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l 土木工程概论l 第一章 土木工程专业培养目标和人才素质要求l 土木工程：是建造各类工程设施的科学技术的总称，它既指工程建设的对象，即建在地上、地下、水中的各种工程设施（如建筑工程、道路工程、铁路工程、桥梁工程、港口工程等），也指所应用的材料、设备和所进行的勘测设计、施工、保养、维修等技术。l 土木工程需要解决的问题：1、土木工程的要素和目的：形成人类活动所需要的，功能良好舒适美观的空间和通道。2、土木工程存在的根本原因：存在的根本原因能够抵御人为或自然的作用力。3、建造土木工程的根本条件：充分发挥所采用材料的作用。4、土木工程最终归属：“快、好、省”地组织人力、财力和物力，把社会所需要的工程设施建造成功，付诸使用。l 土木工程活动的内容包括下述两部分：1、技术方面，有勘察、测量、设计、施工、监理、开发等；2、管理方面，有制定政策和法规、企业经营、项目管理、施工组织、物业管理等。l 土木工程的基本属性：1、社会性；土木工程随社会历史而发展；2、综合性：要综合运用多种技术；3、实践性：影响土木工程的因素错综复杂，因而对实践依赖强；4、技术经济和艺术统一性。l 土木工程及工程管理专业的培养目标：培养适应社会主义现代化需要，德智体全面发展，掌握土木工程学科的基本理论和基本知识，获得土木工程师基本训练的，具有创新精神的高级工程技术人才。l 科学：是关于事物的基本原理和事实的有组织、有系统的知识。l 科学的主要任务：是研究世界万物发展变化的客观规律，它解决一个为什么的问题。l 技术：是指将科学研究所发现或传统经验所证明的规律转化成为各种生产工艺，作业方法，设备装置的总和。它解决一个如何实现的问题。l 技术的主要任务：是利用和改造自然，以其生产某种满足人类需要的产品而服务。l 科学和技术的区别于联系：区别：概念在上面（把科学和技术的概念重复一遍就够了）。联系：科学是基础，应用科学原理可以开发技术；技术的发展，会出现新的现象和问题，人们对它们进行研究，就能进一步发展科学。所以，科学与技术相互促进，相辅相成，而且互相渗透，两者之间没有明确的界限。l 工程是指自然科学或各种专门技术应用到生产部门去而形成的各种学科的总称。l 工程的目的：在于利用和改造自然来为人类服务。l 工程师：是从事工程活动的技术家。l 工程师的类型 ：技术实施型 研究开发型 工程管理型 三类。l 工程师的素质要求：1、有较强的基础科学和技术科学额理论基础或较宽的知识面；2、具备以下几方面的能力：设计、实施、开发、管理、评价能力。l 我国高等学校及社会对人才的需求和学校对人才的培养之间存在着两个根本矛盾：1、社会需求的多样性和学习培养人才的规格较为单一之间的矛盾；2、社会需求的可变性和学校教学的相对稳定性之间的矛盾。l 在土木工程学科的系统学习中，实践经验中得出以下几点值得重视：自主学习能力；综合解决问题的能力；争强、创新能力；协调、管理能力l 人的素质：按心理学解释，指“人的先天的主要在神经系统和感觉器官方面的生理解剖特点”,是人的心理发展的生理条件。而按教育学解释，则指“人在先天生理基础上受后天环境 教育影响，通过个体自身的认识与社会实践，养成的比较稳定的身心发展的基本品质”。l 本专业学生应该追求的基本品质的内容：1、认知方面；2、技能和能力方面；3、思想和情感方面；4、意识和意志方面5心里和体魄方面。l 大学生养成高素质所要求的基本品质的主要途径：勤奋学习、努力实践、用语创新、交融集体、健康身心、与时俱进。l 第二章 土木工程的内涵和发展简史l 土木工程学：是指运用数学、物理、化学等基础科学知识，力学、材料等技术科学知识以及土木工程方面的工程技术知识来研究、设计、修建各种建筑物和构筑物的一门学科。l 建筑物及种类:是指供人们进行生产生活或其他活动的房屋或场所，如工业建筑 民用建筑 农业建筑 铁路建筑等。l 构筑物及种类:是指人们一般不直接在内进行生产生活活动的建筑物，如烟囱、水塔。l 土木工程的物质基础种类:土地、材料以及各种施工机具。l 土木工程所受到自然界和人为作用外力种类：地球引力、风、地震、温度变化、爆炸等。l 土木工程学科的出发点和归宿：利用物质条件，满足人们生产、生活和其他活动的使用需要和审美要求，做到使各类土木工程既能完全地承受各种作用力，又能经济而迅速地完成其建造任务。l 土木工程的发展经历三个历史时期：古代、近代和现代三个阶段。 l 土木工程各发展阶段：古代土木工程：历史跨度长，大致从旧石器时代（公元前5000年）到十七世纪中叶。这一时期的土木工程没有什么设计理论指导，是公主要靠经验。所应用的材料主要取之于自然，如树，石头，土坯，所用工具很简单，如斧，锤，刀，铲，夯等。近代土木工程：从十七世纪中叶刀第二次世界大战前后，历时300余年，这一时期的土木工程逐步形成一门独立的学科。材料方面开始应用钢筋，砼，这一时期的工具应用新的施工机械。现在土木工程：从第二次世界大战结束到至今1功能要求多样化2城市建设立体化3交通工程高速化4工程设施大型化。l 近代土木工程大事记：1、意大利学者伽利略在1638年关于两门新科学的谈话和数学证明中论述了建筑材料的力学性质和梁的强度，首次用公式表达了梁的设计理论；2、英国科学家牛顿在1687年总结出力学三大定律；3、瑞士数学家欧拉在1744年曲线的变分法中建立了柱的压曲理论；4、1824年，英国人阿斯普丁取得了波特兰水泥的专利权；5、1850年发明了贝塞麦转炉炼钢法；6、1875年，法国人莫尼埃建造了第一座长16米的钢筋混凝土桥；7、1825年，英国人斯蒂芬斯在英格兰修建了世界第一条长21Km的铁路；1863年英国在伦敦修建了世界第一条地下铁路。l 现代土木工程的特点有：功能要求多样化；城市建设立体化；交通工程快速化；工程设施大型化。l 土木工程的内涵及其重要性：土木工程建造各类各类工程设施的科学技术的总称，指工程建设的对象，即建在地上地下水中的各种工程设施，也指所应用的材料设备和所进行勘测设计，施工，维修，养护等技术。l 土木工程的范围：包括房屋建筑工程，公路与道路市政工程，铁道工程，桥梁工程，隧道工程，机场工程，地下工程，给排水工程，港口，码头工程。 l 土木工程面临的形势：1.信息时代2.航空航天事业的发展3.世界人口的激增，资源枯竭4.生存环境恶化l 土木工程的发展：1.土木工程材料向多功能和智能化发展2.土木工程项目趋于大型化、全、新，并向太空海洋荒漠发展3.土木工程设计规划科学化、自动化，施工精细化、工厂化。l 可持续发展:既满足当代人的需要，又不对后代满足其需要的发展构成威胁。l 第三章 土木工程中的材料l 每平方米建筑物所用材料量：12吨。l 各种工程材料应用的年代：远古时代，采用石块和树木；公元前124世纪，采用砖和瓦；17世纪，采用生铁和熟铁；18世纪，钢材。l 土木工程设施对材料提出的要求：坚固、耐久、耐火、防水、耐磨、隔热、绝缘、抗冲击、抗核辐射。l 土木工程材料：任何土木工程建(构)筑物(包括道路、桥梁、港口、码头、矿井、隧道等)都是用相应材料按一定的要求建造成的，土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料。l 容积密度：材料在自然状态下单位体积的质量。l 密度：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。l 强度：抵抗破坏的能力。l 变形：承受形状改变的能力。l 弹性：材料在外力除去后起其变形能完全消失的性质。塑性：外力撤去后不能恢复其原有形状的性质。l 韧性：材料受冲击断裂时吸收机械能的能力。l 耐久性：材料在长期使用过程中经受各种所受环境和条件的作用仍能保持其原有性能的能力。l 材料分类：一般分为金属材料和非金属材料两大类。金属材料又分黑色金属（生铁、铸铁、碳钢、合金钢）和有色金属（除之前四样）；非金属材料又分有机材料和无机材料。材料按功能分类般分为结构材料(承受荷载作用的材料)和功能材料(具有专门功能的材料)。材料按用途分类，如建筑结构材料；桥梁结构材料；水工结构材料；路面结构材料；建筑墙体材料；建筑装饰材料；建筑防水材料；建筑保温隔声材料等。l 材料在土木工程中的作用：材料对保证工程质量的作用；材料对工程造价的影响；材料对工程技术进步的促进作用。l 土木工程设施中所起的作用和功能分：1、承重材料，起承受大自然和人为的各种作用力的作用，典型的如各种钢材、混凝土、木材和由多种块材、砂浆组织的砌体。2、围护材料，其保持空间和通道使用功能的作用，典型的如粘土砖瓦、轻质混凝土、无机和有机纤维制品。3、装饰材料，起创造优美和舒适环境的作用，典型的如玻璃、油漆、墙地面装饰材料。4、胶结材料，典型的如水泥、石灰、石膏、沥青。l 4种主要工程材料的名称：钢材、混凝土、木材和砌体。l 低碳钢：主要成分是铁（Fe，约占99%）和少量的碳（C，通常不超过0.22%）。l 低合金钢：主要成分是铁（Fe，约占99%）和少量的碳（C，通常不超过0.22%），还含有少量锰、硅、钒等元素。l 各种钢在结构设计中抗拉和抗压设计强度值：低碳钢：约为215N/mm；低合金钢：310380N/mm。l 钢材：优点：材质均匀致密，抗拉、抗压、抗弯、抗剪切强度都很高，有一定的塑性和很好的韧性、良好的加工性能。缺点：耐火性差、易于锈蚀、维护费用较高。l 混凝土：是由胶结材料、骨料和水按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。l 混凝土强度等级：一般为C20C40，甚至可达C60C80。指将混凝土做成150mm立方体试块的极限压应力值为：20N/mm，40N/mm，60N/mm，80N/mm.l 混凝土的种类及受力特点：C20C40混凝土在实际受压构件中的抗压设计强度约为1020N/mm，抗拉设计强度约为1.11.7N/mm。l 混泥土：优点：可模性、耐久性、耐火性、整体性都较好，易于就地取材，价格较低，强度比砖、木材高，能和钢筋粘结做成各种强度高的钢筋混凝土结构；缺点：自重较大，施工比较复杂，工序多，工期长，易产生裂缝。l 木材：优点：轻质高强；易于加工；有较高的弹性和韧性；能承受冲击和振动作用；导电和导热性能低；木纹美丽；装饰性好等缺点：构造不均匀，各向异性；易吸湿、吸水，因而产生较大的湿胀、干缩变形；易燃、易腐等。l 土木工程中所用木材种类:圆木（直径120mm以上）、方木（截面方形，边长100250mm）、条木（宽度不大于厚度的2倍）、板材（宽度大于厚度的2被；厚35mm以下的薄板）等。l 木材受力特点：顺纹抗拉设计强度为810N/mm，顺纹抗压设计强度为1016N/mm。（在承重结构中不允许木材横纹受拉）。l 砌体：是由石材、粘土、混凝土、工业废料等材料做成的块材，和水泥、石灰膏等胶凝材料与砂、水混合做成的砂浆，叠合粘结而成的符复合料。l 砌体受力特点：抗压强度只有1.53.5N/mm，抗拉强度仅有0.10.2N/mm。l 砌体：优点：易于就地取材，价格低廉，施工简便，隔热保温性以及耐火性好；缺点：强度低导致结构笨重，而且粘土砖与农田争地，手工在现场砌筑而成，施工劳动量大，工程中质量问题偏多。l 第四章 土木工程中的力学和结构概念l 力：物体间有方向的相互作用，这种相互作用有使物体改变原来形状或改变运动方向，或二者具有的效应。l 纯量、矢量：纯量：只有量值特征；纯量：即有量值又有方向。l 转动平衡：力矩既可按顺时针方向转动，也可按逆时针方向转动，当两个方向转动效应之和为零时，称出于转动平衡。l 移动平衡：装置上所有向下的重力必然和悬挂点处的反作用上举力相等，装置才会出于不移动的静止状态，F=0，也称此装置处于移动平衡。l 5种内力特征及对应表示符号：1、产生拉伸变形的是拉力，一般以+N表示；2、产生压缩变形的是压力，一般以-N表示；3、产生弯曲变形的是婉拒，一般以M表示；4、产生剪切变形的是剪力，一般以V表示；5、产生扭曲变形的是扭矩，一般以MT表示.l 作用：使结构产生内力或变形的原因。分为直接作用和间接作用；荷载或力是直接作用，间接施加影响引起结构受力的作用称为间接作用。l 荷载：建筑中将直接施加在土木工程结构上的外力称为荷载。l 恒载与总荷载的关系:承重结构的恒载约占总荷载的50%70%。l 可变荷载的类型：1使用荷载2车辆荷载3风载4血载。l 基础：将上部结构荷载传递给地基、连接上部结构与地基的下部结构称为基础，地基是受结构传来荷载影响的土层或岩层l 永久载荷（又称恒荷载）:指在使用期间永久在结构上，其值不随时间变化的载荷（恒载），包括：结构的自重。 l 可变载荷（又称活荷载）:指在使用期间施加在结构上的值随时间变化的载荷（活载），包括：使用活载（人、屋面积灰）、风荷载、雪荷载、车辆荷载。l 偶然荷载:指在使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载，如撞击荷载 。l 风载有三个“不一样”：1、不同地区不一样； 2 、不同地区每时每刻不一样；3 、不同高程不同部位不一样。l 间接作用包括下列三种形式：1、约束变形作用，如温差作用；2、外加变形作用，如：地基的沉降；3、惯性作用，如地震作用。l 结构失效现象表现为：1、破坏:是指结构或构件截面抵抗作用力的能力不足以承受作用效应的现象；2、失稳:是指结构或构件因长细比过大而在不大的作用力下突然发生作用力平面外的极大变形的现象；3、发生影响正常使用的变形；4、倾覆或滑移；5、结构所用材料丧失耐久性。l 现代桥梁常见形式：梁桥、拱桥、钢架桥、悬索桥、斜拉桥。l 建筑的基本构件：可分为板、梁、柱、墙、杆、拱、壳、索、膜等。l 板：指平面尺寸较大而厚度较小的受弯构件，通常水平放置，承受垂直于板面的荷载，以受弯矩为主。l 梁：承受垂直于其纵轴方向荷载的线性构件，以受弯矩和剪力为主。l 柱：是工程结构中主要承受压力，有时也同时承受弯矩的竖向构件，以受压力和弯矩为主。l 墙：受平行或垂直于墙面方向的竖向平面构件，前者以受压力为主，后者以受弯矩和剪力为主。l 杆：承受轴向力的直线形构件。l 拱：承受沿其纵轴平面内荷载的曲线形构件，以受压力和弯矩、剪力为主。l 壳：一种曲面形具有很好空间传力性能的构件，能以极小厚度覆盖大跨度空间，以受压力为主。l 索：以柔性受拉钢索组成的构件，直线或曲线形。l 膜：以薄膜材料制成的构件，只能承受拉力。l 地基：受结构传来荷载影响的土层或岩层。l 地基沉降的原因：由于土的透水性不同，土体在完成压缩过程的时间不一样，这导致了土体在一段时间之后会发生沉降。l 地基承载力：在保证地基稳定的条件下，地基压缩变形控制在房屋容许范围内时，地基单位面积上所承受的最大荷载。l 土的三相：固相（固体）、液相（水）、气相（空气）。l 岩石：颗粒间牢固连接的、整体的或有裂隙的岩体l 碎石土：多数粒径大于2mm，按粗细分块石、卵石、圆砾l 砂土：多数粒径大于0.075mm、小于2mm的土，按粗细分砾、中、细、粉砂l 粉土：颗粒粒径更细，粘性介于粘性土和上述非粘性土之间的土l 粘性土：粒径比粉土更细，具有明显粘性的土l 人工填土：回填土、垃圾、工业废料等。l 建筑工程中常见的典型结构：墙体结构、框架结构、框架-筒体结构、桁架架构、网架结构、拱结构、壳体结构、空间折板结构、钢索结构。l 基础按照搁置深度不同分为：浅基础和深基础，浅基础包括：独立基础、条形基础、筏形基础、箱型基础；深基础包括：桩基础、沉箱基础。l 应力：截面上每个单位面积上所受的力。l 应变：杆件在应力作用下的伸长率。l 弹性模量E：应力和应变的关系再应力较小的弹性阶段的比值。l 土木工程结构的四项预定功能：1、能承受正常施工和使用时可能出现的各种内力；2、在正常使用时具有良好的工作性能；3、在正常维护下具有足够的耐久性能；4、在偶然事件发生时能保持必须的稳定性。l 土木工程结构要求：1、在应用上，要充分满足空间和通道的多项使用要求；2、在安全上，要完全符合承载、变形、稳定的持久需要；3、在造型上，要能够与环境、规划和建筑艺术融为一体；4、在技术上，要力争体现科学、技术和工程的新发展；5、在建造上，要合理用材、节约能源、与施工实际紧密结合。l 第五章 建筑工程概述l 建筑工程（房屋工程）：典型的建筑工程是房屋工程，他是兴建房屋的规划 勘察 设计 施工的总称，目的是为人类生产生活提供场所。对房屋的基本要求是“实用、美观、经济”。l 建筑工程中建筑，结构，设备，施工之间关系：建筑的设计概念是讲为满足需要进行的建筑设计，是设计的龙头专业，由建筑学人员完成；结构的设计概念是讲通过结构计算为建筑设计配结构，由结构工程师完成；设备的设计概念是通过计算、选型为建筑设计配设备，包括水、暖、通风（不含电），由设备工程师完成。l 建设单位的任务：1、提出使用要求，编制设计任务书；2、确定土地使用范围；3、保证落实建设资金；4、通过招标发包，选择设计施工单位。l 建筑师的任务：1、与规划协调，房屋和周围环境的设计；2合理的布置和组织房屋室内空间；3、解决好采光、隔音等建筑问题；4、艺术处理和室内外装饰。l 结构工程师的任务：1、确定房屋结构承受的荷载，并合理选用结构材料；2、正确选用结构体系和结构型式；3、解决好结构承载力、变形、稳定、抗倾覆等技术问题；4、解决好结构的连接构造和施工方法问题。l 施工工程师（施工单位）的任务：1、施工组织设计和施工现场布置；2、确定施工技术方案和选用施工设备；3、建筑材料的购置检验和使用，熟练技工和劳动力组织；4确保工程质量和工期进度。l 建筑物类别的常用三种分法：1、按使用性质：住宅、公共、商业、文教卫生、工业建筑；2、建筑结构采用的材料：生土、木、砌体、钢筋混凝土、钢-混凝土组合、钢、薄膜充气结构；3：建筑物主体结构的形式和受力系统划分，承重墙、框架、筒体、错列桁架、拱、薄壳、折板、网架、悬挂式结构。l 钢筋混凝土结构：采用钢筋混凝土或预应力混凝土做成，主要用于：框架结构、剪力墙结构、筒体结构等。l 框架结构：采用梁、柱组成的框架作为房屋的竖向沉重结构，并同时承受水平荷载。刚接框架结构：梁与柱整体连接，其间不能自由转动、可以承受弯矩的框架结构；铰接框架结构：梁与柱非整体连接，其间能自由转动、不可以承受弯矩的框架结构。优点：建筑平面布置灵活，多用于多层建筑l 筒体结构：利用房屋四周墙体形成的封闭筒体（也可利用房屋外围由间距很密的柱与截面很高的梁，组成一个形式上像框架，实质上是一个许多窗口的筒体）作为主要抵抗水平荷载的结构。l 混凝土的受力构件种类:板、梁、柱。l 我国水泥工业开始年代:1889年；1824年波特兰水泥发明年代；1903年，美国辛辛那提建成世界第一栋混凝土结构高层建筑英格尔大厦。l 我国最早建造的钢筋混凝土框架结构:1908年建造的上海电话公司大楼。l 混凝土的优点:资源丰富，能消纳工业废渣，成本和能耗较低，可以与钢筋、型钢粘结使用，可模性、整体性、刚性均较好，体内能按受力需要配置钢筋。l 混凝土结构的优点:超高层建筑、巨型大跨度建筑、海洋工程建筑、原子能工程建筑，以及高达1300、抵达160的高低温工程建筑，都可以采用混凝土结构。l 钢结构：通常由型钢、钢管、钢板等之称的钢梁、钢柱、钢桁架等构建组成，各构件之间采用焊缝螺栓或铆钉连接。有些钢结构还用钢绞线钢丝绳组成。特点：常用于跨度大、高度大、荷载大、动力作用大的各种建筑及其他土木工程结构中。 l 网架：是由多根按一定网架形式通过节点连接而成的空间结构，分平板网架和曲面网架。优点：具有空间受力、重量轻、刚度大、整体性强、稳定性好、抗震性能好等。特点：1跨度更大，2安全性更大3工业化生产l 钢-混凝土组合结构：是采用钢构件和钢筋混凝土构件，后港混凝土组合构件共同组成的承重结构体系后抗侧立结构体系。特点：使钢和混凝土两种材料取长补短。l 索结构：是由一系列受拉的直线型或曲线形索及相应构建所组成的承重结构，属于张力结构。优点：充分利用钢材的强度，用料经济，能跨越很多大的跨度，施工方便，外形多样，造型美观。l 索-膜结构：是用薄膜材料和钢索共同形成的结构形式。l 特种结构：指房屋、地下建筑、桥梁、隧道、水工结构以外的具有特殊用途的构筑物。l 特种结构种类：贮液池、烟囱、筒仓、水塔、挡土墙、深基坑支撑结构、电视塔和纪念性构筑物等。l 混合结构：指用不同的材料建造的房屋，通常墙体采用砖砌体，屋面和楼板采用钢筋混凝土结构，故称砖混结构。l 排架结构：由骨架，柱和基础组成（单层工业厂房） 柱子和屋架铰接与地基钢结l 悬索结构：特点：1、主要承重构件是索；2、施工方便，设施简单；3、适应性强，造型美观；4、创造具有良好物理性能的建筑物。l 第六章 地下工程概述l 地下工程：在地面以下土层或岩体中修建各种类型的地下建筑物或结构的工程。l 地下住宅设施：指各种地下或半地下住宅，我国的窑洞及北美等地的覆土式房屋就是典型的地下住宅。l 地下城市设施：为改善城市功能的各项设施，包括埋在地下的各类管线、变电站等，迁至地下，有益于改善城市环境、提高市民生活质量。l 单建式：指独立建造的地下工程，地面上没有其他建筑物。l 附建式：一般指各种建筑物的地下室部分。l 小型地下工程：指一般性建筑物地下室。l 大型地下工程：指空间开阔的大型地下车库。l 隧道：是修筑在岩体、土体或水底，两端有出入口的，供车辆、行人、水流及管线等通过的通道，包括交通运输方面的铁路、道路、水底隧道和各种水工隧洞等。l 隧道施工方法：1.山岭隧道：矿山法（钻爆法）和掘进机法（TBM），其中矿山法又分为传统矿山法和新奥法。2.浅埋及软土隧道：明挖法，盖挖法，浅埋暗挖法和盾构法。3.水底隧道：沉埋法和盾构法。l 地下铁道：是指在城市地下由电力机车牵引的铁路。l 地下工程的特色：一方面是它必然承受着四周岩层和土层传来的压力，称围岩压力或岩体压力；另一方面岩层和土层有都具有较好的抗暴、抗震能力和良好的热稳定性和密闭性。l 衬砌结构：地下设施与岩（土）层接触处的结构，主要是承受岩（土）层和爆炸等静力和动力荷载，并防止地下水和潮气的侵入。l 地下工程设施的分类方法：住宅设施、城市设施、生产设施、交通设施、贮藏设施、防灾，人防设施、军事设施 l 地下工程的其他分类方法：按周围环境材料：岩石地层和土质地层；按建造方式不同：单建式和附建式；l 隧道工程的特点：它是交通运输线路穿越天然障碍；穿越的地质条件复杂多变，遇到意外情况比较多，工程定位、设计、施工方法都必须随时做相应调整；施工作业面窄，可能容纳的劳动能力和机械设备都受到限制，对工业化、机械化施工要求高；造价昂贵。l 铁路隧道：由洞口路堑（或引道）、洞门、洞身衬砌结构和隧道内外附属构筑物（道床、避车洞、水洞、照明、设置电气化设备的洞室等）组成。隧道内的路线有：单向坡和双向坡。l 道路隧道：分为山岭道路隧道、水底道路隧道和城市道路隧道。l 道路隧道的设计特点：隧道要尽量设计成直线。隧道内的纵坡通常应不小于0.3,不宜大于3.5。l 道路隧道的优点：隧道能克服高程障碍，缩短线路长度，减小坡度和曲率，从而提高线路技术标准。l 地下铁道的种类：浅埋地铁、深海地铁、地面地铁线路段、高架地铁线路段.l 地铁建筑物内容：地铁车站、区间隧道、出入口建筑物l 衬砌结构的作用、受力特点及施工特点：作用：承受岩土层和爆炸等静力和动力荷载，并防止地下水和潮气的侵入。受力特点：主要由使用、地质和施工3个因素综合决定。施工特点：为了使衬砌四壁大体受压而较少受弯、受拉，最适宜的衬砌外形介于圆形和蛋形之间。l 第七章 桥梁工程l 桥梁:指供道路、铁路、渠道、管线等跨越水体、山谷或彼此间相互跨越的工程构筑物。l 桥梁工程:是土木工程中属于结构工程的一个分支学科，它与房屋建筑工程一样、也是用砖石、木、混凝土、钢筋混凝土和各种金属材料建造的结构工程。l 桥梁分上部结构和下部结构；上部结构有：桥面板、桥面梁以及支承它们的大梁、拱、悬索等。下部结构有：桥台、桥墩。l 桥台是桥梁两端桥头的支承结构，是道路与桥梁的连接点。既要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力，还要挡土护岸。桥台的类型:实体式（适用于填土高度810m以下的桥梁）、埋置式（适用于桥头为浅滩时）l 桥墩:是多跨桥的中间支承结构。既要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力，还要承受流水压力、水面上的风力、船只的撞击力。分为；实体式(重力式)桥墩（适用于大中型桥梁）、构架式桥墩和桩(柱)式桥墩（适用于跨度不大于30m的桥梁）。l 梁式桥:是一种在竖向移动式荷载作用下无水平反力的结构体系，与建筑工程中的梁相似。l 拱桥:指的是在竖直平面内以拱作为上部结构主要承重构件的桥梁。拱桥的三种承载方式:上承载式桥，下承载式桥和中承载式桥。l 刚架桥:是梁和柱整体结合的桥梁结构。l 斜拉桥:由主梁、塔柱和斜索三种基本构架组成，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔，受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。l 悬索桥:是指以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的缆索(或钢链)作为上部结构主要承重构件的桥梁。l 管柱基础:以钢管柱为基础支承构件，埋入岩层钻孔中。沉井基础:四周有壁、下部无底、上部无盖、侧壁下有刃脚，通常用钢筋混泥土制成，通过从井孔内挖土，借助自身重力下沉，用混凝土封底并塞满井筒，成为整体式深基础。沉箱基础:它是以气压沉箱来修筑的桥梁墩台或其它构筑物的基础。l 设计水位:江河航道水深测量用的起算面。 l 跨度:筑物中,梁、拱券两端的承重结构之间的距离，两支点中心之间的距离。桥梁全长:有桥台的桥梁为两岸桥台侧墙或八字墙尾端间的距离；无桥台的桥梁为桥面系长度通常指桥孔范围内，从设计通航水位（或设计洪水位）至桥跨结构最下缘的净空高度。桥下净空高度:通常指桥孔范围内，从设计通航水位（或设计洪水位）至桥跨结构最下缘的净空高度。l 现代桥梁的基本组成及各自作用:1、桥跨结构。作用是承受桥面上各种车辆、行人的荷载；2、桥墩与桥台。是支承跨结构的承重结构。3、桥梁基础。作用是使桥上全部荷载传至基础。桥梁涵洞按跨度和桥梁全长的划分:特大桥、大桥、中桥、小桥桥梁的多种分类方式:按用途分类为公路桥，铁路桥，公路铁路两用桥，农用桥，人行桥，运水桥(渡槽)和专用桥梁(如管路电缆等)。按照桥梁主要承重结构所用材料分为：圬工桥(包括砖、石、混凝土桥)，钢筋混凝土桥，预应力混凝土桥，钢桥和木桥等。按照跨越障碍的性质分为：跨河桥，跨线桥(立体交叉)，高架桥和栈桥等。l 桥梁基础的类型及适用范围:刚性扩展基础（适用于浅基础，地基为密实土层）、桩基础（适用于地基上部土层软弱、适宜的持力层较深时）、管柱基础、沉井基础（适用于桥梁工程中）、沉箱基础。l 斜拉桥和悬索桥的基本受力原理:受力分析，左边的力可以分解为水平向向左的一个力和竖直向下的一个力；同样的右边的力可以分解为水平向右的一个力和竖直向下的一个力；由于这两个力是对称的，所以水平向左和水平向右的两个力互相抵消了，最终主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力，这样，力又传给索塔下面的桥墩了。悬索桥：自锚式悬索桥的上部结构包括：主梁、主缆、吊杆、主塔四部分。传力路径为：桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过吊杆传至主缆承受，主缆承受拉力，而 主缆锚固在梁端，将水平力传递给主梁。由于悬索桥水平力的大小与主缆的矢跨比有关，所以可以通过矢跨比的调整来调节主梁内水平力的大小，一般来讲，跨度较大时，可以适当增加其矢跨比，以减小主梁内的压力，跨度较小时，可以适当减小其矢跨比，使混凝土主梁内的预压力适当提高。第八章 道路工程l 公路：是指连接城市与乡村的主要供汽车行驶的道路 l 城市道路：通达城市各个地区，供城市内交通运输及行人使用，便于居民生活、工作及文化娱乐活动，与城市外道路连接并承担对外交通的道路称为城市道路。l 专用道路：指由工矿农林部门投资修建供部门车辆使用l 路线：道路由于受到自然环境与地物地貌的限制，在平面上有转折，在纵面上有起伏，它的中线是一条三维空间曲线称路线。l 道路的线形：就是指道路中线在空间的几何形状和尺寸。包括平面线形和纵断面线形。道路平、纵线形组合设计：是指在满足汽车运动学和力学要求的前提下，研究如何满足视觉和心理方面的连续、舒适、与周围环境的协调和良好的排水条件。l 交叉口：道路与道路、道路与铁路相交处称为交叉口l 路基：是道路行车路面下的基础，是有土、石构成的带状的土工建筑物。路基应满足的基本要求：1、具有足够的承载力和刚度2、具有足够的水温稳定性3、具有足够整体稳定性。l 路堤：是指高于原地面的填方路基。路堑：是指低于原地面的挖方路基。l 路面：又称行车部分，是路基表面用各种材料分层铺筑的构筑物。路面应满足的基本要求：1、功能性好2、结构性好3、耐久性好4、安全性好。l 涵洞：指横贯并埋设在路堤中供排泄洪水、灌溉或交通使用的渠道或管道；多跨桥梁总长小于8m，单孔跨度小于5m的也称涵洞。l 高速公路：是全封闭、全部控制出入、全部立体交叉、路中央有分隔带的现代化汽车公路。l 城市道路：指大、中、小城市及大城市卫星城区内的道路、广场、停车场等，但不包括后街坊内部的道路。l 我国规定高速公路的设计行车速度：最低60km/h，最高120km/h。l 道路的分类：公路、城市道路和专用道路。l 道路的组成：车行道、路测带、分隔带、交叉口和交通广场、停车场和公交车停靠站、道路雨水排水系统、其他设施 l 道路平面线形设计内容：直线、圆曲线和缓和曲线以及三种线性的组合线性。路线平面几何要素的设计。l 道路纵断面线形设计的主要内容：具体包括纵坡设计和竖曲线设计。l 路面结构层次及各自作用要求：通常包括面层（作用：承受行车荷载较大的竖向力、水平力和冲击力的作用，同时又受到降水的侵蚀作用和温度变化的影响。要求具有更高的结构强度、刚度、不透水和温度稳定性，表面还应有良好的平整度、粗糙度和耐磨性。）、基层（作用：承重。要求：具有足够的强度。）、垫层（作用：排水、隔水、防冻、防污或扩散荷载应力。）层次l 路面等级的划分：高级路面、次高级路面、中级路面和低级路面等四个等级。l 道路沿线的工程设施；1.桥涵2.隧道3.防护工程4.排水系统5.交通管理设施6.交通安全设施7.停车设施8.路用房屋。l 高速公路与普通公路的区别：汽车专用（并且对农用汽车、特殊货运汽车也作出限制）；分道行驶（有中央分隔带、超车车道、行车车道等）；控制出入（全封闭、全立交，路段两侧设禁人栅）；设施完善（除完善的安全、监控设施外，还有紧急电话和服务区等）l 高速公路的社会效益和经济效益：运输效益高、技术效益好、安全效益可观、加速城市发展、刺激工业发展、带动第三产业发展、协调经济联合与合作。l 高速公路存在的主要问题：高速铁路线路应能保证按规定的最高车速，安全、平稳和不间断地运行，轨道的平顺性是解决列车提速的至关重要的问题，高速列车的牵引动力是实现高速行车的重要关键技术之一，高速铁路的信号与控制系统是提高速列车安全、高密度运行的基本保证。l 城市道路的组成内容：1.车行道2.路侧带3.分隔带4.交叉口和交通广场5.停车场和公交车停靠站6.道路雨水排水系统7.其他设施。l 在道路平面设计中为什么要保证足够的行车视距：因为为了保证行车安全，实际应能看到行车路线上前方一定距离的公路，以便发现障碍物或迎面来车时，技术采取停车、避让、错车或超车等措施。l 道路纵断面设计考虑的因素及设计目的；因素：道路性质、任务、等级和自然因素，路基稳定、排水及工程量，对纵坡的大小、长短、前后纵坡情况、竖曲线半径大小以及与平面线形的组合关系。目的：行车安全、快速、舒适、工程造价较低、营运费用少。l 路基施工的特点：工程量大、工程项目多、工艺简单、施工条件差l 目前我国公路发展的特点：国道是我国公路的骨架，在公路运输中占着主导地位，高速公路发展迅速，近年来每年建成的高速公路达数千公里，路网整体水平和公路通行能力有明显提高，桥梁和隧道建设水平上了一个新的台阶筹资力度进一步加大公路运输在综合运输体系中所占比重进一步提高。l 第九章 铁路工程l 1825年英国建筑家史蒂芬逊指挥建成了世界第一条蒸汽机车牵引的铁路斯托克顿至达灵顿铁路。l 铁路由路线、路基和线路上部建筑组成。l 铁路线路：是铁路横断面中心线在铁路平面中的位置，以及沿铁路横断面中心线所作的纵断面情况。l 列车曲率半径和离心力的作用：1、影响到列车行驶的平稳性；2、使外侧车轮轮缘紧压外轨，加剧其磨损。为了防止列车在曲线路上发生横向滑动，因此需要规定列车路线的最小曲率半径。l 坡道阻力：列车在上坡道上行驶时，其重量平行于坡道方向的分力便是车辆行驶的阻力。纵坡越大，阻力越大。为了防止列车行驶阻力过大，故在规定了限制坡度，以增大铁路的运输能力。l 路基：是铁路线路承受轨道和列车荷载的地面结构物。路基可以分为：路堤、路堑和半路提半路堑3种形式。l 路肩宽度：对于、级铁路路堤不得小于0.6m，路堑不得小于0.4m；对于级铁路均不得小于0.4m。l 线路上部建筑包括：与列车直接接触的钢轨、轨枕、道床和道岔。我国生产的标准钢轨长度为12.5米和25米两种；标准轨距为1435mm，误差不超过+6mm或-2mm。l 锁定线路或无缝线路：在长钢轨两端的伸缩区内，用高强度扣件把钢轨强制扣紧在钢筋混凝土轨枕上，使之几乎没有相对位移。l 轨枕：是钢轨的支座，除了承受钢轨传来的力（竖向力及侧向和纵向水平力）并将其传递给道床以外，还起着保持钢轨的方向和轨距的作用。分为：木轨枕和预应力混凝土轨枕两种；木轨枕优点：弹性好、易于加工、便于运输和铺设、更换方便及成本低。预应力混凝土轨枕优点：耐久性好、稳定性高、养护工作量小，主要缺点：重量大。我国普通轨枕长度为2.5米。l 道床：铺设在路基顶面的道渣层。道岔是铁路路线、路线间连接和交叉设备的总称，其作用是使机车车辆由一条路线转向另一条线路，或者越过与其相交的另一条线路。l 铁路工程设计的主要内容：1、在经济上论证线路在交通运输系统中的地位、作用和经济效益；2、根据铁路的技术等级、勘察的地形地物在技术上选择线路；3、设计路基、线路上部建筑、桥梁、涵洞隧道等工程；4、进行车站、机务、