土木工程专业英语路桥方向李嘉主编文档格式.docx

1、年轻工程师也许选择进入环境或卫生工程领域工作, 例如, 在环境问题方面创造的许多机会; 或他们也许选择专门的高速公路工程的建筑公司; 或他们也许喜欢与政府机构当中处理水资源的机构之一共事。的确, 选择很多且多样。当年轻工程师最后开始了真正的实践, 必须要运用到大学中学到的理论知识。最初，他或她可能会被分配到与工程队合作。从而, 他们会得到在职的培训，这个培训将向管理人员证明他们将理论转化为实践的能力。土木工程师可能在研究、设计、施工管理、养护或者甚至销售或管理单位工作。每一个工作领域都涉及不同的职责，不同的着重点以47 / 2 及运用不同的工程理论和经验。研究是科学和工程实践的当中最重要的一个

2、方面。研究员通常作为一个团队的成员与其它科学家和工程师一起合作。他或她经常受雇于政府或企业提供经费的实验室。与土木工程相关的研究领域包括土力学和土壤加固技术, 并且还包括新结构材料的开发和实验。土木工程项目几乎是唯一（独一）的; 就是说，每个工程有它自己的难题和设计特点。所以, 在设计工作开始以前，要仔细的研究每个项目。研究包括勘测工程位置的地形和地基特点。它还包括考虑可能的比选方案, 譬如一个混凝土重力式坝或填土的土石坝。经济因素与在每个可能的比选方案有关，也必须斟酌。今天, 研究通常包括项目的环境影响的考虑。许多工程师, 通常在一起工作组成一个团队，这个团队包括测量员、土力学方面的专家和设

3、计施工方面的专家，来参与制定这些可行性研究。许多土木工程师在设计领域工作,他们中的许多人是这个行业的佼佼者。正如我们所见，土木工程师研究许多不同的结构, 因此工程师专门研究一类结构是通常的做法（一般的惯例）。在建筑设计中, 工程师经常作为建筑或结构公司的顾问。水坝、桥梁、给水系统, 和其它大项目通常；聘用几位系统工程师（总工程师） ，他们的工作是协助负责整个项目。在许多情况下, 也需要（涉及）其它学科的工程师。例如,在水坝项目中, 电子和机械工程师负责发电站及其设备的设计。在其它情况下, 土木工程师被分配到其它领域的项目上工作; 例47 / 3 如,在空间项目中, 需要土木工程师设计和施工诸如

4、发射台和火箭存贮设施这样的结构。在几乎所有土木工程项目中，施工是复杂的过程。它包括项目的进度安排和设备的使用以及材料，以便使得造价尽可能降低。必须考虑安全因素，因为施工很危险。许多土木工程师因此专门研究施工阶段。Much of the work of civil engineers is carried on outdoors,often in rugged and difficult terrain or under dangerous conditions.Surveying is an outdoor occupation ,for example,and dams are often

5、built in wild river valleys or gorges.Bridges,tunnels,and skyscrapers under construction can also be dangerous places to work.In addition,the work must also progress under all kinds of weather conditions.The prospective civil engineer should be aware of the physical demands that will be made on him

6、or her. From:E.J Hall “The Language of Civil Engineering in English”,1984 47 / 4 Lesson 2 Modern Building and Structural （现代建筑与建筑材料） 许多古代修建的大型建筑物现仍存在着，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。它们都是些厚石墙的庞大建筑。这种厚石墙能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

7、型建筑物并非数学和物理知识的结晶。它们都是依据经验和观察而建造起来的，往往是反复试验出来的结果。它们能留存下来的原因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，大部分人民都住在公寓中，这种公寓通常是一排排的有十层高的公寓大楼。其中有许多建造得很差，并且有时会倒塌，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，而且有科学数据供他预先做详细计算。一个现代工程师当他设计一座建筑物时，他要考虑这座建筑物所有组成材料的总重量，这就是所谓的静荷载，即建筑物自身的重量。他还必须考虑动荷载，即在建筑物投入使用时它要承受的人，车辆，设备、机

8、器等等的重量。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，即动荷载将借以作用于结构物的那种力。他还必须确定出安全系数，即附加的承47 / 5 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些。现代工程师还必须了解建筑物所用材料经常承受的各种应力。其中包括压力和拉力这两种相反的力。在压力下，材料被压紧或推拢到一起，在拉力下，材料象一个橡皮筋那样被拉开或拉长。In the Fig.2.1,the top surface is concave,or bent inward,and the material in it is Intension.When a saw cut

9、s easily through a piece of wood,the wood is in tension,but when the saw begins to bind,the wood is in compression because the fibers in it are being pushed tighter. 除了拉力和压力之外，还有一种称为剪力的力在起作用，我们给它下定义为，使材料沿应力线断裂的趋势。剪力可能发生在垂直面上，但它也可能沿着梁的水平轴线中性面作用，中性面上既没有拉力也没有压力。总的说来，有三种力作用于建筑物，垂直的那些向上或向下作用的力，水平的那些侧向作用的

10、力，以及那些使建筑物发生旋转或转动的力。成一个角度作用的力是水平力和垂直力的合力。因为土木工程师设计的建筑物总是力求使它们静止或稳定，因此这些力必须保持平衡。例如，各垂直力必须波此相等。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，那些可能使构筑物发生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47 / 6 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

11、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），或者别的粘结剂粘结在一起。希腊人和罗马人有时还用铁条或铁夹子去加固建筑物。例如，雅典的帕提依神庙的圆柱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，这是用火山灰制成，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

12、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，并且还消除了它所存在的一些问题，如疲劳。疲劳是指在应力连续变化的情况下强度降低的趋势。现代的水泥叫做波特兰水泥，是1824年发明的。是石灰石和粘47 / 7 土的混合物，将它加热，然后磨成粉末。在建筑现场或靠近现场的地方，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

13、混凝土。混凝土的适用性很强，它可以灌注，可以用泵抽送，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埋置进钢筋，就制成钢筋混凝土。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以使它具有所需要的受拉强度。然后，通

14、常采用先张法或后张法对混凝土预加应力。预应力混凝土使特殊形状的建筑物有了发展的可能，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。这种比较新的结构方法的使用正在持续地发展着。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。目前正在试图生产强度更高、耐久性更好、而且重量更轻的混凝47 / 8 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。这种方法有助于使混凝土的重量降低到一定的程度。/ 9 Lesson4 Prestressed Concrete （预应力混凝土） 混凝土的抗压性能强而抗拉性能弱:

15、它的抗拉强度仅仅是它抗压强度的8%-14%不等。鉴于它这么低的抗拉承载力，挠曲裂缝就会出现在在荷载作用的初期。为了减小或阻止这种裂缝的开展，在结构杆件纵向施加一个轴心或偏心的压力。这个力（预应力）通过消除或大大减少在工况荷载下，跨中或支座的控制截面处产生的拉应力，阻止了（该处）裂缝的开展，因此提高了该截面的（抵抗）弯曲，剪切和扭转的承载能力。然后，这个截面（特性）表现为弹性，并且，当所有荷载作用在结构上时，混凝土截面的全部深度（全截面）受压，这样有效的利用了混凝土全部的抗压性能。这样施加的一个纵向力叫做预应力，也就是说，在横（竖）向重力恒载和活载或短暂的水平活载（风，地震）作用之前，给沿结构杆

16、件跨度方向的截面预加的应力，这样一个压缩力。相关的预应力的形式，包括它的大小，主要取决于被修建结构物的形式，杆件跨度，和想要得到的长细比。因为这个预应力是被应用到纵向或者平行于杆件的轴向，所以这个相关的预应力原理被普遍的称为长线预加应力法。用于液体容器箱，管道，和压力反应堆容器的环向预应力结构，本质上遵循着和长线型预应力结构相同的基本原理。环向（预应力）箍筋，或者圆柱或球形结构的”环向”应力，抵消由内部包含物质（产生的）压力所引起的曲线表面外部纤维所引起的拉应力。/ 10 Figure 4.1 illustrates,in a basic fashion,theprestressing act

17、ion in both types of structural systems and the resuling stress response .In a）,individual concrete blocks act together as a beam due to the large compressive pretressing force P.Although it minght appear that the blocks will slip and vertically simulate shear slip failure,in fact they will not beca

18、use of the longitudinal force P.Simiarly,the wooden staves in c） might appear to be capable of separating as a result of the high internal radial pressure exerted on them.But again,because of the compressive prestress imposed by the metal bands as a form of circular prestressing,they will remain in

19、place. 从上述讨论的可知，在预应力（混凝土）结构的杆件中恒久预应力是在全部恒载和活载加载之前产生的，其目的是为了消除或大大减少由这些荷载产生的静拉应力。对于钢筋混凝土结构来说，假定混凝土的抗拉强度是可以忽略的。这是因为由弯矩产生的拉应力被钢筋（和混凝土）产生的黏结力所抵消。因此，在钢筋混凝土结构中，一但杆件在使用荷载下达到它的极限状态时，挠度和裂缝是不可恢复的。在钢筋混凝土构件中的钢筋没有完全发挥它的全部作用，而预应力钢筋正好相反。在预应力构件中的（要求产生）预应力筋给构件积极的产生一个预加荷载，相应的对其挠度和裂缝有一个很高的控制。一但混凝土的挠曲抗拉强度被超越，预应力混凝土构件就会像

20、一个非预应力混凝土构件一样工作。/ 11 在相同的跨度和荷载条件下，预应力构件（截面）的高度比相应的非预应力构件的高度小。总的来说，预应力混凝土构件（截面）高度常常是相应的非预应力构件（截面）高度的6580%。因此，预应力混凝土构件需要较少的混凝土，并且大概是2035%的钢筋（相对于非预应力构件）。不幸的是，在预应力构件中，所需材料重量上的节省是和其所需材料高质量的花费相平衡（抵消）的。同时，还没有考虑（工艺）设备的使用，施加预应力自身导致一个额外的花费：因为预应力构件的几何截面常常由翼缘和薄的腹板组成，所以模板是非常复杂的。尽管这么多附加的花费，如果制造大量的预制混凝土构件，至少在预应力构件

21、和非预应力构件的最初成本是相差不大的。并且，因为需要更少的维护，鉴于对混凝土更高质量的控制所使得结构所获得的一个更长的生命周期，以及对于上部结构其轻质效果积累所产生的更轻的基础的效应，其间接的长期节省是非常实际的。一但钢筋混凝土梁的跨度超过7090英尺（21.327.4m），梁（上）的恒定重量变的非常的大，从而导致更大的构件尺寸，并且因此产生更大的长期挠度和裂缝。因此，对于大跨度结构来说，鉴于拱形结构在施工上昂贵的花费和不好完成并且由于它们长期经受的严重的收缩和徐变，预应力结构被强制使用。例如分段拼装式桥和斜拉桥这种大跨度结构只能通过预应力这种技术被建造。在欧洲，长线预加应力法得到了持续的发展

22、，尤其是在法国，通47 / 12 过Eugene Freyssinet在1926-28年提出的克服预应力损失的天才办法，这种方法是通过使用高强和高韧性钢筋得到的。在1940年，他发明了现在众所周知的和公认的Freyssinet（预应力）体系 。英国的P. W. Abeles 在20世纪30年代到60年代之间发明并且发展了部分预应力（结构）的概念。德国的F. Leonhardt ，俄罗斯的V.Mikhailov和美国的 T. Y. Lin 也对预应力混凝土设计的艺术的科技作出了很大贡献。在这点上， Lin的荷载平衡法尤其值得一提,因为它相当大的简化了设计程序，尤其在连续结构上。这些20世纪的发展

23、导致了预应力在全世界，尤其是在美国的广泛应用。今天，预应力混凝土（结构）被用在建筑，地下地下构造物，电视塔，漂浮存储器和海上结构物，发电站，核反应堆容器和桥梁体系的众多形式上，其中包括分段拼装式桥和斜拉桥。它们展示了预应力概念的通用性和包容性。所有这些结构发展和建设的成功是主要由于材料技术的进步，尤其是预应力钢筋，并且对估计预应力短期和长期损失值的知识的积累。/ 13 Lesson 5 Philosophy of Structural Design （结构设计原理） 一个结构工程项目可分为三个阶段:规划、设计、施工。结构设计包括决定结构最合适的比例以及确定组成结构的构件和细部的具体尺寸。这是一

24、个结构工程项目的最高技术和计算阶段，但是，如果没有工程项目的规划和施工阶段充分配合的话，设计将不能-也不会被实施。一个成功的设计者总是会充分意识到在结构初步设计（规划）中的各种考虑，并且，同样的也会充分意识到在结构后续施工中所要面临的各种问题。专门的，任何结构物的结构设计首先包括荷载以及其他结构所必须承受的设计条件的确立，并且因此，这些条件必须被考虑到设计中。然后需要进行总内力（轴力，剪力，弯矩，和扭矩），应力强度，应变，挠度，和反作用力的分析（或计算），它们是由于荷载，温度，干缩，徐变或其它设计条件所引起的。最后是结构构件以及连接件截面尺寸和材料的确定，使得结构能充分抵抗由上述设计条件所引起

25、的作用效应。用于判断（结构设计）是否非常合适的标准将导致一个由积累的知识（原理，学术领域，模型试验，实践经验），直觉，判断所反映的期望的行为。对于绝大多数土木工程结构来说，例如桥梁和建筑，过去通常的设计方法是基于结构所受荷载或其他设计条件所产生的应力与材料自身的容许应力强度相比较（容许应力法）。这种传统的设计原理叫做弹性设计，因为容许应力强度（值）的选择与材料应力应变的屈47 / 14 服点相一致，而并非超过结构的最高应力点。当然， 当需要考虑由于疲劳，纵向弯曲（平面外失稳），脆性断裂，以及关于结构允许挠度等因素而产生失效的可能性，容许应力值的选择同样要被修正。根据结构的形式和相关条件，对于在

26、假定设计条件下，在实际结构的分析计算模型中所计算出的应力强度可能或者不能与在真实情况中实际结构所产生的应力强度值相一致。它们相一致的程度是不重要的，只要这个计算出的应力强度值能根据先前的经验被解释。（结构的）工作条件和容许应力强度的选择为抵抗（结构）实效提供了安全的富余。这种富余程度大小的选择依赖于关于荷载，分析，设计，材料，和施工的不确定的程度，以及失效的结果。例如，如果对于一个具有33 000 psi屈服强的的结构钢材被用于抵抗20 000 psi 的容许应力强度时，防止张拉屈服的安全系数是33000/20000， 或者 1.65。在容许应力法中，有一个重要的缺陷就是它不能对各种类型的结构

27、以及（结构的）各个部分提供统一的过载能力。结果，今天对于基于结构极限强度和适用性的设计理论有了一个迅速的成长趋势，同时，老的容许应力法作为备用的设计方法来做参考。这个新的设计方法目前在钢筋混凝土规范中叫强度设计（法），在钢结构规范中叫塑性设计（法）。当我们给予基于强度理论一个合适的比例参数（安全系数）时，如果在适当的荷载因素下预期的工况荷载首先增大（1），荷载增大量依赖于荷载的不确定性，在结构生命期中变化的可能性，并且鉴于荷载的组合目的，这个可能性，频率，作用持续时间也是一个特殊组合。/ 15 在钢筋混凝土结构设计的这种方法中，由于材料强度，制作工艺，截面尺寸等一些小的误差引起承载能力折剪系数

28、使得结构构件的理论承载能力降低。根据结构的控制条件，即增长的荷载将（1）引起疲劳，纵向弯曲，或脆性断裂破坏，或者（2）仅仅引起内部一个截面（或者同时几个截面）的屈服，或者（3）引起结构的弹塑性位移，或者（4）引起结构的整体倾覆，所以，结构是要相称的。后一种设计方法的支持者证明这种设计方法是一种更实用的设计方法，因为它能更精确的提供结构超越在预期工作条件下的强度增量。这个改进的结果是由非弹性和非线性效应能够被解释所产生的，这个效应对结构最终工作状况的接近是很有意义的。在最近几十年，在许多杰出的工程师中间，不仅仅是安全系数法的不合适与不切实际，更有甚者，在基于这个设计原理下的结构设计导致大量的工程

29、实例是过于保守的并且因此造成浪费，同时有时还会带来一些具有高失效概率的冒险设计，关于这方面问题的讨论在不断增长的。他们讨论，对于结构的安全与失效来说，没有什么事情是可以确定的，它仅仅是一个概率事件因此，他们觉得应该用统计学的方法来研究荷载效应变量和结构抗力变量并且估计结构安全性与适用性的概率。然而，对于每一个单独的结构设计来说，它又是不实用的。但是，在框定设计规则与规范中，他是实用的。对于建筑条例和技术规程来说明确地阐述这个变量以及它所相应产生的概率来说，这是非常有意义的。/ 16 Lesson7.交通运输系统 在发达国家，交通运输系统由一个形成多年的方式的网组成。这个系统由车辆，导轨，站场设施和控制系统组成，这些部分通过以建立的规程和日程表在天空，在陆地，在水中各自正常运转着。这个系统也要求用户，操作员，和环境的相互作用。现在的运输体系可以反映出与投资和使用有关的多方决定，包括运输业