岩土工程科学创造设计安全度相关材料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 4.4 混凝土4.5 钢筋混凝土土工合成材料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容许应力法力法总安全系数法安全系数法概率极限状概率极限状态法法4 .0 材料性能与安全度 荷荷载（作用）和抗力是任何工程普遍存在（作用）和抗力是任何工程普遍存在的一的一对矛盾，矛盾，为了确保工程安全，抗力了确保工程安全，抗力对于荷于荷载必必须有一定的裕度，有一定的裕度，这就是安全度。就是安全度。 4 .0 材料性能与安全度R：结构抗力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 材料的材料的组成成 材料的材料的结构构 材料的构造材料的构造 4.1 4.1 工程材料的基本性工程材料的基本性质材料的基本物理性材料的基本物理性质 ：密度、孔隙率、与水有关的性密度、孔隙率、与水有关的性质；材料的基本力学性材料的基本力学性质 ：强度度变形形脆性与脆性与韧性性4.1 4.1 工程材料的基本性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，抵抗其自身和材料在使用中，抵抗其自身和环境的境的长期破坏作期破坏作用，保持其原有性能而不破坏、不用，保持其原有性能而不破坏、不变质的能力。的能力。温度、化学侵温度、化学侵蚀、锈蚀、老化、虫蛀。、老化、虫蛀。 4.2 4.2 建筑建筑钢材材基本成分：基本成分：铁、碳、合金元素、碳、合金元素、杂质元素元素主要性能主要性能抗拉抗拉强度度 、冷弯、冲、冷弯、冲击韧性、硬度、耐疲性、硬度、耐疲劳性性4.2 4.2 建筑建筑钢材材钢筋混凝土筋混凝土结构构对钢材性能的基本要求：材性能的基本要求： 1）强度高度高 使用高使用高强度的度的钢筋可以筋可以节省省钢材用量。材用量。 2）塑性好）塑性好 易于加工成型；易于加工成型；钢筋混凝土构件的塑性性能，构筋混凝土构件的塑性性能，构件破坏前的件破坏前的预兆明兆明显，对于保于保证人民生命和人民生命和财产的安全十分的安全十分重要。重要。 3）可）可焊性好性好 钢筋筋连接以接以焊接接连接的接的质量量较好，耗好，耗费的的钢材材也也较少，因此，要求少，因此，要求钢筋的可筋的可焊性要好，以保性要好，以保证混凝土混凝土结构构构件的构件的质量。量。 4）与混凝土的粘）与混凝土的粘结锚固性能好固性能好 钢筋和混凝土是两种物理力筋和混凝土是两种物理力学性能不同的材料，粘学性能不同的材料，粘结力是它力是它们共同工作的基共同工作的基础。表面。表面带肋的肋的钢筋与混凝土的粘筋与混凝土的粘结锚固效果固效果较好。好。4.2 4.2 建筑建筑钢材材强度度设计值的确定的确定以以钢材屈服材屈服强度（或屈服点）度（或屈服点）为依据而确定依据而确定 4.2 4.2 建筑建筑钢材材强度度设计值的确定的确定热轧钢筋筋 强度度标准准值：根据屈服：根据屈服强度确定度确定 抗拉抗拉强度度设计值、抗、抗压强度度设计值的确定：的确定： 材料的分材料的分项系数取系数取预应力力钢绞线、钢丝和和热处理理钢筋筋 强度度标准准值：根据极限抗拉：根据极限抗拉强度确定度确定 条件屈服点：条件屈服点： 抗拉抗拉强度度设计值：材料的分：材料的分项系数取系数取 4.3 4.3 水泥水泥强度等度等级、 、 、标准准试件件28d抗抗压强度；度；3d强度要求；抗折度要求；抗折强度度要求要求4.4 4.4 混凝土混凝土混凝土材料的混凝土材料的优点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普通混凝土的主要技术性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普通混凝土的主要技术性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（在在长期荷期荷载作用下作用下产生的生的变形）形）4.4 4.4 混凝土混凝土普通混凝土的主要技普通混凝土的主要技术性性质混凝土的耐久性混凝土的耐久性 抵抗抵抗环境介境介质作用并作用并长期保持其良好的使用期保持其良好的使用性能和外性能和外观完整性，从而完整性，从而维持混凝土持混凝土结构的构的安全、正常使用的能力安全、正常使用的能力 包括抗渗、抗包括抗渗、抗冻、抗侵、抗侵蚀、碳化、碱骨料反、碳化、碱骨料反应 等 4.4 4.4 混凝土混凝土混凝土材料的可靠性与混凝土材料的可靠性与质量控制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混凝土材料的可靠性与质量控制量控制质量控制量控制 初步控制：材料初步控制：材料检验、配合比、配合比调整整 生生产控制：材料控制：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 钢筋混凝土筋混凝土钢筋混凝土筋混凝土结构把构把钢筋和混凝土筋和混凝土这两种材料两种材料结合在一起共同工作，使混凝土主要承受合在一起共同工作，使混凝土主要承受压力，力，钢筋主要承受拉力，充分利用了两种材筋主要承受拉力，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筋与混凝土共同工作的基础粘粘结力力 4.5 4.5 钢筋混凝土筋混凝土钢筋混凝土筋混凝土结构的性能构的性能承承载力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 经济性性自重？自重？抗裂？抗裂？施工？施工？4.5 4.5 钢筋混凝土筋混凝土钢筋混凝土筋混凝土结构构设计方法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土工合成材料的功能与应用用 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 可靠性可靠性设计中材料性能参数的中材料性能参数的选取取岩土工程材料的种岩土工程材料的种类很多，性能特点也不相很多，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料的性能参数都不是一个不变的常数。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，但其其变化是在一定范化是在一定范围内且有一定内且有一定规律的，律的，进行足行足够数量的数量的试验，就可以在，就可以在统计分析的基分析的基础上得到参数的分布特性。上得到参数的分布特性。 当当试验数据不充分数据不充分时，材料性能的，材料性能的标准准值也也可采用有关可采用有关标准的准的规定定值，并根据工程，并根据工程经验，经分析判断确定。分析判断确定。4.7 4.7 可靠性可靠性设计中材料性能参数的中材料性能参数的选取取 材料强度的标准值可按其概率分布的分位值确定 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的分位值确定。