土木工程系科研沿革
清华大学土木工程系教授 钱稼茹
土木工程这个行业自古以来就在全人类社会发展的过程中占有十分重要的地位。她是老专业，却又青春常在。过去如此，现在如此，今后还将如此。人类离不开她。
―― 张维：“辉煌七十秋――清华大学土木工程系”前言
工程力学研究
自60年代以来，龙驭球先后进行了壳体理论及其应用、变分原理和新型有限元的研究，取得了丰硕的研究成果，获国家科技进步奖1项、部委科技进步奖5项。
1962年，龙驭球创立柱形壳体和折板结构分析的力法理论，比苏联伏拉索夫院士的混合法更为简捷。1962年起受国防研究部门的委托，研究潜艇薄壳发射孔应力集中问题，在国际封锁下，创立薄壳大孔口问题的摄动法和Hankel变换法，突破了卢里耶和萨文方法只能用于小孔口问题的局限性，解决国防设计难题。
1980年创立多区广义变分原理。这是适应有限元分区插值的需要，对传统变分原理加以改造而提出的新型变分原理，包括多区势能原理、多区余能原理和多区混合能量原理。对发展新型有限元有普遍的指导作用。
1986年创立含14个可选参数的广义变分原理，突破了变分原理中不含可选参数的传统作法，扩大了应用范围，使变分原理达到新的理论高度。
1982年创立分区混合有限元。其特点是将结构分为势能区和余能区，分别采用位移元和应力元，为含应力奇点的难题提供高效和新颖的解法，成功地解决了混合型断裂Reissner板弯曲断裂、三维表面裂纹、V型切口和两种材料V型切口等问题。
1984年提出样条有限元。采用样条局部插值新模式，突破了样条总体插值法只能用于规划区域的局限性，构造出18种样条单元。
1987年创立广义协调有限元。在传统的协调元和非协调元之间开辟一条新路，提出“广义协调”新概念，克服了协调元难于构造和性能偏硬的缺点，克服了非协调元不能保证收敛的致命弱点。构造出40多种精度高和收敛可靠的新单元。
1993年提出广义协调平板型壳元。这是一种珠联璧合的新型壳元，一方面采用了含转角自由度的膜元，另一方面采用了广义协调板弯曲元。两种优质单元的强强联合，使新型壳元的性能远远优于传统的壳元。此单元在建筑科学研究院编制的大型软件SATWE中被采用。
1997年提出四边形面积坐标新理论。传统的面积坐标只用于三角形单元，现将它推广应用于四边形单元，不仅发展了面积坐标理论，并为构造四边形单元开辟了一个新途径。成功地构造出采用面积坐标的四边形膜元和板弯曲元。当网格畸变时，其计算精度并不下降，优于采用等参坐标的四边形元。
1999年提出完全不封闭的新型厚板单元。30多年来，厚板单元的剪切封闭问题一直是困扰有限元学术界的一个难题。龙驭球1999年提出剪应变场合插值新方案，为彻底解决剪切锁闭问题找到了出路。在此基础上提出了两类构造厚薄板通用单元的新方案，构造出一系列优质单元，并可推广用于层合板壳问题。
1989年袁驷创立令国内外瞩目的有限元线法，并对这一崭新的半解析方法体系的一系列的创造性的开拓、突破与发展。有限元线法充分利用了当代最新计算技术和软件成果，以高效能的常微分方程求解器为支撑软件，综合了多种经典方法的优点，突破了面向代数方程求解方法的一统天下，开辟了面向常微的半解析法的新领域。
在包括张维、黄克智、崔俊芝几位院士在内的十几位专家的鉴定意见中,该法被认为“在解析与数值结合法这一活跃领域开辟出一条新路，是结构分析的很好的创新”；“居于国际领先地位，在学术上有重大价值和影响，能推动学科的发展，在应用上具有广阔前景。”在95年获宝钢教育奖时，得到包括钱令希、张光斗等院士在内的评选专家们对该法的评价，为“计算机结构领域里的跨世纪的突破”。作为新型而富有特色的半解析法，该法已被收入《中国土木工程大全》，并在《薄壳结构设计计算规程》的新修订版中列为重点推荐的方法之一。
继该法的创立之后，袁驷于92年推出了国内外第一个有限元线法的通用程序软件FML92，随后不断升级，并已先后在大型水泥筒仓、浮顶油罐、冷却塔、高层建筑等多项实际工程设计中得到有效应用，并于94年初率先出版了独著的国内外首部有限元线法的英文专著《The Finite Element Method of Lines ?D Theory and Applications》。
袁驷提出了面向能力培养的结构力学课程新体系和新模块，简称为“一个基础、两座大厦”；并精心研制了与新体系配套的计算机辅助分析软件 ?D?D 《结构力学求解器》，它可以对经典结构力学中的几乎所有问题都能够给出快速和精确的解答，是学生、教师以及工程设计人员的便利的工具。求解器的出现，使结构力学在数字化和信息化方面有所突破，有力地推动和促进了结构力学课程体系的改革。求解器随教材发行，量大面广，辐射全国；近来，求解器的网络远程版也已经研制成功并问世，正在走出世界，并产生越来越广泛的影响。
防护工程研究
60年代初，在当时我国处于国际上被包围并受核威胁的形势下，为发展我国自己的核力量，土木系成立了0304研究组，进行防护工程的研究，这是土木系第一次有组织的集中力量进行科研攻关。当时参加的主要人员有陈肇元、沈聚敏、陈聃、裘宗濂、李少甫、来晋炎等，由党委书记邝守仁和陈聃负责组织领导，这项工作从64年开始，文革中时停时续，始终没有完全停止过，在当时蒋南翔同志组织的全校大科研项目中，被称为第九高地。
70年代初，结合我校200#反应堆的要求，研究设计了防护用的山洞。根据战略要求，73年研究并设计水封油库，78年投入使用，经过20多年的运行，效果很好。70年代中，与海军合作，开始研究高强混凝土防护门，到80年研制成，并投入使用。80年代，又陆续研制成钢包高强混凝土拱型防护门、高强钢管拱型防护门。80年代末，为上海人民广场地下人防工程研究钢管混凝土柱无梁板体系，后来，这种结构体系在地下防护工程中被广泛推广应用。
防护工程研究的主要成就有：在国内最早建立了在试验室条件下从事抗爆结构动力性能试验的装置，并帮助军内协作单位建成系统的大型设备，这个装置包括核爆压力模拟加载器、材料与结构的快速动力加载试验机等，并且自行开发试验用的量测仪器和传感器，为从事试验研究创造了物质条件；研究地下结构的动力分析方法，取得了系统的成果并编制工程设计应用手册；系统地进行各种结构材料、各类构件的动力性能测试并进行理论分析，提出了动力作用下结构和构件的动力设计计算方法；针对重大工程如大型机库、大型高抗力防护门、大型地下防护结构的无梁板体系、北京地铁防护结构等开展研究，使工程设计得到了突破；许多成果被列入国防、人防设计规范。在地方高校中，我校开展的防护工程研究属领先地位。通过这项研究，与各军兵种科研单位建立了紧密的联系，为部队的研究单位培养了技术力量。也为土木系培养了一支研究骨干队伍，壮大了试验物质基础。土木系防护工程的研究成果共获得了10项军队、部委的科技进步奖。
结构工程研究
解放初期，清华土木系基本没有科研；1952年院系调整，主要是学苏进行教学改革。当时土木系教师能较好地接触设计施工的生产实践，原因是旧中国科技落后，设计施工的科技人员非常缺乏，也没有很多经验，所以经常请教师参与校外的咨询或指导活动。1953年，土木系和当时新成立的建研院合作，开展竹筋混凝土和竹结构的研究，吴柳生、江作昭等人都参加了，这是最早开展的系统的研究项目。在此之前，水力学、土力学也有一些研究工作，但院系调整后到水利系去了。
大跃进年代，大搞所谓的科研群众运动，由于不讲科学，多无功而终。但当时也有做得比较好的，如长江三峡升船机的研究，结合国家大剧院做的挑台空间结构的理论与试验研究等。不过这些研究分散，不成系统。
59年至60年代初，张维带领教师和研究生进行双曲壳、扁壳的实验研究和理论分析，我校通用车间的屋盖采用了双曲壳。杨式德等完成了北京地铁隧道衬砌的研究。施士升进行了预应力混凝土结构的研究。
在钢筋混凝土基本构件的受力性能和设计理论、设计方法方面，土木系在60年代初、尤其是在文革后，进行了系统的研究，许多研究成果为国家规范采纳。例如，籍孝广的混凝土板、梁和框架的极限荷载实验研究，是国内最早的混凝土构件极限状态研究；混凝土梁受剪性能的研究成果，修改了50年代由苏联引进的抗剪计算公式，为修订我国规范提供了依据；结合在工程中开始采用的预制板上现浇混凝土叠合层的做法，开展了叠合板的实验研究，提出的计算公式及设计方法沿用了20多年，后来的计算公式也是在这个研究成果的基础上发展起来的；滕智明进行了钢筋与混凝土粘结滑移本构关系的研究；赵光仪完成了连续梁弹塑性内力重分布、抗剪强度设计的研究，等等。
60、70年代，过镇海等进行了加气混凝土构件的研究。70年代初，古国纪等在大量现场实测数据以及理论分析的基础上，提出了厂房空间工作的理论和计算公式。研究成果在78年第一次全国科学技术大会上获奖，为设计规范采用。80年代，来晋炎在国内最早开始研究并推广盒子结构建筑，取得了很好的效益。
在预应力混凝土方面，土木系结合重大工程的需要，70年代初开展了核反应堆预应力混凝土压力容器的研究，80年代初开展了国家科技攻关项目重型水压机框架预应力大梁的研究，都取得了很好的成果。
混凝土受压和受拉应力-应变全曲线，是研究和分析混凝土结构和构件的承载力和变形的主要材性依据。80年代初，土木系王传志、过镇海、张秀琴等研制成用液压千斤顶作为刚性主件的试验装置，在国内率先测定了单调荷载和重复荷载下混凝土受压应力-应变全曲线，建立了全曲线方程。往后，又顺利完成了混凝土偏心受压、中心受拉、偏心受拉和剪切的全过程实验研究，建立了相应的应力-应变全曲线。
