土木工程信息化的途徑

2.1設計信息化

第二次世界大戰以后，世界科學技術迅速發展，土木工程也便有了依靠現代技術進行發展的可能。關系到該行業最重要的混凝土和鋼鐵技術都有了時代性的發展，剛的強度和韌度不斷提高，耐久性能也大大的提升。合成材料的不斷研制，拓寬了施工中可以使用的材料的種類，而且在性能上也較過去的傳統材料更為優良，高強度、輕質量的新材料的應用使得很多過去難以實現的結構成為可能。計算機的數值分析使過去手工難以計算的而被迫簡化粗略的計算可以變為較為精確的計算分析。比如，借助于電子計算機及有限元計算軟件，人們可以很輕松的就對以前人力很難完成的復雜超靜定結構的位移和內力進行快速的計算。有限元理論和結構動力學的不斷向前，使得人們可以很方便而且精確做出結構變形和受力的計算，設計工作量得到簡化。計算機輔助設計CAD的采用，解放了設計人員的雙手，不用再從事繁重的手工繪圖，而且工作的效率大幅度的提高。建筑中機械的使用，使得施工自動化程度程度大幅提高。

2.2施工信息化

在施工中推廣應用自動化控制技術，可有效地完成用傳統控制方式難以實現的高難度施工項目。比如大體積混凝土的施工質量控制；高層建筑的垂直度的控制；采用同步提升技術進行大型構件；預拌混凝土的上料自動控制和整體模具的爬升、設備的整體吊裝和安裝控制、大型腳手架的提升控制；高溫高壓的焊接質量控制；幕墻的生產和加工控制；大型橋梁懸索受力的控制；建筑物的整體搬遷、爆破以及沉降觀測與數據采集、大型工業設施的三維空間管線布局的計算機模擬等等。土木工程的信息化技術將帶給設計技術和施工技術全面的革新，也有越來越廣泛的其應用空間，應用程度也將越來越深，工業化、信息化、自動化的水平將越來越高。

2.3管理信息化

信息技術是一項各行業普遍適用的高新技術，必須與行業技術有機結合方能發揮作用。土木工程行業涉及的門類非常廣泛，比如土木工程、設備管線安裝業、房屋工程、裝飾裝修業及相關的房地產業、設備半成品、勘察設計業、鋼結構加工業等方面，這些行業設計的企業眾多，也就形成了一個龐大復雜的行業信息集合體。面對如此龐大的信息集合體，日過沒有相對規范的行業管理體系進行保障，那么就很難保證這個行業集合能夠有序、穩定、高效、健康的發展。因此，要利用現代信息技術建立起一個高效的企業管理、行業管理方面的信息管理系統，這樣就能方便有效地對行業的相關情況快速的做出統計分析，有助于制定合理的產業技術政策、產業發展政策，也為產業發展規劃和戰略提供了全新的可能和條件。現在前，信息技術的應用已使得全球產業信息的獲得非常便利，可非常方便地在國內國外兩個市場同時研討，掌握人類最新管理成果，使得作為人類生存和發展密切關聯的土木工程業的管理提供了前瞻性、戰略性和更為科學的依據，使建筑行業管理上一個新的水平。

2.4招投標信息化

土木工程招投標管理部門的信息化建設也是必要的，主要包括以下幾方面：第一，搭建建設工程招投標業務平臺，建立Internet（外網）和Intranet（內網）系統，實現申請、審核、發放資料等信息流轉功能，包括資料上傳和下載、信息、相關資料的查詢等。只有在這樣的基礎上，招投標辦公室才能和交易中心的辦公程序、市場相關的招投標程序結合在一起，才會有效促進招標方和投標方的交易過程。第二，采用標準格式的標書表格與自動化的評標系統，對招標文件及投標文件進行數字化處理，把數據納入自動計算范圍內，同時啟動評標系統，就能實現計算機模擬評委來評分。對于不能自動處理的數據，如需要評委根據標書內容或者根據經驗進行模糊打分的地方，就采用獨立打分的方式，輸入各自的評分值，最后通過評標系統來統計得分情況。第三，對經濟規律進行研究，分析歷史數據，建立經濟數學模型，利用信息化技術對歷史招標工程數據分析并分類，對經濟指標、發展態勢進行綜合分析。只有在大量數據積累的基礎上，才能對相應的指標分析出其發展的趨勢。通過信息化建設方案的處理，便可以盤活所有的數據，不再讓數據沉淀，分析的結果在以后的評標工作中可作為評判報價是否合理的重要依據。第四，制定規范、改變觀念，協調工作需要建筑管理部門和相關的企業進行合作，共同進入信息化平臺。由于涉及的過程比較復雜，與相關單位的接觸也比較頻繁，因此更加要轉變觀念，信任信息化工具。與此同時，需要對數據共同進行規范的制定，如招標文件的格式化，投標文件數據的組織，便于相關單位可以在相同的口徑下進行對話，有利于工作的順利進行。這里，招投標管理辦公室、交易中心將是整個系統的龍頭，起著決定作用。而作為招標業務的發起人，甲方應該主動配合系統的要求，按照清單規范進行數字化招標。對于投標企業，則應該更加關注形勢的變化，行業環境的變化，提前做好準備，積極響應數字化招標工作。

小結

土木工程信息化建設是一個長期的過程，要與企業的政策和產業的結構調整相結合，與企業的技術進步、科學管理相適應，還要用全球信息產業的先進經驗進行指導和借鑒，對各行各業的信息化建設成果進行學習，從企業、產業和工程實際出發，開發研究一般的解決方案與特殊的解決方案，遵照“政府推進、市場引導、企業主體、行業突破、區域展開、穩步推進”的方針，充分發揮科研院所的作用，尤其是相關協會、學會要不斷開拓創新，充分發揮跨部門、跨行業專家云集的優勢，為土木工程的信息化建設做出貢獻。

參考文獻

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1巖土工程

1.1 巖土工程及其研究的對象、內容和任務

在JSJ 84―94建筑巖土工程勘察基本術語標準中定義為“以土力學、巖體力學及工程地質學為理論基礎，運用各種勘察探測技術對巖土體進行綜合整治、改造和利用而進行的系統性工作”。 GB／T 50279．98巖土工程基本術語標準中定義為“土木工程中涉及巖石、土的利用、處理或改良的科學技術”。從巖土工程的定義中可以看到，巖石和土(包括巖土中的水)是巖土工程研究的基本對象。在這個對象分類中，當巖土作為承載體地基時，主要研究的是巖土的強度和變形問題，在地基基礎設計中強調地基變形控制原則；當巖土體作為荷載或者是自承體時，面臨的是巖土體的變形和穩定問題；另外，當巖土作為建筑材料應用于堤壩、圍堰及填方工程時，以巖土材料的選用和質量控制作為主要研究方向，并兼顧巖土體的穩定和變形。當然，地質災害和環境工程方面也是以巖土的各種性質為另一個研究方向。

巖土工程的主要工作內容有以下幾方面：巖土工程勘察、巖土工程設計、巖土工程治理、巖土工程監測、巖土工程檢測。

1.2 巖土工程的特點

巖土工程是土木工程的一個分支，作為一門獨立的技術科學，有其特有的一些特點，下面僅談談其主要特點：

(1)巖土工程和其他一些相關學科有密切的聯系，其中同工程地質和結構工程密切關系尤為突出。工程地質是研究地質體的工程缺陷，巖土工程則強調對巖土體的合理利用、整治和改造。研究地基的巖土工程和研究上部結構的結構工程之間關系密切。無論何種建(構)筑物、道路橋梁和隧道洞室等都是建造在地基上甚至是巖土體內，地基和上部結構之間必須同時滿足靜力平衡和變形協調兩個前提條件。地基的變形會改變結構的應力，結構的荷載分布和剛度變化又會產生不同的地基變形，地基是否破壞、變形是否過大直接影響結構的安全和使用功能。因此，地基和上部結構是相互影響、相互作用的一個有機整體。

(2)巖石和土本身具有的特點也賦予了巖土工程與眾不同的特性――復雜性。巖石和土不同于混凝土、鋼材等性質較為均勻連續的人工材料。土具有碎散性、三相體系、自然變異性等特征；巖石的主要特征是具有裂隙性，巖石與其結構面構成的巖體具有非連續性、非均質性、各向異性等特點。以上巖石和土的復雜性賦予了巖土工程特殊的復雜性。

(3)巖土工程具有不確定、不嚴密、不完整和不成熟性。巖土工程是由土力學、巖體力學對巖土的工程地質性質和力學性質進行研究，是以傳統力學為基礎發展而來的。力學的計算要求有相對明確的計算條件，而巖土體的復雜性則決定了它無法確定一個相對明確的計算條件。

(4)前景可觀：巖土工程作為一門應用科學，是土木工程的一個分支，隨著土木工程建設的發展，土木工程中的巖土工程問題會不斷出現，也必然會不斷地促進巖土工程的持續發展。另外，由于巖土工程與其他相鄰學科存在相互重疊、相互搭接的部分，其他相鄰學科以及電子、計算機等應用技術的發展必將促進巖土工程的發展。今后巖土工程不但會在水利工程、礦山(井)工程、建筑工程、市政工程和交通工程等方面繼續發揮重要作用，還將在人類不斷向地下、海洋、沙漠拓展生存空間的過程中發揮先鋒作用。

2巖土工程的發展方向 展望巖土工程的發展,筆者認為需要綜合考慮巖土工程學科特點、工程建設對巖土工程發展的要求，以及相關學科發展對巖土工程的影響。

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關鍵詞 土木工程；預應力技術；發展

中圖分類號 TU 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)012-0161-01

1 新時期土木工程活動的發展概況

新世紀，我國經濟將繼續快速發展，因此，土木工程建設將繼續的增長。全國各地的土木工程活動都如火如荼的進行著，這也給我們新時期的土木工程活動及預應力技術提出了一些機遇和挑戰。隨著我國對外貿易的迅速發展，外商投資的迅猛增加，貿易中心、金融中心之類的高層、超高層建筑將繼續興建。盡管一些城市已做出規定，為保持歷史名城和古城風貌，為改善市民的居住環境，不允許在城市中心區繼續興建高樓。但是，從節約土地考慮，高層建筑將繼續在城市中興建。并且，其結構體系將會有新的發展。如具有優良的抗震、抗風性能的預應力懸掛結構，巨型建筑結構，采用型鋼的鋼結構以及鋼混凝土組合結構等新型高層建筑結構體系將會出現。新世紀的建筑，仍將以混凝土結構為主，但是鋼結構，包括型鋼混凝土和鋼管混凝土等組合結構在高層建筑中的應用將獲得推廣。

2 預應力混凝土結構的設計內容

1）承載力極限狀態設計。對于承載能力極限狀態，應按荷載效應的基本組合和偶然組合進行設計，并通過采取構造措施保證結構在破壞時具有一定的延性，從而確保在偶然事件發生時及發生后，結構仍能保持整體穩定性。2）正常使用極限狀態設計。對于正常使用極限狀態，應按荷載效應的標準組合 頻遇組合和準永久組合進行設計，使得結構構件的變形和裂縫等都不超過相應的規范限值。3）施工階段的驗算。在施工階段的支撐條件和相應的施工荷載下，要求結構具有一定的安全度；另一方面，要求結構的材料應力不超過允許的范圍。在一般情況下，施工階段需要控制預應力筋的拉應力以及截面混凝土的最大拉應力和壓應力。

3 預應力混凝土結構的設計步驟

1）進行結構布置，選取恰當的力學模型。2）根據工程的具體情況，選擇合適的高跨比，初步選定構件的截面尺寸，并進行內力與組合效應的計算。3）主要根據桿件的彎矩分布圖形確定預應力筋的索形，并按經驗用預應力度法或平衡荷載法初步估算出所需要的預應力筋根數。4）進行預應力損失和次應力的計算，驗算預應力和撓度控制限值以及正常使用階段的結構性能。5）按計算的各項控制結果，選擇需要變動的參數進行修改，再重新計算。6）根據選定的預應力筋方案計算預應力筋的極限應力，按承載能力要求補充普通鋼筋用量，按預應力筋的實際方案及普通鋼筋的實際配筋直徑與根數，計算允許開裂的控制截面的裂縫寬度及構件的撓度。

4 新時期預應力技術的應用

隨著經濟的發展及國際化進程的加快，各省、市、自治區的國際展覽中心等大跨度現代建筑將會大力興建。因此，滿足透明等現代要求的第三代玻璃幕墻結構將有較大的發展和應用。住宅建設將朝大開間結構及節能、節材、改善生態環境的綠色建筑的方向發展。運用電子信息科技，加快建筑智能化。同時，既有建筑物的加固、改造任務將不斷增加。采用碳纖維作結構加同材料的技術將被大力推廣應用。上述建筑工程中有多種結構將應用預應力技術。

改革開放以來，公路建設盡管有了迅速的發展，但與發達國家相比，還有很大差距，尤其人均公路里程是最落后的，比巴西、印度都少。這意味著今后我國公路建設的任務還相當繁重。

5 預應力技術的發展展望

預應力技術將進一步發揮作用，并推動土木工程科技的創新和發展在建筑工程中，預應力技術是建造大跨度公共建筑、大型會議展覽中心及大開間住宅的重要技術，也是高層、超高層建筑和承受特重荷載的不可缺少的關鍵技術。一句話，預應力技術在解決大、高、重、新建筑工程的設計和建造難題中將繼續發揮其獨特的優勢。并且它也是調整結構內力和減少、甚至取消大面積工程伸縮縫，防止開裂的重要手段。此外，預應力技術還將推動建筑結構的創新，如預應力拉桿替代柱的懸掛建筑結構將獲得一定的發展。在公路工程中，預應力技術對解決路面混凝土開裂和減少伸縮縫，提高使用壽命具有良好的應用在橋梁和隧道工程中，預應力技術的應用更為廣闊。不論是超大跨的懸索橋、特大跨的斜拉橋，還是大中跨度的系桿拱橋、連續梁橋、剛構橋及小跨度的簡支梁橋、板橋，都可有效地應用預應力技術。在我國今后的地鐵車站等地下工程中也將應用預應力技術。在特種結構工程及海洋工程中，預應力混凝土抗裂性高、耐久性好等優越性將得到充分的發揮。預應力混凝土更是建造海洋工程的最好材料。預應力技術在海洋采油平臺、海洋儲罐，海上運輸船以及海上防波堤、跨海大橋等海洋工程中將發揮更高的效能。此外，預應力技術也將在水利工程或其他工程如舊建筑的加固改造、加層和拆除中獲得更多的應用。總之，預應力技術在土木工程中的應用極為廣泛，并且還將進一步擴大。

預應力混凝土材料及技術本身也將有所創新和進一步的發展土木工程建設的發展，必將推動新材料、新技術、新理論及新設計方法不斷涌現。預應力混凝土仍是土木工程中最為重要的結構材料。混凝土將繼續朝高強、高性能方向發展。各國都在開展這方面研究。

預應力鋼材，也將有多方面的新發展。如高噸位索的需要將促使大直徑、大截面鋼絞線的研制、生產；超過級的高強鋼絞線也可能推出；鍍鋅、環氧涂層鋼絞線將被采用；不銹鋼絞線的應用將有大的增長。耐久、輕質、更高強的高性能纖維加強塑料筋將較多地獲得應用。近年來，我國開始使用碳纖維加勁塑料玻璃纖維加勁塑料、芳綸纖維加勁塑料。這時，就不再單指鋼筋混凝土，它可以是碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維加勁塑料混凝土。預制預應力 昆凝土和無粘結預應力筋將分別獲得發展和廣泛的采用。新型無粘結預應力筋將得到開發和應用。

在我國房屋建筑和橋梁中體外預應力配筋將獲得較多應用。上面講的建筑工程中的大跨度建筑、大面積結構工程、巨型結構、轉換層結構、懸掛建筑、大開間住宅和預制預應力建筑以及各型鐵道和公路、橋梁、水利工程、鐵道工程、特種結構工程等等，還有結構加固、改造與拆除，都有賴于預應力技術的進步和設備的發展。因此，期望預應力材料技術與設備有更大的創新和發展。

同時，新結構的研究和開發方面將拓寬，房屋結構與橋梁各種結構之間的交叉、借鑒也將有所發展。理論和試驗研究，包括預應力混凝土結構的耐久性、抗火、抗震、抗爆等性能研究及它們的設計方法研究都將有新的發展。預應力工藝與施工管理也將有普遍的提高。由于計算機的發展和應用的普及，結構設計中將更多地考慮空間作用和非線性。此外，建筑廢棄物也將在一定程度上得到處理及利用。

由此可見，預應力混凝土結構是解決大跨度、重荷載等類建筑結構的重要技術。隨著我國城市化進程的加快，居住建筑、大跨度公共建筑 工業建筑的大量興建，預應力混凝土技術將會有飛速的發展和變化。

參考文獻

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（1.紹興文理學院土木工程學院土木工程111班浙江紹興312000；

2.紹興文理學院土木工程學院浙江紹興312000）

【摘要】由于在實際工程中應用圓中空夾層鋼管混凝土會在連接處消耗大量鋼材，影響整個結構的經濟效益，同時考慮到方中空夾層鋼管混凝土在外截面的直角點存在著明顯的應力集中現象，因此近10年內出現了一種新截面形式的鋼——混凝土組合結構即八邊形中空夾層鋼管混凝土。隨著技術的不斷發展，近3年又出現了以PVC-U為內管的八邊形中空夾層鋼管混凝土，本文通過對比研究，重點綜述了內管為PVC-U管、外管為鋼管的八邊形中空夾層鋼管混凝土的力學性能。

關鍵詞 八邊形；中空夾層；鋼管混凝土；力學性能；綜述

Summaryofthemechanicalpropertiesofsteeloctagonalhollowconcretemezzaninestudy

LinZhi-wei1,YuanXia-wei2

(1.ShaoxingUniversitySchoolofCivilEngineeringCivilEngineering111classShaoxingZhejiang312000；

2.ShaoxingUniversitySchoolofCivilEngineeringShaoxingZhejiang312000)

【Abstract】Laminatedsteelcircularhollowduetotheapplicationintheactualprojectatthejunctionofconcretewillconsumealotofsteel,theimpactoftheeconomicbenefitsofthewholestructure,takingintoaccountthesquarehollowsteeltubeconcretemezzaninesectionatrightanglestopointouttheobviousstressconcentrationand,therefore,nearly10steelappearedduringtheyear,anewsectionoftheform-concretecompositestructureislaminatedsteeloctagonalhollowconcrete.Withthecontinuousdevelopmentoftechnology,thepastthreeyearshasemergedinPVC-Uoctagonalhollowconcretesandwichsteelinnertube,thepapercomparativestudy,focusingonareviewoftheinnertubeforPVC-Upipe,steelpipeoutertubeoctagonalhollowmechanicalpropertiesoflaminatedsteelconcrete.

【Keywords】Octagon;Hollowsandwich;Steelconcrete;Mechanicalproperties;Summary

隨著社會經濟的快速發展和科學技術的不斷進步，城市中出現了越來越多的新建筑，土木工程中的新結構也越來越多的應用于新建造的工業和民用建筑之中。其中鋼材和混凝土的組合結構，由于具有優秀的力學性能及良好的經濟效益，在工業廠房和高層建筑中的應用也日益增多。伴隨著相關研究的逐漸深入，其性能也不斷改善，從最初的實心鋼管混凝土結構到圓中空和方中空夾層鋼管混凝土結構再到八邊形中空夾層鋼管混凝土結構以及近幾年出現的以PVC-U為內管的八邊形中空夾層鋼管混凝土結構［1］。

1.八邊形中空夾層鋼管混凝土的定義

八邊形中空夾層鋼管混凝土是由圓中空夾層鋼管混凝土和方中空夾層鋼管混凝土發展而來的一種新截面形式的鋼——混凝土組合結構。UPVC內管的中空夾層鋼管混凝土柱是基于空心、離心鋼管混凝土柱基礎上開發的一種新型組合構件，是指以鋼管作為外管，以UPVC管材作為內管，兩管圓心重疊放置，在兩管之間澆灌混凝土而制成的構件。截面形式如圖1所示。它具有彈塑性好、剛度大、自重輕等優點，此外內置UPVC管可兼做給排水管、落水管，還可打破空心和離心鋼管混凝土柱應用領域的局限性。

2.八邊形中空夾層鋼管混凝土的特點

八邊形中空夾層鋼管混凝土與圓中空夾層鋼管混凝土和方中空夾層鋼管混凝土相比，有其自身優勢。它比圓中空夾層鋼管混凝土方便連接［2］，又不會像方中空夾層鋼管混凝土那樣產生明顯的應力集中現象［3］。以PVC-U為內管的八邊形中空夾層鋼管混凝土相對于以鋼材為內管的八邊形中空夾層鋼管混凝土，具有更好的技術經濟性能。PVC-U管是目前市場上最常見的PVC管材，它具有不易燃性、耐氣侯變化性以及優良的幾何穩定性，相對于其它塑料制品而言，PVC-U還具有高強度的特性［4］。盡管PVC-U內管抗壓能力不及鋼內管，當混凝土的橫向應變增大，與PVC-U管相互間的擠壓力增大，混凝土進入三向受壓應力狀態時，PVC-U管無法像鋼管一樣提供足夠的約束力，使混凝土的抗壓承載力提高有限。但相關試驗表明，其對極限承載力的影響較小，并且以PVC-U為內管的八邊形中空夾層鋼管混凝土經濟效益好，自重輕。在其它方面，以PVC-U為內管的八邊形中空夾層鋼管混凝土在作為排水管加以利用時，既能克服PVC-U管單獨作為排水管時的防火缺陷，又可增加其抗沖擊性和降噪性。

3.相關研究

（1）楊俊杰，徐漢勇，彭國軍［5］對八邊形中空夾層鋼管混凝土進行了深入的研究，通過對八邊形中空夾層鋼管混凝土軸壓短柱力學性能的試驗，并在總結圓中空夾層鋼管混凝土和方中空夾層鋼管混凝土柱力學性能的基礎上，對比試驗現象與試驗結果后發現八邊形截面中空夾層鋼管混凝土柱的承載能力高于方形截面柱的承載能力，但比圓形截面柱的承載能力稍低，且與八邊形直邊與斜邊之比相關。并采用有限元方法對此類構件進行了更加深入的力學性能研究，通過分析影響構件承載能力的各主要參數，利用試驗與數值模擬結果，提出了軸壓條件下八邊形中空夾層鋼管混凝土短柱極限承載力的計算公式。

（2）楊俊杰，高子瑤，吳祖成［6］在關于八邊形中空夾層鋼管混凝土偏心受壓柱方面也進行了試驗研究，其以長細比和偏心率為變化參數，通過詳細分析試驗現象和試驗結果，總結出了此類構件的一些力學性能，并對比了相同條件下的圓中空夾層鋼管混凝土、方中空夾層鋼管混凝土，發現其承載能力比方形截面柱高，但比圓形截面柱稍低。其承載能力影響因素主要有構件的軸壓性能、抗彎性能以及偏心率。在分析試驗結果和利用數值分析的基礎上，提出了八邊形中空夾層鋼管混凝土壓彎構件承載力驗算公式。

（3）何怡群［7］對以PVC-U為內管的八邊形中空夾層鋼管混凝土柱進行了試驗研究，其通過對6個以PVC-U為內管的八邊形中空夾層鋼管混凝土柱試件的軸壓試驗，通過對比研究得到了徑厚比、空心率、長細比3個參數對其極限承載力的影響。在進行深入的分析后發現在軸壓條件下此類柱的破環首先開始于核心混凝土，雖然核心混凝土強度有所提高，且表現為較明顯的塑性特征，但核心混凝土先于鋼外筒屈服和達到極限強度，內側PVC-U管塑性變形強，沒有出現明顯的破壞，外側鋼管滯后于核心混凝土破壞；柱子長細比的變化對承載能力影響顯著，外鋼管的徑厚比和柱子的空心率對承載能力有影響。

（4）馬世龍［8］在研究八邊形中空夾層鋼管混凝土軸壓短柱力學性能中，以PVC-U管八邊形中空夾層鋼管混凝土軸壓構件的試驗為依據，利用有限元原理，建立有限元計算模型并對構件的軸壓性能進行研究，通過對比試驗和模型，發現兩者吻合較好，在分析構件材料在全過程受力過程中荷載-縱向應變關系及構件的位移曲線等后，利用有限元原理分析模型，分別研究了徑厚比、空心率、核心混凝土強度、PVC-U內管厚度、長細比等參數變化時對八邊形中空夾層鋼管混凝土組合構件軸壓承載能力的影響，并對比了內鋼管與內PVC-U管對構件軸壓承載能力的影響，最后提出八邊形中空夾層鋼管混凝土軸壓短柱的簡化實用計算公式。

（5）在八邊形中空夾層鋼管混凝土PVC-U內管研究方面，浙江工業大學［9］通過對3個PVC-U內管的八邊形中空夾層鋼管混凝土柱軸壓構件的試驗研究，在分析了PVC-U內管的破壞形態和破壞發生的原因之后，根據軸壓時PVC-U內管的荷載一變形曲線，對數據進行了計算分析，得到了PVC-U內管與核心混凝土間相互作用力隨荷載變化的曲線。

4.力學性能影響因素

4.1徑厚比的影響。

（1）浙江工業大學馬世龍在研究徑厚比的影響時，在保持試件其它尺寸不變的前提下，改變外鋼管厚度，以80～33.3的徑厚比試件為試驗對象，通過試驗研究，最后得到徑厚比對構件軸壓承載力的曲線，見下圖2。

（2）從曲線中我們可以看出試件的極限承載力隨著徑厚比的增大而減小且減小幅度越來越緩慢，這也與

參考文獻7中的試驗結果相符。

4.2長細比的影響。

何怡群在研究PVC-U內管的八邊形中空夾層鋼管混凝土柱極限承載力的過程中，在其它條件都相同的前提下，改變試驗構件長度，通過試驗3個系列的試件，最后得到了長細比對構件極限承載力的影響，從試驗結果分析，在長細比在8至14的范圍內構件極限承載力隨長細比的增加而減少。但由于長細比范圍較小，不能準確反映出長細比影響的總規律。馬世龍在這方面進行了更加深入的試驗研究，其通過研究長細比在8至28范圍內的構件，將試驗結果利用有限元方法配合修正的歐拉公式得出構件臨界軸力隨長細比的變化情況，其通過分析結果得出長細比λ=20是此類構件材料破壞和失穩破壞的界限值。

4.3內管的影響。

對于八邊形中空夾層鋼管混凝土，絕大部分作用由核心混凝土和外鋼管承擔，內管承受的作用相對較小，由文獻5和文獻7可知，在不改變其它條件下，當采用鋼內管時，其承擔了約6%的作用，而采用PVC-U作為內管時，其承擔的作用約3%，兩者占比均較小。在實際工程應用中，可忽略內管提供的承載力，而僅作為一種安全儲備考慮。

5.結論

八邊形中空夾層鋼管混凝土相對于其它截面形式的鋼管混凝土，有著均衡的技術經濟性能，在滿足結構可靠度的前提下，降低了實際工程造價。當內管用PVC-U管代替鋼管時，其綜合性能進一步提升，盡管極限承載力有所下降，但其降低了自重，增加了用途，經濟成本進一步降低。八邊形中空夾層鋼管混凝土由于剛出現不久，相關研究也比較散亂，很多細節尚未研究明確，且有關

參考文獻所作試驗有限，其成果可靠性還需通過實踐來檢驗。

參考文獻

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［5］楊俊杰，徐漢勇，彭國軍.八邊形中空夾層鋼管混凝土軸壓短柱力學性能的研究［J］.土木工程學報，2007，40(2)：33～38.

［6］楊俊杰，高子瑤，吳祖成.八邊形中空夾層鋼管混凝土偏心受壓柱的試驗研究［J］.工業建筑，2009，39(3)：116～118.

［7］何怡群，楊俊杰.PVC-U內管的八邊形中空夾層鋼管混凝土柱極限承載力的試驗研究［J］.浙江工業大學學報，2011，39(5)：546～549.

［8］馬世龍.八邊形中空夾層鋼管混凝土軸壓與偏壓短柱力學性能研究［D］.杭州：浙江工業大學，2012.

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關鍵詞：鐵路橋梁；斜拉橋；局部分析；子模型法；槽型梁

中圖分類號：U448.27；U448.13文獻標識碼：A

斜拉橋結構體系包括漂浮體系、半漂浮體系、塔梁固結體系（塔梁通過固定支座相連）和剛構體系（塔梁墩剛接）[1].在300 m以下跨度的軌道交通斜拉橋中，為提高橋梁縱向剛度，多采用塔梁固結或剛構體系，且主梁多為預應力混凝土結構.剛構體系的優點在于結構整體剛度較大，避免了在塔柱上設置大型支座，無需臨時支撐和體系轉換，尤其適合懸臂轉體施工.其缺點在于塔梁墩連接區域構造復雜，固結部位易出現較大應力，因此，對于采用塔梁墩固結的斜拉橋，除做整體計算外，還應考察局部節點的應力分布情況.

國內外學者對斜拉橋局部受力分析已經有了較為廣泛的研究，文獻[2-3]分別對大跨度鋼桁梁（箱）梁斜拉橋的索桁（梁）錨固結構進行了受力性能研究；文獻[4]對某公鐵兩用斜拉橋邊桁整體節點進行了數值分析和模型試驗；文獻[5-6]研究了斜拉橋塔梁固結處的應力分布；文獻[7]對斜拉橋橋塔鋼橫桁梁整體節點進行了試驗模型研究和有限元分析.但既有研究對象多為鋼桁（箱）梁和混凝土箱梁，而對于高速鐵路槽型截面斜拉橋上塔梁墩固結區而言，其應力分布情況尚不明確.

本文以滬昆客運專線某槽形截面塔梁墩固結斜拉橋為工程背景，建立局部空間實體單元模型，分析塔墩梁墩固結區受力特點、應力分布規律和傳力機理，并對構造細節進行比較研究.

1局部分析方法

結構局部受力分析方法主要包括子模型法和直接建模法[8].子模型法又稱切割邊界位移法，是在整體模型的基礎上切割邊界生成考慮了結構構造細節的子模型，將切割邊界上的位移值施加至子模型上，通過對子模型網格細分進行受力分析[9].子模型技術理論嚴謹，但要求整體模型必須是全橋實體單元或殼單元模型.直接建模法則根據局部結構建立實體單元模型，從整體計算模型中取出位移或內力結果施加至局部模型上，通過驗證局部模型與整體模型在相同位置處的計算結果保證局部模型的正確性.直接建模法的思想實質跟子模型是一致的，且由于其整體模型中能考慮施工過程、混凝土收縮徐變和預應力鋼筋等因素，在工程實踐中應用較多，本文即采用該方法.

2工程背景

3空間有限元模型

整體有限元模型見圖3，主梁和塔柱采用空間梁單元模擬，拉索采用桿單元模擬，為正確模擬拉索的空間位置，主梁和塔柱拉索錨固位置建立剛臂形成魚刺梁模型.

在隔離體范圍內建立局部模型時須保證邊界截面遠離應力分析區域，對矩形梁而言，通常認為影響范圍為一個梁高[12].本文局部模型橫橋向取橋梁全寬，豎橋向沿主梁底板上下側分別長為11 m和7.641 m，順橋向沿橋塔中心線小跨側長9.5 m，大跨側長11.6 m.塔柱為矩形空心截面，單根塔柱順橋向寬6 m，橫橋向寬3 m；槽型梁寬10.8 m，梁高不超過3.7 m，隔離體范圍均大于兩倍梁高.力的邊界條件以剛域形式施加（在邊界截面的質心處建立主節點，截面其余節點與主節點之間形成剛域，荷載施加至主節點上）而非集中力，可消除邊界處荷載分布不均勻的影響.

6結論

將斜拉橋槽型梁兩側邊箱插入塔柱中形成塔梁墩剛接體系，可壓縮結構尺寸，減小轉體重量.在設計荷載作用下，該橋塔梁墩固結區其整體應力水平滿足規范要求，并且應力水平相對于固結區范圍以外截面較低，其結構設計合理.

固結區中心截面腹板和底板應力的分析結果表

明，槽型截面的存在使得固結區沿橫橋向存在一定水平拉應力，建議在設計時應加強橫向普通鋼筋配置.

對槽型斷面塔梁剛接的斜拉橋而言，槽型梁底板上緣與塔柱交接角處，以及內部縱向過人洞與豎向過人洞交接角處存在較大的應力集中現象.

在響應位置加設圓弧倒角，可使結構形狀過渡平緩，能較大幅度地減小應力集中程度.建議工程設計及施工時應避免在塔梁墩固結區結構出現尖角和折角，可通過加設倒角等措施使結構過渡平緩.

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