1、土木工程中的各种业务工程是一种专业，这就是说工程师必须受过专业大学教育，许多政府行政区还有签发执照的程序，要求工科大学毕业生在积极开始他们的事业之前要通过一次考试，就象律师得通过律师资格考试一样。

在大学工科的课程设置中，一直十分重视数学、物理和化学，特别是在头两、三年内。

数学在各种工程分科中都非常重要，所以一向特别强调它。

现在，数学包括统计学课程，这是一门涉及数据或一些资料的搜集、分类和运用的科目。

统计学的一个重要部分是概率论，当存在着可以改变一个问题结果的各种不同的因素或变量时，它将论及可能发生什么情况。

例如，在建设一座桥梁之前，要对预期承受的交通量进行统计研究。

在设计这座桥梁时，必须考虑到各种变量，如作用于基础上的水压，冲力、各种风力的作用，以及许多其它因素。

因为解决这些问题需要进行大量的计算，所以目前计算机程序编制已列入几乎所有工科课程中。

诚然，计算机能比人更快，更精确地解决许多计算问题。

但是，除非赋予它们清楚而精确的指令和信息——换句话说，就是编制良好的程序，否则计算机就毫无用处。

尽管工科的课程设置中特别强调技术科目，当前的倾向还是要求学生学习一些社会科学和语言艺术方面的课程。

工程与社会之间的关系日益密切，因而有充分理由再次提出，工程师所做的工作会在他(她)应当意识到的许多不同而重要的方面影响到社会。

一个工程师还需要足够的驾驭语言的能力，能写出条理清楚并在许多情况下具有说服力的报告。

从事科研的工程师需要能够将他或她的科研成果写成文章提供给科学刊物。

最后两年的工科教学计划包括学生所学专业范围内的课程。

对准备成为土木工程师的学生来说，这种专业课程可涉及到如大地测量、土力学或水力学等这类科目。

现行的招聘工程师的工作往往在大学最后一年之前就开始进行。

近年来，许多公司和政府机构竞相争取录用工程师。

在当今这个注重科学的社会中，当然是需要受过技术训练的人才。

例如，年轻的工程师们可选择参加环境工程或卫生工程工作，在这个领域中环境事业提供了许多就业的机会。

或者他们可以选择专门从事公路工程的工程公司，或者他们可能更愿意到与水资源有关的政府机构中工作。

确实，选择的机会是广泛的，多样的。

当年轻的工程师终于开始实际业务工作时，就必须能应用从大学里学来的理论知识。

他(她)在开始时可能被派去和一个工程师小组一道工作。

这样，就能获得实际工作的训练，使主管人了解他(她)将理论应用于实践的能力。

土木工程师可从事科研、设计、施工管理、维修等工作，甚至可以从事销售或经营管理。

这些领域内的每种工作，都有不同的职责、不同的重点，并且工程人员的知识和经验也有不同的用途。

科研是科学和工程实践中最重要的一个方面，科研工作者通常是科学家和工程师小组的成员之一。

他(她)往往在一个由政府或工业企业资助的实验室里工作。

与土木工程有关的科研领域包括土力学、土壤稳定技术、以及新型建筑材料的研制和试验。

土木工程项目几乎都有其独特性，即各有其特有的问题及设计特点。

所以，甚至设计还没有开始就要对每项工程进行仔细的研究。

这种研究包括对拟建场地的地形和地下土质特征进行勘测。

还包括考虑各种选择方案，例如，选用混凝土重力坝还是填土坝。

对每种可能方案的经济因素也要权衡。

现在，研究工作通常还包括考虑工程项目对环境的影响。

这些可行性研究要由许多工程师来完成。

他们往往是组成一个小组一道工作，其中有测量员、土力学专家、以及设计和施工方面的专家。

许多土木工程师从事设计工作，其中有些是这个领域中的杰出人才。

正如我们所看到的，土木工程师们要承担许多不同种类构筑物的工作，所以一般情况是一个工程师只擅长某一种构筑物。

在设计建筑时，工程师往往被聘作建筑公司或工程公司的顾问。

水坝、桥梁、给水系统和其它大型工程，一般都招聘几位工程师；由一位负责整个工程的系统工程师来协调他们的工作。

在许多情况下，还需要其它专业的工程师。

例如，在一项水坝工程中，电力工程师和机械工程师就要承担发电站及其设备的设计工作。

在另外一些情况下，土木工程师也被派去参与其它领域中的工程，例如，在航天工程规划中，就需要土木工程师设计和建筑发射台、导弹库这类构筑物。

对几乎所有的工程项目来说，施工都是一个复杂的过程。

它涉及到安排进度、使用设备和材料，以求尽可能地降低成本。

因为施工有可能非常危险，因此还必须考虑安全因素。

因此，有许多土木工程师专门从事施工阶段的工作。

2、现代建筑与建筑材料许多古代修建的大型建筑物现仍然存在，而且仍在使用。

其中有罗马的万神庙和大圆形竞技场，伊斯坦布尔的圣索非亚教堂，法国和英国的哥特式教堂，和带有巨大的穹窿顶的文艺复兴式教堂，象佛罗伦萨的大教堂和罗马的圣彼得大教堂。

这些庞大建筑利用厚石墙抵抗建筑物本身巨大重量所形成的推力。

推力是建筑物各部分作用于其它部分的压力。

这些大型建筑物并非数学和物理知识的结晶，而是依据经验和观察而建造起来的，往往是反复试验的结果。

它们所以能留存下来的理由之一是因为它们建造得强度很大——多数情况下超出所需要的强度。

可是古代的工程师也失败过。

例如在罗马，大部分人都住在公寓中，这种公寓通常是一排排的有十层高的出租大楼。

其中有许多建造得很简陋，有时会倒塌，使许多人丧生。

但是，现在的工程师具备许多有利条件，不仅有经验资料，而且可以利用科学数据预先进行详细计算。

当一个现代工程师设计一座建筑物时，他要考虑其所有组成材料的总重量，这就是静载，即建筑物自身的重量。

他还必须考虑活载，即在建筑物使用过程中要承受的人，车辆，家具、机器等的重量。

对于象桥梁这种需要承担高速汽车交通的构筑物，他必须考虑到冲力，即活载将借以作用于结构物的那种力。

他还必须确定安全系数，即附加的承载能力，以使建筑物的承载能力比上述三个因素结合起来还要强。

现代工程师还必须了解建筑物所用材料要承受的各种应力，其中包括压力和拉力这两种相反的力。

受压时，材料被压紧或推拢到一起，受拉力时，材料象一个橡皮筋那样被拉开或拉长。

除了拉力和压力之外，还有一种起作用的力，称为剪力，定义为：使材料沿应力线断裂的趋势。

剪力可能发生在垂直面上，但也可能沿着梁的水平中心线，中和面，作用，中和面上既没有拉力也没有压力。

总的说来，有三种力能作用于结构，垂直的——那些向上或向下作用的力，水平的——那些侧向作用的力，以及那些以一种旋转或转动的运动作用的力。

成一个角度作用的力是水平力和垂直力的合力。

因为规定土木工程师设计的结构是静止或稳定的，因此这些力必须保持平衡。

例如，各垂直力必须彼此相等。

假如一个梁支承上面的一个荷载，梁本身必须有足够的强度去抗衡这个重量。

水平力也必须彼此相等，才能不出现过多的向右或向左的推力。

并且，那些可能推动构筑物转动的力必须由向反方向推动的力去抵销。

现代最引人注目的工程事故之一——1940 年塔科马海峡大桥的倒塌，就是由于没有非常仔细地考虑这些因素中的最后一个因素。

在一场暴风雨中，当每小时高达65公里的强劲狂风冲击这座桥时，狂风引起了沿着桥面方向的波动；同时还产生了一种使路面塌落的横向运动。

幸亏工程师们从错误中汲取了教训，所以现在的通常做法是将按比例缩小的桥梁模型放在风洞中检验它们的空气动力学抵抗力。

早期的主要建筑材料是木材和圬工材料——砖、石、或瓦，以及类似材料。

砖行或砖层之间，用灰浆或沥青(一种象焦油的物质)，或者一些其它粘结剂粘结在一起。

希腊人和罗马人有时还用铁条或铁夹子加固建筑物。

例如，雅典的帕提依神庙的柱子上就有原来安装铁棍的钻孔，现在铁棍已经锈蚀竟尽。

罗马人还使用一种叫白榴火山灰的天然水泥，用火山灰制成，在水中能变得和石头一样坚硬。

近代的两种最重要的建筑材料，钢材和水泥，都是十九世纪才采用的。

直到那时为止，钢(基本上是铁和少量碳的合金)一直是要经过很复杂的工艺过程才能制成的，这就使钢只限于用在制剑刃这类特殊的用途上。

1856 年发明贝色麦法以后，人们才能以低价大量地使用钢。

钢的极大优点是它的抗拉强度，即：在特定程度拉力——就象我们已经知道的那种会把许多种材料拉断的力——的作用下，它的强度不会降低。

新的合金进一步增强了钢的强度，并且消除了它所存在的一些问题，如疲劳。

疲劳是一种削弱它的强度的趋向，是连续改变应力的结果。

现代的水泥叫做波特兰水泥，是1824年发明的。

它是石灰石和粘土的混合物，将它加热，然后磨成粉末。

在建筑现场或附近，将它掺上砂子、骨料(小石子、碎石或砾石)和水，就制成混凝土。

不同的配料比例能制成不同强度和重量的混凝土。

混凝土的适用性很强，它可以灌注，泵送，甚至可喷注成各种各样的形状。

而且，钢有很大的抗拉强度，混凝土却有很大的抗压强度。

因而，这两种材料可以互相补充。

它们还可以在其它方面互相补充：它们具有几乎相同的收缩率和膨胀率。

因而它们可以在同时存在着压力与拉力两种因素的情况下共同起作用。

在受拉的混凝土梁或结构中把钢筋埋置进混凝土，就制成钢筋混凝土。

混凝土和钢还形成一种很强的粘结力——一种将它们连结起来的力——使钢筋不能在混凝土中滑动。

还有另一个优点就是钢在混凝土中不锈蚀。

酸会腐蚀钢，而混凝土却具有与酸相反的碱性化学反应。

预应力混凝土是钢筋混凝土的一种改进形式。

钢筋被弯成各种形状，使它具有所需要的受拉强度。

然后，通常用先张或后张法对混凝土预加应力。

预应力混凝土使我们有可能修建特殊形状的建筑物，象某些现代的体育馆，他们的大空间没有任何挡住视线的支承物。

这种新型结构方法的使用不断涌现。

当前的趋向是发展轻质材料。

例如，铝的重量比钢轻得多，但是却有许多与之相同的性能。

铝梁巳被用于桥梁结构和一些建筑物的框架。

目前仍在尝试生产强度更高、耐久性更好、而且重量更轻的混凝土。

有一种用聚合物(塑料中用的长链化合物)作为部分配料的方法，有助于使混凝土的重量降低到一定的程度。

3、预应力混凝土混凝土抗压能力强，但抗拉能力很弱，抗拉强度仅为抗压强度的8%～14%。

由于抗拉能力低，挠曲裂缝在受荷早期就会产生。

为了减小或防止裂缝的开展，可以沿结构构件的纵向施加一个轴心或偏心荷载，此荷载可消除或大大减小使用荷载在跨中和支座临界截面所产生的拉应力，从而控制了裂缝的开展，也提高了截面的抗弯、抗剪和抗扭能力。

这样，当所有荷载都施加于结构上时，截面仍会处于弹性状态，使几乎全截面混凝土的抗压能力都能得到充分利用。

这种沿纵向施加的力称为预应力，即在结构受到横向自重恒载、活载或瞬时水平活载之前，沿结构构件跨度方向在截面上施加的预压力。

预应力的形式和大小，主要取决于拟建结构体系类型及需要的跨度和长细比。

由于预应力是沿构件的纵向或平行于构件的轴线施加的，因此这种施加预应力的方法通常称为线预应力法。

环预应力应用于密闭液体容器、管道和反应堆堆芯压力容器，其基本原理实质上和线预应力相同。

在柱形或球形结构上，由环形箍筋所产生的“套箍”应力，可以平衡由内部密闭压力在曲线形表面纤维上所产生的拉应力。