岩土工程材料讲义
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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 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 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。 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 虑由于钻探取样的扰动、室内外试验条件与实际工 程结构条件的差别以及所采用公式的误差等因素的 影响。 岩土性能的标准值宜根据原位测试和室内试验的结 果，按有关标准的规定确定。
4.3 水泥
强度等级 42.5、42.5R、 52.5、52.5R、 62.5、 62.5R
标准试件28d抗压强度；3d强度要求；抗折强度 要求
4.4 混凝土
混凝土材料的优点 ■凝结前具有良好的塑性 ■与钢筋牢固粘结 ■硬化后抗压强度高 ■良好的耐久性 ■通过配比设计获得所需性能 ■就地取材，经济
4.5 钢筋混凝土
钢筋混凝土结构的性能 承载力√ 延性√ 耐久性√ 其它性能：整体性√ 经济性√ 自重？ 抗裂？ 施工？
4.5 钢筋混凝土
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 经验 安全系数
4.4 混凝土
普通混凝土的主要技术性质 ■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 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 包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、碳化、碱骨料反应 等
4.4 混凝土
混凝土材料的可靠性与质量控制 ■强度概率分布——正态分布
保证率
Pt
t
1 t dt 2
t
e
t2 2
dt
4.4 混凝土
混凝土材料的可靠性与质量控制 ■质量控制 初步控制：材料检验、配合比调整 生产控制：材料计量；搅拌、运输、浇注、养 护等环节 合格控制：强度检验，分批验收
4.5 钢筋混凝土
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力， 钢筋主要承受拉力，充分利用了两种材料的性 能 钢筋与混凝土共同工作的基础——粘结力
4.4 混凝土
混凝土材料的缺点 ■自重大 ■抗拉强度低 ■容易开裂
4.4 混凝土
普通混凝土的主要技术性质 ■拌合物的和易性 ■强度 立方体抗压强度（强度等级） 轴心抗压强度 抗拉强度、劈裂抗拉强度 抗折（弯曲抗拉)强度
4.4 混凝土
普通混凝土的主要技术性质 ■变形性能 收缩 温度变形 荷载作用下的变形 徐变（在长期荷载作用下产生的变形）
4 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 总安全系数法 概率极限状态法
n 0 G SGk Q SQ1k Qi ci SQi k R R , f k , ak , i 2
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。 温度、化学侵蚀、锈蚀、老化、虫蛀。。。
4.2 建筑钢材
基本成分：
铁、碳、合金元素、杂质元素
主要性能
抗拉强度 、冷弯、冲击韧性、硬度、耐疲劳性
4.2 建筑钢材
钢筋混凝土结构对钢材性能的基本要求：
1）强度高 使用高强度的钢筋可以节省钢材用量。 2）塑性好 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 分重要。 3）可焊性好 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 构构件的质量。 4）与混凝土的粘结锚固性能好 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 带肋的钢筋与混凝土的粘结锚固效果较好。
R K K S
4 .0 材料性能与安全度
g X1, X 2 ,, X n 0
g S , R 0
Pf PR S
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，抗力对于荷 载必须有一定的裕度，这就是安全度。
4 .0 材料性能与安全度
半经验半统计 定值法
随机变量 概率 可靠指标
4.6 土工合成材料
土工合成材料的性能 土工合成材料的功能与应用 ■过滤 ■排水 ■隔离 ■加筋 ■防渗 ■防护
4.7 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。 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 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。 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 分析判断确定。
4.2 建筑钢材
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
4.2 建筑钢材
强度设计值的确定 热轧钢筋 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： 材料的分项系数取1.10 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 条件屈服点：0.85 b 抗拉强度设计值：材料的分项系数取1.20
R：结构抗力
◆材料性能 ◆几何参数
Biblioteka Baidu
4.1 工程材料的基本性质
决定材料性能的因素
◆材料的组成 ◆材料的结构 ◆材料的构造
4.1 工程材料的基本性质
材料的基本物理性质 ：
密度、孔隙率、与水有关的性质；
材料的基本力学性质 ：
强度 变形 脆性与韧性
4.1 工程材料的基本性质
材料的耐久性
4.7 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 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
4.7 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 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。 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 虑由于钻探取样的扰动、室内外试验条件与实际工 程结构条件的差别以及所采用公式的误差等因素的 影响。 岩土性能的标准值宜根据原位测试和室内试验的结 果，按有关标准的规定确定。
4.3 水泥
强度等级 42.5、42.5R、 52.5、52.5R、 62.5、 62.5R
标准试件28d抗压强度；3d强度要求；抗折强度 要求
4.4 混凝土
混凝土材料的优点 ■凝结前具有良好的塑性 ■与钢筋牢固粘结 ■硬化后抗压强度高 ■良好的耐久性 ■通过配比设计获得所需性能 ■就地取材，经济
4.5 钢筋混凝土
钢筋混凝土结构的性能 承载力√ 延性√ 耐久性√ 其它性能：整体性√ 经济性√ 自重？ 抗裂？ 施工？
4.5 钢筋混凝土
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 经验 安全系数
4.4 混凝土
普通混凝土的主要技术性质 ■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 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 包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、碳化、碱骨料反应 等
4.4 混凝土
混凝土材料的可靠性与质量控制 ■强度概率分布——正态分布
保证率
Pt
t
1 t dt 2
t
e
t2 2
dt
4.4 混凝土
混凝土材料的可靠性与质量控制 ■质量控制 初步控制：材料检验、配合比调整 生产控制：材料计量；搅拌、运输、浇注、养 护等环节 合格控制：强度检验，分批验收
4.5 钢筋混凝土
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力， 钢筋主要承受拉力，充分利用了两种材料的性 能 钢筋与混凝土共同工作的基础——粘结力
4.4 混凝土
混凝土材料的缺点 ■自重大 ■抗拉强度低 ■容易开裂
4.4 混凝土
普通混凝土的主要技术性质 ■拌合物的和易性 ■强度 立方体抗压强度（强度等级） 轴心抗压强度 抗拉强度、劈裂抗拉强度 抗折（弯曲抗拉)强度
4.4 混凝土
普通混凝土的主要技术性质 ■变形性能 收缩 温度变形 荷载作用下的变形 徐变（在长期荷载作用下产生的变形）
4 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 总安全系数法 概率极限状态法
n 0 G SGk Q SQ1k Qi ci SQi k R R , f k , ak , i 2
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。 温度、化学侵蚀、锈蚀、老化、虫蛀。。。
4.2 建筑钢材
基本成分：
铁、碳、合金元素、杂质元素
主要性能
抗拉强度 、冷弯、冲击韧性、硬度、耐疲劳性
4.2 建筑钢材
钢筋混凝土结构对钢材性能的基本要求：
1）强度高 使用高强度的钢筋可以节省钢材用量。 2）塑性好 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 分重要。 3）可焊性好 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 构构件的质量。 4）与混凝土的粘结锚固性能好 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 带肋的钢筋与混凝土的粘结锚固效果较好。
R K K S
4 .0 材料性能与安全度
g X1, X 2 ,, X n 0
g S , R 0
Pf PR S
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，抗力对于荷 载必须有一定的裕度，这就是安全度。
4 .0 材料性能与安全度
半经验半统计 定值法
随机变量 概率 可靠指标
4.6 土工合成材料
土工合成材料的性能 土工合成材料的功能与应用 ■过滤 ■排水 ■隔离 ■加筋 ■防渗 ■防护
4.7 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。 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 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。 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 分析判断确定。
4.2 建筑钢材
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
4.2 建筑钢材
强度设计值的确定 热轧钢筋 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： 材料的分项系数取1.10 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 条件屈服点：0.85 b 抗拉强度设计值：材料的分项系数取1.20
R：结构抗力
◆材料性能 ◆几何参数
Biblioteka Baidu
4.1 工程材料的基本性质
决定材料性能的因素
◆材料的组成 ◆材料的结构 ◆材料的构造
4.1 工程材料的基本性质
材料的基本物理性质 ：
密度、孔隙率、与水有关的性质；
材料的基本力学性质 ：
强度 变形 脆性与韧性
4.1 工程材料的基本性质
材料的耐久性
4.7 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 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