[土木工程概论考试复习资料]
（一）基本概念
1、土木工程：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，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。
2、基本建设：国家将工厂、矿井、铁道、公路、桥梁、农田水利、商店、住宅、医院、学校、给水排水、煤气输送等工程建设称为基本建设。
3、信息化施工：在施工过程中所涉及的各部分各阶段广泛应用计算机信息技术，对工期、人力、材料、机械、资金、进度等信息进行收集、存储、处理和交流，并加以科学地综合利用，为施工管理及时、准确地提供决策依据。
4、可持续发展：是指“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的发展构成危害”。
（二）基本知识和基本理。
1、土木工程概论课程的任务“土木工程”包括哪些内容?“土木工程”专业的学生要学习哪些知识、掌握哪些基本技能、具备哪些能力?怎样才能学好等?回答这些问题便是本书的主要任务。土木工程的内容非常广泛，它和广大人民群众的日常生活密切相关，在国民经济中起着非常重要的作用。土木工程的范围包括房屋建筑工程、公路与城市道路工程，铁路工程，桥梁工程，隧道工程，机场工程，地下工程，给水排水工程，港口、码头工程等。
2、土木工程发展历史简述
土木工程的发展经历了古代、近代和现代三个阶段。现代土木工程的特点有：①功能要求多样化；②城市建设立体化；③交通工程快速化；④工程设施大型化。
3、土木工程的未来
土木工程目前面临的形势是：①信息(包括计算机、通讯、网络等)工业的迅猛发展。②航空、航天事业等高科技事业的发展。③地球上居住人口激增，而地球上的土地资源是有限的，并且会因过度消耗而日益枯竭。④生态环境受到严重破坏，随着工业的发展、技术的进步而人类生存环境却日益恶化。（1）重大工程项目将陆续兴建 ①为了解决城市土地供求矛盾，城市建设将向高、深方向发展。②目前高速公路、高速铁道的建设仍呈发展趋势。 ③在航空港及海港和内河航运码头的建设也会在不久的将来取得巨大的进步。（2）土木工程将向太空、海洋、荒漠地开拓。（3）工程材料..向轻质、高强、多功能化发展（21世纪在工程材料方面希望有较大突破：①传统材料的改性；②化学合成材料的应用）（4）设计方法..精确化、设计工作自动化（5）信息和智能化技术全面引入土木工程...信息、计算机、智能化技术等高新技术用于土木工程将是今后相当长时间内的重要发展方向。 ①信息化施工信息化施工还可通过网络与其他国家和地区的工程数据库联系，在遇到新的疑难问题时可及时查询解决。信息化施工可大幅度提高施工效率和保证工程质量，减少工程事故，有效控制成本，实现施工管理现代化。 ②智能化建筑 智能化建筑满足的要求：一是房屋设备用先进的计算机系统监测与控制，并可通过自动优化或人工干预来保证设备运行的安全、可靠、高效。二是安装了对居住者的自动服务系统。③智能化交通 智能化交通一般包括以下几个系统：A、先进的交通管理系统；B、交通信息服务系统；C、车辆控制系统；D、车辆调度系统；F、公共交通系统等。它应具有信息收集，快速处理，优化决策，大型可视化系统等功能。④土木工程分析的仿真系统用此技术指导设计可大大提高工程结构的可靠性。（6）土木工程的可持续发展.在建设与使用土木工程过程中与能源消耗，资源利用，环境保护，生态平衡有密切关系，对贯彻“可持续发展”原则影响很大。
4、土木工程的学习建议（1）科学、技术与工程的关系.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。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。.技术则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，设备装置等，它解决一个如何实现的问题。技术的主要任务是为生产某种满足人类需要的产品而服务。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，其目的在于利用和改造自然来为人类服务。（2）土木工程的知识、能力和素质要求：我国高等土木工程专业的培养目标是：培养适应社会主义现代化建设需要，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，获得土木工程工程师基本训练，具有创新精神的高级工程科学技术人才，毕业后能从事土木工程设计、施工与管理工作，具有初步的工程规划与研究开发的能力。 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：①自主学习能力；②综合解决问题的能力；③争强、创新能力；④协调、管理能力。
第2章 土木工程材料
一、学习重点
（一）基本概念
1、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。
2、天然砂：由自然条件作用(主要是岩石风化)而形成的，粒径在5mm以下的岩石颗粒，称为天然砂。
3、硅酸盐水泥：根据国家标准(GB175—92)规定，凡由硅酸盐水泥熟料，0~5％石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。
4、绿色建材：其含义是指：采用清洁的生产技术，少用天然资源、大量使用工业或城市固体废弃物和农植物秸秆，生产无毒，无污染、无放射性，有利于环保与人体健康的建材。
（二）基本知识和基本理论：材料一般分为金属材料和非金属材料两大类。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。了解材料在土木工程中的作用主要应从三个方面去认识：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。
1、砖、瓦、砂、石、灰： 砖、瓦、砂、石、灰可统称为地方材料，由于其工程用量大，原料价格低，一般都在当地或附近地区采购。（1）砖：砖是一种常用的砌筑材料。广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。按照生产工艺分为烧结砖和非烧结砖；按所用原材料分为粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等；按有无孔洞分为空心砖、多孔砖和实心砖。（2）瓦： 瓦是屋面材料。瓦的种类较多，按所用材料分，有粘土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦、钢丝网水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃钢瓦、沥青瓦等；按形状分，有平瓦和波形瓦两类。（3）砂：砂是组成混凝土和砂浆的主要组成材料之一，是土木工程的大宗材料。 砂一般分为天然砂和人工砂两类。按其产源不同，天然砂可分为：河砂、海砂和山砂。（4）石：凡采自天然岩石，经过加工或未经加工的石材，统称为天然石材。包括：①毛石②料石③饰面石材④色石渣⑤石子（5）灰：凡能在物理、化学作用下，从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。胶凝材料可分为无机与有机两大类。无机胶凝材料可按照其硬化条件分为气硬性与水硬性两种。只能在空气中硬化的称为气硬性胶凝材料，如石膏、石灰。既能在空气中又能在水中硬化的称为水硬性胶凝材料，如水泥。
2、木材：木材具有很多优点，如轻质高强；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。但木材也有缺点，如构造不均匀，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。 影响木材强度的主要因素为含水率(一般含水率高，强度降低)，温度(温度高，强度降低)，荷载作用时间(持续荷载时间长，强度下降)及木材的缺陷(木节、腐朽、裂纹、翘曲、病虫害等)。工程中木材又常分为原木、锯材及各类人造板材。
3、钢材：钢材品质均匀致密，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。土木工程所使用的钢材大多为低碳钢和低合金结构钢。
4、水泥 ：水泥是水硬性胶凝材料，即加水拌合成塑性浆体，能在空气中和水中凝结硬化，可将其他材料胶结成整体，并形成坚硬石材的材料。（1）水泥的定义和分类：水泥按其用途及性能分为三类：通用水泥、专用水泥、特性水泥。水泥按其主要水硬性物质名称分为：硅酸盐水泥，铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥，氟铝酸盐水泥，磷酸盐水泥，以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥。2）硅酸盐水泥：水泥浆体在常温下会逐渐变稠直到开始失去塑性，这一现象称为水泥的初凝；随着塑性的消失，水泥浆体开始产生强度，此时称为水泥的终凝；水泥浆体由初凝到终凝的过程称为水泥的凝结。水泥浆体终凝后，其强度会随着时间的延长不断增长，并形成坚硬的水泥石，这一过程称为水泥的硬化。（3）其他品种水泥有：快硬硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、高铝水泥、膨胀水泥。
5、混凝土：混凝土(简写为砼)是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶结材料、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。混凝工具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点；同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽，使用范围十分广泛。①混凝土的种类：按胶凝材料不同，分为水泥混凝土(又叫普通混凝土)、沥青混凝土、石膏混凝土及聚合物混凝土等；按表观密度不同，分为重混凝土(ρ>2600 kg／m3)、普通混凝土 (1950~2 600 kg／m3)、轻混凝土(ρ
6、其他材料（1）沥青、沥青制品与其他防水材料：沥青材料是由一些极其复杂的高分子碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属衍生物所组成的混合物。高分子新型防水卷材有三大类：橡胶类防水卷材，塑料类防水卷材，橡塑共混型防水卷材。 （2）玻璃、陶瓷制品：玻璃不仅有采光和防护的功能，而且是良好的吸声、隔热及装饰材料。陶瓷是由适当成分的粘土经成型、烧结而成的较密实材料。常用陶瓷材料的品种可分为：陶瓷锦砖(马赛克)，陶瓷墙地砖，陶瓷釉面砖，卫生陶瓷。（3）塑料与塑料制品：塑料是以有机高分子化合物为基本材料，加入各种改性添加剂后，在一定的温度和压力下塑制而成的材料。（4）绝热材料：将不易传热的材料，即对热流有显著阻抗性的材料或材料复合体称为绝热材料。绝热材料是保温、隔热材料的总称。分为无机绝热材料和有机绝热材料两大类。（5）吸声材料： 吸声材料是指能在较大程度上吸收由空气传递的声波能量的材料。常用的吸声材料有：①无机材料②有机材料③多孔材料④纤维材料。（6）装饰材料：对建筑物主要起装饰作用的材料称装饰材料，装饰材料应具有装饰功能、
保护功能及其他特殊功能。装饰功能即装饰效果，是由质感、线条和色彩三个因素构成的。按其在建筑物的装饰部位予以分类：外墙、内墙、地面、吊顶装饰材料（7）新型复合板材：①铜丝网水泥类夹芯复合板材②彩钢夹芯板材（8）绿色建材：①“绿色建材”的基本概念及其特征：绿色建材的基本特征有：A、建材生产尽量少用天然资源，大量使用尾矿、废渣、垃圾等废弃物。B、采用低能耗、无污染环境的生产技术。C、在生产中不得使用甲醛、芳香族、碳氢化合物等．不得使用铅、镉、铬及其化合物制成的颜料、添加剂和制品。D、产品不仅不损害人体健康，而且有益于人体健康。E、产品具有多功能，如抗菌、灭菌、除霉、除臭、隔热、保温、防火；调温、消磁、防射线、抗静电等功能。F、产品可循环和回收利用，废弃物无污染以防止造成二次污染。②绿色建材在国外的发展③“绿色建材”在国内的发展：发展“绿色建材”，改变长期以来存在的粗放型生产方式，选择资源节约型、污染最低型、质量效益型、科技先导型的生产方式是21世纪我国建材工业的必然出路。我国发展“绿色建材”取得的初步成果有：A、利用废渣类：废弃物为基料研制的砖制品取代粘土砖已趋于成熟，工程中已大量应用；B、采用化学石膏制板产品，以磷石膏、脱硫石膏、氟石膏代替天然石膏生产“绿色建材”；C、充分利用白色污染废弃物，经粉碎后，采用刨花板(或中密度板)生产技术生产保温板系列产品、复合夹心板材产品来代替木材。D、利用稻草或农植物秸秆为填料，加水泥蒸压生产水泥草板。E、采用高新技术生产有益于人体健康的多功能“绿色建材”。F、水泥的生产从综合治理寻求出路。
第3章 基础工程
一、学习重点
（一）基本概念：
1、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，地基是指承托基础的场地。
2、沉降缝：是指从建筑物的屋顶到基础全部分开，分割成若干个长高比较小、整体刚度较好、体型简单和自成沉降体系的单元。
3、沉井：是井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重量克服外壁摩擦力后下沉至设计标高，然后经过混凝土封底，并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其他构筑物的基础。
4、地基处理：是指天然地基很软弱，不能满足地基承载力和变形的设计要求，地基需经过人工处理的过程。
（二）基本知识和基本理论：工程地质、基础工程、地基处理都是土木工程专业知识的重要组成部分。
1、工程地质勘察：工程地质勘察的目的主要是查明工程地质条件，分析存在的地质问题，对建筑地区作出工程地质评价。工程地质勘察的任务是按照不同勘察阶段的要求，正确反映场地的工程地质条件及岩土体性状的影响，并结合工程设计、施工条件，以及地基处理等工程的具体要求，进行技术论证和评价，提出解决问题的决策性具体建议，为设计、施工提供依据，服务于工程建设的全过程。工程地质勘察可分为可行性研究勘察、初步勘察和详细勘察三个阶段。（1）工程地质测绘：工程地质测绘就是填绘工程地质图，根据野外调查综合研究勘察区的地质条件，填绘在适当比例尺地形图上加以综合反映。工程地质测绘方法有像片成图法和实地测绘法。（2）工程地质勘探方法：勘探的方法主要有坑、槽探，钻探，地球物理勘探等。（3）一般工业与民用建筑岩土工程勘察（4）高层建筑岩土工程勘察：高层建筑岩土工程勘察中，应对以下问题进行分析评价：地基承载力，变形和倾斜，高层建筑物与裙房的差异沉降问题，深基坑开挖，环境问题，场地与地基稳定性分析，抗震设计。（5）公路工程地质勘察：公路工程地质勘察包括以下方面：路线勘察，特殊岩土、不良地质地段的勘察，路基路面勘察，桥渡勘察，隧道勘察和筑路材料勘察。（6）桥梁工程地质勘察：桥梁是公路建筑工程中的重要组成部分，由正桥、引桥和导流等工程组成。桥梁工程地质问题主要有两个：桥墩台地基稳定性问题；桥墩台的冲刷问题。（7）隧道工程地质勘察：勘察工作通常包括：隧道方案与位置的选择隧道洞口与洞身的勘察
。
2、浅基础：通常把位于天然地基上、埋置深度小于5 m的一般基础(柱基或墙基)以及埋置深度虽超过5 m，但小于基础宽度的大尺寸基础(如箱形基础)，统称为天然地基上的浅基础。如果地基属于软弱土层(通常指承载力低于100kPa的土层)，或者上部有较厚的软弱土层，不适于做天然地基上的浅基础时，也可将浅基础做在人工地基上。（1）浅基础的类型：浅基础可以按基础刚度的不同分为：①刚性基础，是由砖、毛石、素混凝土和灰土等材料做成的基础。②扩展基础，当刚性基础不能满足力学要求时，可以做成钢筋混凝土基础，称为扩展基础。浅基础还可以按构造类型的不同分为：①单独基础；②条形基础；③筏板基础和箱形基础；④壳体基础。
3、深基础：位于地基深处承载力较高的土层上，埋置深度大于5 m或大于基础宽度的基础，称为深基础。深基础有桩基础、沉井基础、地下连续墙和墩基础四种常用类型。（1）桩基础：按桩身材料划分为木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩、其他组合材料桩等。按施工方法分为预制桩、灌注桩两大类。按成桩过程中的挤土效应分为挤土桩、小量挤土桩和非挤土桩。按达到承载力极限状态时桩的荷载传递主要方式分为端承型桩和摩擦型桩。（2）沉井基础：沉井按不同的下沉方式分为就地制造下沉的沉井与浮运沉井。
4、减少不均匀沉降的措施：
当遇到地基不均匀、建筑物平面形状复杂、高差悬殊等情况时，在建筑物的特定部位设置沉降缝；还应合理安排建筑物间的距离；尽可能采用轻型结构以减轻建筑物的自重；在砌体结构中设置圈梁以增强结构整体性；合理安排施工顺序和采用合理的施工方法等。
5、地基处理：
（1）地基处理的对象与目的：①地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。②地基处理的目的是采用各种地基处理方法以改
善地基条件，这些措施包括： A、改善剪切特性；B、改善压缩特性；C、改善透水特性；D、改善动力特性；E、改善特殊土不良地基的特性。（2）地基处理方法与方案选择：①地基处理方法：换填法、预压法、强夯法、振冲法、土或灰土挤密桩法、砂石桩法、深层搅拌法、高压喷射注浆法②地基处理的方案选择（3）地基处理技术的发展
第4章 建筑工程
一、学习重点
（一）基本概念
1、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。
2、筒仓：是贮存粒状和粉状松散物体的立式容器，可作为生产企业调节和短期贮存生产用的附属设施，也可作为长期贮存粮食的仓库。
3、水塔：是储水和配水的高耸结构，是给水工程中常用的构筑物，用来保持和调节给水管网中的水量和水压。水塔由水箱、塔身和基础三部分组成。
4、烟囱：是工业中常用的构筑物，是把烟气排入高空的高耸结构，能改善燃烧条件，减轻烟气对环境的污染。
（二）基本知识和基本理论。建筑工程按层数可分为单层建筑、多层建筑和高层建筑。
1、基本构件：
建筑的基本构件可分为板、梁、柱、拱等。①板，指平面尺寸较大而厚度较小的受弯构件，通常水平放置，但有时也斜向设置(如楼梯板)或竖向设置(如墙板)。板按受力形式可分为单向板和双向板。单向板指板上的荷载沿一个方向传递到支承构件上的板，双向板指板上的荷载沿两个方向传递到支承构件上的板。②梁是工程结构中的受弯构件，通常水平放置，有时也斜向设置以满足使用要求。梁的截面高度与跨度之比一般为1／8~1／16，高跨比大于1／4的称为深梁。梁的截面高度通常大于截面的宽度，但因工程需要，梁宽大于梁高时，称为扁梁。梁的高度沿轴线变化时，称为变截面梁。梁按截面形式可分为矩形梁、T形梁、倒T形梁、L形梁、z形梁、槽形梁、箱形梁、空腹梁、叠合梁等。按所用材料可分为钢梁、钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁、木梁以及钢与混凝土组成的组合梁等。按梁的常见支承方式可分为：简支梁、悬臂梁、一端简支另一端固定梁、两端固定梁、连续梁。梁按其在结构中的位置可分为主梁、次梁、连梁、圈梁、过梁等。③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。柱按截面形式可分为方柱、圆柱、管柱、矩形柱、工字形柱、H形柱、L形柱、十字形柱、双肢柱、格构柱；按所用材料可分为石柱、砖柱、砌块柱、木柱、钢柱、钢筋混凝土柱、劲性钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱和各种组合柱；按柱的破坏特征或长细比可分为短柱、长柱及中长柱；按受力特点可分为轴心受压柱和偏心受压柱。钢筋混凝土柱是最常见的柱，广泛应用于各种建筑。钢筋混凝土柱按制造和施工方法可分为现浇柱和预制柱。④拱为曲线结构，主要承受轴向压力，广泛应用于拱桥，在建筑中应用较少，其典型应用为砖混结构中的砖砌门窗拱形过梁，亦有拱形的大跨度结构。
2、单层建筑与多层建筑
单层建筑可分为一般单层建筑和大跨度建筑。（1）一般单层建筑:一般单层建筑按使用目的可分为民用单层建筑和单层工业厂房。民用单层建筑一般采用砖混结构，即墙体采用砖墙，屋面板采用钢筋混凝土板，多用于单层住宅、公共建筑、别墅等。单层工业厂房一般采用钢筋混凝土柱或钢结构柱，屋盖采用钢屋架结构。按结构形式可分排架结构和刚架结构。单层工业厂房通常由屋盖结构、吊车梁、柱子、支撑、基础和维护结构组成。（2）大跨度结构：大跨度结构常用于展览馆、体育馆、飞机机库等，其结构体系有网架结构、索结构、薄壳结构、充气结构、应力膜皮结构、混凝土拱形桁架等。（3）多层建筑:多层和高层结构主要应用于居民住宅、商场、办公楼、旅馆等建筑。我国以8层为界限，低于8层者称为多层建筑， 多层建筑常用的结构形式为混合结构、框架结构。框架结构指由梁和柱刚性连接而成骨架的结构。框架结构的优点是强度高、自重轻、整体性和抗震性能好。因其采用梁柱承重，因此建筑平面布置灵活，可获得较大的使用空间。多层建筑可采用现浇，也可采用装配式或装配整体式结构。
3、高层建筑与超高层建筑
8层及8层以上者称为高层建筑。高层结构的主要结构形式有：框架结构，框架—剪力墙结构，剪力墙结构，框支剪力墙结构，筒体结构等。①框架结构:框架结构因其受力体系由梁和柱组成，用以承受竖向荷载是合理的，在承受水平荷载方面能力很差。因此仅适用于房屋高度不大、层数不多时采用。②框架—剪力墙结构:剪力墙即为一段钢筋混凝土墙体，固其抗剪能力很强，故称为剪力墙。在框架—剪力墙结构中，框架与剪力墙协同受力，剪力墙承担绝大部分水平荷载，框架则以承担竖向荷载为主，这样，可以大大减小柱子的截面。③剪力墙结构:当房屋的层数更高时，横向水平荷载已对结构设计起控制作用，如仍采用框架—剪力墙结构，剪力墙将需布置得非常密集，这时，宜采用剪力墙结构，即全部采用纵横布置的剪力墙组成，剪力墙不仅承受水平荷载，亦用来承受竖向荷载。④框支剪力墙结构:两种建筑的功能完全不同，为完成这两种体系的转换，需在其交界位置设置巨型的转换大梁，将上部剪力墙的荷载传到下部柱子上。这种结构体系，我们称之为框支剪力墙体系。⑤筒体结构:筒体结构是由一个或多个筒体作承重结构的高层建筑体系，适用于层数较多的高层建筑。筒体结构可分为框筒体系、筒中筒体系、桁架筒体系、成束筒体系等。
4、特种结构
特种结构是指具有特种用途的工程结构，包括高耸结构、海洋工程结构、管道结构和容器结构等。（1）烟囱:烟囱分为砖烟囱钢筋混凝土烟囱和钢烟囱三类。砖烟囱的高度一般不超过50 m；钢筋混凝土烟囱多用于高度超过50m的烟囱，一般采用滑模施工。钢筋混凝土烟囱按内衬布置方式的不同，可分为单筒式、双筒式和多筒式。钢烟囱自重小，有韧性，抗震性能好，适用于地基差的
场地，但耐腐蚀性差，需经常维护。钢烟囱按其结构可分为拉线式、自立式和塔架式。（2）水塔:水塔按建筑材料分为钢筋混凝土水塔、钢水塔、砖石塔身与钢筋混凝土水箱组合的水塔。（3）水池:水池同水塔一样用于储水；水池多建造在地面或地下。 ①水池的分类A、按水池的材料分为：钢水池、钢筋混凝土水池、钢丝网水泥水池、砖石水池等。B、按水池的平面形状分为：矩形水池和圆形水池。C、按水池的施工方法分为：顶制装配式水池和现浇整体式水池。D、按水池的配筋形式分为：预应力钢筋混凝土水池和非预应力钢筋混凝土水池。②水池的构造组成:圆形水池由顶盖、池壁和底板三部分组成。（4）筒仓:根据所用的材料，筒仓可做成钢筋混凝土筒仓、钢筒仓和砖砌筒仓。钢筋混凝土筒仓又可分为整体式浇筑和预制装配、预应力和非预应力的筒仓。我国目前应用最广泛的是整体浇筑的普通钢筋混凝土筒仓。
第5章 交通工程
一、学习重点
（一）基本概念
1、高速公路：是一种具有四条以上车道，路中央设有隔离带，分隔双向车辆行驶，互不干扰，全封闭，全立交，控制出入口，严禁产生横向干扰，为汽车专用，设有自动化监控系统，以及沿线设有必要服务设施的道路。
2、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。
3、铁路路基是承受并传递轨道重力及列车动态作用的结构，是轨道的基础，是保证列车运行的重要建筑物。
4、跑道构形：是指跑道的数量、位置、方向和使用方式，它取决于交通量需求，还受气象条件、地形、周围环境等的影响。
5、航站楼: 供旅客完成从地面到空中或从空中到地面转换交通方式之用，是机场的主要建筑
6、机场维护区：是飞机维修、供油设施、空中交通管制设施、安全保卫设施、救援和消防设施、行政办公区等设置的地方。
7、隧道：以某种用途，在地面下用任何方法按规定形状和尺寸，修筑的横断面积大于2 m2的硐室。
（二）基本知识和基本理论
1、道路工程
道路是一种带状的三维空间人工构筑物，它包括路基、路面、桥梁、涵洞、隧道等工程实体。道路的设计一般从几何和结构两大方面进行。（1）道路的分类:道路运输从广义上讲是指货物和旅客借助一定的运输工具，沿道路某个分向，作有目的的移动过程。狭义上讲道路运输则是汽车在道路上有目的的移动过程。道路根据其所处的位置、交通性质、使用特点等主要可分为公路、城市道路。①公路的分类:目前我国的公路等级按照其使用任务、功能和适应的交通量分为：高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路五个等级。按照公路的位置以及在国民经济中的地位和运输特点的行政管理体制分类为：国道、省道、县道、乡(镇)道及专用公路。公路的技术标准一般有“几何标准”、“载重标准”和“净空标准”等，在公路设计时必须严格遵守。②城市道路的分类:道路一般按照其在道路网中的地位、交通功能以及对沿线建筑物的服务功能来分类。一般分为：快速道(双向行车道、中央设有分车带、进出口一般全控制或部分控制，为城市大量、长距离、快速交通服务)；主干道(连接城市主要分区的干道，以交通功能为主，一般为三幅或四幅路)；次干道(与主干道组成道路网，起集散交通之用，兼有服务功能)；支道(为次干道与街坊路的连接线，解决局部地区交通，以服务功能为主)。
（2）公路建设
①公路的几何组成(或称线形组成):公路选线工作一般包括从路线方案选择、路线布局，到具体定出线位的全过程。在选线时必须考虑以下主要因素：a路线在政治、经济、国防上的意义，国家和地方建设对路线使用的任务、性质方面的要求，国防、支农、综合利用等重要方针的体现。b路线在铁路、公路、航道等交通网系中的作用，与沿线工矿、城镇等规划的关系，以及与沿线农田水利等建设的配合及用地情况。c沿线地形，地质、水文、气象、地震等自然条件的影响，路线长度、筑路材料来源、施工条件以及工程量、主要材料用量、造价、工期、劳动力等情况及其对运营、施工、养护等方面的影响。d其他如沿线历史古迹、历史文物、与风景区的联系等。路线方案选择的方法及步骤:a搜集与路线方案有关的规划、计划、统计资料及各种比例尺的地形图、地质图、水文、地质、气象资料等。b根据确定的路线总方向和公路等级，先在小比例尺的地形图上，结合搜集的资料，初步研究各种可能的路线走向。c按室内初步研究提出的方案进行实地考察，连同野外考察中发现的新方案都必须坚持跑到、看到、调查到。路线的类型有：a沿河线；b越岭线；c山坡线；d山脊线②公路的结构建设:a公路的路基建设:路基是行车部分的基础，它由土、石按照一定尺寸、结构要求建筑成带状土工构筑物，路基必须具有一定的力学强度和稳定性，又要经济合理，以保证行车部分的稳定性和防止自然破坏力的损害。公路路基的横断面形式有路堤、路堑和半填半挖三种。路堤有：一般路堤、软土路堤、沿河路堤、护脚路堤等；基本路堑形式有：全挖式、台口式和半山洞式。b公路的路面建设：公路路面是用各种坚硬材料分层铺筑而成的路基顶面的构筑物，以供汽车安全、迅速和舒适地行驶，因此路面必须具有足够的力学强度和良好的稳定性，以及表面平整和良好的抗滑性能。路面一般按其力学性质分为柔性路面和刚性路面两大类。c公路排水构筑物建设：地面水的排除系统按其排水方向不同，分为纵向排水和横向排水。d公路特殊构筑物：公路的特殊构筑物有隧道、悬出路台、防石廊、挡土墙和防护工程等。e公路沿线附属结构建设：除各种基本结构以外，还需设置交通管理设施、交通安全设施、服务设施和环境美化设施等。公路交通标志有三类：指示标志、警告标志、禁令标志。
（3）高速公路
我国已建成的高速公路总里程已居世界第三位，仅次于美国和加拿大。①高速公路的特点：a行车速度快、通行能力大b物资周转快、经济效益高c交通事故少、安全舒适②高速公路的线形设计标准：我国公路工程技术标准的规定主要有：a最小平曲线半径及超高横坡限制；b最大纵坡和竖曲线；c线形要求；d横断面③高速公路沿线设施：高速公路沿线有安全设施、交通管理设施、服务性设施、环境美化设施。安全设施一般包括标志(如警告、限制、指示标志等)、标线、护栏、隔离设施、照明及防眩设施、视线诱导设施。交通管理设施一般为高速公路入口控制、交通监控设施。服务性设施一般有综合性服务站、小型休息点、停车场等。
2、铁路工程：
铁路运输是现代化运输体系之一，也是国家的运输命脉之一。铁路运输的最大优点是运输能力大、安全可靠、速度较快、成本较低、对环境的污染较小，基本不受气象及气候的影响，能源消耗远低于航空和公路运输，是现代化运输体系中的主干力量。第一条完全用于客货运输而且有特定时间行驶列车的铁路，是1830年通车的英国利物浦与曼彻斯特之间的铁路，这条铁路全长为563 km。牵引机车从最初的蒸汽机车发展为内燃机车、电力机车。城市轻轨与地下铁道已是各国发展城市公共交通的重要手段之一。铁路工程涉及到选线设计和路基工程两大部分。（1）铁路选线设计与路基：①选线设计：选线设计的主要工作内容有：a根据国家政治、经济和国防的需要，结合线路经过地区的自然条件、资源分布、工农业发展等情况，规划线路的基本走向，选定铁路的主要技术标准。在城市里，则根据地区的商业或工业发展等情况，来规划线路的走向。b根据沿线的地形、地质、水文等自然条件和村镇、交通、农田、水利设施，来设计线路的空间位置。c研究布置线路上的各种建筑物，如车站、桥梁、隧道、涵洞、路基、挡墙等，并确定其类型和大小，使其总体上互相配合，全局上经济合理；线路空间位置的设计是线路平面与纵断面设计。②铁路路基：路基设计一般需要考虑横断面、路基稳定性的问题。（2）高速铁路：铁路现代化的一个重要标志是大幅度地提高列车的运行速度。高速铁路是发达国家于20世纪60~70年代逐步发展起来的一种城市与城市之间的运输工具。高速铁路的实现为城市之间的快速交通往来和旅客出行提供了极大方便。高速铁路线路应能保证列车按规定的最高车速，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高速列车安全、高密度运行的基本保证。（3）城市轻轨与地下铁道：世界上第一条载客的地下铁道是1863年首先通车的伦敦地铁。城市轻轨是城市客运有轨交通系统的又一种形式，它与原有的有轨电车交通系统不同。它有较大比例的专用道，大多采用浅埋隧道或高架桥的方式，车辆和通信信号设备也是专门化的，克服了有轨电车运行速度慢，正点率低，噪声大的缺点。它比公共汽车速度快、效率高、省能源、无空气污染等。轻轨比地铁造价低，见效快。上海也已建成我国第一条城市轻轨系统，即明珠线。①城市轻轨和地下铁道一般具有如下特点：a线路多经过居民区，对噪声和振动的控制较严，除了对车辆结构采取减震措施及修筑声障屏外，对轨道结构也要求采取相应的措施。b行车密度大，运营时间长，留给轨道的作业时间短，因而须采用高质量的轨道部件。一般用混凝土道床等维修量小的轨道结构。c一般采用直流电机牵引，以轨道作为供电回路。d曲线段占的比例大，曲线半径比常规铁路小的多。（4）磁悬浮铁路：磁悬浮铁路上运行的列车，是利用电磁系统产生的吸引力和排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在铁路上，利用电磁力进行导向，并利用直流电机将电能直接转换成推进力来推动列车前进。与传统铁路相比，磁悬浮铁路由于消除了轮轨之间的接触，因而无摩擦阻力，线路垂直荷载小，适于高速运行。该系统采用一系列先进的高技术，使得列车速度高达500km／h以上；目前最高试验速度为552 km／h。由于无机械振动和噪声，无废气排出和污染，有利于环境保护，能充分利用能源，从而获得高的运输效率。列车运行平稳，也能提高旅客的舒适性。磁悬浮列车由于没有钢轨、车轮、接触导线等摩擦部件，可以省去大量的维修工作和维修费用。另外磁悬浮列车可以实现全盘自动化控制，因此磁悬浮铁路将成为未来最具竞争力的一种交通工具。
3、飞机场工程
美国莱特兄弟制造双翼飞机，1903年12月17日在北卡罗莱纳州的基蒂霍克附近飞行了36.38m，这是人类首次的飞机飞行。我国飞行家冯如在美国自制飞机，1909年9月21日试飞成功，这是中国人首次驾驶飞机上天。（1）机场规划：①民航运输机与机场a民航运输机概况：民航运输机有主线运输机（载客量>100人，航程>3000km的大型运输机）和支线运输机（载客量
道、平行滑行道、联络滑行道）②机场跑道构形设计：一般跑道构形有如下五种： a单条跑道；b 两条平行跑道；c两条不平行或交叉的跑道；d多条平行跑道；e多条平行及不平行或交叉跑道。③机坪与机场净空区：飞机场的机坪主要有客机坪、货机坪、停(维修)机坪，等待坪和掉头坪。机场净空区是指正机起飞、着陆所涉及的范围，沿着机场周围要有一个没有影响飞行安全的障碍物的区域。（3）航站区布局：旅客航站区主要由航站楼、站坪及停车场所等组成。航站楼的设计涉及到位置、形式、建筑面积等要素。①航站楼： 航站楼供旅客完成从地面到空中或从空中到地面转换交通方式之用，是机场的主要建筑。通常航站楼由以下设施组成：a接地面交通的设施； b办理各种手续的设施；c连接飞机的设施；d航空公司营运和机场必要的管理办公室与设备等；e服务设施。航站楼及站坪的平面型式有前列式、指廊式、卫星式、远机位式四种。航站楼的建筑面积根据高峰小时客运量来确定。目前我国可考虑采用的标准为国内航班：14～26 m2／人，国际航班：28～40 m2／人。②站坪、机场停车场与货运区：站坪或称客机坪，是设在航站楼前的机坪。机场停车场设在机场的航站楼附近，停放车辆很多且土地紧张时宜用多层车库。机场货运区供货运办理手续、装上飞机以及飞机卸货、临时储存、交货等用。（4）机场维护区及环境：①机场维护区：机维修区承担航线飞机的维护工作，即对飞机在过站、过夜或飞行前时行例行检查、保养和排除简单故障等。②机场环境问题：机场环境分为两个方面：一是机场周围环境的保护，使得机场建设和运营不至于对周围环境造成不良影响；二是做好机场运营环境的保护，使航空运输安全、舒适、高效进行。a机场周围环境的保护：主要包括声环境、空气环境和水环境的污染与防治，固体废弃物的处理，其中声环境防治最为主要。b机场运营环境保护的内容包括：机场的净空环境保护、电磁环境保护、预防鸟击飞机。c机场内部环境保护：机场的内部环境保护重点是声环境。
4、隧道工程
隧道是修筑在地面下的通路或空间，但孔径太小，属于所谓管道范畴的除外。（1）公路隧道：我国最早的交通隧道是位于今陕西汉中县的“石门”隧道，建于公元66年。浅埋隧道一般用明挖法施工，而埋置较深的隧道则多采用暗挖法施工。①公路隧道线路：隧道平面线形，一般采用直线，避免曲线，如必须设置曲线时，应尽量采用大半径曲线，并确保视距。隧道的纵坡通常应不小于0.3％,并不大于3％。隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间称为隧道净空。隧道净空包括公路的建筑限界，通风及其他需要的断面积。建筑限界是指隧道衬砌等任何建筑物不得侵入的一种限界。公路隧道的建筑限界包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度，以及车道、人行道的净高。②公路隧道通风：公路隧道空气污染造成危害的主要原因是一氧化碳，用通风的方法从洞外引进新鲜空气冲淡一氧化碳的浓度至卫生标准，即可使其他因素处于安全浓度。隧道通风方式的种类很多，按送风形态、空气流动状态、送风原理等划分如下：A、自然通风 ；B、射流式纵向通风；C、竖井式纵向通风；D、横向式通风；E、半横向式通风；F、混合式通风。③公路隧道照明：隧道照明与一般部位的道路照明不同，其显著特点是昼间需要照明，防止司机视觉信息不足引发交通事故。隧道照明主要由入口部照明、基本部照明和出口部照明与接续道路照明构成。入口照明是为司机从适应野外的高照度到适应隧道内明亮度的照明，所必须保证视觉的照明。它由临界部、变动部和缓和部三个部分的照明组成。（2）铁路隧道：地下铁道是地下工程的一种综合体。其组成包括区间隧道、地铁车站和区间设备段等设施。①地铁隧道结构：A、浅埋区间隧道：多采用明挖法施工，常用钢筋混凝土矩形框架结构。B、深埋区间隧道：深埋隧道多采取暗挖法施工，用圆形盾构开挖和钢筋混凝土管片支护。②站台形式：站台是地铁车站的最主要部分，是分散上下车人流、供乘客乘降的场地。站台形式按其与正线之间的位置关系可分为：岛式站台、侧式站台和岛侧混合式站台。③地铁隧道施工：A、明挖法：是浅埋地下通道最常用的方法，也称作基坑法。B、暗挖法：暗挖法有时也称为矿山法，尤其是指在坚硬的岩石层中采用的矿山巷道掘砌技术的开凿方式。（3）水底隧道：水底隧道与桥梁工程相比，具有隐蔽性好、可保证平时与战时的畅通、抗自然灾害能力强、并对水面航行无任何妨碍的优点，但其造价较高。水底隧道可以作为铁路、公路、地下铁道、航运、行人隧道，也可作为管道输送给排水隧道。软土中水底隧道则多用沉管法和盾构法施工。通常认为沉管法造价低、工期短、施工条件好，因此更为经济合理。我国自20世纪60年代开始研究用盾构法修建黄浦江水底隧道。①水底隧道的埋置深度：水底隧道的埋置深度是指隧道在河床下岩土的覆盖厚度。设计水底隧道的埋置深度需考虑以下几个主要因素：A、地质及水文地质条件；B、施工方法要求；C、抗浮稳定的需要；D、防护要求。②水底隧道的断面形式：A、圆形断面；B、拱形断面；C、矩形断面③隧道防水：水底隧道从施工到运营均有一个防水问题。防水的主要措施有：采用防水混凝土、壁后回填、围岩注浆和双层衬砌等。
第6章 桥梁工程
一、学习重点
（一）基本概念
1、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。
（二）基本知识和基本理论：桥梁既是一种功能性的建筑物，又是一座立体的造型艺术工程，也是具有时代特征的景观工程，桥梁具有一种凌空宏伟的魅力。发展交通运输事业，建立四通八达的现代交通网，则离不开桥梁建设。
1、桥梁的分类
桥梁工程按照其受力特点和结构体系分为：梁式桥、拱式桥、刚架桥、吊桥、组合体系桥等。、①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)。 ②按照桥梁全长和跨径的不同分为：特大桥、大桥、中桥、小桥③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。④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。⑤按照上部结构的行车道位置分为：上承载式桥，下承载式桥和中承载式桥。
2、桥梁工程的总体规划和设计要点
（1）桥梁总体规划的任务和重点：我国现今一般有初步设计阶段、施工图阶段两阶段设计。桥梁总体规划的基本内容包括：桥位选定，桥梁总跨径及分孔方案的确定，选定桥型，决定桥梁的纵、横断面布置等。桥梁总体规划的原则是：根据其使用任务、性质和未来发展的需要，全面贯彻安全、经济、适用和美观的方针。一般需考虑各项要求为：①使用上的要求；②经济上的要求；③结构上的要求；④美观上的要求。（2）桥梁设计前一般需要作如下资料准备：①调查桥梁的使用任务；②测量桥位附近的地形，制成地形图；③调查和测量河流的水文情况；④探测桥位的地质情况；⑤调查当地施工单位的技术水平、施工机械等装备情况以及施工现场的动力和电力供应情况；⑥调查和收集建桥地点的气象资料以及河流上下游原有桥梁的使用情况等。（3）桥梁工程设计要点①选择桥位；②确定桥梁总跨径与分孔数；③桥梁的纵横断面布置；④公路桥型的选择。
3、桥跨结构
桥跨结构形式，是指采用何种结构形式的桥型。一般有：梁式桥、拱式桥、刚架桥、斜拉桥、悬索桥等。（1）梁式桥：梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。目前应用最广的是简支梁结构形式的梁式桥，这种结构形式简单，施工方便，对地基承载力的要求也不高，通常跨径在25m以下的桥梁常被采用。当跨度大于25m，并小于50m时，一般采用预应力混凝土简支梁式桥的形式。（2）拱式桥：拱式桥是以拱圈或拱肋作为主要承载结构。这种结构在竖向荷载下，桥墩或桥台将承受水平推力。拱的跨越能力大，外形也较美观，因此一般修建拱桥是经济合理的。（3）刚架桥：刚架桥的主要承重结构是梁或板和立柱或竖墙构筑成整体的刚架结构，且梁与柱的连接处具有很大的刚性。因此在竖向荷载作用下，梁主要承受弯矩，而柱脚处也有水平反力，其受力状态介于梁式桥和拱式桥之间。对刚架桥，通常是采用预应力混凝土结构。（4）斜拉桥：斜拉桥由斜拉索、塔柱和主梁所组成，是一种高次超静定的组合结构体系。斜拉桥根据跨度大小的要求以及经济上的考虑，可以建成单塔式、双塔式或多塔式等不同类型。通常的对称断面及桥下净空要求较大时，多采用双塔式斜拉桥。一般地，对于跨度为200~700m的桥梁，斜拉桥在技术上和经济上都具有相当优越的竞争力。（5）悬索桥：悬索桥，也称为吊桥，采用悬挂在两边塔柱上的吊索作为主要承重结构。在竖向荷载作用下，通过吊杆的荷载传递使吊索缆绳承受很大的拉力，因此，通常需要在两岸桥台的后方修筑非常巨大的锚锭结构。悬索桥也是具有水平反力(拉力)的结构。在现代悬索桥结构中，广泛采用高强度钢缆绳，以发挥其优异的抗拉性能。（6）组合体系桥：除了以上几种桥的基本形式外，在工程实践中，还采用几种桥型的组合结构，如梁和拱的组合体系，斜拉索与悬索的组合体系等。
4、桥墩与桥台
桥梁的支承结构为桥墩与桥台。桥台是桥梁两端桥头的支承结构，是道路与桥梁的连接点。桥墩是多跨桥的中间支承结构，桥台和桥墩都是由台(墩)帽、台(墩)身和基础组成。（1）桥墩的类型：桥墩的作用是支承从它左右两跨的上部结构通过支座传来的竖向力和水平力。桥墩在结构上必须有足够的强度和稳定性，在布设上要考虑桥墩与河流的相互影响，即水流冲刷桥墩和桥墩壅水的问题。在空间上应满足通航和通车的要求。一般公路桥梁常采用的桥墩类型根据其结构形式可分为实体式(重力式)桥墩、空心式桥墩和桩(柱)式桥墩。（2）桥台的类型：桥台是桥头两端的支承结构物，它是连接两岸道路的路桥衔接构筑物。桥台必须有足够的强度，并能避免在荷载作用下发生过大的水平位移、转动和沉降，这在超静定结构桥梁中尤为重要。公路桥梁的桥台有实体式桥台和埋置式桥台等形式。
5、桥梁基础
桥梁的基础承担着桥墩、桥跨结构(桥身)的全部重量以及桥上的可变荷载。
桥梁基础的类型有刚性扩大基础、桩基础和沉井基础等。在特殊情况下，也用气压沉箱基础。
