2．2　近代土木工程

近代土木工程的时间跨度为从17世纪中叶至20世纪中叶的300年间。这个历史时期内土木工程的主要特征有：

——有力学和结构理论作为指导；

——砖、瓦、木、石等建筑材料得到日益广泛的使用；混凝土、钢材、钢筋混凝土以及早期的预应力混凝土得到发展；

——施工技术进步很大，建造规模日益扩大，建造速度大大加快。

在这个历史时期内，以下几件大事具有重大意义：

（1）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。

（2）英国科学家牛顿在1687年总结了力学三大定律，它们是土木工程设计理论的基础。

（3）瑞士数学家欧拉1744年出版的《曲线的变分法》建立了柱的压屈理论，得到计算柱的临界受压力的公式，为分析土木工程结构物的稳定问题奠定了基础。

（4）1825年纳维建立了土木工程中结构设计的容许应力分析法；19世纪末里特尔等人提出极限平衡的概念。他们都为土木工程的结构理论分析打下了基础。

（5）1824年英国人阿斯普丁取得了波特兰水泥的专利权，1850年开始生产。这是形成混凝土的主要材料，使得混凝土在土木工程中得到广泛应用。后来，在20世纪初，有人发表了水灰比等学说，才初步奠定了混凝土强度的理论基础。

（6）1859年发明了贝塞麦转炉炼钢法，使得钢材得以大量生产，并能愈来愈多地应用于土木工程。(www.daowen.com)

（7）1867年法国人莫尼埃用铁丝加固混凝土制成花盆，并把这种方法推广到工程中，建造了一座蓄水池，这是应用钢筋混凝土的开端。1875年，他主持建造了第一座长16m的钢筋混凝土桥。

（8）1883年美国在芝加哥由称为“摩天楼之父”的詹莱建造的11层住宅保险大楼（图2．4），是世界上最先用铁框架（部分钢梁）承受全部大楼里的重力，外墙仅为自承重墙的高层建筑。同一年（1883年）美国建成世界上第一座大跨钢悬索桥——布鲁克林桥，跨度为930＋1　595＋930ft（284＋486＋284m），详见附录4。1889年法国在巴黎建成高300m的埃菲尔铁塔，使用钢约8　000t（详见附录4）。它们是近代高层建筑结构的萌芽。此外，由奥蒂斯在19世纪50年代初期发明的安全升降机（图2．5）也使高层建筑成为可能；它最先采用的是蒸汽动力升降机，直到1857年在纽约才安装了第一台乘人用的电梯。图2．4　美国芝加哥的住宅保险大楼

（Home　Insurance　Building）图2．5　由奥蒂斯（E．Otis）发明的

安全升降机（电梯的前身）

（9）1886年美国人杰克逊首先应用预应力混凝土制作建筑配件，后又用它制作楼板。1930年法国工程师弗涅希内将高强度钢丝用于预应力混凝土，克服了因混凝土徐变造成所施加的预应力完全丧失的问题。于是，预应力混凝土在土木工程中得到广泛应用。

（10）土木工程在铁路、公路、桥梁建设中得到大规模发展。如：

——1825年英国人斯蒂芬森在英格兰北部斯托克顿和达灵顿之间修筑了世界第一条长21km的铁路；接着，1863年英国又在伦敦建成了世界第一条地下铁道。

——1779年英国用铸铁建成跨度为30．5m的拱桥；1826年英国用锻铁建成第一座跨度为177m的悬索桥；1890年英国又建成两孔主跨达521m的悬臂式桁架梁桥（图2．6^[1]）。这样，现代桥梁的3种基本形式（梁桥、拱桥、悬索桥）相继出现。

图2．6　由贝格（B．Baker）设计并于1890年建成的福斯桥（Forth　Bridge）

——1905—1908年间，中国铁路工程先驱詹天佑创造了建造京张（北京——张家口）铁路的奇迹。他在崇山峻岭的复杂地形地质条件下，以有限的经费（仅及列强各国在中国建造铁路每公里造价的1／3～1／2），按照“使用复式机车”、“33．3‰坡度”、“最合理选线”的配合设计，使该铁路成为当时的世界奇迹；列车顺利爬上33．33‰坡度，成为世界之最。

——1931—1942年，德国率先修筑了长达3　860km的高速公路网。

（11）1906年美国旧金山大地震，1923年日本关东大地震，这些自然灾害推动了结构动力学和工程抗震技术的发展。