注册土木工程师（岩土）继续教育：岩土工程设计安全度

4 岩土工程材料

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

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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。

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4 .0 材料性能与安全度 R ：结构抗力

◆ 材料性能◆ 几何参数

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。

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 抗拉强度设计值：材料的分项系数取 1.20

b

4.3 水泥 强度等级42.5 、 42.5R 、 52.5 、 52.5R 、 62.5 、 62.5

R

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

4.4 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）

4.4 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 dtedtttP

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2

2

2

1

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

4.5 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

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 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。

4.7 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

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。