土木工程专业英语课文翻译戴俊

土木工程专业英语课文翻译戴俊

第一单元

土木工程前言

或许，工程师对于人类文明形成所做出的贡献多于其他专业人才群体。在各个社会中，工程师的作用就是发展技术应用以满足实际需要。例如，应用电力系统向城市供电，应用水轮驱动水碾，应用人造心脏延长生命，等。向我们提供水、燃料、电力的系统，交通网络系统，通讯系统，以及带来其他方便的系统是工程技术应用的产物。尽管真正的工程师们在以上进步和人类幸福中所起的作用，但对他们所起作用的理解仍是不完全的。

工程是将知识转化为实际有效应用的技术，工程师则是在这样的转化中起关键作用的人。工程是服务人类的职业，人类环境是需要考虑的重要事项。通常，区分工程师和科学家一直存在困难，决定科学家的工作在哪里终止，工程师的工作从哪里开始也存在困难。

科学与工程中有联系的工作的基本区别在于它们的目的不同。科学家以发明为目的，而工程师坚持有效使用发明来满足人类的需要。例如，德国物理学家亨利奇·赫兹发现了无线电波，而古里耶尔莫·马克尼则利用无线电波发展了无线电信技术，这是一项工程奇迹。在相关科学家建立了核裂变的科学原理后，制造原子武器、建造核电厂的艰难工作则由电力、化学和机械工程师来完成。

土木工程是以向人类提供安全、舒适住所为目的的工程分支。住所是人类的基本需要之一，它由土木工程师负责提供。供水和灌溉系统的有效规划能增加一个国家的粮食产量。住所除了简单的掩蔽功能外，土木工程师还能将其建造来为居住者提供安宁、舒适的生活。世界上的工程奇迹——从塔形结构到今天的薄壳结构——都是土木工程发展的结果。道路、铁路、桥梁等交通网线是土木工程师的劳动果实，没有这样的交通网线，社会将不可能得到发展。

任何工程学科都是由各种专业分支构成的巨大领域，土木工程的主要专业分支如下：

1.结构工程

结构工程是土木工程的最重要专业分支，结构的建造需要有效的规划、设计和施工方法，以实现完整的建造目的。一般地，结构工程建造包含五个步骤：

●定位，并合理排列结构构件，形成确定的形式，以实现最佳的使用功能。

●决定作用于结构上不同力的大小、方向和性质。

●结构分析，弄清受上述作用力的结构构件的行为特征。

●结构设计，以保证不同载荷作用下的结构稳定性。

●结构施工，采用精心选择的材料，由熟练工人完成。

2.岩土工程

为了实现建筑于地面结构的有效功能，必须知道土的特征。岩土工程给出土的基本知识体系，这一分支涉及以下方面：

●土——“土力学”下的材料——的性质和行为特征。

●结构、机器等基础的不同类型及其稳定性。

岩土工程也涉及基础的分析、设计和施工。

3.流体力学、水力学和水力机械

流体力学讲述静止或运动流体的性质和特征，流体力学原理可以用到日常生活中，如：飞机的飞行，水中鱼的游动，以及血管中的血液循环等。

水力结构，如大坝和配水结构的设计需要知道水的作用力和压力水的特征。

利用水能的机械称为水力机械，如：涡能机利用水的势能发电，水泵是利用机械能提升水的装置。这些机械的工作有效性取决于该学科中涉及到的流体特征。

4.交通工程

一个国家的发展主要取决于可用的交通设施，一个国家的财富用可用的道路和航空设施来衡量。有三种交通模式，即：陆路、水路和空中运输，本专业涉及交通路线的设计、施工和运营。

交通工程包含以下分支：公路工程、铁路工程、港口工程、机场工程，分别涉及道路的规划和设计和铁道、港口和机场。

供水、净化水和环境工程

没有食品人可以生存几天，但没有水人则活不了多久。向公众供给饮用水和废水的安全处理是土木工程师的责任。水来自于降水和地下水。

供水工程涉及水的定位和收集、水处理方法、标准极限试验和水的有效供给。

废水、固体废料、有毒废料等不能直接排放，因为这样会影响环境。因此，必须对这些废料进行处理和标准极限试验，然后再排放。卫生工程涉及废水的收集，处理方法和有效排放，保证世界安全。自然和人为产生并排入大气中的废料破坏自然平衡。人为或人类活动引起的污染物已经超过了大气系统的承受能力。

环境工程师的作用是通过将各种技术应用到废料净化工作中，架设起生物学和技术之间的桥梁。环境工程涉及保护环境免受人类活动有害影响的方法，从而使得人类富裕生活的环境质量得到改善。

5.灌溉工程

灌溉可定义为通过人工方法，向耕种土地供水的过程，灌溉工程包括与江河水的控制有关的工程，以及水涝区排水的研究和设计。因此，灌溉工程涉及不同水源的控制和利用，这一工作通过修建大坝、水库、沟渠、增压站、通往耕种土地的配水渠来实现。

6.测量、水准测量和遥感

在重要的土木工程，如：铁路、公路、大坝和房屋建设开工前，需要有详细的测量图表明工程区域的精确边界。测量定义为收集数据，以便将地表面上各种点的相对位置绘制在水平面图上的技术，水准测量则是在垂直平面上确定地面各点相对高程的过程。

测量工作的主要目的是准备出测量物体的平面图。测量和收集必要资料，画出平面图需要使用各种仪器。遥感是利用空中摄影，获取某地区周围数据的技术，智能解释将给出地形的清晰图像。

第2单元

土木工程师

土木工程师的任务是：规划与设计道路、桥梁、管线、区域排水渠、机场、污水处理系统、以及其它的多种设施，并指导这些设施的施工和维护。土木工程师可能工作在某个特定领域，如：施工、土地开发、结构或水力设计、土力学、污水处理、或固体废料管理，他们也可能与不同专家就更广泛的问题进行合作，如：土地污染或地下水污染、或能源开发与保护。

土木工程师可能设计工程项目的主要特征，然后指导绘图工作，写出设计说明，并为最后的成本估算做准备，他们也可能准备契约，财产记述，公共道

路图等。在现场，他们常常完成测量、现场勘查、或施工检查或监管，他们也可能取土样并进行土体试验，或进行建筑材料的试验室或现场试验。

在很多情况下，土木工程师的作用是保证工程项目安全、及时完成，并有效利用资源，这些工程包括：公路建设、废料管理、海岸开发和岩土工程。

为对工程项目进行规划、管理、设计和施工监管，咨询土木工程师与客户保持联络，他们工作在不同项目现场，他们富有经验，可以作为项目经理运作项目。土木工程提供多种机会，并满足有助于改进和提高多个场地的大众生活质量，在土木工程范围内，咨询工程师是设计者，合同工程师将他们的设计转变为现实。土木咨询工程师向用户提供各种各样的服务，在他们事业的开始阶段，他们的工作是对小的工程项目负责，但项目的规模可能随他们获得经验的增加而增加。

结构工程中，工程师可能完成详细的计算，保证设计性能满足结构要求，这些工程师也可能去现场，确保进行中的工作符合设计图和说明书，他们还可能检查需要修理或替换的现有结构。

交通工程中，工程师设计街道、公路及进行设计变更，以改善交通流动，他们完成勘测工作，做出初步设计，并对施工中将使用的材料进行检查和试验，他们也可能准备环境影响报告。这些工程师还可能进一步擅长于特定部分的工作，如：改善交通标志，规划设计防撞装置，或研究行人交通。除此之外的工程师研究人口增长和工业发展趋势，以决定未来的交通需要。

土木工程师工作在许多不同的场所，从安静的现代办公室到遥远地区的工作现场，他们可能频繁旅行，或在进行远距离项目时的临时移居。他们还可能与其他的专业技术人员组成临时项目工作队，一道工作。

有很多的土木工程师工作在城市、乡村、州或联邦政府，其他的则工作在咨询公司，或担当独立顾问，有的工程师为建筑公司工作，有少数在大学全职或兼职从事教学。

这一行业的就业情况受到建筑活动及政府聘用波动的严重影响。现阶段，该行业各个方面的就业增长略受限制，尽管无工作经验大学毕业生数量一般能满足入门级岗位数量的需求，但有特殊技能和经验的高素质工程师短缺，最大短缺将最可能在施工、交通、能源产生和分配、环境保护和抗震工程等领域。由于该行业对现场计算机技术的巨大依赖性，具有计算机科学培训或经验的土木工程师将有特别好的机会。抗震工程师、能源生产与分配工程师、及环保工程师特别短缺。

加利福利亚土木工程师的中等小时工资为29.71美元，附加福利通常包括带薪度假、病假和健康保险，一些雇主还提供退休养老计划和利润分享。通常，土木工程师每周工作40小时，但当工程期限有要求时工作延时，例如施工项目的工程师常常在繁忙期超时工作。

土木工程师必需将数学和力学的喜好与对社区事务和环境问题的兴趣结合起来，他们必须能够组织、分析、评估技术资料，以解决详细的工程问题，并作为队员之一工作。

打算成为土木工程师的高中学生应该学习大学的预备课程，如：化学、物理和英语，以及业务和绘图课程。这些人应该尽可能多地学习数学课程，包括：代数、几何、三角和微积分。

土木工程的理工科学士是大多数入门级岗位的最低要求，研究和大学教学要求硕士或博士，某些学校开设了工程技术认定委员会（ABET）认定的土木工

程必修课。雇主建议学生通过暑假工作或大学的工作学习计划获得实践经验，雇主也给学生推荐计算机课程，因为这一职业对计算机技术有依赖性。

所有的咨询土木工程师都要求获得州职业工程师注册委员会的登记，负责批准计划、技术说明书和报告的土木工程师也要求获得这样的登记注册，很多雇主要求特定水平的进一步注册（大多数公共机构中的副土木工程师）。注册要求通过两门考试和一到六年的土木工程工作经验，成功的候选者将收到土木工程师注册证书。

在政府工作的土木工程师常常从实习工程师开始他们的事业生涯。当他们获得经验后，他们可能晋升到助理工程师、副工程师和高级工程师岗位。为了获得更高的薪水，有资历的文职工程师可以转移到管理和行政岗位。

在私人企业工作的土木工程师可以晋升在责任更大的工作岗位，如：职员工程师、项目工程师、或主任工程师。获得资质后，这些人可以担当私人公司的顾问，或进入他们有可能晋升到高级管理层次的行政岗位。为了推动土木工程的进步，理工科硕士学位正变得愈加重要。

在招聘入门级岗位时，某些雇主举行校园面试，其他的雇主则需要来自大学就业中心或工程教研组的推荐。高级岗位的招聘可能在报纸和专业杂志上刊登广告，雇主和应聘者也可以利用专业协会、私人就业服务机构、或加州就业局的招聘服务，政府机构一般会发布行政事务公告，告知所有通过行政事务招聘程序获得的当前岗位。

第3单元

多层建筑设计

结构框架。多层建筑的钢框架是梁、次梁或桁架和柱的系统，设计来承受结构的全部重力载荷，并抵抗风力和地震力。屋面和楼板系统由跨于两垂直立柱之间的水平梁、格栅梁直接支撑，典型的层或楼面通常可以在水平方向延伸到更大的范围和在垂直方向重复到摩天高度，除非遇到高风力或地震载荷，要求对框架设计进行修改。

在结构框架的设计中，一开始应该注意到对特殊设施的规定，如电梯井和楼梯间，这些构件穿过几个楼层，要求固定某些立柱的位置。其余立柱可以排列成基于建筑学布置和屋面、楼面、墙体和隔墙采用的典型施工考虑的规则形式。

根据连接的型式和特点，美国钢结构学会的规范允许三种钢框架结构类型。类型1，通常命名为“刚框架”（连续框架），假定梁柱的连接具有足够刚度，以实质上保持相接两构件的原有夹角不变。类型2，通常命名为“简支”框架，（无约束，自由端），假定就重力载荷而言，梁端、次梁端之间的连接只为抗剪，重力载荷下，可自由旋转。类型3，通常命名为“半刚性”框架（部分约束），假定梁和格梁的连接具有相关的、已知的抗弯矩能力，程度介于类型1的在完全刚性和类型2的完全柔性之间。这一部分，应特别关注类型2的结构中（“简支”框架）中的抗风支撑的其他要求。

为了给建筑物提供侧向刚度，特别是具有类型2的框架连接，可以设计一个支撑系统来抵抗有风和地震载荷作用于外墙上的侧向力。作用于外墙的风载荷由楼面系统传递给刚框架系统中的支撑排架或剪力墙。如果楼面刚度不够以传递载荷，必须在排架之间提供水平支撑系统。

支撑排架可以布置在外墙中、永久性内墙中、电梯和楼梯井周围、及这些支撑不碍事的其他服务区。如果可能，支撑排架应该在建筑物内对称布置，以

避免建筑物绕垂直轴的扭曲。风载荷在支撑排架上的分配应该考虑风合力作用线与抗风系统阻力中线之间的偏心。

用于获得正规形状建筑物刚度的两种方法如图3.1所示。在核心墙型式中。侧向载荷抵抗系统与中心的公用设施有机结合；在承载墙型式中，外墙被约束而增加刚度，因此建筑物像是一个巨大的悬臂箱形体。承载墙式排架的使用是纽约世贸中心和芝加哥约翰·汉考克大厦降低结构框架成本的重要因素。

图3.1 增加刚度的墙体布置

排架的约束方式有很多种。全对角拉接是抗风支撑最经济的型式，这种型式略受窗户和门开口的频繁使用限制。通常，桥门撑架的费用更高，仅用于大空间的情况。空腹型拉牢排架具有建筑学上容易处理的优点，而且可以用在外墙上作为建筑物正面的一部分。

楼面系统。多层建筑的楼面系统是比用于工业建筑类型更为精心的结构，它是包括次梁和主梁的框架，这一框架支撑楼覆盖层。目前，有几种不同的覆盖层可供应用，这些覆盖层的耐久性、抗火性、重量和对已建成楼面和天花板适应性，以及对设备安装适应性不同。适当楼面覆盖层的选择取决于占用要求，结构适用性和成本因素。

当前使用中的楼面结构更为普遍的类型有：

（1）钢筋混凝土板，（2）混凝土板系统，（3）空腹托梁系统，（4）多孔钢梁系统，（5）这四种类型的变种。

当希望高度刚性时，钢筋混凝土板是适当的，虽然轻混凝土的使用已大大减少了恒载，但这一系统是钢框架建筑物中采用的重量最大的楼面结构类型之一。

在混凝土板系统中，金属板和支撑厚木板构成浇注混凝土的模板，这导致了加肋混凝土楼面，这是一种比传统钢筋混凝土板更轻质的楼板系统。

最轻型的楼面结构类型之一是空腹托梁系统。该系统由2到2.5英寸的混凝土构成，混凝土现浇在肋钢丝网上，钢丝网下方铺有重纸板，重纸板直接敷在托梁上。满意的托梁设计与施工通过坚持刚托梁学会的规定来保证。目前有几种预制的托梁类型可供使用。

多孔钢楼面具有与空腹托梁系统可比的重量，覆盖层上面的混凝土仅作光洁材料用，低强度的轻质混凝土足以达到此目的。承载系统由轻型冷轧多孔构件组成，这一系统简化了设备线路的安装，因为网孔可作为通道，这起到降低多孔层高初期成本的作用。

第4单元

框架系统

工程师如何设计建筑物来抵抗地层运动产生的各种力呢？从实质上讲，他们必须在一组小构件中进行选择，然后将选出来的构件在他们的设计中进行组合，形成完整的抗力系统。

有三种结构系统能够抵挡风或地震在建筑物中产生的侧向力，它们是剪力墙、支撑结构和抗弯结构（有时称为刚架）。实际上，必须在这三种结构系统中进行选择。

因此，设计人员只选择一种类型的结构体系来抵抗所受载荷。这种选择必须在设计的早期阶段完成，因为选用构件的不同特征在功能和美学上对建筑设计有很大的影响。例：如果将剪力墙选为抗风或抗地震系统，那么建筑物将具有永久性墙体形式，这些墙体将从屋顶到基础穿过每一楼层。尽管这样的结构

形式在建筑物是公寓或旅馆时可以接受，但如果建筑物是出租写字楼，则建筑物的功能将受影响，因为这种情况下对建筑物内部空间的要求是经常改变的。

应该注意到，抗弯结构有时与其它的某一系统进行结合，形成双重系统，其中抗弯结构对其它系统有辅助作用。这种情况下，两种系统相互作用，共同承载。

在水平面上，隔断——一般由楼面和屋面单元形成，是必需的。（然而，有时水平支撑系统用作隔断，它独立于屋面和楼面结构）。隔断将侧向力传递给垂直抗力单元——剪力墙或框架。

设计剪力墙以承受来自隔断的侧向力，并将这些力传给地面。剪力墙中的力主要是剪切力，剪力使剪力墙的材料纤维试图彼此滑移。板房是剪力墙结构，足够多的板墙必须彼此垂直布置，否则房屋将会坍塌。这是一种很无效的结构，因为墙体之间，墙体与隔断之间并无联系，如果这些墙体用公母槽或销钉连接，这种结构将变成对其大小和重量非常有效的结构。类似地，建筑物中墙体与楼面、屋面板之间的连接一定有很高的强度和延展性。

支撑结构与剪力墙具有同样的作用形式，但一般地，根据细部结构设计的不同，支撑结构的抗力很小，而延展性较好。支撑通过三角形几何特性产生抗力，三角形几何特性预防结构受到侧向推力时垮塌。自行车是人们熟悉的支撑结构例子，如果没有支撑之间的对角连接，其他构件和连接点就必须有更大强度，以防结构散架。

在有支撑结构的建筑物中，侧向力可能引起支撑不断拉伸和压缩，进一步使其失去有效性，产生大的扭曲，最终导致支撑结构试图支撑的垂直结构垮塌。因而，延展性必须设计成支撑结构，以便他能够变形而不会突然折断。

抗弯结构是针对框架结构的工程术语。抗弯结构中，侧向力主要通过梁柱的弯矩来抵抗，这种弯矩由梁柱之间高强度的刚性连接所产生。（对工程师来说，力对某一点的矩等于力乘该点与力作用线之间的距离）。

简单的梯子是抗弯结构的例子。在使用抗弯结构的楼房中，不需要墙体或支撑结构，然而，节点将受到高应力，而且楼房的结构细部在钢和钢筋混凝土中是很重要的。

最后一点，抗弯结构利用来自延性的吸能，延性即是结构最后破坏前的永久变形。延性是某些材料——特别是钢——只有在出现很大扭曲或变形后才会破坏的特性。金属变形吸收能量，延缓结构的完全破坏。材料弯曲而不破坏，虽然有效性降低，但继续抵抗力和承受载荷，因此抗弯结构一般是铆接或焊接的钢结构，其中材料的自然延性是优点。然而，含有大量精确定位加强钢筋且配筋合理的钢筋混凝土结构是同样有效的延性抗弯结构。

第5单元

地层运动时，结构会发生什么？

本文集中讨论地震在建筑物上引起的危险，通过建筑规范可以采取的措施和降低风险的自主性教育。首先，而且最重要的，是处于住宅、学校、商场及可能有数千人聚集观看体育比赛或听音乐会的地方，以及别的地方的人的生命危险。人生命之外的危险是地震引起的经济和社会破坏，中等地震可能会导致许多房屋、工作、投资和社会资源的损失。

尽管地震会引起公共设施，如：供水和供电的破坏和中断，但这些问题是相对短期的，因为一般情况下公共设施公司都会遇到这样的中断，而且有应付的准备。地震可能引起交通系统的严重破坏，如：铁路和高速公路的中断，而

且桥梁和天桥坍塌引起人员伤亡，像1989年洛马普列塔地震和1985年加州北岭地震中出现的情况那样。然而，这些是特殊问题，主要由州交通部门处理。实质上，提高建筑物的抗震特性被看成是减少地震对公众和社会威胁的关键。

建筑物的健康与安全问题，一般通过书面的建筑规范控制，以保证一些不重要的设计与施工规范得到坚持，以避免建筑物的某些潜在危险。这些规范一般建立在最大载荷这样的事情上，以至于房屋的楼板不会因为人、设备和最小高度（以致人不会翻过）的走廊栏杆等引起过载而垮塌。这些规定保证通常的最小安全标准，而且意味着设计者努力工作来达到通常的标准，而不必努力依靠自己每次设计新建筑去解决建筑设计中的所有问题。

在美国的地震多发区，如：加州和阿拉斯加州，抗震规范得到了发展，几十年来被当地社会执行，现有的大多数建筑物设计时都考虑了抗震要求。然而，由于抗震建筑设计“科学”是相对较新的领域（第一个抗震规范于1972年在加州才得以执行），按照早期规范设计的建筑现在认为不一定安全的，某些情况下在这些地区必须继续工作，以加固和改善依照早期规范条款设计的建筑，并且完善规范。

在美国的地震威胁没有伴随不断出现地震的地区，情况则不相同。许多处于危险的建筑物数目繁多，这些建筑物设计时未考虑抗震问题，而且每年新建的建筑物一直都在加长这一危险建筑物清单。当不可避免的大地震或中度地震出现时，这些建筑物可能遭受灾难性损失。如：地震专家引述日本神户市的骇人破坏，1995年的那场地震导致了5,000多人失去生命。该地区过去一直被地震专家和地球科学家认定为地震危险区，但由于几百年来严重的地震未影响到神户市，当地的建筑物（虽然设计时考虑了抗震规范）是脆弱的，当地人们和政府的紧急响应服务在很大程度上处于无准备状态。

在其居民一生未出现大地震的社区，地震经历是难以想象的，而且也难以形象化地震对熟悉的建筑物和其他结构物造成的后果。本文的意图是给读者地震对建筑物造成破坏类型的某些概念，图片一般展示了加州和阿拉斯加州地震的结果，而且在极大程度上显示了按照低于现在抗震规范标准设计的旧建筑物，或抗震规范执行前未进行抗震加强的砖混建筑物的破坏结果。

长期以来，人们认为未进行抗震加强的砖混建筑物的抗震性能是很差的。一般地，未进行抗震加强的砖混建筑物有砖或石块承重墙，木框架的楼面和屋面。楼面和屋面趋向于与墙体脱离和破坏，墙体上部，特别是女儿墙趋于垮塌，而且根据砂浆的质量和时间，墙体也趋于破坏。

在加利福尼亚，加州要求所有城市都要提出其未抗震加强砖混建筑物的清单，并提出对建筑物的拆除或加固计划。在洛衫矶，1981年生效了一项法令，要求所有抗震加固建筑物的所有者于1995年前要么拆除，要么加固建筑物，实质上要求对这类所有的8,000建筑物或者拆除，或者加固。1994年的北岭地震表明，与早期的地震相比，这类建筑物的性能得到明显改进——没有人员死亡，受伤的人很少，旧金山和其他的很多加州城市现在也生效了类似的法令。

人们对材料特性完全了解之前设计的旧一些的钢筋混凝土建筑结构在地震中遭受了严重破坏，如果没有用钢筋高度加强，混凝土是脆性材料，趋于没有警报的破坏。在国外地震造成了许多彻底的垮塌，但是在加州和阿拉斯加州，彻底的垮塌很少。然而，那些不可挽回的损失是巨大的。几乎没有构造墙体的框架结构遭到了最严重破坏，而对有很多混凝土墙的结构物，问题则没那么尖锐。20世纪70年代生效以来，抗震规范要求专门的加固，这大大降低了这些脆

性破坏的可能性。

通常用于工业和商业厂房的预制钢筋混凝土建筑物也在地震中遭受严重破坏，在这些类型的建筑物中，破坏主要是由于预制构件之间或墙体与屋面之间的连接不足。

图5.1中的建筑物是奥利弗医院，在971年加州旧金山地震中遭受了严重破坏，原因主要在“软弱层”（即：其下部两层的柔性大于引起破坏的上部楼层）条件引起破坏，这种破坏发生在结构从柔性柱变成刚性墙的地方。

在典型的建筑物中，结构构件（楼板和屋面结构、承重墙、柱、梁、基础）仅占到建筑成本的大约15%~20%，非构造的建筑、机械和电器构件占据建筑物重置价值的70%~85%。

虽然所有非构造构件受到损坏，或者直接由于摇晃，或者由于结构建筑运动引起的扭曲。房屋的居住者特别易受非构造性构件破坏的伤害，垮落的女人墙和玻璃则造成屋外人的伤害，甚至死亡。受损的机械和电器部件会引起火灾和爆炸，此外，非结构构件损坏的修复是很昂贵的，而且可能发生在没有或有很少结构损坏的时候。据估计，在最近的地震中，没有严重结构损坏的很多建筑物都遭受了相当的非构造件损坏，有时总损失多达建筑物置换价值的50%。

第6单元

结构动力分析

对工程问题，不是总能获得严格的数学解。事实上，只能对某些简单的情况获得解析解。对涉及到复杂材料性质、载荷和边界条件的问题，工程师们引入认为需要的假设和理想化，使问题在数学上容易处理，但就安全和经济而言，还能够提供足够精确的解答和满意的结果。数学模型提供真实物理系统和数学可行解之间的联系，数学模型是为了替代包括对物理问题做出的所有假设的理想化系统的符号名称。

自由度

结构动力学中，决定系统任意时刻位置或轮廓需要的独立坐标数称为自由度数。一般地，连续结构有无穷的自由度数，然而理想化处理或选用适当的数学模型允许将自由度数量减小到离散数，而且在某些情况下减小到单自由度。图6.1表明，某些能够表示成单自由度的系统，以便于动力分析的例子，即结构模拟成具有单一位移坐标的系统。这些单自由度系统可以方便地用图6.2所示的数学模型描述。它有以下单元：（1）质量单元m，代表结构的质量和惯性特性；（2）弹簧单元k，代表结构的弹性恢复力和势能能量；（3）阻力单元c，代表结构的摩擦特性和能量损失；（4）激励力F(t)代表作用于结构系统上的外力。力F(t)写成这种方式，以表明它是时间函数。在采用图6.2所示的数学模型中，假定系统的每个单元代表单一性质，即：质量m只代表惯性，不代表弹性或能量耗散，而弹簧k只代表弹性，而不代表惯性或能量耗散。最后，阻力器c只耗散能量。读者肯定能理解，这样的“纯”单元在物理世界中不存在，数学模型只是真实结构在概念上的理想化。例如，数学模型可以提供完整的和精确的模型本身的行为知识，但对于真实物理系统而言，这种知识只是有限的或近似的。然而，从实际角度看，由分析获得的信息可以很好地满足对物理系统动力行为的足够理解，包括设计和安全要求。

达朗贝尔原理

获得运动方程的一种方法是应用达朗贝尔原理，该原理表述为：通过施加一般称为惯性力的外力，一个系统可以达到动力平衡状态。

图6.3为带有惯性力m?的自由体图示。惯性力等于质量乘加速度，而且总是指向相应坐标的负方向。达朗贝尔原理的应用允许我们将平衡方程应用到获得运动方程的过程中。如：图6.3中，y方向力的合成直接给出m? + ky = 0，这是单自由度系统的运动方程。这种情况下，达朗贝尔原理的应用似乎意义不大。对于更复杂的问题，情况则不是这样的。其中，达朗贝尔原理和虚功原理的应用构成了分析的强有力工具。如后面讲解的那样，虚功原理可直接应用于任何平衡系统，因此假如应用达朗贝尔原理来建立系统的动态平衡方程，则虚功原理也可以应用来求解动力问题。

第7单元

摩天大楼

无论人们走到哪里，小城镇或大城市最显而易见和者的注意的特征之一是它的建筑物。特别是在大城市，高大的楼房突出于其它建筑物之上。在摩天大楼已经从早期的低矮的建筑演变成了坚实的直插云端的高塔的过程中，物理学已经变成了这种进步中的重要而精粹的主题。

摩天大楼及它们是如何工作的主题引起我们的兴趣，主要是因为它们的神秘和庄严。它们可当着它们所存在社会的窗户和它们暗含表现的文化描写。摩天大楼也保持着它们所包含文化主题世界中的意味深长的角色。

建设摩天大楼的想法主要是为了保存空间，而不是为了新奇。建设摩天大楼所需要的物理学是复杂的。首先，随着国家进入工业化和城市化意识不断增强，摩天大楼的建设涉及到钢材的生产和使用。摩天大楼的建设是从铁向钢的演化开始的，钢是铁矿的副产品，当除去铁矿中的杂质时，钢就生成了。这一新产品（钢）比它的原来产品（铁）更高强，更质轻。世界上第一座由钢结构支撑的高层建筑是建于工业革命时期的10层芝加哥家庭保险大厦。这一新建筑发明导致了更先进结构的产生，这种结构是利用它出现前的老式材料不可能建成的。

超越历史进程，建筑已分成了很多不同时代。在历史早期，摩天大楼的建筑商被限于使用对于建设摩天大楼而言性能不够优良的材料。最早的摩天大楼是埃及的金字塔，或许，最有名的摩天大楼是比萨斜塔、埃菲尔铁塔和（纽约）熨斗大厦，所有这些建筑物都具有同样必不可少的钢结构和建筑的骨架结构。这阻碍了建筑高度的增加，这种骨架结构使得基础非常大，以至于能够支撑高层建筑物，这好像人站在另一个人的肩上。基础的重量随建筑物高度增加成指数增加。这就使得钢的发展速度很快增加，以跟上摩天大楼的要求步伐。20世纪初期，世界上的很多摩天大楼具有比上部大得多的基础，而且建筑形式类似于2000多年前塔形建筑基础。以纽约伍尔沃斯大厦为例，为支撑摩天大楼的极大重量，其基础比其上部结构大得多。

随着摩天大楼开始变大变高，建设中考虑的因素从防火和抗洪水转到了抗风和抗摆动。摩天大楼的最重要要素之一是承受重力。基础也是建筑中的重要要素，因为它使建筑物稳定、安全和定位。重力将以稳定的速度随建筑施工高度的增加而连续增加。让我们以芝加哥希尔斯大厦为：其质量为222,500t，重力（加速度）为10m/s2，高度为433m；因而，重力是一个非常大的数。

这一摩天大楼是美国设计和施工工程的一项胜利成果。美国社会文化中的最重要事情是摩天大楼的建成。摩天大楼必须征服的最重要因素是侧向风力和地震力。摩天大楼的创建是从家庭保险大厦

开始的，它是第一座完全的钢结构建筑物。钢使得作用于地面的重力降低，

风阻力减小。由于贝色加工（一种钢材大规模生产的有效方法）的诞生，工业革命受到很大影响。各楼层的混凝土必须等重量，然而材料总载荷是是随楼房高度增加而变化的，风阻也随楼房增高而增加。以吉隆坡双子星塔（图7.1）和波士顿的约翰汉考克大厦（图7.2）为例，双子星塔的高度是约翰汉考克大厦的2倍，因此影响双子星塔的风阻力强度是约翰汉考克的4倍。就风阻而言，在摩天大厦的建设中给予了很多的考虑，当风吹向摩天大楼时，迎风面的立柱受拉，而背风面得立柱受压。

根据建筑物尺寸的不同，可能成组设置数百个阻尼器。每个都安装在楼面上，并与V型支撑相连，而V型支撑则焊接在横梁上。图7.3是阻尼器和V型结构图。当建筑物开始摇摆时，阻尼器将来会运动，抵消冲击振动。受到磁化后，阻尼器能施加的力将增加。

老式建筑使用小的廊厅，并使用很多梁支撑建筑物，在没有梁和廊厅的地方，则填满重的砖石墙。摩天大楼的想法是制作轻外墙和在核心位置布设坚固的梁。核心位置通常是布设电梯和其它器具的地方。这样提供可更多的办公空间，而且建筑比老式建筑更加稳定、更轻。然而，最近的摩天大楼，如希尔斯塔具有外围的周边，提供刚性的中空的、质量较小的核心体，而且有效减小重力和作用于建筑物上的其它力。

随着这些过去的建筑物的完成，世界贸易中心在摩天大楼的结构方面将有更惊人的进步。基础将处在很软弱的地层上，进而引起了对工程师的关心。然而，他们带着好奇心面对这种逆境。为了更均匀地分布重量，他们在地层中更大范围、更大深度上布设梁。为了使基础支撑建筑物的质量，基础有比摩天大楼上部更大的总面积是必要的。世界贸易中心用钢结构管建造，没有主题核心，而建筑物的强度位于外墙上。这允许有更多的办公空间，而且比老的摩天大楼建楼方式更坚固。

摩天大楼建设中需要注意的另一个关键方面是牛顿第二定律：F = ma （或“力”等于“质量”乘“加速度”）。在摩天大楼必需建成抵抗地震或其它扰动方面，这一定律可以直接应用于其建造中。特别是，在易受地震的地区，土木工程师们非常留意地层运动加速度。由于摩天大楼那样的巨大质量，极小的地层（振动）加速度将导致巨大的力作用于建筑物，极大降低其稳定性，并常常引起灾难。我们看到越来越多的高层建筑物正在竞争成为最高的摩天大楼，它们不服从重力定律和其它影响摩天大楼稳定性与强度的自然因素。足够有趣的是，很高摩天大楼的数量（超过350m）正不断增加，更多的工程师正在努力建造最高的摩天大楼。

多年来，摩天大楼已经证明是有效的，而且大大影响美国社会和我们的历史。无论我们是否有摩天大楼，我们每个人都受到了摩天大楼存在的影响，摩天大楼对我们国家，而且在世界水平上，将一直是相当大的有益资产。

第8单元

岩石中的隧道施工

由于其周围地层的更大强度，岩层中的隧道施工比软土中的隧道施工更容易。然而，这并不意味着岩体的岩土勘察比软土的土层勘察费用低，因为必需对岩石断层或不规则的存在和岩石结构的细节进行勘察和评估。

地下水条件可能对隧道开挖有重要影响，因此必需进行勘察。特别是，含水节理或层理必需确定，潜在水流必需进行估算。

在所有岩石隧道工程中，必须预测地质条件的变化。一般地，这种变化将完全影响隧道施工的推进速度，并导致隧道施工方法或设备的较小调整。然而，在某些情况下，将可能遇到要求完全改变隧道施工方法的地质条件。

岩石中经常出现含水开的口节理或层理，当这些节理或层理与隧道开挖交叉时，将会带来严重问题：涌水可能变得太大，不能正常施工；节理中的填充材料受侵蚀导致岩石不稳定；矸石透湿或隧道或工作面破坏可能降低隧道施工生产力到可接受的极限以下。因而，无论在什么位置，都需要在施工前确定这样的节理或层理的存在可能性。

在剪切带或断层带遇到的岩石一般具有断裂面间距小，并导致完整岩石块度小的特点。因而，岩石的表现更是像软地层而不是岩层。这种地质条件的出现将要求对开挖方法和支护设计进行大调整，进而将导致工期大大延迟，成本增加，特别是如果隧道采用全断面隧道掘进机（TBM）开挖时，更是如此。

钻眼爆破法隧道开挖的钻眼爆破法有100多年的历史，自从1860年以机械化的形式引进以来，在钻眼设备及炸药和爆破方法方面已经得到了许多的重大改进，每次改进都使得施工更安全，而且一般地也增加了施工速度。

由于不断的应用，钻眼爆破方法现在已经很有名，而且很可靠。这已经在几乎所有岩石种类条件下进行了试验，证明钻眼爆破法是成功的，而且也已表明容易适用于更多的岩石种类条件。

钻眼爆破法的最明显优点是由合同商和工程师在这一方法过去的大范围应用中获得的经验。由于最近光面爆破技术的引进，钻眼爆破方法已经达到了几乎完备的发展阶段。

钻眼爆破方法的另一个优点是相对低的设备资本投入。完全装备的凿岩台车费用远低于隧道掘进机。然而，钻眼爆破法的施工消耗费用高，产生效率低，因此其优越性仅体现在短隧道施工中。

钻眼爆破法的主要问题与循环作业有关。为了达到施工的高速度，每道工序必需在最短的时间内完成。为此，需要大功率的设备：特别明显的是通风和装岩设备。然而，这样的设备投入大于连续作业所要求的设备资本投入。进一步，每道工序所用设备在其它工序进行时处于闲置状态，因此设备的使用时间效率仅有30~50%。“通风排烟”时间，占据循环时间长度的大约10%，是完全的非生产时间，因为这一时间段，人和设备都不能工作。最后，非生产时间也消耗在移动设备和不同工序之间人员的进出中，这样的时间构成多大15%的时间损失。

与钻眼爆破法相关的另一个问题是对隧道的尺寸和形状缺乏精细控制。为了避免所谓的“欠挖点”（围岩伸入设计的隧道开挖空间，这种岩石得用人工凿掉），选用的钻眼形式将引起超挖。超挖导致：增加隧道施工的出碴量，而且在隧道采用混凝土支护的情况下，大大增加混凝土用量。因而，超挖导致非生产成本。超挖量受爆破方法和岩体质量控制，坚固岩石中的隧道采用光面爆破技术开挖时，超挖最小。

全断面隧道掘进机隧道掘进机的使用追溯到1882年，但其完全的工业化发展可以假定为是最近1954年的事。

现在，市场上有大约20种TBM,它们的共同特点是一般针对TBM使用的特定工程条件，对每台设备进行设计和改进。

似乎钻眼爆破法的大部分缺点已被TBM最小化或消除。钻眼爆破法的缺点之一是循环作业带来的时间延迟。相反，TBM是连续作业的。连续推进导致更高

的每小时推进量，而且最优化使用了辅助隧道施工设备，如：装岩和通风系统。然而，这种TBM的连续推进可能带来问题，因为隧道施工作业实际推进速度是有其最慢的工序决定的。在发展的早期阶段，机械是控制因素。但现在，一般地装岩系统控制着推进速度。因此，TBM不一定总能发挥最大效能，从而影响着隧道施工作业的经济性。

隧道掘进机在隧道开挖质量方面表现出重要优点。在质量好的岩石中，各种TBM均开挖出直径等于隧道设计直径和机械直径且壁面光滑的隧道。因而，实际上可以避免超挖，进而减少出矸量和支护的混凝土用量。光滑的隧道壁面和消除了爆破振动还带来了进一步的好处，这就是隧道顶部和两帮的岩石松动大大减少，因此岩石具有更好的自承能力。这进一步意味着对机械开挖的要求大大低于对钻爆法开挖隧道的要求。

隧道掘进机也有一些重要缺点。全断面TBM只能开挖出圆形的隧道断面，这样的隧道对于供水和排水隧道是理想的。但交通系统需要平缓以便铺轨。对这样的情况，马蹄形隧道断面更可取。另一方面，从隧道稳定的观点看，圆形隧道更好。圆形隧道用于整个伦敦地下轨道交通系统中。一种给定的TBM只能开挖出一种尺寸的隧道，因为隧道直径决定于刀盘直径和刀盘上刀齿的位置。对某些掘进机，开挖直径的变化范围大约是1英尺，但一般地，对于新的隧道，必须制造新的掘进机。TBM使用中，进一步的几何限制与最小的曲线半径有关。最小的可能曲线半径可以跟TBM制造商商谈，与机器形状和刀盘后的结构直径有关。

部分断面隧道掘进机隧道施工技术的进一步发展，引进了部分断面隧道掘进机，这种机器最初在欧洲得到发展，并用于煤矿巷道掘进中，之后越来越多地用于中等尺寸的软岩隧道开挖中。

部分断面隧道掘进机由含有一个滚动刀盘，刀盘安装在摇臂末端，摇臂安装在行走架上。

刀盘是半球形的，直径1~2英尺，其上面装有不同数量和排列的刀齿。刀盘旋转，并向隧道工作面施加压力，以在刀齿的作用下凿入岩石，其方式与老式手持镐相似。

现在，在欧洲市场上，可以买到10种类型的部分断面隧道掘进机。

与TBM类似，部分断面掘进机也是连续作业，非生产性时间仅限于移动设备、更换磨损刀齿、及检修机器等所需要的时间。连续作业使得装岩和通风设备得到最充分应用。部分断面掘进机开挖出高质量的隧道。很明显，隧道不如TBM开挖的光滑，但大大优于钻爆法开挖的隧道。如果使用得当，通常仅会产生最小超挖。（通常假定的最小超挖数字是2英尺）。

部分断面掘进机的最主要限制与其开挖的岩石强度有关。部分断面掘进机不能用于开挖抗压强度超过20,000磅/平方英尺的岩石，即便偶尔遇到这样的坚硬岩石，生产效率也会大大下降。假如使用这种机器，必需进行地质勘查，找准这样的硬岩夹层方向。

与TBM相比，部分断面掘进机的进一步缺点是推进速度较低。然而，在很多情况下，这一缺点可以由施工低成本来平衡。安大略生的几个合同商同意，用部分断面掘进机进行隧道开挖的结果是，两台部分断面掘进机开挖一条隧道与用一台TBM开挖的速度相等，但费用低于用TBM的开挖。

第9单元

软地层中的隧道施工新奥法

“顺序开挖法”和“喷射混凝土支护”。尽管如此，隧道施工业还没有对20世纪后半叶由奥地利人率先使用的隧道施工方法给出统一的命名。此外，我们也看到这种方法在美国得到了越来越多的应用，特别是在软地层条件下。为了更好地定义这种方法，看看其历史和其在设计与施工中的应用是有帮助的。

正如奥地利工程师和建筑师协会所定义的那样，新奥法（NATM）“…由一套方法构成，这样的方法使得隧道的围岩或土层结合成类似环一样的整体支护结构。进而，支护地层本身将是支护结构的一部分。”然而，在世界范围的实践中，当喷射混凝土被用作为敞胸隧道的初次支护时，也称为新奥法。然而，术语新奥法指软地层，可能是误导。

正如艾米特.布朗在一篇很有思想的文中指出的，新奥法可能指设计思想和施工方法。新奥法设计思想的关键特征是：

应有意识最可能大程度地发挥隧道周围地层的强度。允许地层控制性变形，可调动地层强度。

架设具有与地层条件适应的载荷—变形特性的初次支护，架设时间与地层变形有关。

安装仪器以监测初次支护系统的变形，并形成改变初次支护设计和开挖顺序的基础。

新奥法施工方法的关键特点是：

隧道进行顺序开挖和支护，开挖顺序是可变的。

采用喷射混凝土，并结合纤维或焊接钢丝加强筋，钢拱架（通常为格栅拱架），以及有时加固地层（如：土钉，板桩）作为初次地层支护。

永久支护通常（并非总是）为现浇钢筋混凝土支护。

应该注意到，上述的很多施工方法在文献对新奥法进行描述之前，就已在美国和其它地方的软地层中得到了广泛应用。在当前的实践中，对于称之为新奥法隧道的软土隧道，喷射混凝土形式的初次支护（通常增加格栅梁和某种形式的地层加固）随开挖进行而架设，之后在一段时间后进行永久支护施工。

简单地说，软土层可描述为：要求开挖后尽可能早地进行支护，以维护隧道稳定的任何类型地层。对于城市人口密集区的隧道，为避免隧道上方结构的损坏，限制下沉具有非常的重要性。为了限制下沉和保证工人安全，大部分软土隧道采用下列措施：

开挖台阶在空间尺寸和时间方面必须足够短，图9.1所示。

初次支护中，封闭拱的架设必需在开挖后及时完成，图9.2所示。

应该注意到，新奥法设计思想与传统软地层隧道施工措施之间的主要区别是土的变形不容易得到控制。因而，可以得出结论，针对软地层中顺序开挖与喷射混凝土支护隧道提出的开挖与支护采用了新奥法的施工方法，但不一定采用新奥法的设计思想。

在软土隧道施工中，安全规定地层支护必需在开挖后立即安装。图9.3所示为软地层隧道中成功用作初次支护的喷射混凝土。只要地层支护适当，新奥法对软地层条件是适合的。然而，有很多情况，软地层条件适于短进尺未封闭支护的敞胸工作面，如：流沙地层或短自稳时间地层（即：不能形成自然平衡拱）。如果不稳定的条件未能通过降水、板桩、注浆或其它改善地层的方法而得到改善，则新奥法是不合适的。这些情况下，针对隧道安全支护，闭胸盾构隧道施工法可能是更适合的。

计算机化的“黑箱”适合于新奥法设计吗？所谓“黑箱”，我的意思是数值

模型，他假定计算地层和支护（即：衬砌）中的应力。传统上，这样的计算一直采用有限元和有限差分法进行。与任何的计算机模型一样，计算结果的有效程度决定于岩土工程输入参数和分析所采用的本构模型。本构模型理论不应该是神秘的，工程师和客户（如果是业主或合同商）应该清楚地理解本构模型的限制。最重要的是，现场观察和测量应该用来证明假设和标定未来模型。

尽管上面的事实，数值模型仍然是软地层中隧道顺序开挖、喷射混凝土支护设计的有用工具。特别，数值模型在有隧道相互作用、非常规几何形状、或邻近结构物存在的地方是有用的。我们更喜欢使用软件FLAC或PLAXXIS进行软地层中隧道衬砌的数值模拟。然而，如果喷射混凝土支护隧道具有近似圆形或椭圆形，而不存在奇异性，如果不邻近地表，或没有地下建筑物与隧道相互作用，那么传统的地层支护相互作用方法可以用在设计中。的确，闭合的地层—衬砌相互作用方程组能提供一种对数值模拟的谨慎检验。

那么，你需要黑箱吗？如果你不知道黑箱后面的理论是什么，而且不能建立分析与现场隧道行为的关系，那么对于任何一种隧道设计，你都不应该依赖黑箱。然而，如果你正在使用带有良好本构模型的测试程序，并且知道它的限制，那么如FLAC那样的程序可能是有用的设计工具。但是，如果合适，要保证在现场证明结果，而且采用传统的地层—衬砌相互作用分析进行证明。

如上所指出，仪器安装和监测在证明设计假设和标定数值模型方面起关键作用。然而，更重要的是，监测用于提醒设计者和合同商，支护性能是否如所期望，或处于垮塌的危险中。在这方面，新奥法施工的仪器布设与其它类型的岩土工程施工不同。因此，岩土工程的试验和真实的经验方法适应于新奥法，即：1. 预测控制行为的机理，确定要回答的岩土工程问题。 2. 确定仪器使用的目的，选择需要监测的参数。 3. 预测变化值，确定阀值和补救行为。 4. 分配任务和责任。5. 选择仪器和测点位置。 6. 设计保证正确的方法。7. 设计数据收集、处理、表述、解释和报告。

如果你在系统的仪器布设中抓住了这些步骤，而且监测方法正确，在工程师和合同商之间有良好的交流，则你就有获得良好数据的、经过努力而获得成功的机会，可以依靠这些数据，以便在施工中作出决定。

不幸的是，世界上已经有了几次新奥法垮塌或其它失稳的事故，包括最近土耳其和美国的事故。或许，最有名的是1994年10月（英国伦敦的）希思罗机场的垮塌，这一事故引发了英国健康与安全执行委员会（HSE）对新奥法的全面审视。1996年的报告中，HSE检查了39个新奥法的破坏，将（隧道中的）破坏地点进行了分类。大多数情况下，破坏是工作面垮塌引起的。大胆地说，这些破坏的原因是不同的，从预想不到的地质条件，到设计错误，到施工质量问题，到管理不善。然而，新奥法破坏，或对于任何隧道的破坏的问题，有一件事情是共同的：大多数破坏是人的错误。破坏不是方法的过错，而是方法的应用不当。

关于技术术语的问题，包括方法的所有方面是困难的。英国已经提出SCL，喷射混凝土支护的简称（土木工程师协会，1963）。然而，术语“sprayed concrete”在美国和世界的其他很多地方不是很常见，在这些地方，常采用shotcrete术语来表示压风施作的混凝土。此外，喷射混凝土被用于不同类型的隧道（岩石和软地层），作多种不同的用途（用作衬砌、绝热材料、表面防护，等）。由于软地层隧道中喷射混凝土衬砌的使用几乎总是与顺序开挖相联系，我更喜欢的术语是SMT，表示顺序开挖法。用SMT作为标准隧道术语也强

调了这样的事实，这是施工方法，而不是设计方法。然而，我推荐在针对地层反应曲线确定支护时间时，记住作为岩石隧道中使用的设计方法术语：NATM。

第10单元

沉管隧道

世界上现有的106座交通隧道中（其中16座在建），36座为钢壳隧道，70座为混凝土隧道，即其比例为2:1。虽然美国在历史和传统上更倾向于钢壳隧道，但欧洲和日本已经采用了混凝土隧道（尽管也有例外）。尽管已经发展了混凝土隧道，但从技术上说，相对于钢壳隧道，我对混凝土隧道存在不足有坦率的观点——我们都应该如此。当我们选择隧道类型时，虽然传统和保守会起作用，但两种类型的成本比较常常是最终的决定因素。

在考虑固定断面的水路隧道时，要做的第一个决定是应该采用桥还是隧道；第二个决定是采用钢壳隧道还是钢筋混凝土隧道。这种情况下，必须估算出固定断面水路的维护成本和寿命。这里，重要的是要认识到隧道暴露在大气环境中常常比桥少得多，因为隧道埋于海底或河底土层中，受到的温度变化小，受到保护免受风和日光的作用，结构外围没有氧气等。另一方面，通常也没有通向隧道结构外面，以方便检查和维修的通道。因此，来自于桥梁的经验不能直接应用于隧道。

关于沉管隧道的基础方法，历史上有一种趋势，将钢壳隧道与卵石河床基础联系，而将混凝土隧道与注砂基础相联系。然而，这样的联系并不完全有效。在各种特定情况下，首先要考虑下卧地层条件、隧道将会受动载荷的程度、特别是地震载荷。桩基础已在5座隧道中得到应用（顺便说，这5座隧道都是混凝土隧道）。

沉管隧道由管段构成，管段长度通常为100m~150m，管段可以在浇注盆地或干坞中预制。管段制作可以紧靠隧道位置，也可以远离隧道位置。根据盆地及隧道施工周围土地的供应情况、允许的施工时间，浇注盆地的布置可以采用多种方式。

在河岸白天进行隧道管段结构预制的主要优点是，预制在有利而且可高度控制的条件下进行。隧道管段通过两端设置的临时端墙，使之完全或部分漂浮。

除了提供适当的结构强度，并控制管段重量外，钢筋混凝土隧道的主体设计和施工任务，是使之成为防水结构。

对于公路和铁路隧道，一般地由5到8段管段组成，管段通常在浇筑盆地内一批浇筑完成。隧道管段的施工相对简单，但为了达到耐久性，应要求和避免在混凝土中出现裂纹，必需给予高度仔细。为了控制管段的重量和位移，要求有控制混凝土密度和尺寸的综合方法。浇筑次序是底、墙、顶（有时一次完成），每次浇筑分段长度为15m到20m。

通常，隧道管段将是漂浮的，因而为了确保管段在运往沉放位置前保持“停锚”，在浇筑盆地灌水前，管段需要放置压载砂。这一压载通常利用管段内的专门制作的含水砂囊来完成。

除了安放已经提到的砂囊外，在管段顶面还必须布设一些上升孔和船锚柱。如上所述，在管段两端还应设置防水墙和临时端封墙。

在浇筑盆地注水或管段从干坞中开始飘浮时，需要进行管段的防水检查，应主要注意临时端封墙和管道通孔。

尽管隧道管段施工是相当简单的工序，但将隧道管段运送到沉放地点、沉放及连接等工序是更具专业化的。此外隧道管段通常必须在快速流水的河道中及

受到水波载荷的宽广海域中进行运输和沉放。如果工序设计合适，指导得当，指挥与操作人员受到过专业训练，繁重的海上施工组织可以相当完美地应付这些工作。

在潮汐的河流中，隧道管段的运输和沉放在枯水期间进行，但为了安全，应设计有停泊系统，以在潮汐的各个阶段均保持管段定位。在水文条件特别复杂，事前经验认定不足的地方，需要完成水力学模型试验，建立管段沉放过程中，作用于沉放工具、系泊和临时支撑上的设计载荷。

对于甲板式的浮桥方案，隧道管段必须浮运，这种方法基本限于潮汐水流中，涨潮时浮桥可以漂浮在甲板顶上。坞门只需要提供隧道管段通过的足够宽度。隧道管段的沉放在其系泊，而且管段已进行必要的压载，以在下沉工具中提供足够载荷之后完成。如果管段沉放到刮铺的卵石基础上，则刮铺卵石基础应事先完成。管段下放到正好接触这一基础的位置，并紧靠前面沉放的管段，以致在下面步骤中管段之间得以连接。如果管段沉放到喷砂基础上，则管段将需放置在临时支撑块上，并接近于前面放置的管段；临时支撑块通常事先放置在刮铺卵石基础上。

一旦隧道管段系泊，下沉条件满足，则隧道管段将逐步下放至临时支撑上。测量人员连续控制管段相对于支架和临时支撑块的位置，管段偏离隧道轴的值，与前一沉放管段的距离，以及横向倾斜等。一经沉放，即进行管端连接：首先，使接头处的橡胶圈与前一沉放管段的钢面接触；然后，排除连接端头管内的水，从而调动作用于隧道端面的全部水压力。通过打开端头临时端封墙的门，获得通往接头端部的通道，对接头部位和前一沉放隧道管段进行检查。接下来，确定这一管段的精确位置，在管段沉放到刮铺基础或砂基础开始施工前，可对管段位置进行修正。

正方形隧道的喷砂基础施工是由克里斯塔尼和奈尔森在1935到936年发展的。从那时起，这种方法又得到了进一步发展，并成功应用到了17座隧道施工中。喷砂方法的基本组成是：水平地将砂/水混合物喷入隧道结构底面与沟槽地面之间的空间，同时从喷砂空间吸出相应量的水。

沉管隧道施工的最后工序是隧道沟槽的回填。一般不要求将隧道沟槽完全回填到原来的河床水平；相反，整个回填将通过沉积和基础载荷移动来完成。回填材料，通常是砂，可以是沟槽开挖料的一部分。

回填料通常可以泵入，或使用小的吸力挖泥船投入，否则，将采用抓斗放入。

起，这种方法又得到了进一步发展，并成功应用到了17座隧道施工中。喷砂方法的基本组成是：水平地将砂/水混合物喷入隧道结构底面与沟槽地面之间的空间，同时从喷砂空间吸出相应量的水。

沉管隧道施工的最后工序是隧道沟槽的回填。一般不要求将隧道沟槽完全回填到原来的河床水平；相反，整个回填将通过沉积和基础载荷移动来完成。回填材料，通常是砂，可以是沟槽开挖料的一部分。

回填料通常可以泵入，或使用小的吸力挖泥船投入，否则，将采用抓斗放入。

第11单元

盾构隧道施工方法

日本现代城市的发展必需从战争废墟的恢复开始。在这一面积不大、而人口

密集的国家，众多的城市开发工程需要在很不理想的条件下进行。由于经济的快速增长，社会经济活动过多地集中于城区，导致保证城市设施所需空间的困难。因此，他们常常不得不要在已经开发的区域进行建设，这样的区域建筑密集，在狭窄的道路两旁矗立着密集的楼房。此外，大多数日本城市处在软的冲积地层之上，穿过这样的地层修建隧道在技术上是困难的。在软冲积地层中，隧道盾构施工法是显而易见的选择对这种隧道施工畅销，城市基础设施的慢速发展和困难的社会和自然条件起了推进作用，而且已经推进日本的盾构隧道施工技术达到了领导世界的水平。

盾构隧道施工是作为穿过河底软地层开挖隧道的方法发展起来的。布拉尼尔看到船蛆在船底打孔时，产生了这一想法。他在1818年获得了专利，1823年开始修建伦敦泰晤士隧道。他的基本想法是用千斤顶将刚性构架（盾构机）推动向前，穿过软地层，从而防止地层垮塌，并在构架内装配隧道支护结构。推进和装配支护结构过程的重复使隧道施工向前推进。

用于泰晤士河隧道的盾构机，其断面是矩形。后来重新设计成圆形断面，1869年被格利特黑德用来修建伦敦塔地铁。格利特黑德在其盾构隧道工程中，使用了铸铁管片、回填、注浆等全部手段，因此他的盾构隧道施工是今天盾构隧道施工的原型。在1867年泰晤士河底的乌尔威治隧道工程中，研究应用了压缩空气，尽管压缩空气的真正使用在隧道结束时才得以实现。格利特黑德还构想了将水用于土体开挖和工作面稳定的计划。这使得大约150年前第一代盾构隧道施工技术的发展更为清晰。

从那以后到20世纪60年代，未看到盾构隧道施工技术的大发展；这种状态持续了一个世纪，直到主要由日本主导的突然的巨大突破。在20世纪60年代初，日本的技术是落后的，但到了20世纪60年代后期，日本加快了自己的步伐。由于对隧道数量需求的增加，和需要克服恶劣的条件，与盾构技术发展相关的研究变得更为活跃。1963年，大阪的大淀隧道水路干线隧道使用了机械盾构。虽然采用了挤入式开挖法，但1964年使用了泥浆稳定工作面。1969年，使用直径7.3m的泥水盾构完成了在穿森个崎运河底的京叶线隧道施工。这一盾构直径在当时是世界纪录。1972年，使用了土压平衡盾构，标志隧道施工日本时代的来临。

20世纪60年代，推动盾构隧道施工技术革新的主要因素是，早期以来传统盾构施工面临的问题：如何控制不稳定的隧道工作面。解决这一问题的方法是在工作面后安装防水壁，并将能够稳定开挖工作面的材料压入剩余空间。像用于现浇隔墙和油井那样，斑脱土泥浆在这一作用中有特别的优势。由敞胸盾构转变为闭胸盾构设计是自然的事。一旦盾构以这种方式封闭，工作面人的工作将变得不可能，因此开挖和装载机械化就变成了必需。进一步，工作面泥浆的流体压力作用于盾构的尾部空隙段。相应地，预防受压土和水由盾构和管片之间间隙的渗漏变成了主要关注的问题。

用于预防这种渗漏的装置叫盾尾密封。此外，还需要土体密封，以防止机械旋转部件漏土，这也形成盾构技术的重要要素。如此表明，发展闭胸盾构的最关键要素是稳定工作面的合适材料、机械开挖方法、出土系统和盾尾密封。利用泥浆或挖出的土体可以实现工作面稳定，利用泥浆的称为泥水盾构。如上表明，泥浆明显是第一选择，法国、英国和德国率先使用了这一方法。在日本，1969年起广泛使用了泥水盾构，几乎与这一方法在其它地方的使用是一致的。日本发展的泥水盾构的特点在开挖土体中使用了细粒材料，以及辅助材料，如

粘土，来获得具有适度稳定和排土性质的泥浆，这使得泥浆配备有很高的经济性。

对日本而言，使用挖出土稳定工作面的想法是独特的，是自以为自豪的技术。这一技术是土压平衡盾构的开始，土压平衡盾构中，螺旋输送机排除刀盘切下的土体。土压盾构的实质是机械盾构的延伸，而不是泥水盾构。为了利用挖出土稳定工作面，必须使其成塑性状，以便对工作面施加可控制压力，同时也保证其为适当的超塑性，以方便出土。进一步，也需要有一个机构，从存在压力差的隔板一侧将土排除。实际上，泥浆是通过将土与外加剂，如斑脱土在搅拌器中混合形成的，输送机也用于控制工作面上的压力。1976年在东京Katsushika Ward的直径2.44m的污水主线隧道施工中，使用了装备有所有这些机构的全断面盾构机。这种隧道施工方法后来发展成了一种主要的隧道施工方法，与传统的泥水盾构并驾齐驱。1981年，土压盾构的改型包括使用泡沫为泥浆外加剂，得到了发展，这种改型后的盾构称为泡沫盾构。

盾尾密封是闭胸盾构技术的关键部分，密封在管片上滑动，因此必需表现出很高的耐久性。最初尝试采用了聚酸甲酸脂唇缘型密封，但其性能不能满足要求。大约在1973年发展了钢丝刷密封，这提高了密封性能和高压下的耐久性。在密封材料中加入特殊的掺有纤维的多脂混合物，使得封水和润滑都得到改善，其形状象钢丝刷。随着后来的改进，到20世纪80年代后期这种类型密封材料的稳定性能达到了很高水平。正是这种密封技术的发展提供了现代日本盾构技术发展的基础，今天，这种密封技术几乎用到了所有盾构中。据说，日本的茅草屋顶的灵感来自于这一技术改进。

为了保证盾尾的良好密封，管片的制作和组装必需精准。这种要求驱使日本管片制作精度的提高。近年来，通过使用机器手进行组装，仔细考虑了管片间的接缝，盾构施工的精准度一直在进一步提高。日本做出的一个发展是将密封材料应用到管片的四个接缝处，从而阻断了一衬处水的渗漏。

1980年，发展了一种适合的水胀性密封剂。与制作精密的管片结合，并提高组装精度，这种方法有助于维持很高的封水性能水平。盾尾空间的充填是预防地面下沉的重要要求，也是盾构平稳推进的保证。充填随盾构推进而进行，采用新型触变充填材料的系统发明使得盾构施工工程更具可靠性。由于空间的限制，日本隧道通常要求急转弯。为满足这种要求，发展了装备有透视孔的盾构。

尽管做到了最好的机械和材料准备，盾构隧道施工也会经历挫折。为最大限度减少挫折，盾构推进控制技术是特别重要的。进一步，维护工作面稳定依赖于泥浆或土压力的控制，同时调节开挖土量与出土量平衡，以避免超量出土。日本发展盾构的特点之一是盾构全部装有传感器，推进由计算机控制。给人印象深刻的轨迹记录对日本高度发达的控制技术，包括全自动的盾构操作做出了检验。

有许多日本盾构隧道施工技术在亚洲得到应用的例子。当一台日本土压平衡盾构机用来成功地完成美国旧金山的一条隧道时，隧道施工界被其性能震惊了。四台日本盾构机修建了英国和法国之间的海峡隧道。因而，在20世纪80年代，日本盾构隧道施工技术赢得了极好的声誉。日本隧道施工技术海外应用的最好实例或许是伦敦的港口住宅区轻轨线，当时日本合同承包商在泰晤士河底完成了盾构隧道施工工程。因而，日本发展的技术正好回到了盾构的诞生地——伦敦泰晤士河底。

现在，盾构方法可以在各种各样的土层条件下使用。但仍然有发展余地，如：

通过砂砾层掘进隧道的能力。下一个挑战是提高成本效率，调整方法适应城市困难的施工条件。近年来，20世纪80年代发展的基本技术已经受到了仔细检验，而且各种改型已经得到应用。其中主要的有：重叠双圆形断面盾构（称为MF 或DOT），椭圆形或矩形断面盾构，主辅型盾构，外层坚壳推进盾构，甚至能够进行垂直和水平推进的球形盾构。时至今日，这些盾构已经应用到海外，表明日本盾构隧道施工技术是特别先进的。

为了提高成本效率，不仅工作面技术是重要的，而且尾部的隧道施工装备也是重要的。因此，近来强调了尾部的发展，如管片组装及挖出土的有效利用技术。管片组装在盾构隧道施工的工作量中占据很大比例，达到总工作量的40%。为了使管片组装合理化，发展了特殊几何形状的管片和连接块。还提倡了使用现浇混凝土取代管片。

进一步，人们认为，开掘极长隧道的能力，加快盾构推进速度是重要的挑战。已经完成的盾构隧道长度达到了几公里，甚至更大。而且已经有了能够边推进边进行管片拼装的技术。许多人的共同努力，加上日本对隧道大量需求，促进日本隧道施工技术进入了领先世界的地位。

但我们主要城市的设施仍然需要进行大的改进，未来对苛刻条件下的隧道开挖仍有要求。既然有关地下深部空间公共利用的特殊措施的法律已经存在，我们就有了规范的制度来使用我们的地下空间。这将保证走向盾构隧道施工进一步的发展和进步，包括超深地下隧道施工技术。

第12单元

桥

——作用于桥上的因素桥是提供横跨自然障碍物（如：河、湖或峡谷）手段的结构物。桥设计来承受铁路车辆、公路车辆，或行人载荷。桥也支撑管道、渡槽、或其它运输材料的管线，如：输油管线或导水管。

从古代起，人类就开始了桥的修建。最早的桥或许不过是用于横跨河或沟的倒下的树。随着文明的进步，工匠们找到了使用石块、岩石、砂浆，及其他天然材料来修建更长、更坚固桥梁的方法。

最后，由于物理学家和工程师开始发展了作为桥梁建设基础的原理，他们将其他材料，如：铁、钢、铝组合到他们修建的桥梁中。有四种主要类型的桥：简支梁桥、悬臂梁桥、拱桥和悬索桥。

任何桥上都作用有三种力：恒载、活载和动载。恒载指桥本身的重量。跟其它任何结构一样，只因为作用于桥梁建造材料上的重力，桥有趋于垮塌的趋势。活载指通过桥梁的车辆，及正常的环境力，如：温度、降水和风的变化。动载指超出正常气候条件的环境因素、突然的飓风和地震因素。在桥梁设计中必须考虑所有这三种因素。

应了解的词汇

桥台：重型支撑结构，通常与基岩和桥墩相连。

基岩：由坚固岩石组成的地壳部分，可以在其上修建永久建筑物。恒载：由于自身重量，桥所施加的力。

动载：由于超自然的环境因素，如：地震或强飓风，施加于桥上的力。活载：由于车辆在桥上通行，施加于桥上的力。

桥墩：垂直柱，通常由钢筋混凝土或某些其它坚固材料建造，桥作用于其

《土木工程专业英语》段兵延第二版全书文章翻译精编版

第一课 土木工程学土木工程学作为最老的工程技术学科，是指规划，设计，施工及对建筑环境的管理。此处的环境包括建筑符合科学规范的所有结构，从灌溉和排水系统到火箭发射设施。 土木工程师建造道路，桥梁，管道，大坝，海港，发电厂，给排水系统，医院，学校，公共交通和其他现代社会和大量人口集中地区的基础公共设施。他们也建造私有设施，比如飞机场，铁路，管线，摩天大楼，以及其他设计用作工业，商业和住宅途径的大型结构。此外，土木工程师还规划设计及建造完整的城市和乡镇，并且最近一直在规划设计容纳设施齐全的社区的空间平台。 土木一词来源于拉丁文词“公民”。在1782年，英国人John Smeaton为了把他的非军事工程工作区别于当时占优势地位的军事工程师的工作而采用的名词。自从那时起，土木工程学被用于提及从事公共设施建设的工程师，尽管其包含的领域更为广阔。 领域。因为包含范围太广，土木工程学又被细分为大量的技术专业。不同类型的工程需要多种不同土木工程专业技术。一个项目开始的时候，土木工程师要对场地进行测绘，定位有用的布置，如地下水水位，下水道，和电力线。岩土工程专家则进行土力学试验以确定土壤能否承受工程荷载。环境工程专家研究工程对当地的影响，包括对空气和地下水的可能污染，对当地动植物生活的影响，以及如何让工程设计满足政府针对环境保护的需要。交通工程专家确定必需的不同种类设施以减轻由整个工程造成的对当地公路和其他交通网络的负担。同时，结构工程专家利用初步数据对工程作详细规划，设计和说明。从项目开始到结束，对这些土木工程专家的工作进行监督和调配的则是施工管理专家。根据其他专家所提供的信息，施工管理专家计算材料和人工的数量和花费，所有工作的进度表，订购工作所需要的材料和设备，雇佣承包商和分包商，还要做些额外的监督工作以确保工程能按时按质完成。 贯穿任何给定项目，土木工程师都需要大量使用计算机。计算机用于设计工程中使用的多数元件（即计算机辅助设计，或者CAD）并对其进行管理。计算机成为了现代土木工程师的必备品，因为它使得工程师能有效地掌控所需的大量数据从而确定建造一项工程的最佳方法。 结构工程学。在这一专业领域，土木工程师规划设计各种类型的结构，包括桥梁，大坝，发电厂，设备支撑，海面上的特殊结构，美国太空计划，发射塔，庞大的天文和无线电望远镜，以及许多其他种类的项目。结构工程师应用计算机确定一个结构必须承受的力：自重，风荷载和飓风荷载，建筑材料温度变化引起的胀缩，以及地震荷载。他们也需确定不同种材料如钢筋，混凝土，塑料，石头，沥青，砖，铝或其他建筑材料等的复合作用。 水利工程学。土木工程师在这一领域主要处理水的物理控制方面的种种问题。他们的项目用于帮助预防洪水灾害，提供城市用水和灌溉用水，管理控制河流和水流物，维护河滩及其他滨水设施。此外，他们设计和维护海港，运河与水闸，建造大型水利大坝与小型坝，以及各种类型的围堰，帮助设计海上结构并且确定结构的位置对航行影响。 岩土工程学。专业于这个领域的土木工程师对支撑结构并影响结构行为的土壤和岩石的特性进行分析。他们计算建筑和其他结构由于自重压力可能引起的沉降，并采取措施使之减少到最小。他们也需计算并确定如何加强斜坡和填充物的稳定性以及如何保护结构免受地震和地下水的影响。 环境工程学。在这一工程学分支中，土木工程师设计，建造并监视系统以提供安全的饮用水，同时预防和控制地表和地下水资源供给的污染。他们也设计，建造并监视工程以控制甚至消除对土地和空气的污染。他们建造供水和废水处理厂，设计空气净化器和其他设备以最小化甚至消除由工业加工、焚化及其他产烟生产活动引起的空气污染。他们也采用建造特殊倾倒地点或使用有毒有害物中和剂的措施来控制有毒有害废弃物。此外，工程师还对垃圾掩埋进行设计和管理以预防其对周围环境造成污染。

土木工程专业英语全部

Lesson 1 Compression Members New Words 1. achieve achievement 2. eccentricity center, 中心; ec centric 偏心的；ec centricity 偏心，偏心距 3. inevitable evitable 可避免的avoidable; in evitable 不可避免的unavoidable 4. truss 桁架triangular truss, roof truss, truss bridge 5. bracing brace 支柱，支撑；bracing, 支撑，撑杆 6. slender 细长，苗条；stout; slenderness 7. buckle 压曲，屈曲；buckling load 8. stocky stout 9. convincingly convince, convincing, convincingly 10. stub 树桩，短而粗的东西；stub column 短柱 11. curvature 曲率；curve, curvature 12. detractor detract draw or take away; divert; belittle，贬低，诽谤； 13. convince 14. argument dispute, debate, quarrel, reason, 论据（理由） 15. crookedness crook 钩状物，v弯曲，crooked 弯曲的 16. provision 规定，条款 Phrases and Expressions 1. compression member 2. bending moment shear force, axial force 3. call upon (on) 要求，请求，需要 4. critical buckling load 临界屈曲荷载critical 关键的，临界的 5. cross-sectional area 6. radius of gyration 回转半径gyration 7. slenderness ratio 长细比 8. tangent modulus 切线模量 9. stub column 短柱 10. trial-and-error approach 试算法 11. empirical formula 经验公式empirical 经验的 12. residual stress 残余应力residual 13. hot-rolled shape 热轧型钢hot-rolled bar 14. lower bound 下限upper bound 上限 16. effective length 计算长度 Definition （定义） Compression members are those structural elements that are subjected only to axial compressive forces: that is, the loads are applied along a longitudinal axis through the centroid of the member cross section, and

《机械工程专业英语教程》课文翻译

Lesson 1 力学的基本概念 1、词汇： statics [st?tiks] 静力学；dynamics动力学；constraint约束；magnetic [m?ɡ＇netik]有磁性的；external [eks＇t?:nl] 外面的, 外部的；meshing啮合；follower从动件；magnitude [＇m?ɡnitju:d] 大小；intensity强度，应力；non-coincident [k?u＇insid?nt]不重合；parallel [＇p?r?lel]平行；intuitive 直观的；substance物质；proportional [pr?＇p?:??n?l]比例的；resist抵抗，对抗；celestial [si＇lestj?l]天空的；product乘积；particle质点；elastic [i＇l?stik]弹性；deformed变形的；strain拉力；uniform全都相同的；velocity[vi＇l?siti]速度；scalar[＇skeil?]标量；vector[＇vekt?]矢量；displacement代替；momentum [m?u＇ment?m]动量； 2、词组 make up of由……组成；if not要不，不然；even through即使，纵然； Lesson 2 力和力的作用效果 1、词汇： machine 机器；mechanism机构；movable活动的；given 规定的，给定的，已知的；perform执行；application 施用；produce引起，导致；stress压力；applied施加的；individual单独的；muscular [＇m?skjul?]]力臂；gravity[ɡr?vti]重力；stretch伸展，拉紧，延伸；tensile[tensail]拉力；tension张力，拉力；squeeze挤；compressive 有压力的，压缩的；torsional扭转的；torque转矩；twist扭，转动；molecule [m likju:l]分子的；slide滑动; 滑行；slip滑，溜；one another 互相；shear剪切；independently独立地，自立地；beam梁；compress压；revolve (使)旋转；exert [iɡ＇z?:t]用力，尽力，运用，发挥，施加；principle原则, 原理，准则，规范；spin使…旋转；screw螺丝钉；thread螺纹； 2、词组 a number of 许多；deal with 涉及，处理；result from由什么引起；prevent from阻止，防止；tends to 朝某个方向；in combination结合；fly apart飞散； 3、译文： 任何机器或机构的研究表明每一种机构都是由许多可动的零件组成。这些零件从规定的运动转变到期望的运动。另一方面，这些机器完成工作。当由施力引起的运动时，机器就开始工作了。所以，力和机器的研究涉及在一个物体上的力和力的作用效果。 力是推力或者拉力。力的作用效果要么是改变物体的形状或者运动，要么阻止其他的力发生改变。每一种

土木工程专业英语正文课文翻译

第一课土木工程学 土木工程学作为最老的工程技术学科，是指规划，设计，施工及对建筑环境的管理。此处的环境包括建筑符合科学规范的所有结构，从灌溉和排水系统到火箭发射设施。 土木工程师建造道路，桥梁，管道，大坝，海港，发电厂，给排水系统，医院，学校，公共交通和其他现代社会和大量人口集中地区的基础公共设施。他们也建造私有设施，比如飞机场，铁路，管线，摩天大楼，以及其他设计用作工业，商业和住宅途径的大型结构。此外，土木工程师还规划设计及建造完整的城市和乡镇，并且最近一直在规划设计容纳设施齐全的社区的空间平台。 土木一词来源于拉丁文词“公民”。在1782年，英国人John Smeaton为了把他的非军事工程工作区别于当时占优势地位的军事工程师的工作而采用的名词。自从那时起，土木工程学被用于提及从事公共设施建设的工程师，尽管其包含的领域更为广阔。 领域。因为包含范围太广，土木工程学又被细分为大量的技术专业。不同类型的工程需要多种不同土木工程专业技术。一个项目开始的时候，土木工程师要对场地进行测绘，定位有用的布置，如地下水水位，下水道，和电力线。岩土工程专家则进行土力学试验以确定土壤能否承受工程荷载。环境工程专家研究工程对当地的影响，包括对空气和地下水的可能污染，对当地动植物生活的影响，以及如何让工程设计满足政府针对环境保护的需要。交通工程专家确定必需的不同种类设施以减轻由整个工程造成的对当地公路和其他交通网络的负担。同时，结构工程专家利用初步数据对工程作详细规划，设计和说明。从项目开始到结束，对这些土木工程专家的工作进行监督和调配的则是施工管理专家。根据其他专家所提供的信息，施工管理专家计算材料和人工的数量和花费，所有工作的进度表，订购工作所需要的材料和设备，雇佣承包商和分包商，还要做些额外的监督工作以确保工程能按时按质完成。 贯穿任何给定项目，土木工程师都需要大量使用计算机。计算机用于设计工程中使用的多数元件（即计算机辅助设计，或者CAD）并对其进行管理。计算机成为了现代土木工程师的必备品，因为它使得工程师能有效地掌控所需的大量数据从而确定建造一项工程的最佳方法。 结构工程学。在这一专业领域，土木工程师规划设计各种类型的结构，包括桥梁，大坝，发电厂，设备支撑，海面上的特殊结构，美国太空计划，发射塔，庞大的天文和无线电望远镜，以及许多其他种类的项目。结构工程师应用计算机确定一个结构必须承受的力：自重，风荷载和飓风荷载，建筑材料温度变化引起的胀缩，以及地震荷载。他们也需确定不同种材料如钢筋，混凝土，塑料，石头，沥青，砖，铝或其他建筑材料等的复合作用。 水利工程学。土木工程师在这一领域主要处理水的物理控制方面的种种问题。他们的项目用于帮助预防洪水灾害，提供城市用水和灌溉用水，管理控制河流和水流物，维护河滩及其他滨水设施。此外，他们设计和维护海港，运河与水闸，建造大型水利大坝与小型坝，以及各种类型的围堰，帮助设计海上结构并且确定结构的位置对航行影响。 岩土工程学。专业于这个领域的土木工程师对支撑结构并影响结构行为的土壤和岩石的特性进行分析。他们计算建筑和其他结构由于自重压力可能引起的沉降，并采取措施使之减少到最小。他们也需计算并确定如何加强斜坡和填充物的稳定性以及如何保护结构免受地震和地下水的影响。 环境工程学。在这一工程学分支中，土木工程师设计，建造并监视系统以提供安全的饮用水，同时预防和控制地表和地下水资源供给的污染。他们也设计，建造并监视工程以控制甚至消除对土地和空气的污染。

土木工程专业英语词汇(整理版)

第一部分必须掌握，第二部分尽量掌握 第一部分： 1 Finite Element Method 有限单元法 2 专业英语Specialty English 3 水利工程Hydraulic Engineering 4 土木工程Civil Engineering 5 地下工程Underground Engineering 6 岩土工程Geotechnical Engineering 7 道路工程Road (Highway) Engineering 8 桥梁工程Bridge Engineering 9 隧道工程Tunnel Engineering 10 工程力学Engineering Mechanics 11 交通工程Traffic Engineering 12 港口工程Port Engineering 13 安全性safety 17木结构timber structure 18 砌体结构masonry structure 19 混凝土结构concrete structure 20 钢结构steelstructure 21 钢-混凝土复合结构steel and concrete composite structure 22 素混凝土plain concrete 23 钢筋混凝土reinforced concrete 24 钢筋rebar 25 预应力混凝土pre-stressed concrete 26 静定结构statically determinate structure 27 超静定结构statically indeterminate structure 28 桁架结构truss structure 29 空间网架结构spatial grid structure 30 近海工程offshore engineering 31 静力学statics 32运动学kinematics 33 动力学dynamics 34 简支梁simply supported beam 35 固定支座fixed bearing 36弹性力学elasticity 37 塑性力学plasticity 38 弹塑性力学elaso-plasticity 39 断裂力学fracture Mechanics 40 土力学soil mechanics 41 水力学hydraulics 42 流体力学fluid mechanics 43 固体力学solid mechanics 44 集中力concentrated force 45 压力pressure 46 静水压力hydrostatic pressure 47 均布压力uniform pressure 48 体力body force 49 重力gravity 50 线荷载line load 51 弯矩bending moment 52 torque 扭矩53 应力stress 54 应变stain 55 正应力normal stress 56 剪应力shearing stress 57 主应力principal stress 58 变形deformation 59 内力internal force 60 偏移量挠度deflection 61 settlement 沉降 62 屈曲失稳buckle 63 轴力axial force 64 允许应力allowable stress 65 疲劳分析fatigue analysis 66 梁beam 67 壳shell 68 板plate 69 桥bridge 70 桩pile 71 主动土压力active earth pressure 72 被动土压力passive earth pressure 73 承载力load-bearing capacity 74 水位water Height 75 位移displacement 76 结构力学structural mechanics 77 材料力学material mechanics 78 经纬仪altometer 79 水准仪level 80 学科discipline 81 子学科sub-discipline 82 期刊journal ,periodical 83文献literature 84 ISSN International Standard Serial Number 国际标准刊号 85 ISBN International Standard Book Number 国际标准书号 86 卷volume 87 期number 88 专着monograph 89 会议论文集Proceeding 90 学位论文thesis, dissertation 91 专利patent 92 档案档案室archive 93 国际学术会议conference 94 导师advisor 95 学位论文答辩defense of thesis 96 博士研究生doctorate student 97 研究生postgraduate 98 EI Engineering Index 工程索引 99 SCI Science Citation Index 科学引文索引 100ISTP Index to Science and Technology Proceedings 科学技术会议论文集索引 101 题目title 102 摘要abstract 103 全文full-text 104 参考文献reference 105 联络单位、所属单位affiliation 106 主题词Subject 107 关键字keyword 108 ASCE American Society of Civil Engineers 美国土木工程师协会 109 FHWA Federal Highway Administration 联邦公路总署

机械工程专业英语 翻译

2、应力和应变 在任何工程结构中独立的部件或构件将承受来自于部件的使用状况或工作的外部环境的外力作用。如果组件就处于平衡状态,由此而来的各种外力将会为零,但尽管如此,它们共同作用部件的载荷易于使部件变形同时在材料里面产生相应的内力。 有很多不同负载可以应用于构件的方式。负荷根据相应时间的不同可分为: (a)静态负荷是一种在相对较短的时间内逐步达到平衡的应用载荷。 (b)持续负载是一种在很长一段时间为一个常数的载荷, 例如结构的重量。这种类型的载荷以相同的方式作为一个静态负荷; 然而,对一些材料与温度和压力的条件下,短时间的载荷和长时间的载荷抵抗失效的能力可能是不同的。 (c)冲击载荷是一种快速载荷(一种能量载荷)。振动通常导致一个冲击载荷, 一般平衡是不能建立的直到通过自然的阻尼力的作用使振动停止的时候。 (d)重复载荷是一种被应用和去除千万次的载荷。 (e)疲劳载荷或交变载荷是一种大小和设计随时间不断变化的载荷。 上面已经提到，作用于物体的外力与在材料里面产生的相应内力平衡。因此,如果一个杆受到一个均匀的拉伸和压缩，也就是说, 一个力,均匀分布于一截面,那么产生的内力也均匀分布并且可以说杆是受到一个均匀的正常应力,应力被定义为 应力==负载 P /压力 A, 因此根据载荷的性质应力是可以压缩或拉伸的,并被度量为牛顿每平方米或它的倍数。 如果一个杆受到轴向载荷，即是应力，那么杆的长度会改变。如果杆的初始长度L和改变量△L已知，产生的应力定义如下: 应力==改变长△L /初始长 L 因此应力是一个测量材料变形和无量纲的物理量 ,即它没有单位;它只是两个相同单位的物理量的比值。 一般来说,在实践中,在荷载作用下材料的延伸是非常小的, 测量的应力以*10-6的形式是方便的, 即微应变, 使用的符号也相应成为ue。 从某种意义上说，拉伸应力与应变被认为是正的。压缩应力与应变被认为是负的。因此负应力使长度减小。 当负载移除时，如果材料回复到初始的，无负载时的尺寸时，我们就说它是具有弹性的。一特定形式的适用于大范围的工程材料至少工程材料受载荷的大部分的弹性, 产生正比于负载的变形。由于载荷正比于载荷所产生的压力并且变形正比于应变, 这也说明,当材料是弹性的时候, 应力与应变成正比。因此胡克定律陈述, 应力正比于应变。 这定律服从于大部分铁合金在特定的范围内, 甚至以其合理的准确性可以假定适用于其他工程材料比如混凝土，木材，非铁合金。 当一个材料是弹性的时候，当载荷消除之后，任何负载所产生的变形可以完全恢复,没有永久的变形。

土木工程专业英语课文原文及对照翻译

土木工程专业英语课文原 文及对照翻译 Newly compiled on November 23, 2020

Civil Engineering Civil engineering, the oldest of the engineering specialties, is the planning, design, construction, and management of the built environment. This environment includes all structures built according to scientific principles, from irrigation and drainage systems to rocket-launching facilities. 土木工程学作为最老的工程技术学科，是指规划，设计，施工及对建筑环境的管理。此处的环境包括建筑符合科学规范的所有结构，从灌溉和排水系统到火箭发射设施。 Civil engineers build roads, bridges, tunnels, dams, harbors, power plants, water and sewage systems, hospitals, schools, mass transit, and other public facilities essential to modern society and large population concentrations. They also build privately owned facilities such as airports, railroads, pipelines, skyscrapers, and other large structures designed for industrial, commercial, or residential use. In addition, civil engineers plan, design, and build complete cities and towns, and more recently have been planning and designing space platforms to house self-contained communities. 土木工程师建造道路，桥梁，管道，大坝，海港，发电厂，给排水系统，医院，学校，公共交通和其他现代社会和大量人口集中地区的基础公共设施。他们也建造私有设施，比如飞机场，铁路，管线，摩天大楼，以及其他设计用作工业，商业和住宅途径的大型结构。此外，土木工程师还规划设计及建造完整的城市和乡镇，并且最近一直在规划设计容纳设施齐全的社区的空间平台。 The word civil derives from the Latin for citizen. In 1782, Englishman John Smeaton used the term to differentiate his nonmilitary engineering work from that of the military engineers who predominated at the time. Since then, the term civil engineering has often been used to refer to engineers who build public facilities, although the field is much broader 土木一词来源于拉丁文词“公民”。在1782年，英国人John Smeaton为了把他的非军事工程工作区别于当时占优势地位的军事工程师的工作而采用的名词。自从那时起，土木工程学被用于提及从事公共设施建设的工程师，尽管其包含的领域更为广阔。 Scope. Because it is so broad, civil engineering is subdivided into a number of technical specialties. Depending on the type of project, the skills of many kinds of civil engineer specialists may be needed. When a project begins, the site is surveyed and mapped by civil engineers who locate utility placement—water, sewer, and power lines. Geotechnical specialists perform soil experiments to determine if the earth can bear the weight of the project. Environmental specialists study the project’s impact on the local area: the potential for air and

土木工程专业英语

non-destructive test 非破损检验 non-load—bearingwall 非承重墙 non—uniform cross—section beam 变截面粱 non—uniformly distributed strain coefficient of longitudinal tensile reinforcement 纵向受拉钢筋应变不均匀系数 normal concrete 普通混凝土 normal section 正截面 notch and tooth joint 齿连接 number of sampling 抽样数量 O obligue section 斜截面 oblique—angle fillet weld 斜角角焊缝 one—way reinforced(or prestressed)concrete slab “单向板” open web roof truss 空腹屋架， ordinary concrete 普通混凝土(28) ordinary steel bar 普通钢筋(29) orthogonal fillet weld 直角角焊缝(61) outstanding width of flange 翼缘板外伸宽度(57) outstanding width of stiffener 加劲肋外伸宽度(57) over-all stability reduction coefficient of steel beam·钢梁整体稳定系数(58) overlap 焊瘤(62) overturning or slip resistance analysis 抗倾覆、滑移验算(10) P padding plate 垫板(52) partial penetrated butt weld 不焊透对接焊缝(61) partition 非承重墙(7) penetrated butt weld 透焊对接焊缝(60) percentage of reinforcement 配筋率(34) perforated brick 多孔砖(43) pilastered wall 带壁柱墙(42) pit·凹坑(62) pith 髓心(?o) plain concrete structure 素混凝土结构(24) plane hypothesis 平截面假定(32) plane structure 平面结构(11) plane trussed lattice grids 平面桁架系网架(5) plank 板材(65) plastic adaption coefficient of cross—section 截面塑性发展系数(58) plastic design of steel structure 钢结构塑性设计(56) plastic hinge·塑性铰(13) plastlcity coefficient of reinforced concrete member in tensile zone 受拉区混凝土塑性影响系数

机械制造专业英语文章

机械制造专业英语文章 篇一：机械专业英语文章中英文对照 Types of Materials 材料的类型 Materials may be grouped in several ways. Scientists often classify materials by their state: solid, liquid, or gas. They also separate them into organic (once living) and inorganic (never living) materials. 材料可以按多种方法分类。科学家常根据状态将材料分为：固体、液体或气体。他们也把材料分为有机材料(曾经有生命的)和无机材料(从未有生命的)。 For industrial purposes, materials are divided into engineering materials or nonengineering materials. Engineering materials are those used in manufacture and become parts of products. 就工业效用而言，材料被分为工程材料和非工程材料。那些用于加工制造并成为产品组成部分的就是工程材料。 Nonengineering materials are the chemicals, fuels, lubricants, and other materials used in the manufacturing process, which do not become part of the product. 非工程材料则是化学品、燃料、润滑剂以及其它用于加工制造过程但不成为产品组成部分的材料。 Engineering materials may be further subdivided into: ①Metal ②Ceramics ③Composite ④Polymers, etc. 工程材料还能进一步细分为：①金属材料②陶瓷材料③复合材料④聚合材料，等等。 Metals and Metal Alloys 金属和金属合金 Metals are elements that generally have good electrical and thermal conductivity. Many metals have high strength, high stiffness, and have good ductility. 金属就是通常具有良好导电性和导热性的元素。许多金属具有高强度、高硬度以及良好的延展性。 Some metals, such as iron, cobalt and nickel, are magnetic. At low temperatures, some metals and intermetallic compounds become superconductors. 某些金属能被磁化，例如铁、钴和镍。在极低的温度下，某些金属和金属化合物能转变成超导体。 What is the difference between an alloy and a pure metal? Pure metals are elements which come from a particular area of the periodic table. Examples of pure metals include copper in electrical wires and aluminum in cooking foil and beverage cans. 合金与纯金属的区别是什么？纯金属是在元素周期表中占据特定位置的元素。 例如电线中的铜和制造烹饪箔及饮料罐的铝。 Alloys contain more than one metallic element. Their properties can be changed by changing the elements present in the alloy. Examples of metal alloys include stainless steel which is an alloy of iron, nickel, and chromium; and gold jewelry which usually contains an alloy of gold

土木工程专业英语修正版

Take the road of sustainable development civil engineering Abstract: Civil Engineering is the oldest in human history "technical science" as a system of industrial activity, the essence of civil engineering production process, is a technical process Civil engineering is the construction of various facilities in science and technology, collectively, both refer to the construction of the object, that is built on the ground, underground, water facilities, a variety of projects, but also refers to the application of materials, equipment and carried out survey and design , construction, maintenance, repair and other technology. As an important basis for discipline, civil engineering has its important attributes: a comprehensive, social, practical, technical and economic and artistic unity. With the progress of human society and development, civil engineering has already evolved into large-scale comprehensive subject, and has many branches, such as: construction, railroad engineering, road engineering, bridge engineering, specialty engineering structures, water supply and drainage projects, port engineering, hydraulic engineering, environmental engineering and other disciplines. There are six professional civil engineering: architecture, urban planning, civil engineering, built environment and equipment engineering, water supply and drainage works and road and bridge projects. Civil engineering is a form of human activity. Human beings pursued it to change the natural environment for their own benefit. Buildings, transportations, facilities, infrastructures are all included in civil engineering. The development of civil engineering has a long history. Our seniors had left a lot of great constructions to us. For example, Zhao Zhou Bridge is the representative of our Chinese civil engineering masterpieces. It has a history of more than 1300 years and is still service at present. Civil engineering has been so rapid development of the period. A lot of new bridges have been constructed, and many greater plans are under discussion. China is a large county. And she is still well developing. However, civil engineers will be facing more complex problems. We should pay attention to the growing population and a lot of deteriorating infrastructures. We should prepare for the possibility of natural disasters. To meet grow needs in the

(完整版)土木工程专业英语常用词汇

Part IV：Commonly Used Professional Terms of Civil Engineering development organization 建设单位 design organization 设计单位 construction organization 施工单位 reinforced concrete 钢筋混凝土 pile 桩 steel structure 钢结构 aluminium alloy 铝合金 masonry 砌体（工程）reinforced ~ 配筋砌体load-bearing ~ 承重砌体unreinforced ~非配筋砌体 permissible stress (allowable stress) 容许应力plywood 胶合板 retaining wall 挡土墙 finish 装修 finishing material装修材料 ventilation 通风 natural ~ 自然通风 mechanical ~ 机械通风 diaphragm wall (continuous concrete wall) 地下连续墙 villa 别墅 moment of inertia 惯性矩 torque 扭矩 stress 应力normal ~ 法向应力shear ~ 剪应力 strain 应变 age hardening 时效硬化 air-conditioning system空调系统 (air) void ration（土）空隙比 albery壁厨，壁龛 a l mery壁厨，贮藏室 anchorage length锚固长度 antiseismic joint 防震缝 architectural appearance 建筑外观 architectural area 建筑面积 architectural design 建筑设计 fiashing 泛水 workability (placeability) 和易性 safety glass安全玻璃 tempered glass (reinforced glass) 钢化玻璃foamed glass泡沫玻璃 asphalt沥青 felt (malthoid) 油毡 riveted connection 铆接 welding焊接 screwed connection 螺栓连接 oakum 麻刀，麻丝 tee三通管 tap存水弯 esthetics美学 formwork 模板（工程） shoring 支撑 batching 配料 slipform construction (slipforming) 滑模施工 lfit-slab construction 升板法施工 mass concrete 大体积混凝土 terrazzo水磨石 construction joint 施工缝 honeycomb蜂窝，空洞，麻面 piled foundation桩基 deep foundation 深基础 shallow foundation浅基础 foundation depth基础埋深 pad foundation独立基础 strip foundation 条形基础 raft foundation筏基 box foundation箱形基础 BSMT=basement 地下室 lift 电梯electric elevator lift well电梯井 escalator 自动扶梯 Poisson’s ratio 泊松比μ Young’s modulus , modulus of elasticity 杨氏模量，弹性模量E safety coefficient 安全系数 fatigue failure 疲劳破坏 bearing capacity of foundations 地基承载力bearing capacity of a pile 单桩承载力 two-way-reinforcement 双向配筋 reinforced concrete two-way slabs钢筋混凝土双向板 single way slab单向板 window blind 窗帘sun blind wind load 风荷载 curing 养护 watertight concrete 防水混凝土 white cement白水泥 separating of concrete混凝土离折segregation of concrete mortar 砂浆~ joint 灰缝 pilaster 壁柱 fire rating耐火等级 fire brick 耐火砖 standard brick标准砖