5.1 材料与岩土的性能

5.1.1 材料与岩土的性能系指其强度、弹性模量、变形模量、压缩模量、粘聚力、内摩擦角等物理力学性能。各种性能应按标准试验方法经试验确定。

5.1.2 材料性能f应采用随机变量的概率模型来描述。其概率分布类型和统计参数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。

5.1.3 按标准试验方法确定的材料性能应通过换算系数或函数转换为实际结构的材料性能。结构中材料性能的不定性，可根据标准试验方法确定的材料性能不定性和换算系数或函数的不定性经计算确定。

5.1.4 材料性能的标准值fk应根据符合规定质量的材料性能的概率分布的某一分位值确定。

当受条件限制而试验数据不足时，材料性能标准值可采用有关的规定值，也可结合工程经验分析判断确定。

当材料性能与时间因素有关或因环境条件而变化时，确定材料性能标准值宜考虑这些因素的影响。

5.1.5 岩土性能宜根据现场取样的试验结果，用随机变量概率模型来描述。其标准值应根据概率分布的某一分位值确定。当试验数据不足时，可采用有关的规定值。
 

条文说明

5.1.2 本条提出了材料性能统计分析的要求，现就公路桥梁和路面结构的情况分述如下：

1 公路桥梁结构方面。着重调查统计了混凝土和钢筋的强度指标。有关混凝土方面，在全国范围内几乎所有省、市、自治区的重点桥梁工地和预制厂（场）进行了调查，同时收集了已建桥梁存档试验数据，经整理剔除异常值，取得了各级强度可用的数据3万多组。标准试件尺寸均为200mm×200mm×200mm。有关钢筋方面，从各个钢厂、桥梁工地试验室、大学和研究单位的试验报告中收集了各个品种的钢筋强度数据共29万多个，其中非预应力钢筋近14万个，预应力钢筋15.6万多个。这些全国调查资料构成材料性能统计分析的基础。经参数估计和概率分布的假设检验，表明混凝土和钢筋的试件强度均不拒绝正态分布。其统计参数分别列于表18和表19。

表18  混凝土立方体试件强度统计参数

表19  普通钢筋试件强度统计参数

2 水泥混凝土路面结构方面。水泥混凝土路面的可靠度分析采用了疲劳概率模型，以路面疲劳寿命表示结构的综合抗力。影响混凝土路面疲劳寿命的因素很多，就材料性能而言，目前仅考虑了混凝土弯拉强度和弹性模量、基层顶面综合回弹模量的不定性。至于计算模式的不定性以及用标准试件测试的材料性能与路面结构实际材料性能的差异等，均在结构可靠度验证中加以综合考虑。

在广东、浙江、安徽、河北、黑龙江等省的多个地、市选择了600km以上150多个有代表性的新建和早建混凝土路段，通过实地测试采集了大量数据。采集的方法和数量见表20。

表20  材料性能采集方法和数量

用K—S法进行概率分布的假设检验，结果上述材料性能均不拒绝正态分布或对数正态分布。

实测数据的统计分析表明，各项材料性能的变异范围较大，有必要根据不同施工技术和管理水平将路面材料性能的变异范围大体划分为三个区间，分别代表低、中、高三级变异水平。具体范围见表21。

表21  材料性能变异水平分级


表22  各级公路采用的变异水平等级

3 沥青路面结构方面。沥青路面的材料性能着重于土基回弹模量、路面结构层的回弹模量和强度以及路面的回弹弯沉的试验统计分析。路面结构层主要是半刚性底基层、半刚性基层和沥青面层，材料模量分抗压回弹模量和劈裂回弹模量，各层材料均有标准试件和现场试件两种。回弹弯沉有：施工过程观测，包括路基、底基层、基层和竣工时的面层；跟踪观测，包括长期观测路段和“七五”攻关试验路。

材料性能的变异性分析是在取得大量观测和试验资料的基础上进行的。这些资料来自于京石、济青、广深、沈大等高速公路；三铜（三原至铜川）一级公路；沪宁（上海至南京）二级公路等的各个观测试验段，其中土基回弹模量439个，结构层抗压回弹模量2583个；劈裂回弹模量1614个；抗压强度试件2179个；劈裂强度试件2192个，施工过程弯沉测点15800多个，跟踪观测弯沉点40200多个。

运用参数估计和概率分布假设检验，考虑各种材料变异范围较大，按保证率为90%的上限值、中值和下限值作为高、中、低的不同变异水平，经对分析结果进行适当调整取整以后，将各种材料性能的变异系数连同概率分布类型列于表23。

表23  各种材料性能的变异系数及概率分布类型

5.1.3 材料性能是用标准试件和标准试验方法确定的，但这是试件材料性能。对于结构构件中的材料性能，因为受材料品质、制作工艺、受荷情况、环境条件等因素的影响而引起变异，所以除考虑试件材料性能的不定性以外，还要考虑构件实际材料性能与标准试件材料性能的差异。具体地说，结构构件中材料性能的不定性，包括标准试件材料性能不定性和试件材料性能换算为构件材料性能的不定性。

5.1.4 材料性能标准值是极限状态设计表达式中所含主要设计参数之一，它由经数理统计得到的材料性能概率分布的某一分位值确定。公路桥梁材料强度的标准值取其概率分布的0.05分位值。

公路桥梁现行规范中混凝土强度的标准值在以下条件下确定：混凝土标准试件采用200mm×200mm×200mm的立方体；标准值的保证率取为85%。为了与国内外标准保持一致，新规范中的混凝土强度标准值应实行新的确定方案，即混凝土标准试件由原边长200mm的立方体改为边长150mm的立方体，混凝土强度标准值的取值原则由原保证率85%改为保证率95%。这表明在同一批混凝土中，新规范的强度标准值比现行规范的低，也就是说，新规范对混凝土质量的要求提高了。