【正文】 的設計與構造規(guī)劃 現(xiàn)代重要的橋梁建造的第一步是廣泛地研究確定橋梁的必要性。如在接近高速公路網(wǎng)上減少交通堵塞，對當?shù)亟?jīng)濟的影響和橋的造價。如果研究認為其可行信，那么橋選址和占地問題將著手處理。 橋梁設計的選擇 決定把橋建成梁，懸臂，桁架，拱，懸索或其他類型結構的主要因素是：（1）地點，如跨越河流；（2）目的，如建橋為了方便交通；（3）跨度；（4）可用的材料；（5）花費；（6）美觀和和諧性。如下表所示：在一些實例中，在不同的初步設計中，用來比較不同類型的橋結構是為了在最后有最好的選擇。 材料的選擇 橋梁設計者能選用大量的現(xiàn)代高強材料，包括混泥土，鋼筋，和多種耐腐蝕的合金。 拿VarianNarrows大橋來說，設計者使用了七種不同的合金鋼，其中之一的合金的屈服強度為50000英鎊每平方英寸（3115kg/c㎡）,而且不需要油漆保護，因為有一種氧化膜覆蓋在它的表面而防止腐蝕。 抗壓強度高達8000英鎊每平方英尺（㎡）的混泥土現(xiàn)在被生產(chǎn)用作橋梁工程，而且它在增加特殊化學物質后具有很高的抗脆裂性能和抗風化性能，這種混泥土被用作預應力砼，而且其加強了鋼絲繩的抗拉強度，其強度達到250000英鎊每平方英寸（17577 kg/c㎡）把木材碾成細長的薄片，然后用膠水粘在一起而做成的梁是自然木材強度的二倍。 應力分析 一座橋要抵抗一系列的合力，如拉力，壓力，剪力和扭力。對結構進行精確計算各種單獨的壓力和拉力，這就叫應力分析。應力分析的目的是為了確定作用在結構上的里的數(shù)量。靜荷載——即橋結構本身不變的重量——它往往也是最大的荷載。 雖然隨時在橋面上移動的機動車的總重量相當于靜荷載和動荷載來說是一個很少的部分，而對設計者來說，因為機動車輛產(chǎn)生的振動和沖擊壓力而會出現(xiàn)特殊問題。 風在橋上的施加的里即直接敲打橋結構又間接的敲打在橋面上的通行的車輛。還有其它的力作用在橋上，如：地震產(chǎn)生的壓力也必須注意。 對橋墩的設計通要給予特殊的關注，因為橋墩承擔水流，浮冰和漂浮物而產(chǎn)生的重荷，橋墩通常還有被船撞擊的可能。 電腦在應力分析上協(xié)助橋梁設計者，并扮演一個很重要的角色。一個小比例的橋模結構中，對橋模各處的應力，加速度和變形都可以進行精確測量。風洞試驗也可以確保不再發(fā)生Taa Narrows大橋的失敗。建筑基礎 建筑物都是從基礎開始的，基礎的花費幾乎大大超過上層建筑。羅馬人常用這種方法。沉箱是一個底部開口其余封閉的大盒子而沉入河床上，工人們在為擋水而充滿壓縮空氣的沉箱里，越挖越深，沉箱也跟著下沉。在深水中建基礎的另一種方法比沉箱法更安全和更低的成本，用于鋼或混泥土橋墩。如在水下把它們做成樁帽，可把一根預制空心樁浮運到做成承臺樁的那一點，然后從空心樁套內灌入混泥土。結構的建設方法有很多種類，共有六類建造方法：腳手架，浮運，懸臂，滑移，直升和懸掛法。金屬或木支撐都是臨時搭設為豎直支撐。尤其結構在激流回深谷上時，臨時橋墩和站橋一般使用在寬而淺的河上。主橋部分是在河岸預制的，然后用駁船浮移到橋梁位置。懸臂技術不僅用于懸臂橋中，也用于剛拱橋上，先建成一個橋臺，然后一步步延伸到中央，起重機和吊車可以完成著儀沉重物在結構上的操作。這種方法，如一個預制構件或一個組合結構在豎立的支柱上，滑過臨時或永久性的支撐，直到它進入安裝的另一個支撐。每一個預制橋單元被垂直懸起并旋轉到橋梁支撐點上。開始的橋面施工卻在在橋梁施工的最后，而且是由倆端向中央發(fā)展。所有的建筑方法在施工階段都需要驗算應力和變形，在用懸臂梁法施工的橋梁中，因為完全不同的支撐和荷載條件，未竣工橋梁內的應力可能會超過已竣工橋梁內的應力。第九課 海港和海上工程海港和海上的建筑工作比城市設計有更多不平常的問題和富有挑戰(zhàn)性，連續(xù)寬廣的大海是自然界最不知疲勞，最有氣勢和具有強大的自然力，為工程師提供一個對手去發(fā)現(xiàn)在海洋中的建筑的任何弱點或缺點，而卻防止它們。這些廣泛進行的工程主要目的有兩類：水面運輸，圍海造陸或河道管理。漁港的出現(xiàn)分配著大海的資源。圍海造陸與河道管理是致力于防止海洋對陸地侵蝕恢復和改造海洋所占用土地以及維護江河入?？谝宰鳛閮汝憦搅髋欧诺挠行Т胧┻@樣的工程。土木工程技術所有的工程都有很多廣泛的相同。例如：主要河道清淤至足夠的深度的工作即有利于通航，同時也能增加上游洪水的泄洪能力。 海邊土建工程的計劃取決于運輸，圍海造陸，河道管理是否促進發(fā)展技術模型的研究，曾經(jīng)認為科技是不必要的，這些研究表明必不可少的第一步是對任何港口或沿海地區(qū)進行再開發(fā)，去做有用的即使是非常小的更改或增加地區(qū)，海港，河口被做成縮尺模型。各種設備一般都是電子控制，被發(fā)展以海浪和潮汐為動力用來生產(chǎn)。這樣以來，蘇格蘭的Clyde Estuary工程的巨大模型在14分鐘的潮汐循環(huán)中或大約50次的實際潮汐次數(shù)。這種價值關系對改變位置的防堤提供保護同樣可以被研究。在受保護的區(qū)域，波浪因帶來混亂而不受歡迎，這是可以預料甚至還是搶先的。例如紐約灣，探險者Giouvanni da Verrazano 稱紐約是庇護船只“最滿意的地方”，像進口，港灣，出可能需要先進的挖泥機，當然還必須修建港口結構，但最主要的是這些都保持著自然形成狀態(tài)，而且它們對世界上許多大城市來說，其存在非常重要。在一個人工海港的創(chuàng)建中，最主要的結構設施是防浪堤，有時候也叫防波堤，或者掘地道，其主要作用是保持近海岸的海水平靜，人工海港的位置當然應該選擇在有潛能的海岸的突出部位；也可以偏于稍微縮進一些。海港的主要工作 遠古時代，從事海港的工作是改善改進天然海港和人造港口的結構。目前的工程師們很少懂得或者思考關于對他們自己修建的港口進行保護甚至應用。Asia Minor的在Aegean陸地上的港口如Ephesus, Prience和Miletus，像這種類型的港口如今都消失了，每一種這樣的情景都破壞了美麗如畫的Meander河（現(xiàn)在叫Menderes河），這對于那些努力在河流出海處相鄰的高地上創(chuàng)建新的陸地的人們來說不失為一件愜意的事情。它至今可見。在這個事例中，淤泥沉積不僅是因為臨近河流的作用，而且沿岸流也起了部分作用，沿岸流是一種平行于海岸的水流，其作用是使東西海岸廣闊的海岸得以產(chǎn)生和存在。他們最開始考慮的是為了給那些脆弱的船提供保護，使其不受氣候影響。大量的廉價勞動力和用天然石材為主要材料。不過它并不帶著刻意的目的去不斷修建的古代工程師的功勞。他們可能會做得更小。在20世紀，港口工程師不是想要建造永恒的結構，而是要注意避免強加于子孫后代也許因為堅固耐用反而變成負擔的結構。橫切技術的實踐包括在隧道和防護堤中的羅馬半圓式半圓拱和分布在那些允許海水進出的以便于清洗海港中的設備的地方。這些實踐能使他們在干旱區(qū)展開很多基礎工作，和利用它們非常著名的波特蘭水泥，使他們的建筑無非常耐用。第十課他的目的是為了提供人類用水，灌溉和工業(yè)用水；削減洪峰，增加蓄水發(fā)電能力；或者增加河道深度以有利于航運。大壩的一些輔助功能包括溢洪道，水閘，或利用閥門控制從大壩中排出過剩的水到下游；吸水結構引水到發(fā)電站或運河，隧道，或渠道用于更遠距離的使用。大壩因此在控制蓄水目標體系中成了中心建筑。大壩從外形和建筑材料可以分成幾個不同的等級，建哪一類型的大壩的結論很大程度要根據(jù)山谷的基礎條件和可以使用的建筑材料。大部分大壩在過去建設中采用有接縫的石木術，但是這種做法已完全被廢棄了。根據(jù)水壓程度利用結構自重或采用橫跨山谷由倆邊峽谷支撐的水平橫拱來抵抗側向位移。E壩用于寬的河流上建一座大壩需要足夠多的材料。地質的研究和試驗，壩址研究包括沉降試驗和地層的鉆孔測試。在豎井的坑道試驗中可以測出強度，彈力，滲透系數(shù)和地層的壓力分布，還必須重視那些更結實的基礎中的薄的分離或間隔地區(qū)的特性。建筑原料需要試驗。模型試驗在大壩的結構抗震和水力設計中扮演一個主要角色。各種材料都將被用于模型試驗中，在Hoover大壩的一些早期試驗，常利用橡膠，這需要在復雜模型中準確復制應力樣本，模型要符合使用低彈型材料。數(shù)字電腦已經(jīng)允許考慮高級的分析方法設計，它處理大量的數(shù)據(jù)和解答多組包含許多變量的聯(lián)立方程的能力使得有限元分析是可行的。材料問題大壩的兩種基本材料：混凝土和泥域填石在大壩的正確設計中都有一個弱點需要被克服。由于晶體結構對水的吸收，水在空氣中的蒸發(fā)和從水泥水化過程中產(chǎn)生的高溫冷卻，混凝土的主要成分水泥，在凝固和硬化時要收縮。大量便利的方法被用于解決這個問題，混凝土常被分層限厚澆筑，裂口被用來散發(fā)熱量而被最后澆筑。還有混合特殊添加劑而使散熱變得遲緩。也就是能滿足強度，其次能抵抗氣候和化學侵蝕。另外一個好的辦法是用級配好的材料，如粉煤灰（研磨后的燃料）作為填料可以減少混凝土的水泥用量。表面活性劑和加氣劑都被允許用于低水灰比的混凝土，用冰代替水的技巧增加了冷卻速度。土和巖塊的弱點。假如能得到足夠的土用于壩址的合攏在光山區(qū)域，它可能比堤壩更需要采石場的巖石和構造巖石。土由固體物質，水和空氣構成，土受荷而壓縮，如出現(xiàn)在大壩建筑，排出水和空氣導致增加固體物質間的壓力，當有很高的滲透比時，土趨向于產(chǎn)生不同的壓力和達到臨界狀態(tài)，這時它的狀態(tài)如同液體。地震問題。盡管針對地震活動分布，強地震運動的量測水壩對這種運動的反應做了大量工作，水壩的地震設計依然不夠精確，強的地質運動特征給壩址帶來不少預料性。在Tange Sdegman大壩和南非的HendriK Verwoerd大壩上使用過，也可以從理論估計中預先考慮地質活動對堤壩的影響。第11課 當一項高速公路工程設計建設或是改造之前，必須大致地計劃考慮一下費用問題。為了評估交通需求量，高速公路工程師通過采集分析現(xiàn)有設備提供的物理數(shù)據(jù)信息——包括車流量，分布，現(xiàn)有交通工具的特征以及蘊涵在這些因素中的可以預知的變化。細節(jié)方面設計通常在一個更佳的選址確定下來之后才開始。在一些大型項目中，利用了航拍技術的攝影測量法被廣泛用于顯示該地帶的特征，這也是一種最經(jīng)濟的方法。資金方面的考慮決定了一項工程是一次性實施還是是否必須分階段建設，每階段建設等資金到位后才開始。高速公路，街道（考慮）盈利性的三個優(yōu)先順序（依次）為：使用者，所有權上（最）鄰近的所有者，大眾。他們也獲得娛樂的和教育上的好處。對通過高速公路建設獲得的各種利益的評估通常是困難的，但對一個高速公路工程來講也是一個最重要的階段。因此要使用許多種辦法來使（工程）建設（變的）更加經(jīng)濟，并且許多工程上的工作都會牽涉到最佳程序的選擇上。由于環(huán)境問題導致工程被擱置甚至取消的事例，不勝枚舉?？赏ㄐ械缆返墨@得高速公路工程師也必須協(xié)助得到用于新高速公路設備的可通行道路。公眾需要交通工程師和城市規(guī)劃者，建筑師，社會學家，以及所有對美化城市環(huán)境，提升城市功能感興趣的團體緊密合作以確保在協(xié)調好所有主要問題（方面）的利益后再（開始）建貫通首要區(qū)域的高速公路。這些計劃展示了諸如選址，道路寬度等此類要素的尺寸，道路的最終剖面圖，排水設備的位置和種類，涉及的工程量，包括地下地表的工作。土質研究為此，工程師必須分析土質的等級和物理特性，決定如何才能把路堤盡可能的壓實，并且計算要完成的土方工程量。電子設備也加快了許多其他高速公路工程的計算。路面選擇要建設道路表面的類型和厚度是設計中的重要部分。對一些路來講，交通量也許會如此之小以至于沒有哪類路面被證明是經(jīng)濟的，天然土壤就被用作道路。如果使用砂礫，通常應包含足夠的黏土和優(yōu)質材料來協(xié)助提高路面穩(wěn)定性。另一種路面由硅酸鹽水泥加水混入路基的上面幾英寸并由壓路機壓實。用于大交通量的重型交通工具的道路必須仔細設計并要（設計具有）相當大的厚度。將道路或是街道表面的水移走就是表面排水。如果使用了暴雨排水系統(tǒng)，由于它要和（城市）街道銜接，設計工程師必須考慮街道總的排水面積，期望的最大排水率，暴雨持續(xù)時間設計值，每一個集水箱的允許傾注量，以及計劃的集水箱沿街間距。設計公路下的排水設施時，然后利用這些資料，推算所需排水結構的負荷量。，管壁粗糙程度，入口和下游溝渠末端的形狀，入口處允許的最大水位高度以及出口處水位。這些設施必須仔細布置以便能方便安全的出入高速公路。這種休息區(qū)特別受到那些跑長途而又很少停車休息的司機的歡迎。在一些社區(qū)，人們沿高速公路兩側筑起了高墻。隔音柵欄能減少全部噪聲量的超過50%。立桿定線根據(jù)一份基于細節(jié)計劃準備和規(guī)范的授權建設合同，工程師來到工地現(xiàn)場布置工程。壓實（路基）重型壓路機把道路下面的土壤和路基壓實為了消除以后的沉降。近年來，振蕩壓路機已被開發(fā)出用于某些工程。維護和操作高速公路維護由路面路肩，橋梁排水設備，標志，交通控制設備，防護圍欄，行人通道上的斑馬線，擋土墻以及邊坡的維護和維修等組成。因為搞清楚為什么有些高速公路的設計比另一些高速公路有更佳的功效和更少的用于維護的開銷是很值得的，所以負責監(jiān)理維護的工程師能提供很有價值的引導給設計工程師。第12課交通管制通過在現(xiàn)有的街道和高速公路上疏導交通以及使用各種交通管制設備來改善車輛的運行情況。人口向城區(qū)流動，在城市上班這一變化決定著設計交通容量。為了提高安全性和機動性，以及更加充分地利用城市空間，需要有不斷提高的更加精細的交通控制的方法。在工程上，交通控制的方法包括四個基本技術：（1）交通路徑選擇，包括單行道，直通大街，；（2）交通規(guī)則，包括停車和負載控制，轉向控制，速度限制以及高速公路運營。交通路線 交通路線設計中最重要的一步是決定城市中每條街道的主要用途。這也是建設符合特殊標準道路的基礎。高速公路系統(tǒng)極大地趨向于城際間的長途旅行代表了最明晰的實用性原則不同的道路系統(tǒng)應該滿足不同種類的車輛需求。大多數(shù)高速公路同樣包括高標準的人行道寬度，曲率，照明以及標志。降低或是高架的道路就允許其和當?shù)亟值乐g有合適數(shù)目的十字路以及交互式立體交叉。在許多大城市，交叉通行的車輛只是很小的一部分，并且很多高速路都是為本地車輛使用。直通大街促進了交通并提高其安全性。一個高效率的直通街道系統(tǒng)是將車輛集中在高質量的街道上，減少在其他街道上的阻塞和事故。單行道系統(tǒng)被廣泛用于緩解市中心的交通阻塞。紐約市已在曼哈頓的幾乎所有街道和街區(qū)采納了這一方案。該技術已得到世界范圍的認可，尤其對那些街道闊寬很困難的城市特別有幫助?？赡嫘械?