中國學科發(fā)展戰(zhàn)略·土木工程建設與工程力學
定 價:75 元
叢書名:中國學科發(fā)展戰(zhàn)略
- 作者:國家自然科學基金委員會,中國科學院[編]
- 出版時間:2016/12/29
- ISBN:9787030507501
- 出 版 社:科學出版社
- 中圖法分類:TU-12
- 頁碼:190
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16K
《中國學科發(fā)展戰(zhàn)略:土木工程與工程力學》論述了土木工程與工程力學學科的科學意義與戰(zhàn)略價值,總結了學科發(fā)展的規(guī)律和特點,把握世界范圍內土木工程與工程力學學科的前沿、動態(tài)及信息化、智能化的時代特征,研究了該領域發(fā)展的中長期趨勢和新方向,對學科前沿重大科學問題、重要戰(zhàn)略方向和資助機制提出了建議。
《中國學科發(fā)展戰(zhàn)略:土木工程與工程力學》適合高層次的戰(zhàn)略和管理專家、相關領域的高等院校師生、研究機構的研究人員閱讀,是科技工作者洞悉學科發(fā)展規(guī)律、把握前沿領域和重點方向的重要指南,也是科技管理部門重要的決策參考,同時也是社會公眾了解土木工程與工程力學學科發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢的讀本。
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本書開展土木工程與工程力學學科發(fā)展戰(zhàn)略的研究,重點是土木工程和工程力學的交叉領域。這一領域的研究成果和技術進步直接服務于我國重大基礎設施的建設和安全服役。改革開放以來及今后相當長的一個時期,我國經(jīng)濟建設處于高速及中高速發(fā)展階段,大規(guī)模基礎設施建設已經(jīng)并將在相當長的時間內持續(xù)地蓬勃發(fā)展。這些大規(guī);A設施的建設和安全服役對于提高國家綜合實力、改善民生、發(fā)展經(jīng)濟,以及全面建成小康社會具有非常重要的意義。
土木工程是一門工程學科,主要研究人類社會生產(chǎn)、生活及國防中基礎設施建設有關的工程與科學問題。各類不同的基礎設施有不同的功能要求,土木工程學科的重點是從理論和技術上確保在各種可能出現(xiàn)的環(huán)境荷載下基礎設施的完整性,以支撐基礎設施滿足其功能需求。工程力學、工程材料、工程實驗、計算科學等學科或學科分支是土木工程的支撐學科。土木工程的實踐和學科發(fā)展已有悠久的歷史,從各種土木工程材料到各類結構,從設計施工監(jiān)控到維護,國內外都有大量的規(guī)范/規(guī)程可以或必須遵循。但是,一是隨著新結構、新材料、超規(guī)范/規(guī)程工程的出現(xiàn),需要不斷研究新理論和方法;二是由于環(huán)境的變化或社會對基礎設施需求的變化,已有的規(guī)范/規(guī)程仍然需要不斷地修改與完善。這些都推動著土木工程學科的發(fā)展。
力學是關于力、運動及其關系的科學,主要研究介質運動、變形、流動的宏微觀行為,揭示力學過程及其與物理、化學、生物學等過程的相互作用規(guī)律。工程力學是力學與工程結合的學科分支,針對工程技術和科學中的力學問題,研究其理論、方法和應用,在土木工程、水利工程、海洋工程、交通工程、機械工程、航空航天工程、材料工程等工程科學中都起著支撐作用,是這些學科的基礎學科之一。
《中國學科發(fā)展戰(zhàn)略·土木工程與工程力學》著重圍繞我國經(jīng)濟建設和社會可持續(xù)發(fā)展對該學科的重大需求,論述了學科領域的科學意義與戰(zhàn)略價值。遵照學科發(fā)展的自身規(guī)律和基礎研究的特點,把握世界范圍內土木工程與工程力學學科的前沿、動態(tài),以及信息化、智能化的時代特征,研究了該領域發(fā)展的中長期趨勢和新方向,調查了解了我國土木工程實踐與科技工作者在相應學科領域研究中的貢獻和地位。結合我國國民經(jīng)濟和國防建設的重大需求,綜合本領域一批科技工作者的意見,對學科前沿重大科學問題、重大戰(zhàn)略方向和資助機制提出了建議。從六個方面探討了土木工程與工程力學學科的重點發(fā)展方向,包括:城市化進程中的基礎設施建設;能源需求牽動的土木工程;重大基礎設施的防災減災;可持續(xù)發(fā)展的土木工程;土木工程信息化和數(shù)字化;土木工程中的工程力學。
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目錄
總序i
前言v
摘要ix
Abstract xix
第一章 緒論1
第一節(jié)土木工程與工程力學學科科學意義與戰(zhàn)略價值2
第二節(jié)土木工程與工程力學學科發(fā)展規(guī)律和特點6
第三節(jié)土木工程與工程力學學科發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢13
第四節(jié)土木工程與工程力學學科重點發(fā)展方向19
第五節(jié)土木工程與工程力學學科資助機制與政策建議23
第二章 城市化進程中的基礎設施建設26
第一節(jié)超高層和超大跨結構的全壽命設計27
一、需求分析27
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢29
三、重要研究內容31
第二節(jié)城市地下交通、地下工程和城市間交通工程的安全服役33
一、需求分析33
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢35
三、重要研究內容36
第三章 能源需求牽動的土木工程38
第一節(jié)水利水電工程建設38
一、需求分析38
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢40
三、重要研究內容42
第二節(jié)核能設施建設44
一、需求分析44
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢46
三、重要研究內容47
第三節(jié)新能源開發(fā)的基礎設施建設48
一、海洋能源開發(fā)中的基礎設施建設48
二、風電開發(fā)中的基礎設施建設53
第四章 重大基礎設施的防災減災59
第一節(jié)地震災變與防災減災61
一、需求分析61
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢62
三、重要研究內容66
第二節(jié)風致災變與防災減災68
一、需求分析68
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢69
三、重要研究內容70
第三節(jié)工程地質災害的控制與防御71
一、需求分析71
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢73
三、重要研究內容74
第四節(jié)火致災變與防災減災75
一、需求分析75
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢76
三、重要研究內容78
第五節(jié)爆炸沖擊災變與防災減災78
一、需求分析78
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢80
三、重要研究內容82
第五章 可持續(xù)發(fā)展的土木工程84
第一節(jié)高性能結構體系85
一、需求分析85
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢86
三、重要研究內容88
第二節(jié)高性能和可再生材料88
一、需求分析88
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢89
三、重要研究內容91
第三節(jié)重大工程結構的性能設計92
一、需求分析92
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢92
三、重要研究內容95
第四節(jié)大型結構健康監(jiān)測與安全評定96
一、需求分析96
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢97
三、重要研究內容100
第六章 土木工程信息化和數(shù)字化102
第一節(jié)可信性結構分析軟件和數(shù)字化設計104
一、需求分析104
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢106
三、重要研究內容108
第二節(jié)數(shù)值模擬與先進實驗技術的融合109
一、需求分析109
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢111
三、重要研究內容113
第三節(jié)高性能計算環(huán)境下的工程數(shù)值模擬114
一、需求分析114
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢115
三、重要研究內容117
第七章 土木工程中的工程力學118
第一節(jié)工程材料的本構理論和破壞準則119
一、需求分析119
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢121
三、重要研究內容128
第二節(jié)極端條件下結構的失效和災變129
一、需求分析129
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢130
三、重要研究內容133
第三節(jié)不確定性結構力學134
一、需求分析134
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢135
三、重要研究內容138
第四節(jié)工程流體力學139
一、需求分析139
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢140
三、重要研究內容142
第五節(jié)多尺度力學與跨尺度關聯(lián)143
一、需求分析143
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢144
三、重要研究內容149
第六節(jié)計算力學150
一、需求分析151
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢154
三、重要研究內容165
第七節(jié)工程結構優(yōu)化166
一、需求分析166
二、國內外研究現(xiàn)狀和趨勢167
三、重要研究內容173
參考文獻174
關鍵詞索引183
致謝190
《中國學科發(fā)展戰(zhàn)略:土木工程與工程力學》:
一、需求分析
核能作為一種清潔高效的能源得到了廣泛的應用。截至2015年(973計劃工程科學領域戰(zhàn)略研究工作組,2015),全球共有超過400座核電站,提供了世界上大約17%的電能。截至2010年10月23日,我國已投入運營、在建和籌建中的核電項目共計43個。其中在建核電機組23臺,總裝機容量為2540萬千瓦,占全球在建核電站的40%,成為目前全球在建核電項目最多、在建裝機容量最大的國家。據(jù)我國核能行業(yè)協(xié)會2014年公布的數(shù)據(jù),截至2013年,我國投入商業(yè)運行的核電機組已達17臺,總裝機容量為1483萬千瓦,占全國發(fā)電總裝機容量的1.19%,核能累計發(fā)電1107億千瓦,約占全國累計發(fā)電量的2.11%。在“十二五”規(guī)劃中,對《核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005-2020年)》進行了大幅調整,到2015年,我國核電總裝機容量達到3900萬千瓦,到2020年核電裝機容量將提高到5800萬千瓦,預估將投入建設資金約9400億元!笆濉逼陂g我國進入核電建設高峰,每年建設6~8臺機組,年裝機容量接近800萬千瓦。
然而,核電設施卻遭受地震、海嘯等自然災害、軍事打擊和恐怖襲擊,以及偶然性重大事故等潛在威脅。1986年4月26日,蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站反應堆爆炸引起的泄漏事故,造成50%的烏克蘭領土被不同程度地污染,超過20萬人口被疏散并重新安置,1700萬人被直接暴露在核輻射之下,經(jīng)濟損失約達2000億美元。2011年3月11日,日本東北部海域9.0級地震引起的福島第一核電站l~4號機組接連發(fā)生爆炸、控制壓力池破損等重大事故,導致堆芯熔融,放射性物質嚴重擴散,日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省原子能安全和保安院將福島第一核電站核泄漏事故等級定為7級,達到了與切爾諾貝利核電站同樣的等級,屬于最高級,成為日本迄今為止最為嚴重的核電站事故;福島核泄漏事故發(fā)生后,俄羅斯、德國、法國及我國都對在役核電設施的地震安全性進行了評估。1981年6月7日,以色列空軍使用MK-84炸彈摧毀了伊拉克耗時5年、投資達5億美元建造的“塔穆茲1號”核反應堆。2001年9月11日發(fā)生的“9.11”事件中,據(jù)事后分析,被恐怖分子劫持的墜毀于賓夕法尼亞州的客機可能的襲擊目標就是位于賓夕法尼亞州南部三里島的三座核電站。美國核管理委員會在“9.11”事件后15天立即發(fā)布命令,禁止任何飛行器在核設施附近20千米的范圍內飛行,禁飛高度規(guī)定為5500米,并且加強全國104個民用核電站的安全保護工作;法國政府也于10月25日將阿格(LaHague)核反應堆周邊禁飛區(qū)半徑由100米增加至10千米,禁飛高度也增加至1500米,并于26日在核電站周邊部署了“響尾蛇”(Crotale)地對空攔截導彈。2004年8月24日,俄羅斯墜毀的兩架車臣恐怖分子挾持的圖-154和圖-134客機,其原定任務很可能是撞擊位于博恰羅沃的普京總統(tǒng)官邸,以及新沃羅涅日斯基和伏爾加頓斯克兩座核電站。以往對核電站的設計基準威脅只是考慮小規(guī)模的惡意攻擊,對于大型商用客機的蓄意撞擊卻沒有考慮!9·11”事件后,法德兩國專家研究后認為,現(xiàn)在的核電站只能抵御5座小飛機的撞擊,而無法抵御波音和空中客車等大型商用客機的撞擊。為此,美國核管理委員會已提出對于核電站要考慮大型商用飛機蓄意撞擊和制導炸彈襲擊的安全防護問題。
在我國,由于東南沿海地區(qū)的經(jīng)濟飛速發(fā)展對電力的旺盛需求及其水源和氣候的有利條件,使得大部分核電項目選址在東南沿海地區(qū),而這些地區(qū)均臨近環(huán)太平洋地震帶,同時也是我國軍事斗爭的前沿,我國在役的核電項目很有可能遭受到地震、軍事打擊、大型客機撞擊等恐怖襲擊的威脅。
由于核電發(fā)生嚴重事故的后果相當嚴重,核電安全及可靠的保證措施不僅是工程技術方面的問題,而且直接影響到核電建設和使用的部署和規(guī)劃。
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