2019年土木工程专业英语翻译 doc(7)

安装的桥上移动塔架来组装。长悬索桥上的钢索靠卷扬机装在合适的地方，在锚固点安装。在对面的锚固点重复操作，直到所需要的钢索安装完为止。

混凝土结构。混凝土结构由一些操作组成：支模，混凝土浇捣，定位，养护。支模要求保持和支持所需要的流动的混凝土直到它硬化并且能支撑自身。模板由木材或钢材或两者组成，它在混凝土定位期间，靠外部支撑和内部结点结合在一起。模板和结点被设计成能支撑临时的流动混凝土的压力。

对竖直墙来说，在混凝土定位后至少一天才能进行拆模操作。当混凝土硬化或凝固了才能拆模。当模板常移动时，滑模是一个方法，提高到达新鲜混凝土高度处。模板靠千斤顶升起来，千斤顶安装在嵌入在混凝土中的底盘上，沿着结构周围间隔布置。滑板用在高耸结构中如：筒仓，油罐，烟囱。

混凝土通常由两种途径获得：如果工作点距混凝土搅拌站不远，就用搅拌车从商品混凝土厂运过来，否则就在现场浇筑。现场生产混凝土需要安装搅拌机，获取水泥和骨料，操作搅拌机，骨料在工作点或附近生产。这就需要空旷的采石场和安装处理设备如压碎机和筛子。

混凝土靠直接从搅拌车上用斜槽运送或靠装在桶中用起重机械或缆绳提上来，或靠特殊的混凝土泵泵送上来。

暴露外部的补强要求阻止混合水的蒸发或补充蒸发掉的水。发展到设计强度要求合适的水和水泥平衡。

铺设到飞机场和公路上的混凝土完全是机械操作，来自搅拌车或可移动的铺路车，混凝土被放置在路模中，铺路车是搅拌和定位统一的车。行走在模板上的一系列专门设备。接着展开和震动混凝土，抹平表面，切除收缩节点，作用一种补强混合物。

铺设沥青。这是压碎了的集料和沥青粘合剂的混合物。它也许分别铺设在路基中或在搅拌车上搅拌然后立即在路基中展开。接着路面被滚筒压实。

第十八课 建筑材料

建筑材料必须有一定结构上的使用性的物理特性。首先，它们必须能够承担荷载或重量而没有永久性的变形。当荷载作用在结构构件上时，构件将变形，那就是说绳索将被拉伸或梁将弯曲。然而，当荷载被移去时，绳索和梁将回到原始位置。这种材料特性就叫做弹性。如果材料不是弹性的，那么在移去荷载后变形存在，重复加载和卸载最终增加变形到结构失去作用。所有用在建筑结构里的材料如石材，砖，木材，铝材，钢筋混凝土和塑料在一定范围内的荷载作用下表现弹性。如果加载超出了范围，两种情况会发生：脆性和塑性。如果是前者，材料将突然破坏；如果是后者，在一定荷载（屈服强度）材料开始屈服流动，最后导致破坏。例如，钢材呈现塑性，石材是脆性。材料最终强度由破坏发生时的应力决定。

建筑材料的又一个重要特性是它的刚度。这个特性由弹性模量决定。应力（每单位面积上的力）与应变（每单位长度上的变形）的比率就是弹性模量。弹性模量就是描述材料在荷载作用下的变形能力。对于两种有相同面积且荷载相同的材料。弹性模量大的材料变形小。结构用钢的弹性模量是 磅每平方英寸或 千克每平方厘米，是铝的3倍，混凝土的10倍，木材的15倍。

砌体。砌体由天然材料如石材和人造材料如砖，混凝土块组成。砌体在古代就被使用了。砖用在巴比伦城市非宗教的建筑物，石材用在尼罗河谷的大寺庙。埃及金字塔，高481英尺（147米），是最壮观的砌体结构。砌体单元最初没有用任何粘结材料堆起来，而现代砌体结构用水泥浆作为粘结材料。现代结构用材包括石，红烧粘土砖或瓦，混凝土块。

砌体本质上是一种受压材料，它不能承受拉力，砌体最终强度取决于砌块和泥浆。最后强度在1000至4000磅每英寸（70至280千克每平方厘米）范围内变化，取决于砌块和泥浆粘结情况。

木材。木材是一种最早的建筑材料而且是一种少有的抗拉性能好的天然材料。世界发现了好几百种木材，并且每种都存在不同的物理特性。只有一些用在建筑结构中作框架构件。在美国，例如，在超过600种木材里，只有20种用在结构中。这些一般是针叶树或是软木，两者都是因为丰富和木材容易成型。在美国，更多普通用在结构中的木材种类是美国松，云杉和红木。这些木材的抗拉强度在5000至8000磅每平方英寸（350至560千克每平米）范围内。硬木最初用作细木家具和内部装饰如地板。

由于木材纹理特性，它沿着纹理的强度大于横向纹理的强度。木材抗拉强度和顺纹抗压强度特别大，并且它有很大的抗弯强度。这些特性使它很适合作结构中的柱和梁。木材作为桁架的抗拉构件是无效的，因为桁架构件的抗拉强度取决于构件间的结点，虽然生产出了很多利用木材抗拉强度的金属连接件，但是很难设计出顺纹方向的抗剪强度或抗拉强度关系不大的构件。

钢材。钢材是一种重要的结构材料。当对比起其它材料受等重量时，它有很高的强度，即使它等体积的重量是木材的十倍。它的弹性模量很大，结果在荷载作用下变形很小。它能轧制成很多结构形式如工字型梁，板。它也能铸成复杂样式，它也能生产成绳索型式用作悬索桥和吊顶里的缆绳，生产成电梯绳和预应力混凝土里的拉杆。钢构件可以通过很多方式连结在一起，如螺栓连接，铆接和焊接。碳素钢易遭受氧化锈蚀因此必须靠喷漆或插入到混凝土中来避免与空气接触。超过 钢材很快失去了强度，因此必须套一个耐火材料（通常是混凝土）以便增加其耐火能力。

添加像硅或锰这样的合金元素，会得到抗拉强度达250000磅/平方英寸（17500千克/平方厘米）的高强钢筋。这些钢用在结构关键部位，如摩天大楼的柱子。

铝。当轻质，高强和抗锈蚀都成为重要因素时，铝就成了一种特别有用的建筑材料。因为纯铝是极其软和延性的，所以，合金成分，如锰，硅，锌和铜必须加进去增加结构所需强度。结构用的铝合金表现弹性。它们的弹性模量是钢材的1/3，因此在同样荷载作用下变形是钢材的3倍。每单位铝合金重量是钢的1/3。因此相同强度下，铝合金构件比钢构件重量轻。铝合金的极限抗拉强度变化幅度在20000至60000磅/平方英寸（1400到4200千克/平方厘米）之间。

铝能塑成很多形状，它能被挤压形成工字梁，拉成绳和杆，轧制成箔和板。铝构件能像钢用同样的方法：铆接，螺栓连接，低强度的焊接连接起来。除了用作建筑框架和预制房，铝也广泛用作窗框和结构幕墙框。

混凝土。混凝土是水，砂，石料和普通硅酸盐水泥的混合物。碎石，人造轻质石，和贝壳被用在天然石料场。普通硅酸水泥是包含钙和粘土的混合物。在窑里加热，然后研磨成粉。混凝土强度来源于混合了水的粉状的普通硅酸盐水泥，然后硬化。在一个理想的混合物里，混凝土由3/4体积的砂和石料和1/4体积的水泥浆。混凝土的物理特性对混合物成分的变化很敏感，因此必须根据强度或收缩设计成分的配合比以达到特别的结果。当混凝土倾倒在模板里时，它包含自由水，不再需要水化作用的水会蒸发掉。随着混凝土的硬化，它在一定时期内释放出多余的水，并且收缩。由于收缩，细裂缝产生了。为了把收缩裂缝减少到最小，混凝土硬化时必须保湿至少5天。混凝土强度随时间增长，因为水化过程会持续几年；实际上，28天强度就被认为是标准的。

混凝土在荷载作用下是弹性变形。虽然它的弹性模量是钢的1/10，但是变形却一样，因为它的强度也只有钢的1/10。混凝土本质上是一种抗压材料，它的抗拉强度可以忽略不计。

钢筋混凝土。钢筋混凝土由置于到混凝土中的钢筋承担拉力。这些钢筋直径在0.25英寸（0.64厘米）和2.25英寸（5.7厘米）之间，表面有刻痕以确保粘结住混凝土。虽然钢筋混凝土在很多国家有所发展，但是它的发现要归功于一个法国园艺师,Joseph Monnier在

1868年用一个钢筋网加强混凝土筒。这个操作是可行的，因为当温度变化时，钢筋和混凝土同等的膨胀和收缩。如果不是这样的话，温度改变时，钢筋和混凝土之间的连接被破坏，因为两种材料的反应不同。钢筋混凝土可被浇筑成各种形状，例如梁，柱，板和拱。因此，它易适用于建筑的特殊结构。虽然大部分商品混凝土强度在6000磅/平方英寸（420千克/平方厘米），但是钢筋混凝土的极限抗拉强度超过10000磅/平方英寸（700千克/平方厘米）是有可能的。

塑料。由于品种多，强度高，耐久性和轻质,塑料迅速成为重要的结构材料。塑料是合成材料或树脂，能被塑成任何期望的形状并且用有机物作胶结剂。有机塑料分成两类:热固性和热塑性。热固性塑料在加热时通过化学物质的变化变得坚固，一旦成型，这些塑料不能再被铸造。热塑性塑料在高温时是软弱的，变得坚固前一定要冷却，这种塑料一般不用作结构材料。虽然尼龙抗拉强度达到60000磅/平方英寸（4200千克/平方厘米），但是大部分塑料的极限强度在7000至12000磅/平方英寸（490至840千克/平方厘米）范围内。

第十九课 结构分析

所有结构必须设计成能承担荷载而不能有整体倾覆或构件破坏的危险。一种确定结构安全的方法是确保由荷载产生的应力和应变小于设计规范的允许值。确定结构的应力和应变是结构分析的最初目的。

一般说来，结构分析首先是检查结构的整体稳定性。这包括确定结构的支撑反力。如果支撑足以承担力，它们反作用给结构等值反向的力。

如果电脑计算表明结构的反应平衡了荷载（结构自重，人群荷载，储存材料，交通工具，风载和地震力），结构就处于静力平衡。

下一步是确定结构内力和构件单元体上的应力。最后，如果需要的话，计算结构整体变形和构件的变形。靠原理和概念如静力平衡定律使这些步骤变得容易。这些工具是基于结构在荷载作用下是弹性的这个假设，即：应力与应变成正比。

对框架构件进行应力应变的结构分析包括考虑静荷载如构件和楼板自重，建筑固定设备，和活荷载（当成静止考虑）和动荷载如风荷载和地震荷载。由于风荷载的特征是缺乏更多信息，风荷载被当作静止作用在结构上。计算荷载的方式和荷载作用结构上的位置由当地建筑规范限定。另一方面，地震运动作用在建筑物地表下的基础上并且被认为是随机荷载。

重力和风荷载的分析是应用线弹性静定和超静定结构的常规分析法来进行的。对于地震荷载，被设计成传统矩形形状的建筑物是由当地建筑规范规范的等量侧向荷载方法所分析的。这些动力分析方法需要了解建筑结构的动力原理和振动原理。正是这样，由于方法的复杂性，需要高精密的计算机求解很多结构动力学方程。

总的来说，分析的标准程序是考虑建筑物的线弹性行为。然而，分析地震作用下建筑物避免倒塌时，必须考虑非线性动力行为。

基本原理。在结构分析中，平衡定律是基础。它计算梁，桁架，框架，拱和其它结构的外部反应及内部应力时是很有用的。例如，图一结构上作用有共面但不共点的力或者是荷载系统和反力。如果结构是稳定的，这些必须平衡。

如果平衡，结构必须满足三个条件：（1）所有力的水平分力的和必须等于零；（2）竖向分力之和等于零；（3）关于任何一条垂直于平面的轴的矩之和为零。

三个独立方程决定三个未知力。因此，这些平衡方程能直接计算反力，弯矩和剪力，当然也有应力。当满足这些方程时，结构就被认为是静定的。图1a是一个这样结构的例子，有三个未知力——左边反力的竖向和水平分力和右端竖向反力。

图1b中的结构没有反力去平衡水平荷载，图1c没有承担力矩的力。不满足平衡定律。它们都是不稳定的。

另外一个结构分析的基本工具是叠加原理。内容是：在合力作用产生的应力没有超材料弹性极限情况一组力产生的总的弯矩，剪力，应力和变形，等于荷载单独作用下产生效应的总合。

图1：作用了力系统的结构。（a）稳定结构。（b），（c）不稳定结构。三角形表示固定铰支座，圆形表示可动铰支座。

超静定结构。当构件反力数量超过了当平衡存在时满足荷载和反力的独立方程的数时，结构是超静定的。例如，如果图2（a）的刚架柱固定在基础d和e中，将有6个反力，如图2（b）所示。结构将是三重超静定，有6个未知数，然而平衡定律只允许有三个方程。

近似方法分析超静定结构是可行的，这些方法是基于精确的分析和检查柔性材料模型的结构。这样的研究显示刚框架在基础抵抗弯曲，在构件中点附近弯曲反向。如图2（c）所示，在这些点弯矩为零。因此，反弯点相当于铰接接点。

图2：静不定结构。（a）构件配置。（b）P力在d,e点对应的水平反力是 和 ，垂直犯力是 和 ，弯矩是 和 。（c）变形。反弯点或者说是弯曲改变点是f，g和h。

如果它们在梁和柱中的位置假设如图2所示，并且如果也假设柱的剪力等于侧向荷载的一半，那么从平衡方程也许可以确定反力。同样的近似方法（由下面部分描述）已经用来估计风荷载在框架里产生的应力。（图3）

图3：图上表示建筑物框架用认为反弯点在柱和梁中点的近似方法计算风载下的应力。 近似方法。多层框架中计算风载应力的门架式解法假设：柱和梁的中点存在反弯点，每根内柱承受的剪力是每根外柱承受的剪力的两倍。这样就使结构变成静定的。

悬臂解法同样是假设柱和梁的重点是反弯点。然而，它进一步假设柱的应力随着距柱中轴线，即柱的重力中心的长度而变化。和门式框架解法一样；也产生了一个静定结构。其它决定水平荷载作用下多层框架的反应的近似解法考虑构件的刚度，这包括Witner K-百分数法，因素法和C法。

在一段时期里，即精确解法是很费力和耗时的卡氏定理，很多高层建筑用门架式或悬臂式解法，和费时最少的方法计算。然而，其他分析方法和电子计算机出现时，近似方法只用作最初估计和检验计算机的解。

计算机分析。电子计算机的出现引进了结构分析方法：柔度法或力法和刚度法或位移法。这两种方法考虑结构的行为在材料线弹性范围内，并且应用在超静定结构里。

柔度法的本质是结构按静定力系表达的位移叠加。多余力的大小由结构的变形相容条件决定。为了满足变形协调要求，必须同时解n个线形方程。这里的n就是结构系统多余未知力的数目。在受荷结构里，一个方程就由一个变形条件决定。必须计算n+1个荷载条件下的位移，一个方程是为施加的荷载，n个方程是为结构的每个多余荷载的解。

刚度法在分析时认为线位移和角位移是未知量。否则就和柔度法一样了。由于未知量的数目，两种方法都计算只有n个多余未知量的结构或需要解复杂的矩阵式的结构。

两种解法的对比指出每种解法都包含矩阵转化。在柔度法里矩阵是n×n个多余未知量。这种方法比刚度法需要更多的矩阵。在刚度法里，n就是结点可能的线位移和角位移量。选择应用任何更好的方法取决于被转换矩阵的大小。

虽然大多数结构作为线弹性行为，处于极限荷载条件下如地震作用，进行分析，但是需要考虑材料非线性行为和作用在结构上的荷载变化产生的非线性几何变形。

第二十课 结构设计

结构设计是选择材料和构件类型，大小和形状以安全有用的样式承担荷载。一般说来，结构设计暗指结构物如建筑物和桥或是可移动但有刚性外壳如船体和飞机框架的工厂稳定性。设计的移动时彼此相连的设备（连接件），一般被安排在机械设计领域。

结构设计包含至少5个不同方面的工作：工程要求，材料，结构方案，分析和设计。对于不一般的结构或材料，又包含一个方面：试验。这些方面不是严格按步骤进行，因为不同材料在不同方案大多数是有效的，试验会导致设计变更，最终设计由初步估计设计开始，然后经过分析和再设计几个循环后完成。通常，可替代的设计证明在费用，强度和使用性上十分接近。结构工程师，业主或最后住户基于其它的考虑选择一种。

工程要求。在开始设计前，结构工程师必须决定容易接受的执行标准。必须提供承担的荷载或力。对于一些专门结构，当支持一台已知载重的机器或起重机时，这可能直接给出，对于普通建筑物，采用市政，县，州的建筑规范，提供了设计所需活载（人群荷载和设备，屋顶雪荷载，等等）的最小值。工程师将计算出设计期间的恒载（结构和已知永久性设备）。

对要正常使用的结构，也必须控制其挠度，因为安全的结构可能会存在令人不安的振动。机器的支座有严格的变形限制，因为梁下沉会导致驱动轴弯曲，烧毁，部件错位和上面的吊车熄火。挠度限制在跨度/1000 (梁长的1/1000）以下是很普通的。在传统建筑里，支持板的梁挠度限制在跨度1/360以避免粉刷开裂或跨度1/240以避免人的担忧（保持在可感知的变动范围内）。梁的刚度也影响板“振动”，如果不能控制会令人很头疼。另外，高层建筑的侧面变形，位移或摇摆通常限定在高度/500（建筑物高度的1/500）里，把在有风的日子里上面楼层的人移动的不舒服降到最小。构件尺寸在结构设计里起主要作用。例如，由于下面留作水上交通的净空不够或过高威胁到飞机的特定类型的桥是不可接受的。在建筑设计里，天花板高度和楼板之间高度影响楼板框架的选择。墙厚和柱子尺寸和跨度也影响不同框架方案的适用性。

选择材料。技术的进步创造了许多新材料，如碳纤维加强复合材料和硼纤维加强复合材料，它们都具有极好的强度，刚度和强度重量比特性。然而，由于费用高和非通常的制造要求，它们仅用在有限特殊领域。强化玻璃合成物如玻璃纤维是很普遍，但被限制应用在小荷载情况下。用在结构设计上的主要材料更多是普通的，包括钢材，铝，钢筋混凝土，木材，砌体。

结构方案。在一个实际方案里，结构构件承担很多力，包括拉，压，弯，剪和扭。然而所选择的方案将会影响这些力产生的概率，也会影响材料选择过程。

抗拉是有效的承担荷载的方法，整个构件的横截面性能得到发挥，并且不涉及到弯曲变形。任何抗拉方案必须也对抗拉构件的锚固。例如，在悬索桥里，锚固体通常是位于主要绳索尾段的强大自重。为了避免在荷载移动或变形时有不期望的几何变形，抗拉方案通常要求是刚性梁和桁架。

抗压是另一个很有效的承担荷载方法。全部杆件截面发挥了作用，但是设计时必须避免弯曲，或者是做成粗短构件或者是增加附加支撑。圆顶和拱形建筑，拱桥和柱是很普遍的建筑方案。拱产生了必须抵挡住的水平外推力。这靠设计合适的基础或建在车道或楼板的上面的拱解决，靠沿着车道用抗拉构件把两端的拱连接起来，阻止他们拉开。当荷载不是作用在构件轴线上时，抗压构件显著地被削弱。所以，必须认真考虑移动，变化和不平衡的荷载。

基于受弯的方案的效率比受拉和压低，因为弯曲是靠构件一边受拉另一边受压来抵抗。受弯方案如主梁，次梁，刚架和受弯框架在外部锚固或推力限制，与一般基础不同，靠内部刚度阻挡可移动，变化和不平衡的荷载的情况下有利。

桁架是上面方案的混合体。它们设计成荷载横跨在受弯构件上，但是分解成一系列拉力和压力，由抗拉和抗压构件承担。桁架方案设计时不需要特殊锚固或推力的限制，并且有很好的刚度抵抗移动或变化的荷载。大量的构件之间连结和抗压构件的附加支撑，看起来有点杂乱，这就是桁架的不利处。

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库2019年土木工程专业英语翻译 doc(7)在线全文阅读。