岩土工程设计安全度-材料

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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4.1 工程材料的基本性质4.2 建筑钢材4.3 水泥4.4 混凝土4.5 钢筋混凝土4.6土工合成材料4.7 可靠性设计中材料性能参数的选取4 .0 材料性能与安全度容许应力法容许应力法总安全系数法总安全系数法概率极限状态法概率极限状态法4 .0 材料性能与安全度 荷载（作用）和抗力是任何工程普遍存荷载（作用）和抗力是任何工程普遍存在的一对矛盾，为了确保工程安全，抗在的一对矛盾，为了确保工程安全，抗力对于荷载必须有一定的裕度，这就是力对

2、于荷载必须有一定的裕度，这就是安全度安全度。 4 .0 材料性能与安全度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；材料的基本力学性质材料的基本力学性质 ：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材料的耐久性材料的耐久性材料在使用中，

3、抵抗其自身和环境的长期破坏作材料在使用中，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。用，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 建筑钢材建筑钢材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

4、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分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。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，以保证混凝土结构也较少，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

5、它们共同工作的基础。表面带学性能不同的材料，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。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 建筑钢材建筑钢材强度设计值的确定强度设计值的确定热轧钢筋热轧钢筋 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1.10预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋预应力钢绞线、钢丝和

6、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 4.3 4.3 水泥水泥强度等级强度等级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；抗折强强度要求；抗折强度要求度要求4.4 4.4 混凝土混凝土混凝土材料的优点混凝土材料的优点凝凝结前具有良好的塑性前具有良好的塑性与与钢筋牢固粘筋牢固粘结硬化后抗硬化后抗压强度高度高良好的耐久性良好的耐久性通通过配比配比设计获得所需性能得所需性能就

7、地取材，就地取材，经济 4.4 4.4 混凝土混凝土混凝土材料的缺点混凝土材料的缺点自重大自重大抗拉抗拉强度低度低容易开裂容易开裂4.4 4.4 混凝土混凝土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度 立方体抗立方体抗压强度（度（强度等度等级） 轴心抗心抗压强度度 抗拉抗拉强度、劈裂抗拉度、劈裂抗拉强度度 抗折（弯曲抗拉抗折（弯曲抗拉)强度度4.4 4.4 混凝土混凝土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形性能 收收缩 温度温度变形形 荷荷载作用下的作用下的变形形 徐徐变（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

8、 4.4 混凝土混凝土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性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力安全、正常使用的能力 包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、碳化、碱骨料反包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、碳化、碱骨料反应应 等 4.4 4.4 混凝土混凝土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度概率分布正正态分布分布 保保证率率4.4 4.4 混凝土混凝土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

9、控制量控制 初步控制：初步控制：材料材料检验、配合比、配合比调整整 生生产控制：控制：材料材料计量；量；搅拌、运拌、运输、浇注、注、养养护等等环节 合格控制：合格控制：强度度检验，分批，分批验收收4.5 4.5 钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土结构把钢筋和混凝土这两种材料钢筋混凝土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结合在一起共同工作，使混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，充分利用了两种材力，钢筋主要承受拉力，充分利用了两种材料的性能料的性能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钢筋混凝土结构的性能钢

10、筋混凝土结构的性能承载力承载力延性延性耐久性耐久性其它性能：整体性其它性能：整体性 经济性经济性自重？自重？抗裂？抗裂？施工？施工？4.5 4.5 钢筋混凝土钢筋混凝土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土工合成材料的性能土工合成材料的性能土工合成材料的功能与应用土工合成材料的功能与应用 过滤 排水排水 隔离隔离 加筋加筋 防渗防渗 防防护4.7 4.7 可靠性设计中材料性能参数的选

11、取可靠性设计中材料性能参数的选取岩土工程材料的种类很多，性能特点也不相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，那就是各种材同。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。料的性能参数都不是一个不变的常数。 材料和岩土的性能参数不是确定的常数，但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，进其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行足够数量的试验，就可以在统计分析的基础上得到参数的分布特性。础上得到参数的分布特性。 当试验数据不充分时，材料性能的标准值也当试验数据不充分时，材料性能的

12、标准值也可采用有关标准的规定值，并根据工程经验，可采用有关标准的规定值，并根据工程经验，经分析判断确定。经分析判断确定。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材料性能一般采用随机变量概率模型描述。 通常符合正态分布或对数正态分布。 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 材料强度的标准值可按其概率分布的0.05分位值确定 材料强度设计值材料强度标准值/材料强度分项系数 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

13、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 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，应当考虑实际结构与标准试件、实际料性能时，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。工作条件与标准试验条件的差别。岩土性能指标和地基、桩基承载力等，应通过原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，并位测试、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应考虑由于钻探取样的扰动扰动、室内外、室内外试验条件与试验条件与实际工程结构条件的差别实际工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影响。等因素的影响。岩土性能的标准值宜根据原位测试和室内试验的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。结果，按有关标准的规定确定。