土木工程專業(yè)英語(路橋方向)李嘉主編.doc

Lesson 1 土木工程中的各種業(yè)務(wù)土木工程是一個(gè)意味著工程師必須要經(jīng)過專門的大學(xué)教育的職業(yè)。許多政府管轄部門還有（一套）認(rèn)證程序，這一程序要求工科畢業(yè)生在他們能積極地開始（從事）他們的事業(yè)之前，通過（認(rèn)證）考試, 這種考試類似于律師職業(yè)里的律師考試一樣。 大學(xué)里, 工科課程中著重強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)、物理, 和化學(xué),尤其在開始的二到三年。在工科所有分支中，數(shù)學(xué)非常重要, 因此它被著重地強(qiáng)調(diào)。今天, 數(shù)學(xué)包括統(tǒng)計(jì)學(xué)中的課程主要涉及集合, 分類, 和使用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù), 或信息。統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)的一個(gè)重要方面是概率, 它涉及當(dāng)有改變問題的結(jié)果的不同的因素, 或變量時(shí)，可能會(huì)發(fā)生什么。例如，在承擔(dān)橋梁的建設(shè)之前, 運(yùn)用統(tǒng)計(jì)研究來預(yù)計(jì)未來橋梁期望承受的交通量. 在橋梁的設(shè)計(jì)中，(各種)變量如作用在基礎(chǔ)上的水壓, 碰撞, 不同的風(fēng)力的作用, 以及許多其它因素必須考慮。 由于在解決這些問題涉及大量的計(jì)算, 現(xiàn)在幾乎所有工科課程中都包括計(jì)算機(jī)編程。當(dāng)然,計(jì)算機(jī)能比人類以更快的速度和準(zhǔn)確性解決許多問題。但如果不給計(jì)算機(jī)清楚和準(zhǔn)確指令和信息，換句話說，一個(gè)好程序，它也是無用的。 雖然，在工科課程中，對(duì)技術(shù)科目著重強(qiáng)調(diào)，但當(dāng)前的趨勢(shì)還是要求學(xué)生學(xué)習(xí)社會(huì)科學(xué)和語言藝術(shù)的課程。工程和社會(huì)間的關(guān)系變得更加緊密; 因此,再一次充分說明, 工程師負(fù)責(zé)（承擔(dān)）的工程在許多不同和重要的方面影響社會(huì),這些方面是他們所知道的。并且，工程師需要一種很肯定（自信）語言表達(dá)方式來準(zhǔn)備報(bào)告，這個(gè)報(bào)告要清楚明了，且在多數(shù)情況下, 是令人信服的。參與研究的工程師要能為科學(xué)出版物詳細(xì)描述他們的發(fā)現(xiàn)。 最后兩年的工科課程計(jì)劃包括學(xué)生專業(yè)領(lǐng)域的學(xué)科。為準(zhǔn)備使學(xué)生成為一名土木工程師, 這些專業(yè)課程可能會(huì)涉及諸如大地測(cè)量、土力學(xué)，或水力學(xué)。 學(xué)生在大學(xué)中的最后一年前常常就開始了頻繁的工程師招聘。近年來，許多不同的公司和政府機(jī)構(gòu)為爭(zhēng)奪工程師而競(jìng)爭(zhēng)。在今天這個(gè)重視科學(xué)技術(shù)的社會(huì)，受過技術(shù)訓(xùn)練的人當(dāng)然是受歡迎的。年輕工程師也許選擇進(jìn)入環(huán)境或衛(wèi)生工程領(lǐng)域工作, 例如, 在環(huán)境問題方面創(chuàng)造的許多機(jī)會(huì); 或他們也許選擇專門的高速公路工程的建筑公司; 或他們也許喜歡與政府機(jī)構(gòu)當(dāng)中處理水資源的機(jī)構(gòu)之一共事。的確, 選擇很多且多樣。 當(dāng)年輕工程師最后開始了真正的實(shí)踐, 必須要運(yùn)用到大學(xué)中學(xué)到的理論知識(shí)。最初，他或她可能會(huì)被分配到與工程隊(duì)合作。從而, 他們會(huì)得到在職的培訓(xùn)，這個(gè)培訓(xùn)將向管理人員證明他們將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的能力。 土木工程師可能在研究、設(shè)計(jì)、施工管理、養(yǎng)護(hù)或者甚至銷售或管理單位工作。每一個(gè)工作領(lǐng)域都涉及不同的職責(zé)，不同的著重點(diǎn)以及運(yùn)用不同的工程理論和經(jīng)驗(yàn)。 研究是科學(xué)和工程實(shí)踐的當(dāng)中最重要的一個(gè)方面。研究員通常作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)的成員與其它科學(xué)家和工程師一起合作。他或她經(jīng)常受雇于政府或企業(yè)提供經(jīng)費(fèi)的實(shí)驗(yàn)室。與土木工程相關(guān)的研究領(lǐng)域包括土力學(xué)和土壤加固技術(shù), 并且還包括新結(jié)構(gòu)材料的開發(fā)和實(shí)驗(yàn)。 土木工程項(xiàng)目幾乎是唯一（獨(dú)一）的; 就是說，每個(gè)工程有它自己的難題和設(shè)計(jì)特點(diǎn)。所以, 在設(shè)計(jì)工作開始以前，要仔細(xì)的研究每個(gè)項(xiàng)目。研究包括勘測(cè)工程位置的地形和地基特點(diǎn)。它還包括考慮可能的比選方案, 譬如一個(gè)混凝土重力式壩或填土的土石壩。經(jīng)濟(jì)因素與在每個(gè)可能的比選方案有關(guān)，也必須斟酌。今天, 研究通常包括項(xiàng)目的環(huán)境影響的考慮。許多工程師, 通常在一起工作組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，這個(gè)團(tuán)隊(duì)包括測(cè)量員、土力學(xué)方面的專家和設(shè)計(jì)施工方面的專家，來參與制定這些可行性研究。 許多土木工程師在設(shè)計(jì)領(lǐng)域工作,他們中的許多人是這個(gè)行業(yè)的佼佼者。正如我們所見，土木工程師研究許多不同的結(jié)構(gòu), 因此工程師專門研究一類結(jié)構(gòu)是通常的做法（一般的慣例）。在建筑設(shè)計(jì)中, 工程師經(jīng)常作為建筑或結(jié)構(gòu)公司的顧問。水壩、橋梁、給水系統(tǒng), 和其它大項(xiàng)目通常；聘用幾位系統(tǒng)工程師（總工程師） ，他們的工作是協(xié)助負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目。在許多情況下, 也需要（涉及）其它學(xué)科的工程師。例如,在水壩項(xiàng)目中, 電子和機(jī)械工程師負(fù)責(zé)發(fā)電站及其設(shè)備的設(shè)計(jì)。在其它情況下, 土木工程師被分配到其它領(lǐng)域的項(xiàng)目上工作; 例如,在空間項(xiàng)目中, 需要土木工程師設(shè)計(jì)和施工諸如發(fā)射臺(tái)和火箭存貯設(shè)施這樣的結(jié)構(gòu)。 在幾乎所有土木工程項(xiàng)目中，施工是復(fù)雜的過程。它包括項(xiàng)目的進(jìn)度安排和設(shè)備的使用以及材料，以便使得造價(jià)盡可能降低。必須考慮安全因素，因?yàn)槭┕ず芪ｋU(xiǎn)。許多土木工程師因此專門研究施工階段。Lesson2ModernBuildingandStructural(現(xiàn)代建筑與建筑材料)許多古代修建的大型建筑物現(xiàn)仍存在著，而且仍在使用。其中有羅馬的萬神廟和大圓形競(jìng)技場(chǎng)，伊斯坦布爾的圣索非亞教堂，法國和英國的哥特式教堂，和帶有巨大的穹窿頂?shù)奈乃噺?fù)興式教堂，象佛羅倫薩的大教堂和羅馬的圣彼得大教堂。它們都是些厚石墻的龐大建筑。這種厚石墻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壓力。這些大型建筑物并非數(shù)學(xué)和物理知識(shí)的結(jié)晶。它們都是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和觀察而建造起來的，往往是反復(fù)試驗(yàn)出來的結(jié)果。它們能留存下來的原因之一是因?yàn)樗鼈兘ㄔ斓脧?qiáng)度很大多數(shù)情況下超出所需要的強(qiáng)度?？墒枪糯墓こ處熞彩∵^。例如在羅馬，大部分人民都住在公寓中，這種公寓通常是一排排的有十層高的公寓大樓。其中有許多建造得很差，并且有時(shí)會(huì)倒塌，使許多人喪生。但是，現(xiàn)在的工程師具備許多有利條件，不僅有經(jīng)驗(yàn)資料，而且有科學(xué)數(shù)據(jù)供他預(yù)先做詳細(xì)計(jì)算。一個(gè)現(xiàn)代工程師當(dāng)他設(shè)計(jì)一座建筑物時(shí)，他要考慮這座建筑物所有組成材料的總重量，這就是所謂的靜荷載，即建筑物自身的重量。他還必須考慮動(dòng)荷載，即在建筑物投入使用時(shí)它要承受的人，車輛，設(shè)備、機(jī)器等等的重量。對(duì)于象橋梁這種需要承擔(dān)高速汽車交通的構(gòu)筑物，他必須考慮到?jīng)_力，即動(dòng)荷載將借以作用于結(jié)構(gòu)物的那種力。他還必須確定出安全系數(shù)，即附加的承載能力，以使建筑物的承載能力比上述三個(gè)因素結(jié)合起來還要強(qiáng)些?，F(xiàn)代工程師還必須了解建筑物所用材料經(jīng)常承受的各種應(yīng)力。其中包括壓力和拉力這兩種相反的力。在壓力下，材料被壓緊或推攏到一起，在拉力下，材料象一個(gè)橡皮筋那樣被拉開或拉長。IntheFig.2.1,thetopsurfaceisconcave,orbentinward,andthematerialinitisIntension.Whenasawcutseasilythroughapieceofwood,thewoodisintension,butwhenthesawbeginstobind,thewoodisincompressionbecausethefibersinitarebeingpushedtighter.除了拉力和壓力之外，還有一種稱為剪力的力在起作用，我們給它下定義為，使材料沿應(yīng)力線斷裂的趨勢(shì)。剪力可能發(fā)生在垂直面上，但它也可能沿著梁的水平軸線中性面作用，中性面上既沒有拉力也沒有壓力?？偟恼f來，有三種力作用于建筑物，垂直的那些向上或向下作用的力，水平的那些側(cè)向作用的力，以及那些使建筑物發(fā)生旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)的力。成一個(gè)角度作用的力是水平力和垂直力的合力。因?yàn)橥聊竟こ處熢O(shè)計(jì)的建筑物總是力求使它們靜止或穩(wěn)定，因此這些力必須保持平衡。例如，各垂直力必須波此相等。假如一個(gè)梁支承上面的一個(gè)荷載，梁本身必須有足夠的強(qiáng)度去抗衡這個(gè)重量。水平力也必須彼此相等，才能不出現(xiàn)過多的向右或向左的推力。并且，那些可能使構(gòu)筑物發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力必須由向反方向推動(dòng)的力去抵銷?，F(xiàn)代最引人注目的工程事故之一1940年塔科馬海峽大橋的倒塌，就是由于沒有非常仔細(xì)地考慮這些因素中的最后一個(gè)因素。在一場(chǎng)暴風(fēng)雨中，當(dāng)每小時(shí)高達(dá)65公里的強(qiáng)勁狂風(fēng)沖擊這座橋時(shí)，狂風(fēng)引起了沿著橋面方向的波動(dòng)；同時(shí)還產(chǎn)生了一種使路面塌落的橫向運(yùn)動(dòng)。幸虧工程師們從錯(cuò)誤中汲取了教訓(xùn)，所以現(xiàn)在的通常做法是將按比例縮小的橋梁模型放在風(fēng)洞中檢驗(yàn)它們的空氣動(dòng)力學(xué)抵抗力。 早期的主要建筑材料是木材和圬工材料磚，石、或瓦，以及類似材料。磚行或磚層之間，用灰漿或?yàn)r青(一種象焦油的物質(zhì))，或者別的粘結(jié)劑粘結(jié)在一起。希臘人和羅馬人有時(shí)還用鐵條或鐵夾子去加固建筑物。例如，雅典的帕提依神廟的圓柱上就有原來安裝鐵棍的鉆孔，現(xiàn)在鐵棍已經(jīng)銹蝕竟盡。羅馬人還使用一種叫白榴火山灰的天然水泥，這是用火山灰制成，在水中能變得和石頭一樣堅(jiān)硬。 近代的兩種最重要的建筑材料，鋼材和水泥，都是十九世紀(jì)才采用的。直到那時(shí)為止，鋼(基本上是鐵和少量碳的合金)一直是要經(jīng)過很復(fù)雜的工藝過程才能制成的，這就使鋼只限于用在制劍刃這類特殊的用途上 。1856年發(fā)明貝色麥法以后，人們才能以低價(jià)大量地使用鋼。鋼的極大優(yōu)點(diǎn)是它的抗拉強(qiáng)度，即：在特定程度拉力就象我們已經(jīng)知道的那種會(huì)把許多種材料拉斷的力的作用下，它的強(qiáng)度不會(huì)降低。新的合金進(jìn)一步增強(qiáng)了鋼的強(qiáng)度，并且還消除了它所存在的一些問題，如疲勞。疲勞是指在應(yīng)力連續(xù)變化的情況下強(qiáng)度降低的趨勢(shì)。 現(xiàn)代的水泥叫做波特蘭水泥，是1824年發(fā)明的。是石灰石和粘土的混合物，將它加熱，然后磨成粉末。在建筑現(xiàn)場(chǎng)或靠近現(xiàn)場(chǎng)的地方，將它摻上砂子、骨料(小石子、碎石或礫石)和水，就制成混凝土。不同的配料比例能制成不同強(qiáng)度和重量的混凝土?；炷恋倪m用性很強(qiáng)，它可以灌注，可以用泵抽送，甚至可噴注成各種各樣的形狀。而且，鋼有很大的抗拉強(qiáng)度，混凝土卻有很大的抗壓強(qiáng)度。因而，這兩種材料可以互相補(bǔ)充。 它們還可以在其它方面互相補(bǔ)充：它們具有幾乎相同的收縮率和膨脹率。因而它們可以在同時(shí)存在著壓與拉力兩種因素的情況下共同起作用。在受拉的混凝土梁或結(jié)構(gòu)中埋置進(jìn)鋼筋，就制成鋼筋混凝土。凝土和鋼還形成一種很強(qiáng)的粘結(jié)力一種將它們連結(jié)起來的力使鋼不能在混凝土中滑動(dòng)。還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是鋼在混凝土中不銹蝕。酸會(huì)腐蝕鋼，而混凝土卻具有與酸相反的堿性化學(xué)反應(yīng)。 預(yù)應(yīng)力混凝土是鋼筋混凝土的一種改進(jìn)形式。鋼筋被彎成各種形狀以使它具有所需要的受拉強(qiáng)度。然后，通常采用先張法或后張法對(duì)混凝土預(yù)加應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力混凝土使特殊形狀的建筑物有了發(fā)展的可能，象某些現(xiàn)代的體育館，他們的大空間沒有任何擋住視線的支承物。這種比較新的結(jié)構(gòu)方法的使用正在持續(xù)地發(fā)展著。 當(dāng)前的趨向是發(fā)展輕質(zhì)材料。例如，鋁的重量比鋼輕得多，但是卻有許多與之相同的性能。鋁梁巳被用于橋梁結(jié)構(gòu)和一些建筑物的框架。 目前正在試圖生產(chǎn)強(qiáng)度更高、耐久性更好、而且重量更輕的混凝土。有一種用聚合物(塑料中用的長鏈化合物)作為部分配料的方法。這種方法有助于使混凝土的重量降低到一定的程度。Lesson4 預(yù)應(yīng)力混凝土 混凝土的抗壓性能強(qiáng)而抗拉性能弱:它的抗拉強(qiáng)度僅僅是它抗壓強(qiáng)度的8%-14%不等。鑒于它這么低的抗拉承載力，撓曲裂縫就會(huì)出現(xiàn)在在荷載作用的初期。為了減小或阻止這種裂縫的開展，在結(jié)構(gòu)桿件縱向施加一個(gè)軸心或偏心的壓力。這個(gè)力(預(yù)應(yīng)力)通過消除或大大減少在工況荷載下，跨中或支座的控制截面處產(chǎn)生的拉應(yīng)力，阻止了(該處)裂縫的開展，因此提高了該截面的(抵抗)彎曲，剪切和扭轉(zhuǎn)的承載能力。然后，這個(gè)截面(特性)表現(xiàn)為彈性，并且，當(dāng)所有荷載作用在結(jié)構(gòu)上時(shí)，混凝土截面的全部深度(全截面)受壓，這樣有效的利用了混凝土全部的抗壓性能。 這樣施加的一個(gè)縱向力叫做預(yù)應(yīng)力，也就是說，在橫(豎)向重力恒載和活載或短暫的水平活載(風(fēng)，地震)作用之前，給沿結(jié)構(gòu)桿件跨度方向的截面預(yù)加的應(yīng)力，這樣一個(gè)壓縮力。相關(guān)的預(yù)應(yīng)力的形式，包括它的大小，主要取決于被修建結(jié)構(gòu)物的形式，桿件跨度，和想要得到的長細(xì)比。因?yàn)檫@個(gè)預(yù)應(yīng)力是被應(yīng)用到縱向或者平行于桿件的軸向，所以這個(gè)相關(guān)的預(yù)應(yīng)力原理被普遍的稱為長線預(yù)加應(yīng)力法。 用于液體容器箱，管道，和壓力反應(yīng)堆容器的環(huán)向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，本質(zhì)上遵循著和長線型預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相同的基本原理。環(huán)向(預(yù)應(yīng)力)箍筋，或者圓柱或球形結(jié)構(gòu)的”環(huán)向”應(yīng)力，抵消由內(nèi)部包含物質(zhì)(產(chǎn)生的)壓力所引起的曲線表面外部纖維所引起的拉應(yīng)力。 Figure 4.1 illustrates,in a basic fashion,theprestressing action 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 because 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 place. 從上述討論的可知，在預(yù)應(yīng)力(混凝土)結(jié)構(gòu)的桿件中恒久預(yù)應(yīng)力是在全部恒載和活載加載之前產(chǎn)生的，其目的是為了消除或大大減少由這些荷載產(chǎn)生的靜拉應(yīng)力。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來說，假定混凝土的抗拉強(qiáng)度是可以忽略的。這是因?yàn)橛蓮澗禺a(chǎn)生的拉應(yīng)力被鋼筋(和混凝土)產(chǎn)生的黏結(jié)力所抵消。因此，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，一但桿件在使用荷載下達(dá)到它的極限狀態(tài)時(shí)，撓度和裂縫是不可恢復(fù)的。 在鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋沒有完全發(fā)揮它的全部作用，而預(yù)應(yīng)力鋼筋正好相反。在預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中的（要求產(chǎn)生）預(yù)應(yīng)力筋給構(gòu)件積極的產(chǎn)生一個(gè)預(yù)加荷載，相應(yīng)的對(duì)其撓度和裂縫有一個(gè)很高的控制。一但混凝土的撓曲抗拉強(qiáng)度被超越，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件就會(huì)像一個(gè)非預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件一樣工作。 在相同的跨度和荷載條件下，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件（截面）的高度比相應(yīng)的非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的高度小?？偟膩碚f，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件（截面）高度常常是相應(yīng)的非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件（截面）高度的6580%。因此，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件需要較少的混凝土，并且大概是2035%的鋼筋（相對(duì)于非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件）。不幸的是，在預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中，所需材料重量上的節(jié)省是和其所需材料高質(zhì)量的花費(fèi)相平衡（抵消）的。同時(shí)，還沒有考慮（工藝）設(shè)備的使用，施加預(yù)應(yīng)力自身導(dǎo)致一個(gè)額外的花費(fèi)：因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力構(gòu)件的幾何截面常常由翼緣和薄的腹板組成，所以模板是非常復(fù)雜的。 盡管這么多附加的花費(fèi)，如果制造大量的預(yù)制混凝土構(gòu)件，至少在預(yù)應(yīng)力構(gòu)件和非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的最初成本是相差不大的。并且，因?yàn)樾枰俚木S護(hù)，鑒于對(duì)混凝土更高質(zhì)量的控制所使得結(jié)構(gòu)所獲得的一個(gè)更長的生命周期，以及對(duì)于上部結(jié)構(gòu)其輕質(zhì)效果積累所產(chǎn)生的更輕的基礎(chǔ)的效應(yīng)，其間接的長期節(jié)省是非常實(shí)際的。 一旦鋼筋混凝土梁的跨度超過7090英尺（21.327.4m），梁（上）的恒定重量變的非常的大，從而導(dǎo)致更大的構(gòu)件尺寸，并且因此產(chǎn)生更大的長期撓度和裂縫。因此，對(duì)于大跨度結(jié)構(gòu)來說，鑒于拱形結(jié)構(gòu)在施工上昂貴的花費(fèi)和不好完成并且由于它們長期經(jīng)受的嚴(yán)重的收縮和徐變，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)被強(qiáng)制使用。例如分段拼裝式橋和斜拉橋這種大跨度結(jié)構(gòu)只能通過預(yù)應(yīng)力這種技術(shù)被建造。 在歐洲，長線預(yù)加應(yīng)力法得到了持續(xù)的發(fā)展，尤其是在法國，通過Eugene Freyssinet在1926-28年提出的克服預(yù)應(yīng)力損失的天才辦法，這種方法是通過使用高強(qiáng)和高韌性鋼筋得到的。在1940年，他發(fā)明了現(xiàn)在眾所周知的和公認(rèn)的Freyssinet(預(yù)應(yīng)力)體系 。 英國的P. W. Abeles 在20世紀(jì)30到60年代發(fā)明并且發(fā)展了部分預(yù)應(yīng)力(結(jié)構(gòu))的概念。德國的F. Leonhardt ，俄羅斯的V.Mikhailov和美國的 T. Y. Lin 也對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)的藝術(shù)的科技作出了很大貢獻(xiàn)。在這點(diǎn)上， Lin的荷載平衡法尤其值得一提,因?yàn)樗喈?dāng)大的簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)程序，尤其在連續(xù)結(jié)構(gòu)上。這些20世紀(jì)的發(fā)展導(dǎo)致了預(yù)應(yīng)力在全世界，尤其是在美國的廣泛應(yīng)用。 今天，預(yù)應(yīng)力混凝土(結(jié)構(gòu))被用在建筑，地下構(gòu)造物，電視塔，漂浮存儲(chǔ)器和海上結(jié)構(gòu)物，發(fā)電站，核反應(yīng)堆容器和橋梁體系的眾多形式上，其中包括分段拼裝式橋和斜拉橋。它們展示了預(yù)應(yīng)力概念的通用性和包容性。所有這些結(jié)構(gòu)發(fā)展和建設(shè)的成功是主要由于材料技術(shù)的進(jìn)步，尤其是預(yù)應(yīng)力鋼筋，并且對(duì)估計(jì)預(yù)應(yīng)力短期和長期損失值的知識(shí)的積累.Lesson5PhilosophyofStructuralDesign(結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理)一個(gè)結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目可分為三個(gè)階段:規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括決定結(jié)構(gòu)最合適的比例以及確定組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和細(xì)部的具體尺寸。這是一個(gè)結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目的最高技術(shù)和計(jì)算階段，但是，如果沒有工程項(xiàng)目的規(guī)劃和施工階段充分配合的話，設(shè)計(jì)將不能-也不會(huì)被實(shí)施。一個(gè)成功的設(shè)計(jì)者總是會(huì)充分意識(shí)到在結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)(規(guī)劃)中的各種考慮，并且，同樣的也會(huì)充分意識(shí)到在結(jié)構(gòu)后續(xù)施工中所要面臨的各種問題。專門的，任何結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先包括荷載以及其他結(jié)構(gòu)所必須承受的設(shè)計(jì)條件的確立，并且因此，這些條件必須被考慮到設(shè)計(jì)中。然后需要進(jìn)行總內(nèi)力(軸力，剪力，彎矩，和扭矩)，應(yīng)力強(qiáng)度，應(yīng)變，撓度，和反作用力的分析(或計(jì)算)，它們是由于荷載，溫度，干縮，徐變或其它設(shè)計(jì)條件所引起的。最后是結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及連接件截面尺寸和材料的確定，使得結(jié)構(gòu)能充分抵抗由上述設(shè)計(jì)條件所引起的作用效應(yīng)。用于判斷(結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))是否非常合適的標(biāo)準(zhǔn)將導(dǎo)致一個(gè)由積累的知識(shí)(原理，學(xué)術(shù)領(lǐng)域，模型試驗(yàn)，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn))，直覺，判斷所反映的期望的行為。對(duì)于絕大多數(shù)土木工程結(jié)構(gòu)來說，例如橋梁和建筑，過去通常的設(shè)計(jì)方法是基于結(jié)構(gòu)所受荷載或其他設(shè)計(jì)條件所產(chǎn)生的應(yīng)力與材料自身的容許應(yīng)力強(qiáng)度相比較(容許應(yīng)力法)。這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理叫做彈性設(shè)計(jì)，因?yàn)槿菰S應(yīng)力強(qiáng)度(值)的選擇與材料應(yīng)力應(yīng)變的屈服點(diǎn)相一致，而并非超過結(jié)構(gòu)的最高應(yīng)力點(diǎn)。當(dāng)然，當(dāng)需要考慮由于疲勞，縱向彎曲(平面外失穩(wěn))，脆性斷裂，以及關(guān)于結(jié)構(gòu)允許撓度等因素而產(chǎn)生失效的可能性，容許應(yīng)力值的選擇同樣要被修正。根據(jù)結(jié)構(gòu)的形式和相關(guān)條件，對(duì)于在假定設(shè)計(jì)條件下，在實(shí)際結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算模型中所計(jì)算出的應(yīng)力強(qiáng)度可能或者不能與在真實(shí)情況中實(shí)際結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的應(yīng)力強(qiáng)度值相一致。它們相一致的程度是不重要的，只要這個(gè)計(jì)算出的應(yīng)力強(qiáng)度值能根據(jù)先前的經(jīng)驗(yàn)被解釋。(結(jié)構(gòu)的)工作條件和容許應(yīng)力強(qiáng)度的選擇為抵抗(結(jié)構(gòu))實(shí)效提供了安全的富余。這種富余程度大小的選擇依賴于關(guān)于荷載，分析，設(shè)計(jì)，材料，和施工的不確定的程度，以及失效的結(jié)果。例如，如果對(duì)于一個(gè)具有33000psi屈服強(qiáng)的的結(jié)構(gòu)鋼材被用于抵抗20000psi的容許應(yīng)力強(qiáng)度時(shí)，防止張拉屈服的安全系數(shù)是33000/20000，或者1.65。在容許應(yīng)力法中，有一個(gè)重要的缺陷就是它不能對(duì)各種類型的結(jié)構(gòu)以及(結(jié)構(gòu)的)各個(gè)部分提供統(tǒng)一的過載能力。結(jié)果，今天對(duì)于基于結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度和適用性的設(shè)計(jì)理論有了一個(gè)迅速的成長趨勢(shì)，同時(shí)，老的容許應(yīng)力法作為備用的設(shè)計(jì)方法來做參考。這個(gè)新的設(shè)計(jì)方法目前在鋼筋混凝土規(guī)范中叫強(qiáng)度設(shè)計(jì)(法)，在鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中叫塑性設(shè)計(jì)(法)。當(dāng)我們給予基于強(qiáng)度理論一個(gè)合適的比例參數(shù)(安全系數(shù))時(shí)，如果在適當(dāng)?shù)暮奢d因素下預(yù)期的工況荷載首先增大(1)，荷載增大量依賴于荷載的不確定性，在結(jié)構(gòu)生命期中變化的可能性，并且鑒于荷載的組合目的，這個(gè)可能性，頻率，作用持續(xù)時(shí)間也是一個(gè)特殊組合。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的這種方法中，由于材料強(qiáng)度，制作工藝，截面尺寸等一些小的誤差引起承載能力折剪系數(shù)使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件的理論承載能力降低。根據(jù)結(jié)構(gòu)的控制條件，即增長的荷載將(1)引起疲勞，縱向彎曲，或脆性斷裂破壞，或者(2)僅僅引起內(nèi)部一個(gè)截面(或者同時(shí)幾個(gè)截面)的屈服，或者(3)引起結(jié)構(gòu)的彈塑性位移，或者(4)引起結(jié)構(gòu)的整體傾覆，所以，結(jié)構(gòu)是要相稱的。后一種設(shè)計(jì)方法的支持者證明這種設(shè)計(jì)方法是一種更實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，因?yàn)樗芨_的提供結(jié)構(gòu)超越在預(yù)期工作條件下的強(qiáng)度增量。這個(gè)改進(jìn)的結(jié)果是由非彈性和非線性效應(yīng)能夠被解釋所產(chǎn)生的，這個(gè)效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)最終工作狀況的接近是很有意義的。在最近幾十年，在許多杰出的工程師中間，不僅僅是安全系數(shù)法的不合適與不切實(shí)際，更有甚者，在基于這個(gè)設(shè)計(jì)原理下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)致大量的工程實(shí)例是過于保守的并且因此造成浪費(fèi)，同時(shí)有時(shí)還會(huì)帶來一些具有高失效概率的冒險(xiǎn)設(shè)計(jì)，關(guān)于這方面問題的討論在不斷增長的。他們討論，對(duì)于結(jié)構(gòu)的安全與失效來說，沒有什么事情是可以確定的，它僅僅是一個(gè)概率事件因此，他們覺得應(yīng)該用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來研究荷載效應(yīng)變量和結(jié)構(gòu)抗力變量并且估計(jì)結(jié)構(gòu)安全性與適用性的概率。然而，對(duì)于每一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，它又是不實(shí)用的。但是，在框定設(shè)計(jì)規(guī)則與規(guī)范中，他是實(shí)用的。對(duì)于建筑條例和技術(shù)規(guī)程來說明確地闡述這個(gè)變量以及它所相應(yīng)產(chǎn)生的概率來說，這是非常有意義的。Lesson8 公路定線 定線的基本原則是車行道要素如曲率和坡度相互組合，在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范和安全的標(biāo)準(zhǔn)的要求的同時(shí)提供滿足設(shè)計(jì)通行能力并且平穩(wěn)的交通體系。道路同時(shí)也要考慮對(duì)歷史遺跡和對(duì)其他用地活動(dòng)的最小影響。在一條公路定線被最終通過以前環(huán)境影響的研究在大多情況下時(shí)被要求的。 公路定線過程包括四個(gè)步驟： l 已有信息研究 l 勘測(cè)設(shè)計(jì) l 初步定線 l 最終定線 已有信息研究 在任何公路定線研究中，第一步都是對(duì)所建道路所在地區(qū)所有數(shù)據(jù)的研究這一步通常先于現(xiàn)場(chǎng)或圖像調(diào)查在室內(nèi)開始。所有數(shù)據(jù)被收集和研究。這些數(shù)據(jù)可以從已有的工程報(bào)告、地圖、航拍照片和一個(gè)或多個(gè)政府的交通、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、水力和礦業(yè)部門所有的報(bào)表，所要收集的數(shù)據(jù)類型和數(shù)量要依據(jù)所建道路的類型。但是通常情況下所獲得的數(shù)據(jù)要有地區(qū)的以下幾個(gè)特征： l 工程，包括地形、地質(zhì)、氣候和交通量。 l 社會(huì)和人口，包括土地使用和區(qū)域類型。 l 環(huán)境，包括野生動(dòng)物類型，娛樂場(chǎng)所，歷史遺跡和考古發(fā)現(xiàn)，以及可能面臨的空氣，噪音和水污染。 l 經(jīng)濟(jì)，包括建筑，農(nóng)業(yè)，商業(yè)和工業(yè)活動(dòng)的單位花費(fèi)趨勢(shì) 從這些獲得的數(shù)據(jù)中做出的最初分析會(huì)指出有些方面是否因?yàn)樯鲜龅囊粌蓚€(gè)特征而不再作進(jìn)一步的考慮。例如，如果發(fā)現(xiàn)有歷史遺跡和重大發(fā)現(xiàn)位于路線可能通過的區(qū)域時(shí)，則應(yīng)立即確定通過那片區(qū)域的任何路線都不該作進(jìn)一步的考慮。在完成這一步的研究后，工程人員就可以選出路線穿越的大概區(qū)域。 道路勘測(cè) 工程這一步的研究是找出幾條可行的路線，每一條在有限的幾百英尺的寬度界限內(nèi)。一旦考慮農(nóng)村道路，則在地圖或照片上很少或沒有信息可獲得。因此航拍照片被廣泛的用于獲取需要的信息。用立體鏡檢查航拍照片確定可行路線要考慮以下因素。 l 地形和土質(zhì)情況 l 可供使用的到工業(yè)地區(qū)和居民區(qū)的路線 l 和其他交通設(shè)施如河流，鐵道及其他公路的交叉狀況 l 直接路線 兩終點(diǎn)間的控制點(diǎn)決定每條可行路線，例如，一座無可選擇的唯一的橋就是最基本的控制點(diǎn)。找出這些可行路線然后標(biāo)繪在詳細(xì)準(zhǔn)確的基本地圖上 。 初步定線 在這一步的研究中，在與建立的控制點(diǎn)盡可能近的位置設(shè)置可行路線，并且決定每條路線的最初水平和豎直線形。初步線形用于評(píng)價(jià)可供選擇的路線經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可行性。 每條可選路線的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)是開展決定建設(shè)公路的必要資源投資將來的影響。 這種評(píng)價(jià)采用效益費(fèi)用比的方法。通?？紤]的因素包括，道路使用者的花費(fèi)，建設(shè)花費(fèi)，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，和使用者利益和一些不利包括由于居民 ，商業(yè)區(qū)混亂等的不利影響?？尚新肪€的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果可以提供有指導(dǎo)價(jià)值的信息。例如，這些結(jié)果會(huì)提供一個(gè)關(guān)于如果一個(gè)具體的路線選定經(jīng)濟(jì)財(cái)力是得還是失的一個(gè)信息，這些信息同時(shí)還會(huì)幫助政策制定人在決測(cè)是否應(yīng)該修，如果修，該修什么類型 在任何地方建公路都會(huì)對(duì)周圍帶來很大影響，一條公路也是當(dāng)?shù)丨h(huán)境的組成部分而且應(yīng)該被這樣考慮。環(huán)境包括，植物，動(dòng)物，人類群體同時(shí)包括社會(huì)的，物理的，自然的和人為的變動(dòng)，這些變動(dòng)是與一種維持平衡和維持不同群體間生活方式的方法相互關(guān)聯(lián)的在給定的區(qū)域內(nèi)建造公路可能會(huì)導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)變量的很大改變，這些改變反過來可以打破平衡并導(dǎo)致對(duì)環(huán)境產(chǎn)生非常不利的影響。這些影響也許會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物和人類數(shù)量的減少。其實(shí)質(zhì)是環(huán)境影響任何所選線的整體評(píng)估。 最終定線 最終定線是詳細(xì)設(shè)計(jì)可選路線，在這個(gè)階段決定最終的平面和縱面線形和最終的結(jié)構(gòu)和排水溝的位置。最簡(jiǎn)便被用的方法就是首先道路直線部分的交點(diǎn)然后在兩直線之間設(shè)平面曲線。通常這是一個(gè)反復(fù)試驗(yàn)的過程，直到在工程師看來得到了最好的線形同時(shí)考慮了工程和美學(xué)因素。樣條曲線規(guī)和曲線模板可以在這一過程中被使用。樣條曲線規(guī)是一個(gè)易彎曲的可塑的可以彎曲成不同形狀并用來畫出不同曲線的工具，利用它可以選出最合適的線形。曲線模板是給有圓曲線，三心復(fù)曲線和不同曲率和不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)模的螺旋線的透明板。樣條曲線規(guī)首先被用于獲得手繪光滑的曲線來滿足縱坡，橫斷面，曲率，和排水。這條手繪曲線然后用標(biāo)準(zhǔn)模板調(diào)整成一條跟確定的曲線。 近來，計(jì)算機(jī)技術(shù)極大地提高了定線過程的效率，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的公路可以顯示在屏幕上，從而使設(shè)計(jì)者有了駕駛者的視野，既可以看到平面線形又可以看到縱面線形。設(shè)計(jì)者因此可以改動(dòng)平面線和縱面線中兩者或其一直到獲取最好的線形。Lesson9線形設(shè)計(jì)豎直曲線和水平曲線的布置組成了高速公路的線形，豎曲線包括直的縱坡線和連接縱坡線的拋物線.平曲線包括直線段和連接它們并改變方向的圓曲線段.線形的設(shè)計(jì)主要依賴于高速公路設(shè)計(jì)速度的選擇，與自然地形相符合的線形造價(jià)最小。通常這種情況是不可能的，然而，因?yàn)樵O(shè)計(jì)師必須遵循一定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而這些標(biāo)準(zhǔn)也許并不能適應(yīng)地形。重要的是既定部分的線形必須遵循一致的標(biāo)準(zhǔn)來避免高速路在豎直和水平定線時(shí)產(chǎn)生突變，同樣，豎曲線和平曲線在設(shè)計(jì)是要相互補(bǔ)充協(xié)調(diào)，這樣才能設(shè)計(jì)出一條安全的和更有吸引力的高速公路。為了達(dá)到這一點(diǎn)，一個(gè)應(yīng)該考慮的因素是適當(dāng)?shù)乇３种本€坡度和平曲線曲率的平衡，處理好平曲線和豎曲線間的相互位置。例如，在較大半徑的陡坡上設(shè)置平曲線是一種較差的設(shè)計(jì)，同理，如果在一個(gè)明顯的凸形豎曲線的頂部或附近設(shè)置小半徑平曲線，或在明顯的凹形豎曲線底部或附近設(shè)置小半徑平曲線，這將導(dǎo)致這里是一個(gè)危險(xiǎn)部分。因而在初步設(shè)計(jì)階段把豎曲線和平曲線的協(xié)調(diào)綜合考慮是很重要的。 高速公路的豎向線形是有被稱之為縱坡或切線的直線部分和與之相連的豎曲線組成，因而豎向線形的設(shè)計(jì)包括直線部分合適坡度的選擇和豎曲線的設(shè)計(jì)。路線所穿越區(qū)域的地形對(duì)豎向線形設(shè)計(jì)有極其重要的影響。坡度對(duì)重交通路線的影響必須被考慮，如果是陡坡或長坡會(huì)使重交通車輛的車速降低很快，注意到陡坡不僅影響重車的性能還影響轎車的性能，為了限制坡度對(duì)車輛的影響，任何高速路的最大坡度都應(yīng)明智選擇。高速公路的最大坡度取決于設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)車輛，普遍認(rèn)為4%-5%的坡度對(duì)小客車的影響不大或沒有影響，除非是重量與功率比比較高的車，例如那些小型車和微型車。當(dāng)坡度大于5%時(shí)，客車在上坡時(shí)速度進(jìn)一步降低在下坡時(shí)進(jìn)一步增加，坡度對(duì)卡車的影響大于對(duì)客車的影響，廣泛的研究結(jié)果表明，卡車在下坡時(shí)速度增加5%，而在上坡時(shí)減小接近7%，這取決于坡度比例和坡長。最大坡度的確立依據(jù)是高速公路上的設(shè)計(jì)車輛的操作性能，最大坡度的變化范圍從設(shè)計(jì)時(shí)速70英里時(shí)的5%到設(shè)計(jì)時(shí)速為30英里時(shí)的7%-12%,這取決于高速公路的類型。另一方面，當(dāng)坡長不足500英尺時(shí)，且下坡方向?yàn)閱蜗蚵肪€時(shí)，最大縱坡或許可以提高1%-2%，特別是在交通量較低的鄉(xiāng)村道路。 最小縱坡取決于排水條件，零坡度的道路被用在有足夠橫坡足以排盡路表水的路段，當(dāng)路面有限定時(shí)，縱坡應(yīng)能排盡縱向流動(dòng)的路表水，在這種情況下習(xí)慣上選用最小0.5%的坡度，有時(shí)，在有合適路拱和硬地的高等級(jí)路面建設(shè)中，這個(gè)坡度可能會(huì)被減小到0.3%。 豎曲線通常用于直線縱坡間的逐漸過渡以利于車輛平順的通過高速路，這些豎曲線通常是拋物線形的，豎曲線的最小長度的選定取決于所選拋物線的特性，豎曲線分凸形和凹形豎曲線。 豎曲線的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的主要標(biāo)準(zhǔn)有：能提供最小的停車視距，要有充足的排水，行車舒適，外觀良好。凸形豎曲線僅需滿足第一條標(biāo)準(zhǔn)，而凹形豎曲線四條標(biāo)準(zhǔn)都要滿足。 水平線形有直線和平曲線組成，平曲線通常是被分割的圓曲線，他有一定的半徑可使車輛平順的通過。因此，水平線性的設(shè)計(jì)必須確定最小半徑，曲線長度，以及計(jì)算從切線到曲線的平面支距，以有助于曲線的定線，在有些情況下，為了避免直線段的曲率半徑無限大到圓曲線段曲率半徑為一定值之間的突變，通常需要在他們之間插入一段曲率半徑逐漸變化的曲線，這種曲線稱之為回旋線或緩和曲線。有四種類型的水平曲線：簡(jiǎn)單曲線，復(fù)曲線，反向曲線，回旋線。 簡(jiǎn)單曲線是圓弧的一段,然而復(fù)曲線由兩條或兩條以上的轉(zhuǎn)向相同的連續(xù)曲線組成，任何兩條曲線都有一個(gè)相同的切點(diǎn)，這些曲線可用來獲取較理想的水平線形，特別是在立體交叉處，交叉匝道，特殊地形區(qū)情況下的高速公路，為了避免線形的突變，任何兩條依次相連的簡(jiǎn)單曲線組成的復(fù)曲線半徑不宜相差過大，。美國公路學(xué)會(huì)建議，在交叉路口復(fù)曲線半徑的最大半徑和最小半徑之比不能超過2：1，在這里司機(jī)可以適應(yīng)曲率和速度的突變,讓人滿意的立體交叉道的最大比率為15:1.雖然2:1也被使用。為使大曲率曲線與急彎曲線間平緩過度，并使曲線半徑的減小有一個(gè)合理的漸變率，每條曲線的長度不能太短。 反向曲線通常是由兩條半徑相等且具有同一切點(diǎn)轉(zhuǎn)向相反的簡(jiǎn)單曲線組成，他們經(jīng)常用于高速路的線形改變。 反向曲線很少被推薦使用是因?yàn)橥蛔兊木€形是司機(jī)感到很難在同一車到駕駛，如果有必要設(shè)計(jì)反向線形，合理的設(shè)計(jì)是由簡(jiǎn)單曲線組成，中間插入一段有足夠長度的直線以達(dá)到全超高。作為一種選擇，簡(jiǎn)單曲線或許被等效長度的回旋線隔開。 緩和曲線設(shè)置在直線段與圓曲線段之間或兩個(gè)不同半徑的圓曲線之間，緩和曲線的作用是在車輛進(jìn)入或離開圓曲線時(shí)為車輛提供一個(gè)逐漸增加或降低的向心力，設(shè)置直線段與圓曲線之間的緩和曲線的曲率由直線段末端的0變化到圓曲線段的接點(diǎn)時(shí)與圓曲線同樣的曲率，當(dāng)要設(shè)置兩個(gè)圓曲線時(shí)，緩和曲線的曲率從與一個(gè)圓曲線相同的曲率變化到與第二個(gè)圓曲線相同的曲率。Lesson10 立體交叉與互通式立體交叉 路口的平面交叉可以通過立體分離結(jié)構(gòu)消除，使過往交通在不同高度通行而沒有相互干擾，這種分離的優(yōu)點(diǎn)是避免了交叉沖突，節(jié)省時(shí)間和提高了交通通行的安全性。 立體分離和立交可能被采用在（1）作為高速公路的一部分緩解大交通量（2）消除瓶頸（3）減少事故（4）受地形限制其他設(shè)計(jì)不可行時(shí)（5）車流量很大，采用平面交叉會(huì)超過合理尺寸（6）當(dāng)用路在平面交叉口減少耽擱的利益超過了升級(jí)費(fèi)用。 立交橋是一個(gè)立體分離式交叉口，車輛可沿一個(gè)方向行駛通過相連的道路改變方向，這些相連的道路被稱為匝道。 英國采用許多立交橋和匝道的類型和形式，它們有：T型和Y型立交橋，單象限立交橋，菱形立交橋，單點(diǎn)立交橋部分苜蓿葉立交橋和全苜蓿葉立交橋，定向式立交。 圖10.1展示了在三路叉口立交的典型設(shè)計(jì)，通過提供大轉(zhuǎn)彎半徑，立交的幾何尺寸可以被改變成特定的形式，去適應(yīng)選址的地形。已發(fā)現(xiàn)喇叭形立交適合正交或傾斜的十字路口。圖10.1a）顯示了通過提供一個(gè)半直接式匝道支持左轉(zhuǎn)。圖10.1b)表明了一個(gè)十字路口的轉(zhuǎn)彎到哪兒都采用這種方式。 圖10.1描述了一個(gè)單象限立交橋的例子，這種結(jié)構(gòu)能方便減少靠近兩條主干線交叉處的沖突，然而，低速設(shè)計(jì)使他不能滿足自由道路的條件。這種形式的立交適合沒有太多車的小交通量位置，如公園道路立交。 菱形立交可適用城鄉(xiāng)使用。主要的交通流立體分離，而進(jìn)入和駛離次要交通流的轉(zhuǎn)彎運(yùn)行與次要交通流上的直行交通分流和合流運(yùn)行。只有小交通流直行有交叉。在農(nóng)村地區(qū)，這通常是可以接受的，由于在小交通流中式輕型車輛。在城市地區(qū)，交叉口通常要求信號(hào)控制，防止嚴(yán)重干擾匝道交通和交通路口主要干道大街。交叉路應(yīng)該這樣設(shè)計(jì)：設(shè)置的信號(hào)不能降低主要街道的通行能力。為了達(dá)到這個(gè)目的，在交流區(qū)域擴(kuò)大主干道可能是必要的。在設(shè)計(jì)匝道時(shí)，必須仔細(xì)考慮保證等候離開匝道的車輛將不會(huì)阻塞主要車流的直行車道。 菱形立交的一個(gè)缺點(diǎn)是可能存在非法錯(cuò)路轉(zhuǎn)彎，這會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重事故。如果交叉口的幾何特征導(dǎo)致這些轉(zhuǎn)彎，設(shè)計(jì)者可以采用渠化交通 ，附加標(biāo)志和地面標(biāo)識(shí)。 【有種更新型的叫單象限立交橋。所有直行和左轉(zhuǎn)車流都集中到一個(gè)單一的信號(hào)交叉口，來替代像尋常其他立交上可以找到的兩個(gè)分離交叉口。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：所有交叉車流可以被單一信號(hào)所服務(wù)，通過這個(gè)交叉口至多需要停一次。單象限立交橋的支持者們宣布：它可以提供改良過的車流更安全的操作，相比其他的立體交叉結(jié)構(gòu)，可以減少對(duì)路權(quán)的需求。單象限立交橋要求交叉路的司機(jī)非常依賴引導(dǎo)指示，路面標(biāo)線，車道用途標(biāo)志。為了安全駕駛通過交叉口區(qū)域。設(shè)計(jì)者們將需要特別留意，以確保交叉口設(shè)施的完善。】 有時(shí)可采用部分苜蓿葉式和全苜蓿葉式立交橋來代替菱形立交橋。車輛可以在交叉口之前或之后離開主要車流方向，這依賴于各個(gè)象限的分布。對(duì)于菱形立交而言，次要道路平面交叉優(yōu)先存在，非法轉(zhuǎn)彎的可能性被降低。對(duì)任意方向的主要道路提供駛?cè)朐训溃我缆返淖筠D(zhuǎn)交通就被消除。 更為常見的立交時(shí)全苜蓿葉式立交，它可以被用于非正式設(shè)計(jì)，可以消除所有車輛方向包括主要車流和次要車流的平面交叉。匝道可以是單向車道，雙向分離車道，雙向無分隔車道。盡量消除所有平面交叉，但是苜蓿葉式立交也有缺點(diǎn)（1）設(shè)計(jì)布局需要很大的地面空間（2）減速車輛希望使出直行車道必須與進(jìn)入直行車道的加速車輛相交。使用集合分離車道可以克服這兩個(gè)缺點(diǎn)。集合分離車道有一定的操作布置優(yōu)勢(shì)。當(dāng)高速行駛時(shí)，大量設(shè)施時(shí)一個(gè)緊張的司機(jī)可以根據(jù)大量的設(shè)施采取一個(gè)決定。第二個(gè)決定，例如，高速的設(shè)施繼續(xù)向南或繼續(xù)向北。 定向式立交被用于一條高速公路并入或交叉另一條高速公路。這種立交與眾不同的特點(diǎn)是采用高速通過，采用大半徑曲線或匝道。定向式立交對(duì)土地的需求很大。以防在轉(zhuǎn)彎時(shí)運(yùn)動(dòng)空間過小。設(shè)計(jì)速度應(yīng)減小和支路通過一個(gè)圈產(chǎn)生效果達(dá)到目的。 現(xiàn)在，定向立交的實(shí)踐與左手出入口匝道有關(guān)的實(shí)踐操作問題。大多數(shù)司機(jī)希望高速的出口和入口都在右邊。當(dāng)這些期望受得不到滿足時(shí)，混亂，不穩(wěn)定，事故就會(huì)發(fā)生。 10-1i圖的設(shè)計(jì)是一個(gè)定向式立交，這種立交使得希望右轉(zhuǎn)的駕駛者向右轉(zhuǎn)，希望左轉(zhuǎn)的向左轉(zhuǎn)。一個(gè)駕駛員當(dāng)他接近第一個(gè)出口時(shí)，必須作出決定（1）他打算從這個(gè)出口離開高速（2）或者他的目的是向右（東）或者向左（西）。面對(duì)這樣的立交配置司機(jī)可能在右邊車道上決定他必須向西才能達(dá)到他的目的。他為了從左邊出口出去要面對(duì)通過幾條車道的高速交通。 設(shè)計(jì)圖10.1j是一個(gè)在北行的司機(jī)在很短時(shí)間內(nèi)作出決定首選地單一出口。司機(jī)到右邊出口，然后決定是否繼續(xù)向右還是向左?；蛘咭暂^低速度減少擁擠在出口匝道lesson11 路面 高速公路路面分為兩大類：剛性和柔性。一個(gè)剛性路面磨損表面通常是波特蘭水泥混凝土建造的，其受力與梁類似，承受支撐材料以下的任何變形。對(duì)柔性路面磨損表面另一方面，通常是瀝青材料建造，使他們?cè)谂c基本材料保持聯(lián)系，即使輕微的變形發(fā)生。柔性路面通常包括一個(gè)顆粒物質(zhì)層和一個(gè)合適的粗，細(xì)料瀝青混合料面層隱伏。交通負(fù)荷是由面層到底層輔助材料移送通過聚合聯(lián)鎖，粒狀物料的摩擦作用，以及優(yōu)良的材料凝聚力。柔性路面進(jìn)一步分為三組：高級(jí)，中級(jí)和低級(jí)。高級(jí)路面的磨耗層能有效承擔(dān)預(yù)期的車輛荷載，而不出現(xiàn)明顯疲勞，并且不容易受到天氣影響。中間型路面有穿，從表面處理到那些范圍只是表面質(zhì)量低于高型路面。低型路面，主要用于低成本的道路，并穿著表面未經(jīng)處理的范圍，從松散的天然材料，表面處理地球。 一個(gè)柔性路面路基的組件包括路基或準(zhǔn)備路基，底基層，基礎(chǔ)和面層。對(duì)路面性能取決于每個(gè)組件，它需要對(duì)每一個(gè)組件的屬性適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)分別令人滿意的表現(xiàn)。 路基通常是天然物質(zhì)沿人行道水平對(duì)齊位于作為路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。路基可能還包括一個(gè)選擇借用材料層，以及壓縮到規(guī)定的規(guī)格。它可能需要處理路基材料達(dá)到一定的強(qiáng)度為正在興建的路面類型所需的屬性。 位于正上方的路基，底基層組成部分包括一個(gè)優(yōu)質(zhì)的材料一般是用于路基建設(shè)。為底基層材料的要求通常給出的層次，塑料的特性來看，和力量。當(dāng)路基材料的質(zhì)量滿足了底基層材料的要求，底基層組成部分可以省略。在適當(dāng)?shù)那闆r下，底基層材料尚不齊備，現(xiàn)有的材料可與其它材料處理，以實(shí)現(xiàn)必要的屬性。這種對(duì)待土工程特性，以改善他們的過程被稱為穩(wěn)定。 基礎(chǔ)道路直接放置路基之上，如果路基道路不使用，它被直接放在路塹上。路面層通常由粒狀材料，如碎石，壓碎或未粉碎的爐渣或沙礫及沙子。為基層材料的規(guī)格通常包括更嚴(yán)格的要求，特別是關(guān)于他們的可塑性，層次較底基層材料的，和力量。材料不具備所需的性質(zhì)，可作為基礎(chǔ)材料，如果他們得到適當(dāng)?shù)牟ㄌ靥m水泥，瀝青或石灰穩(wěn)定。在某些情況下，高品質(zhì)的基礎(chǔ)道路材料也可能被視為與瀝青或水泥改善重型路面的剛度特性。 表面層是公路鋪砌層上的一層同是它是在基礎(chǔ)面層上迅速鋪筑的。柔性路面的表面層是有礦物骨料和瀝青混合料組成的。它應(yīng)該能夠承受高的輪胎壓力，能夠抵抗車輛的摩擦力，提供良好的抗滑表面，并且阻止表面水滲入下臥層。路面磨耗層的厚度有3英寸甚至到6英寸的，這有路面交通量所決定。柔性路面的表面層性能的體現(xiàn)是有使用的瀝青混凝料配合比設(shè)計(jì)所決定的。 剛性高速公路路面通常由波特蘭粘結(jié)水泥建造。剛性路面有一些允許結(jié)構(gòu)承擔(dān)一個(gè)類似梁的功能通過下層材料微小形變的撓曲力。因此，微小形變可能不被水泥路面所反映。合理設(shè)計(jì)和建造的剛性路面，有較長的壽命，并且維護(hù)費(fèi)用也比柔性路面便宜。高速公路水泥路面的厚度通常為613英寸。剛性路面公路建設(shè)通常攜帶沉重的交通負(fù)荷，盡管他們被用于住宅和地方道路。 被用與剛性路面的硅酸鹽水泥混泥土通常有硅酸鹽水泥，粗骨料，細(xì)骨料和水組成。型鋼混凝土桿可能會(huì)或可能不會(huì)使用，有在建路面類型決定。 剛性路面的公路被分為三個(gè)基本類型：素混凝土路面，鋼筋混凝土路面，和連續(xù)配筋的路面。各種類型路面的定義通過鋼筋的用量聯(lián)系起來。 素混泥土路面沒有用于荷載傳遞的溫度鋼筋或傳力桿。然而，鋼拉桿常常被用來提供一個(gè)在縱向接縫的鉸鏈影響，并防止這些接縫的開裂。普素混泥土路面主要被用在低交通量或當(dāng)水泥穩(wěn)定土被用在基層。接縫被布置在比其他類型混泥土路面相對(duì)更短的距離（10到20英尺）以減小開裂規(guī)模。有時(shí)，素混泥土路面的橫向接縫做成傾斜4到5英尺（平面上），這樣，在某一時(shí)刻，只有一個(gè)車輪通過接縫。這樣有助于提供一個(gè)平順的行車。 只有鋼筋混泥土路面具有傳力桿用于接縫傳遞交通荷載，用這種接縫接縫間隔可以更長，從30到100英尺。溫度鋼筋被用在整個(gè)路面板，所用多少有板的長度決定。拉桿也常被用于縱向接縫。 連續(xù)配筋的路面沒有橫向接縫，除當(dāng)一些特殊位置必須布置施工縫或膨脹接頭外，如在橋梁上。這些路面有一個(gè)相對(duì)較高的配筋率，通常有不低于百分之0.6的截面板。它們也包括拉桿穿過縱向接縫。Lesson13道路和機(jī)場(chǎng)的排水 適當(dāng)?shù)呐潘到y(tǒng)的規(guī)定在道路和和機(jī)場(chǎng)的位置和幾何構(gòu)思上是一個(gè)很重要的因素。排水設(shè)施在任何道路、街道、機(jī)場(chǎng)都應(yīng)該有效的使水流從路面排到設(shè)計(jì)合理的渠道中。不適當(dāng)?shù)呐潘罱K會(huì)導(dǎo)致構(gòu)造物的要種破壞?？傊?，交通會(huì)由于人行道積水變得緩慢也會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。水滑現(xiàn)象、濺水和噴霧導(dǎo)致的可見度降低都會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。工程資金在排水設(shè)施的分配就體現(xiàn)了它的重要性。大概25%的工程資金被分配到涵洞、橋梁、河道、溝渠等的沖刷控制和排水設(shè)施上。 高速公路的排水設(shè)施 主要的一方面涉及到高速公路設(shè)計(jì)者提供的排水設(shè)施的尺寸。例如：足夠大的過水孔徑要能排出預(yù)計(jì)的水流。不合適的結(jié)構(gòu)尺寸會(huì)導(dǎo)致積水，這會(huì)使高速公路由于路堤長時(shí)間的浸泡致使鄰近部分的失敗。 排水設(shè)施的兩大種類分為主要設(shè)施和次要設(shè)施。主要設(shè)施的的凈跨徑大于20尺，而次要設(shè)施的跨徑小于等于20尺。主要設(shè)施常應(yīng)用于大橋、多孔涵洞也常用這種設(shè)施。次要設(shè)施時(shí)常應(yīng)用于小橋和涵洞中。 最主要的是挑選主要設(shè)施的跨度和縱向凈空值。橋板必須位于高水位線以上，但其在高水位線以上的凈空值必須允許河道中最大的船通過而不與橋板發(fā)生碰撞。凈空高度、尺寸、橋墩見的空隙取決于河流在最大水流是可能出現(xiàn)的冰塊擁塞和漂浮圓木燈漂浮物來確定的。 河道兩岸的檢查可以確定高水位線的位置。因?yàn)樗颓治g和漂浮物堆積有關(guān)。由于居住在河流附近的居民他們經(jīng)歷過多年的洪峰期。因?yàn)樗麄兛梢栽诖_定高水位線的位置方面提供一些信息。通過河流上安裝多年的位標(biāo)也能為高水位線位置的確定提供一些信息。 像短跨徑橋和涵洞這一類次要設(shè)施經(jīng)常是用于高速公路的排水設(shè)施。盡管這種排水設(shè)施對(duì)于排出最嚴(yán)重的洪水是不合適的。但它必須滿足在正常使用年限內(nèi)可能出現(xiàn)的水流狀況的排泄。必須規(guī)定避免由于浮冰以及水流很急的河道中沖下得巨石而引起的堵塞。 涵洞可能由多種材料和不同尺寸建成。涵洞常用材料有混凝土（鋼筋混凝土和素混凝土）、波紋鋼、波紋鋁其他材料常用于涵洞內(nèi)部。以防止侵蝕和沖刷或減少水的阻力。例如：瀝青混凝土常用于波紋金屬涵洞常用的尺寸常有圓形、金屬（箱型）、管拱、橢圓、拱形。 城市暴風(fēng)雨排水 在城市和郊區(qū)地帶，徑流水是通過雨水溝渠和其附屬部分所組成的排水設(shè)施來控制的。這個(gè)區(qū)域排水問題的增長主要有兩個(gè)方面：這些區(qū)域的自然防滲使得徑流速度非?？欤粵]有足夠的自然水流空間。所以說，在暴風(fēng)雨形成自然徑流之前我們要把它收集到一個(gè)管道系統(tǒng)中然后轉(zhuǎn)移到合理區(qū)域是很重要的。這些收集運(yùn)輸?shù)南到y(tǒng)也增長了一些問題。所有的水必須被有效的收集，不能有積水，這樣排除自然積水。通過加大流速盡快的使徑流達(dá)到最大流量。同時(shí)，短時(shí)間的峰