tumugongchengfazhanjianshi土木工程发展简史briefhistoryof

tumugongchengfazhanjianshi土木工程发展简史briefhistoryof内容摘要：

轨，形成了全国规模的交通网。 比中国的秦驰道早些，在欧洲，罗马建设了以罗马城为中心，包括有 29 条辐射主干道和 322 条联络干道，总长达 78000 公里的罗马大道网。 汉代的道路约达 30 万里以上，为了越过高峻的山峦，修建了褒斜道、子午道，恢复了金牛道等许多著名栈道，所谓 “栈道千里，通于蜀汉 ”。 随着道路的发展，在通过河流时需要架桥渡河，当时桥的构造已有许多种形式。 秦始皇为了沟通渭河 两岸的宫室，首先营建咸阳渭河桥 ,为 68 跨的木构梁式桥 ,是秦汉史籍记载中最大的一座木桥。 还有留存至今的世界著名隋代单孔圆弧弓形敞肩石拱桥 ──赵州桥。 (见彩图 [赵州桥，位于河北省赵县，净跨 米 ,是世界上著名的单孔空腹式石拱桥，建于 595～ 605年 ] ） 这个时期水利工程也有新的成就。 公元前 3 世纪 ,中国秦代在今广西兴安开凿灵渠，总长34 公里，落差 32 米，沟通湘江、漓江 ,联系长江、珠江水系 ,后建成能使 “湘漓分流 ”的水利工程。 公元前 3～公元 2世纪之间，古罗马采用券拱技术筑成隧道、石砌渡槽等城市输水道11 条，总长 530 公里。 其中如尼姆城的加尔河谷输水道桥（公元 1世纪建） ,有 的一段是架在 3 层叠合的连续券上（见彩图 [古罗马加尔 输水道桥，建于公元前 63～前 13年，道路桥扩建于 1747年 ] ）。 公元 7世纪初 ,中国隋代开凿了世界历史上最长的 大运河 ，共长 2500 公里， 13世纪元代兴建大都（今北京），科学家郭守敬进行了元大都水系的规划，由北部山中引水，汇合西山泉水汇成湖泊，流入通惠河。 这样可以截留大量水源，既解决了都城的用水，又接通了从都城向南直达杭州的南北大运河。 在城市建设方面，中国隋朝在汉长安城的东南，由宇文恺规划、兴建大兴城。 唐朝复名为长安城，陆续改建，南北长 公里，东西宽 公里，按方整对称的原则，将宫城和皇城放在全城的主要位置上，按纵横相交的棋盘形街道布局，将其余部分划为 108 个里坊 ,分区明确、 街道整齐。 对城市的地形、水源、交通、防御、文化、 商业和居住条件等，都作了周密的考虑。 它的规划、设计为日本建设平安京（今京都）所借鉴。 在土木工程工艺技术方面也有进步。 分工日益细致，工种已分化出木作 (大木作、小木作 )、瓦作、泥作、土作、雕作、旋作、彩画作和窑作（烧砖、瓦）等。 到 15 世纪意大利的有些工程设计，已由过去的行会师傅和手工业匠人逐渐转向出身于工匠而知识化了的建筑师、工程师来承担。 出现了多种仪器，如抄平水准设备、度量外圆和内圆及方角等几何形状的器具“规 ”和 “矩 ”。 计算方法方面的进步，已能绘制平面、立面、剖面和细部大样等详图，并且用模型设计的表现方 法。 大量的工程实践促进人们认识的深化，编写出了许多优秀的土木工程著作，出现了众多的优秀工匠和技术人才，如中国宋喻皓著《木经》、 李诫 著《营造法式》，以及意大利文艺复兴时期阿尔贝蒂著《论建筑》等。 欧洲于 12 世纪以后兴起的哥特式建筑结构，到中世纪后期已经有了初步的理论，其计算方法也有专门的记录。 近代土木工程 从 17 世 纪中叶到 20 世纪中叶的 300 年间 ,是土木工程发展史中迅猛前进的阶段。 这个时期土木工程的主要特征是：在材料方面 ,由木材、石料、砖瓦为主 ,到开始并日益广泛地使用铸铁、钢材、混凝土、钢筋混凝土，直至早期的预应力混凝土；在理论方面， 材料力学 、理论力学 、结构力学、 土力学 、 工程结构设计理论 等学科逐步形成，设计理论的发展保证了工程结构的安全和人力物力的节约；在施工方面，由于不断出现新的工艺和新的机械，施工 技术进步，建造规模扩大，建造速度加快了。 在这种情况下，土木工程逐渐发展到包括房屋、道路、桥梁、铁路、隧道、港口、市政、卫生等工程建筑和工程设施，不仅能够在地面，而且有些工程还能在地下或水域内修建。 土木工程在这一时期的发展可分为奠基时期、进步时期和成熟时期三个阶段。 奠基时期 17世纪到 18 世纪下半叶是近代科学的奠基时期，也是近代土木工程的奠基时期。 伽利略、。 意大利学者伽利略在1638 年出版的著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》中，论述了建筑材料的 力学性质和梁的强度， 首次用公式表达了梁的设计理论。 这本书是材料力学领域中的第一本著作，也是弹性体力学史的开端。 1687 年牛顿总结的力学运动三大定律是自然科学发展史的一个里程碑，直到现在还是土木工程设计理论的基础。 瑞士数学家 1744 年出版的《曲线的变分法》建立了柱的压屈公式 , 算出了柱的临界压曲荷载，这个公式在分析工程构筑物的弹性稳定方面得到了广泛的应用。 法国工程师 库仑 1773年写的著名论文《建筑静力学各种问题极大极小法则的应用》，说明了材料的强度理论、梁的弯曲理论、挡土墙上的土 压力理论及拱的计算理论。 这些近代科学奠基人突破了以现象描述、经验总结为主的古代科学的框框，创造出比较严密的逻辑理论体系，加之对工程实践有指导意义的复形理论、振动理论、弹性稳定理论等在 18 世纪相继产生，这就促使土木工程向深度和广度发展。 尽管同土木工程有关的基础理论已经出现，但就建筑物的材料和工艺看，仍属于古代的范畴，如中国的雍和宫、法国的罗浮宫、印度的泰姬陵 (见彩图 [泰姬陵 ,印度伊斯兰建筑的代表，建于 17 世纪上半叶 ] ）、俄国的冬宫等。 土木工程实践的近代化，还有待于产业革命的推动。 由于理论的发展，土木工程作为一门学科逐步建立起来，法国在这方面是先驱。 1716 年法国成立道桥部队， 1720 年法国政府成立交通工程队， 1747 年创立巴黎桥路学校，培养建造道路、河渠和桥梁的工程师。 所有这些，表明土木工程学科已经形成。 进步时期 18世纪下半叶，。 蒸汽机的使 用推进了产业革命。 规模宏大的产业革命，为土木工程提供了多种性能优良的建筑材料及施工机具，也对土木工程提出新的需求，从而促使土木工程以空前的速度向前迈进。 土木工程的新材料、新设备接连问世，新型建筑物纷纷出现。 1824 年英国人 取得了一种新型水硬性胶结材料 ──波特兰水泥的专利权， 1850年左右开始生产。 1856年大规模炼钢方法 ──贝塞麦转炉炼钢法发明后，钢材越来越多地应用于土木工程。 1851 年英国伦敦建成水晶宫，采用铸铁梁柱，玻璃覆盖。 1867 年法国人 成了花盆，并把这 种方法推广到工程中，建造了一座贮水池，这是钢筋混凝土应用的开端。 1875 年，他主持建造成第一座长 16米的钢筋混凝土桥。 1886 年，美国芝加哥建成家庭保险公司大厦， 9 层，初次按独立框架设计，并采用钢梁 ,被认为是现代高层建筑的开端。 1889年法国巴黎建成高 300 米的 埃菲尔铁塔 ，使用熟铁近 8000 吨。 （见彩图 [法国埃菲尔铁塔 ] ） 土木工程的施工方法在这个时期开始了机械化和电气化的进程。 蒸汽机逐步应用于抽水、打桩、挖土、轧石、压路、起重等作业。 19 世纪 60 年代内燃机问世和 70年代电机出现后，很快就创制出各种各样的起重运输、材料加工、现场施工用的专用机械和配套机械，使一些难度较大的工程得以加速完工； 1825 年英国首次使用 盾构 开凿泰晤士河河底隧道。 1871 年瑞士用风钻修筑 8 英里长的隧道； 1906 年瑞士修筑通往意大利的 公里长的 辛普朗隧道 （见彩图 [ 瑞士辛普朗隧道（长 公里）洞口 ] ），使用了大量黄色炸药以及 凿岩机 等先进设备。 产业革命还从交通方面推动了土木工程的发展。 在航运方面 ,有了蒸汽机为动力的轮船 ,使航运事业面目一新，这就要求修筑港口 工程，开凿通航轮船的运河。 19 世纪上半叶开始 ,英国、美国大规模开凿运河 ,1869 年苏伊士运河通航和 1914 年巴拿马运河的凿成，体现了海上交通已完全把世界联成一体。 在铁路方面， 1825 年 建成了从斯托克顿到达灵顿、长 21 公里的第一条铁路 ,并用他自己设计的蒸汽机车行驶 ,取得成功。 以后，世界上其他国家纷纷建造铁路。 1869年美国建成横贯北美大陆的 铁路， 20 世纪初俄国建成西伯利亚大铁路。 20 世纪铁路已成为不少国家国民经济的大动脉。 1863 年英国伦敦建成了世界第一条地下铁道 ,长 公里。 以后世界上一些大城市也相继修建了地下铁道。 在公路方面， 1819 年英国马克当筑路法明确了碎石路的施工工艺和路面锁结理论 ,提倡积极发展道路建设 ,促进了近代公路的发展。 19世纪中叶内燃机制成和 1885～ 1886年德国 燃机驱动的汽车； 1908 年美国福特汽车公司用传送带大量生产汽车以后，大规模地进行公路建设工程。 铁路和公路的空前发展也促进了 桥梁工程 的进步。 早在 1779年英国就用铸铁建成跨度 米的 拱桥 1826 年英国 177 米的麦内 悬索桥 ， 1850年 ,1890 年英国福斯湾建成两孔主跨达 521 米的悬臂式 桁架梁桥。 现代 桥梁 的三种基本形式（梁式桥、拱桥、悬索桥）在这个时期相继出现了。 近代工业的发展，人民生活水平的提高，人类需求的不断增长，还反映在房屋建筑及市政。