岩土工程设计安全度第4章岩土工程材料.ppt

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1、注册土木工程师（岩土）继续教育：注册土木工程师（岩土）继续教育：岩土工程设计安全度岩土工程设计安全度 4 岩土工程材料岩土工程材料4 岩土工程材料岩土工程材料o 4.1 工程材料的基本性质o 4.2 建筑钢材o 4.3 水泥o 4.4 混凝土o 4.5 钢筋混凝土o 4.6土工合成材料o 4.7 可靠性设计中材料性能参数的选取4.0 材料性能与安全度o 容许应力法容许应力法o 总安全系数法总安全系数法o 概率极限状态法概率极限状态法 KSRK,210kkRniQiciQiQQGGafRSSSkkk4.0 材料性能与安全度 荷载（作用）和抗力是任何工程普遍存在的荷载（作用）和抗力是任何工程普遍存

2、在的一对矛盾，为了确保工程安全，抗力对于荷一对矛盾，为了确保工程安全，抗力对于荷载必须有一定的裕度，这就是载必须有一定的裕度，这就是安全度安全度。SRPPf0,21nXXXg0,RSg4.0 材料性能与安全度o R：结构抗力：结构抗力材料性能材料性能几何参数几何参数4.1 4.1 工程材料的基本性质工程材料的基本性质o决定材料性能的因素决定材料性能的因素 材料的组成材料的组成 材料的结构材料的结构 材料的构造材料的构造 4.1 4.1 工程材料的基本性质工程材料的基本性质o材料的基本物理性质材料的基本物理性质：密度、孔隙率、与水有关的性质；密度、孔隙率、与水有关的性质；o材料的基本力学性质材料

3、的基本力学性质：强度强度变形变形脆性与韧性脆性与韧性4.1 4.1 工程材料的基本性质工程材料的基本性质o材料的耐久性材料的耐久性材料在使用中，抵抗其自身和环境的长期破坏作用，材料在使用中，抵抗其自身和环境的长期破坏作用，保持其原有性能而不破坏、不变质的能力。保持其原有性能而不破坏、不变质的能力。温度、化学侵蚀、锈蚀、老化、虫蛀。温度、化学侵蚀、锈蚀、老化、虫蛀。4.2 4.2 建筑钢材建筑钢材o基本成分：基本成分：铁、碳、合金元素、杂质元素铁、碳、合金元素、杂质元素o主要性能主要性能抗拉强度抗拉强度、冷弯、冲击韧性、硬度、耐疲劳性、冷弯、冲击韧性、硬度、耐疲劳性4.2 4.2 建筑钢材建筑钢

4、材o钢筋混凝土结构对钢材性能的基本要求：钢筋混凝土结构对钢材性能的基本要求：1）强度高强度高 使用高强度的钢筋可以节省钢材用量。使用高强度的钢筋可以节省钢材用量。2）塑性好塑性好 易于加工成型；钢筋混凝土构件的塑性性能，构易于加工成型；钢筋混凝土构件的塑性性能，构件破坏前的预兆明显，对于保证人民生命和财产的安全十件破坏前的预兆明显，对于保证人民生命和财产的安全十分重要。分重要。3）可焊性好可焊性好 钢筋连接以焊接连接的质量较好，耗费的钢材钢筋连接以焊接连接的质量较好，耗费的钢材也较少，因此，要求钢筋的可焊性要好，以保证混凝土结也较少，因此，要求钢筋的可焊性要好，以保证混凝土结构构件的质量。构构

5、件的质量。4）与混凝土的粘结锚固性能好与混凝土的粘结锚固性能好 钢筋和混凝土是两种物理力钢筋和混凝土是两种物理力学性能不同的材料，粘结力是它们共同工作的基础。表面学性能不同的材料，粘结力是它们共同工作的基础。表面带肋的钢筋与混凝土的粘结锚固效果较好。带肋的钢筋与混凝土的粘结锚固效果较好。4.2 4.2 建筑钢材建筑钢材o 强度设计值的确定强度设计值的确定以钢材屈服强度（或屈服点）为依据而确定以钢材屈服强度（或屈服点）为依据而确定 4.2 4.2 建筑钢材建筑钢材o 强度设计值的确定强度设计值的确定o 热轧钢筋热轧钢筋 强度标准值：根据屈服强度确定强度标准值：根据屈服强度确定 抗拉强度设计值、抗

6、压强度设计值的确定：抗拉强度设计值、抗压强度设计值的确定：材料的分项系数取材料的分项系数取1.10o 预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋 强度标准值：根据极限抗拉强度确定强度标准值：根据极限抗拉强度确定 条件屈服点：条件屈服点：0.85 抗拉强度设计值：材料的分项系数取抗拉强度设计值：材料的分项系数取1.20 b4.3 4.3 水泥水泥o 强度等级强度等级42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R标准试件标准试件28d抗压强度；抗压强度；3d强度要求；抗折强度强度要求；抗折强度要求要求4.4 4.4 混凝土混凝土o 混凝土材料的优点混凝土材料的优

7、点凝结前具有良好的塑性凝结前具有良好的塑性与钢筋牢固粘结与钢筋牢固粘结硬化后抗压强度高硬化后抗压强度高良好的耐久性良好的耐久性通过配比设计获得所需性能通过配比设计获得所需性能就地取材，经济就地取材，经济 4.4 4.4 混凝土混凝土o 混凝土材料的缺点混凝土材料的缺点自重大自重大抗拉强度低抗拉强度低容易开裂容易开裂4.4 4.4 混凝土混凝土o 普通混凝土的主要技术性质普通混凝土的主要技术性质拌合物的和易性拌合物的和易性强度强度 立方体抗压强度（强度等级）立方体抗压强度（强度等级）轴心抗压强度轴心抗压强度 抗拉强度、劈裂抗拉强度抗拉强度、劈裂抗拉强度 抗折（弯曲抗拉抗折（弯曲抗拉)强度强度4.

8、4 4.4 混凝土混凝土o 普通混凝土的主要技术性质普通混凝土的主要技术性质变形性能变形性能 收缩收缩 温度变形温度变形 荷载作用下的变形荷载作用下的变形 徐变（徐变（在长期荷载作用下产生的变形）在长期荷载作用下产生的变形）4.4 4.4 混凝土混凝土o 普通混凝土的主要技术性质普通混凝土的主要技术性质混凝土的耐久性混凝土的耐久性 抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力正常使用的能力 包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、碳化、碱骨料反应包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、碳化、碱

9、骨料反应 等 4.4 4.4 混凝土混凝土o 混凝土材料的可靠性与质量控制混凝土材料的可靠性与质量控制强度概率分布强度概率分布正态分布正态分布 保证率保证率 dtedtttPttt22214.4 4.4 混凝土混凝土o 混凝土材料的可靠性与质量控制混凝土材料的可靠性与质量控制质量控制质量控制 初步控制：初步控制：材料检验、配合比调整材料检验、配合比调整 生产控制：生产控制：材料计量；搅拌、运输、浇注、养材料计量；搅拌、运输、浇注、养护等环节护等环节 合格控制：合格控制：强度检验，分批验收强度检验，分批验收4.5 4.5 钢筋混凝土钢筋混凝土o 钢筋混凝土结构把钢筋和混凝土这两种材料结钢筋混凝土

10、结构把钢筋和混凝土这两种材料结合在一起共同工作，使混凝土主要承受压力，合在一起共同工作，使混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，充分利用了两种材料的性钢筋主要承受拉力，充分利用了两种材料的性能能o 钢筋与混凝土共同工作的基础钢筋与混凝土共同工作的基础粘结力粘结力 4.5 4.5 钢筋混凝土钢筋混凝土o 钢筋混凝土结构的性能钢筋混凝土结构的性能o 承载力承载力o 延性延性o 耐久性耐久性o 其它性能：整体性其它性能：整体性 经济性经济性o 自重？自重？o 抗裂？抗裂？o 施工？施工？4.5 4.5 钢筋混凝土钢筋混凝土o 钢筋混凝土结构设计方法钢筋混凝土结构设计方法建立在弹性理论上的容许应力法考

11、虑材料塑性的破损阶段法 极限状态设计法 承载力 变形 裂缝概率极限状态设计法 经验随机变量概率 可靠指标经验 安全系数半经验半统计定值法4.6 4.6 土工合成材料土工合成材料o 土工合成材料的性能土工合成材料的性能o 土工合成材料的土工合成材料的功能与应用功能与应用 过滤过滤 排水排水 隔离隔离 加筋加筋 防渗防渗 防护防护4.7 4.7 可靠性设计中材料性能参数的选取可靠性设计中材料性能参数的选取o 岩土工程材料的种类很多，性能特点也不相同。岩土工程材料的种类很多，性能特点也不相同。但有一个特点是共同的，那就是各种材料的性但有一个特点是共同的，那就是各种材料的性能参数都不是一个不变的常数。

12、能参数都不是一个不变的常数。o 材料和岩土的性能参数不是确定的常数，但其材料和岩土的性能参数不是确定的常数，但其变化是在一定范围内且有一定规律的，进行足变化是在一定范围内且有一定规律的，进行足够数量的试验，就可以在统计分析的基础上得够数量的试验，就可以在统计分析的基础上得到参数的分布特性。到参数的分布特性。o 当试验数据不充分时，材料性能的标准值也可当试验数据不充分时，材料性能的标准值也可采用有关标准的规定值，并根据工程经验，经采用有关标准的规定值，并根据工程经验，经分析判断确定。分析判断确定。4.7 4.7 可靠性设计中材料性能参数的选取可靠性设计中材料性能参数的选取o 材料性能一般采用随机

13、变量概率模型描述。通常符合正态分布或对数正态分布。o 材料性能的各种统计参数和概率分布类型，应以试验数据为基础，运用参数估计和概率分布的假设检验方法确定。4.7 4.7 可靠性设计中材料性能参数的选取可靠性设计中材料性能参数的选取o 材料强度的标准值可按其概率分布的0.05分位值确定 o 材料强度设计值材料强度标准值/材料强度分项系数o 材料弹性模量、泊松比等物理性能的标准值可按其概率分布的0.5分位值确定。4.7 4.7 可靠性设计中材料性能参数的选取可靠性设计中材料性能参数的选取o 当利用标准试件的试验结果确定结构中实际的材当利用标准试件的试验结果确定结构中实际的材料性能时，应当考虑实际结

14、构与标准试件、实际工料性能时，应当考虑实际结构与标准试件、实际工作条件与标准试验条件的差别。作条件与标准试验条件的差别。o 岩土性能指标和地基、桩基承载力等，应通过原位岩土性能指标和地基、桩基承载力等，应通过原位测试、室内试验等直接或间接的方法确定，并应考测试、室内试验等直接或间接的方法确定，并应考虑由于钻探取样的虑由于钻探取样的扰动扰动、室内外、室内外试验条件与实际工试验条件与实际工程结构条件的差别程结构条件的差别以及所采用以及所采用公式的误差公式的误差等因素的等因素的影响。影响。o 岩土性能的标准值宜根据原位测试和室内试验的结岩土性能的标准值宜根据原位测试和室内试验的结果，按有关标准的规定确定。果，按有关标准的规定确定。