【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)的對其撓度和裂縫有一個很高的控制。一但混凝土的撓曲抗拉強度被超越，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件就會像一個非預(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65－80%。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20—35%的鋼筋（相對于非預(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)量的花費相平衡（抵消）的。同時，還沒有考慮（工藝）設(shè)備的使用，施加預(yù)應(yīng)力自身導(dǎo)致一個額外的花費：因為預(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，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，因為需要更少的維護，鑒于對混凝土更高質(zhì)量的控制所使得結(jié)構(gòu)所獲得的一個更長的生命周期，以及對于上部結(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)省是非常實際的。一但鋼筋混凝土梁的跨度超過70－90英尺（－），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192628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的Freyssinet(預(yù)應(yīng)力)體系。 在20世紀(jì)30年代到60年代之間發(fā)明并且發(fā)展了部分預(yù)應(yīng)力(結(jié)構(gòu))的概念。， 也對預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計的藝術(shù)的科技作出了很大貢獻。在這點上，Lin的荷載平衡法尤其值得一提,因為它相當(dāng)大的簡化了設(shè)計程序，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，地下地下構(gòu)造物，電視塔，漂浮存儲器和海上結(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)的進步，尤其是預(yù)應(yīng)力鋼筋，并且對估計預(yù)應(yīng)力短期和長期損失值的知識的積累。Lesson 5 Philosophy of Structural Design(結(jié)構(gòu)設(shè)計原理)一個結(jié)構(gòu)工程項目可分為三個階段:規(guī)劃、設(shè)計、施工。結(jié)構(gòu)設(shè)計包括決定結(jié)構(gòu)最合適的比例以及確定組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和細部的具體尺寸。這是一個結(jié)構(gòu)工程項目的最高技術(shù)和計算階段，但是，如果沒有工程項目的規(guī)劃和施工階段充分配合的話，設(shè)計將不能也不會被實施。一個成功的設(shè)計者總是會充分意識到在結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(規(guī)劃)中的各種考慮，并且，同樣的也會充分意識到在結(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)計首先包括荷載以及其他結(jié)構(gòu)所必須承受的設(shè)計條件的確立，并且因此，這些條件必須被考慮到設(shè)計中。然后需要進行總內(nèi)力(軸力，剪力，彎矩，和扭矩)，應(yīng)力強度，應(yīng)變，撓度，和反作用力的分析(或計算)，它們是由于荷載，溫度，干縮，徐變或其它設(shè)計條件所引起的。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)計條件所引起的作用效應(yīng)。用于判斷(結(jié)構(gòu)設(shè)計)是否非常合適的標(biāo)準(zhǔn)將導(dǎo)致一個由積累的知識(原理，學(xué)術(shù)領(lǐng)域，模型試驗，實踐經(jīng)驗)，直覺，判斷所反映的期望的行為。對于絕大多數(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)計方法是基于結(jié)構(gòu)所受荷載或其他設(shè)計條件所產(chǎn)生的應(yīng)力與材料自身的容許應(yīng)力強度相比較(容許應(yīng)力法)。這種傳統(tǒng)的設(shè)計原理叫做彈性設(shè)計，因為容許應(yīng)力強度(值)的選擇與材料應(yīng)力應(yīng)變的屈服點相一致，而并非超過結(jié)構(gòu)的最高應(yīng)力點。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，對于在假定設(shè)計條件下，在實際結(jié)構(gòu)的分析計算模型中所計算出的應(yīng)力強度可能或者不能與在真實情況中實際結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的應(yīng)力強度值相一致。它們相一致的程度是不重要的，只要這個計算出的應(yīng)力強度值能根據(jù)先前的經(jīng)驗被解釋。(結(jié)構(gòu)的)工作條件和容許應(yīng)力強度的選擇為抵抗(結(jié)構(gòu))實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，材料，和施工的不確定的程度，以及失效的結(jié)果。例如，如果對于一個具有33 000 psi屈服強的的結(jié)構(gòu)鋼材被用于抵抗20 000 psi 的容許應(yīng)力強度時，防止張拉屈服的安全系數(shù)是33000/20000，或者 。在容許應(yīng)力法中，有一個重要的缺陷就是它不能對各種類型的結(jié)構(gòu)以及(結(jié)構(gòu)的)各個部分提供統(tǒng)一的過載能力。結(jié)果，今天對于基于結(jié)構(gòu)極限強度和適用性的設(shè)計理論有了一個迅速的成長趨勢，同時，老的容許應(yīng)力法作為備用的設(shè)計方法來做參考。這個新的設(shè)計方法目前在鋼筋混凝土規(guī)范中叫強度設(shè)計(法)，在鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中叫塑性設(shè)計(法)。當(dāng)我們給予基于強度理論一個合適的比例參數(shù)(安全系數(shù))時，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，這個可能性，頻率，作用持續(xù)時間也是一個特殊組合。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的這種方法中，由于材料強度，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)部一個截面(或者同時幾個截面)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)計方法的支持者證明這種設(shè)計方法是一種更實用的設(shè)計方法，因為它能更精確的提供結(jié)構(gòu)超越在預(yù)期工作條件下的強度增量。這個改進的結(jié)果是由非彈性和非線性效應(yīng)能夠被解釋所產(chǎn)生的，這個效應(yīng)對結(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際，更有甚者，在基于這個設(shè)計原理下的結(jié)構(gòu)設(shè)計導(dǎo)致大量的工程實例是過于保守的并且因此造成浪費，同時有時還會帶來一些具有高失效概率的冒險設(shè)計，關(guān)于這方面問題的討論在不斷增長的。他們討論，對于結(jié)構(gòu)的安全與失效來說，沒有什么事情是可以確定的，它僅僅是一個概率事件因此，他們覺得應(yīng)該用統(tǒng)計學(xué)的方法來研究荷載效應(yīng)變量和結(jié)構(gòu)抗力變量并且估計結(jié)構(gòu)安全性與適用性的概率。然而，對于每一個單獨的結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，它又是不實用的。但是，在框定設(shè)計規(guī)則與規(guī)范中，他是實用的。對于建筑條例和技術(shù)規(guī)程來說明確地闡述這個變量以及它所相應(yīng)產(chǎn)生的概率來說，這是非常有意義的。在發(fā)達國家，交通運輸系統(tǒng)由一個形成多年的方式的網(wǎng)組成。這個系統(tǒng)由車輛，導(dǎo)軌，站場設(shè)施和控制系統(tǒng)組成，這些部分通過以建立的規(guī)程和日程表在天空，在陸地，在水中各自正常運轉(zhuǎn)著。這個系統(tǒng)也要求用戶，操作員，和環(huán)境的相互作用?，F(xiàn)在的運輸體系可以反映出與投資和使用有關(guān)的多方?jīng)Q定，包括運輸業(yè)主，承運商，政府，每個出行者以及受影響的非使用者等。○1交通運輸系統(tǒng)已經(jīng)被創(chuàng)造出多種相互補充的模式。當(dāng)今美國的交通運輸系統(tǒng)是一個高度發(fā)達，復(fù)雜的運輸方式和設(shè)施構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，他們?yōu)檫\輸業(yè)主和出行者提供服務(wù)，并有很大的選擇余地?！?每種方式按照行程時間，出行頻率，舒適程度，可靠性，方便性和出行安全都具有一種獨特的特點。服務(wù)的長期水平被用來描述這些特征的直接價值。旅客或發(fā)貨人為了權(quán)衡和選擇運輸方式，對比同等花費下的服務(wù)水平。此外，發(fā)貨人或旅客可以決定使用公共的還是私人的運輸方式。例如，一個廠商可以通過運輸公司或公司自己的卡車運送，一個要搬家的私房屋主可以雇搬家公司或租一個卡車，一個通勤者可以選擇坐公共汽車還是開車去上班。每種決定都涉及一系列復(fù)雜的因素，要求在花費和服務(wù)之間權(quán)衡。主要的城際貨運方式有公路，鐵路，水路，航空和管道。在過去的70年，交通的每一種方式，表現(xiàn)為貨運和客運，已經(jīng)有了相當(dāng)大的改變。來自運輸統(tǒng)計局網(wǎng)站的最新的關(guān)于運輸方式的分擔(dān)率的消息是可利用的。從1960年到2005年?？瓦\的分布是與貨運不同的，在美國，私家車這種方式在所有的家庭城際客運旅行中數(shù)量最多。剩下的方式航空，公共汽車和鐵路占總數(shù)的四分之一，其中航空相對占優(yōu)勢，城際公共汽車，私人飛機和鐵路占總數(shù)的百分之一甚至更少。在費用，旅行時間，方便性和靈活性等方面，每種方式都有自身的優(yōu)勢，從而使得它在特定情形下成為最佳選擇。3對很多人來說，○汽車被認為是一種可靠的，舒適的，靈活的無處不在的運輸方式。然而當(dāng)距離較遠或時間很寶貴時，航空運輸將成為首選，并可用汽車作為補充。如果花費很重要，時間不是很緊的話，或是車不能使用時，那么可以使用城際巴士或火車。用相同的選擇方法來選擇貨運的方式卡車的優(yōu)勢在于靈活和提供門到門的服務(wù)。他們可以帶多種包裹尺寸，而且通?？梢园搭櫩偷娜粘贪才艁硎杖∝浳锖徒桓?。船運可以以很低的價錢運輸很重的貨物，但是速度很慢，而且只能在內(nèi)河或運河中航行。鐵路可以在兩個城市間一次運去很多的貨物，但是需要卡車將這些貨物在轉(zhuǎn)運到貨物終點或目的地。每種情況，發(fā)貨人都要決定貨物是應(yīng)該光用卡車運送還是通過卡車，船運，火車聯(lián)運。許多企業(yè)已經(jīng)嘗試減少零件和耗材存貨，相比將貨物囤積在倉庫，更喜歡直接從工廠運輸。這種做法意味著運輸方式從火車向卡車的改變?；疖囘\輸?shù)呢浳锿ǔＰ枰云囘\輸載重量一周運送一到兩次，然而，卡車可以按很小的量和基于每日所需運輸。在這情況下，更低的鐵路貨運費用也不能和汽車的靈活相競爭，因為選擇卡車的主要原因是企業(yè)的花銷的減少。有一種將各種方式結(jié)合起來的聯(lián)運制正在成為趨勢。國家的運輸系統(tǒng)可以通過一些及時給與的根據(jù)市場壓力，政府管理，運輸新工藝調(diào)整的要點所考慮。隨著時間變化，運輸系統(tǒng)也將改變。在最近的幾十年里，油價，政府的調(diào)控，和新技術(shù)的變化已經(jīng)對運輸業(yè)造成了很大影響。乘客和發(fā)貨人考慮每一種方式無論提供的服務(wù)水平。每種方式在給定的價格下提供一種獨特的服務(wù)特點:行程時間，頻率，舒適性，方便性，可靠性和安全性。旅客和發(fā)貨人基于這個屬性有多值選擇運輸方式。大范圍的組織和代理機構(gòu)提供用來計劃，設(shè)計，建設(shè)，操作，的資源和維持國家交通運輸系統(tǒng)。這些組織包括運輸業(yè)私人公司，監(jiān)管安全和服務(wù)質(zhì)量的管理機構(gòu)，提供資金來建筑公路和機場并為交通運輸制定全國性法規(guī)的聯(lián)邦，州以及地方公路局，代表一些特殊運輸群體利益的行業(yè)協(xié)會，專業(yè)技術(shù)組織以及運輸使用者群體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)計規(guī)范和安全的標(biāo)準(zhǔn)的要求的同時提供滿足設(shè)計通行能力并且平穩(wěn)的交通體系。道路同時也要考慮對歷史遺跡和對其他用地活動的最小影響。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被要求的。公路定線過程包括四個步驟: 已有信息研究在任何公路定線研究中，第一步都是對所建道路所在地區(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告、地圖、航拍照片和一個或多個政府的交通、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、水力和礦業(yè)部門所有的報表，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)的以下幾個特征: 工程，包括地形、地質(zhì)、氣候和交通量。社會和人口，包括土地使用和區(qū)域類型。環(huán)境，包括野生動物類型，娛樂場所，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。經(jīng)濟，包括建筑，農(nóng)業(yè)，商業(yè)和工業(yè)活動的單位花費趨勢從這些獲得的數(shù)據(jù)中做出的最初分析會指出有些方面是否因為上述的一兩個特征而不再作進一步的考慮。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，則應(yīng)立即確定通過那片區(qū)域的任何路線都不該作進一步的考慮。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。地形和土質(zhì)情況可供使用的到工業(yè)地區(qū)和居民區(qū)的路線和其他交通設(shè)施如河流，鐵道及其他公路的交叉狀況直接路線兩終點間的控制點決定每條可行路線，例如，一座無可選擇的唯一的橋就是最基本的控制點。找出這些可行路線然后標(biāo)繪在詳細準(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。初步線形用于評價可供選擇的路線經(jīng)濟和環(huán)境的可行性。每條可選路線的經(jīng)濟評價是開展決定建設(shè)公路的必要資源投資將來的影響。這種評價采用效益費用比的方法。通常考慮的因素包括，道路使用者的花費，建設(shè)花費，養(yǎng)護費用，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)濟評價結(jié)果可以提供有指導(dǎo)價值的信息。例如，這些結(jié)果會提供一個關(guān)于如果一個具體的路線選定經(jīng)濟財力是得還是失的一個信息，這些信息同時還會幫助政策制定人在決測是否應(yīng)該修，如果修，該修什么類型 在任何地方建公路都會對周圍帶來很大影響，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，動物，人類群體同時包括社會的，物理的，自然的和人為的變動，這些變動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)建造公路可能會導(dǎo)致一個或多個變量的很大改變，這些改變反過來可以打破平衡并導(dǎo)致對環(huán)境產(chǎn)生非常不利的影響。這些影響也許會導(dǎo)致動物和人類數(shù)量的減少。其實質(zhì)是環(huán)境影響任何所選線的整體評估。最終定線最終定線是詳細設(shè)計可選路線，在這個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。最簡便被用的方法就是首先道路直線部分的交點然后在兩直線之間設(shè)平面曲線。通常這是一個反復(fù)試驗的過程，直到在工程師看來得到了最好的線形同時考慮了工程和美學(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)是一個易彎曲的可塑的可以彎曲成不同形狀并用來畫