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Manygreatbuildings(thatare)builtintheearlieragesarestillinexistenceandinuse.AmongthemarethePantheonandtheColosseuminRome,HagiaSophiainIstanbul;theGothicchurchesofFranceandEngland,andtheRenaissancecathedrals,withtheirgreatdomes,liketheDuomoinFlorenceandSt.Peter'sinRome.Theyaremassivestructureswiththickstonewallsthatcounteractthethrustoftheirgreatweight.Thrustisthepressureexertedbyeachpartofastructureonitsotherparts.许多伟大的建筑很早就修建了现在仍然还存在并在使用中。在他们之中就包括希腊的帕提侬神庙和罗马的角斗场，伊斯坦布尔的圣索非亚教堂;法国和英国哥特式教会,和有着宏伟圆顶的文艺复兴时期大教堂,如佛罗伦萨的中央寺院和罗马的圣彼得大教堂。他们是使用厚重石头墙体来抵消他们巨大自重的巨型结构。轴向压力来自于结构的其它部份对其的传导。Thesegreatbuildingswerenottheproductofknowledgeofmathematicsandphysics.Theywereconstructedinsteadonthebasisofexperienceandobservation,oftenastheresultoftrialanderror.Oneofthereasonstheyhavesurvivedisbecauseofthegreatstrengththatwasbuiltintothem-strengthgreaterthannecessaryinmostcases.Buttheengineersofearliertimesalsohadtheirfailure.InRome,forexample,mostofthepeoplelivedininsulae,greattenementblocksthatwereoftentenstorieshigh.Manyofthemwerepoorlyconstructedandsometimescollapsedwithconsiderablelossorlife.这些伟大的建筑不是数学和物理知识的产物。而是根据经验和观察建造的,经常是不断摸索的产物。他们依然存在的原因之一是由于被修建得能承受很大的力量---在许多情况下大于他们需要的力量。但更早的时期的工程师也有过失败。例如,在罗马,大多数人民,居住在公寓里,大的经济公寓经常有十层楼高。许多修建得很拙劣且不时倒塌，造成了相当大的财产或生命损失。Today,however,theengineerhastheadvantagenotonlyofempiricalinformation,butalsoofscientificdatathatpermithimtomakecarefulcalculationsinadvance.Whenamodemengineerplansastructure,hetakesintoaccountthetotalweightofallitscomponentmaterials.Thisisknownasthedeadload,whichistheweightofthestructureitself,Hemustalsoconsidertheliveload,theweightofallthepeople,cars,furniture,machines,andsoonthatthestructurewillsupportwhenitisinuse.Instructuressuchasbridgesthatwillhandlefastautomobiletraffic,hemustconsidertheimpact,theforceatwhichtheliveloadwillbeexertedonthestructure,Hemustalsodeterminethesafetyfactor,thatis,anadditionalcapabilitytomakethestructurestrongerthanthecombinationofthethreeotherfactors.然而，今天工程师不仅有经验信息的优势，而且还有科学数据，允许他在事先进行仔细的计算。当现代工程师设计一个结构时，他要考虑所有组成材料的总重量。这就是所说的恒载，他是结构自身的重量，他还必须考虑活载，即所有人群、汽车,家具,机器,等等结构在使用中需要承受的荷载。结构，比如桥梁将要承受高速的汽车通行（行使），它必须考虑冲力，这个力是活载作用在结构上的。他还必须确定安全因素，也即是，额外的承载能力以确保结构的强度大于这三个其他因素的组合作用。Themodernengineermustalsounderstandthedifferentstressestowhichthematerialsinastructurearesubject.Theseincludetheforcesofcompressionandtension.Incompressionthematerialispressedorpushedtogether;intensionthematerialispulledapartorstretched,likearubberband.IntheFig.2.1thetopsurfaceisconcave,orbentinward,andthematerialinitisincompression.Thebottomsurfaceisconvex,orbentoutward,andthematerialinitisintension.Whenasawcutseasilythroughapieceofwood,thewoodisintension,butwhenthesawbeginstobind,thewoodisincompressionbecausethefibersinitarebeingpushedtogether.现代工程师还要知道结构中材料承受的不同的力。这些力包括压力和拉力这对互反的力。受压时，材料受到挤压或是被推倒一起；受拉时，材料被撕开或是被拉长，就像一根橡皮圈。在图2.1中，上表面是凹面，或向里弯曲，它的材料是受压。下表面是凸的，或向外弯曲，它的材料受拉。当用锯毫不费力地锯开一块木头时，木头是受拉的，而当锯开始被夹住时，木头是受压的，因为木头的纤维被挤到一起了。Inadditintotensionandcompression,anotherforceisatwork,namelyshear,whichwedefinedasthetendencyofamaterialtofracturealongthelinesofstress.Theshearmightoccurinaverticalplane,butitalsomightrunalongthehorizontalaxisofthebeam,theneutralplane,wherethereisneithertensionnorcompression.除了拉力和压力以外，还有另一种力作用于结构上，也就是剪力，我们定义使材料趋于沿着力的作用线断裂的力为剪力。剪力可能在垂直面作用，但是也有可能沿着梁的水平轴，既不受拉也不受压的中性轴作用。Altogether,threeforcescanactonastructure:vertical-thosethatactupordown;horizontal-thosethatactsideways;andthosethatactuponitwitharotatingorturningmotion.Forcesthatactatanangleareacombinationofhorizontalandverticalforces.Sincethestructuresdesignedbycivilengineersareintendedtobestationaryorstable,theseforcesmustbekeptinbalance.Theverticalforces,forexample,mustbeequaltoeachother.Ifabeamsupportsaloadabove,thebeamitselfmusthavesufficientstrengthtocounterbalancethatweight.Thehorizontalforcesmustalsoequaleachothersothatthereisnottoomuchthrusteithertotherightortotheleft.Andforcesthatmightpullthestructurearoundmustbecounteredwithforcesthatpullintheoppositedirection.总之，这三个力会作用在结构上：竖直的--那些向上或向下作用的力；水平的—那些向一侧作用的力；以及那些使旋转或转动的作用力。以一个角度作用的力是水平力和竖向力的合力。因为由土木工程师设计的结构要固定或者稳定，这些力必须保持平衡。例如，竖向力必须相互平衡。如果一片梁要支撑作用在其上的荷载，梁自身必须要有足够的强度来平衡这个重量。水平力也必须相互平衡以使得没有向左或向右的太大推力。以及那些可能使结构转动的力必须和相反方向转动的力相平衡。Oneofthemostspectacularengineeringfailuresofmoderntimes,thecollapseoftheTacomaNarrowsBridgein1940,wastheresultofnotconsideringthelastofthesefactorscarefullyenough.Whenstronggustsofwind,uptosixty-fivekilometersanhour,struckthebridgeduringastorm,theysetupwavesalongtheroadwayofthebridgeandalsoalateralmotionthatcausedtheroadwaytofall.Fortunately,engineerslearnfrommistakes,soitisnowcommonpracticetotestscalemodelsofbridgesinwindtunnelsforaerodynamicresistance.桥梁史上最有名的事故之一。美国华盛顿州TacomaNarrows大桥倒塌的录像。这次事故令桥梁的设计规范重新修改，风力和共振分析成为桥梁设计必不可少的一部分。这次事故之所以有名，还在于大桥的倒塌过程被人录了下来。当时有一对新人正在桥头举行婚礼，摄影师本来是去拍喜庆场面的，不想却记录了一座大桥的末日。大桥在风中扭动的场面令人震撼，只使用了三个月。主跨853m。现代最为轰动一时的工程事故之一：1940年的TacomaNarrows大桥，就是因为对这些因素的最后一个因素：扭转考虑的不够仔细而导致的结果。当时在一次暴风雨中，时速达到65公里每小时的强阵风冲击着大桥，他们把大桥沿行车道吹成波浪形加上横向扭动导致大桥的行车道落水。幸运的是，工程师从错误中吸取教训，因此现在通常要在风洞试验室中进行桥梁的缩尺模型试验以确定其空气动力阻力。Theprincipalconstructionm