工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)一 結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變試驗(yàn)（巖石的單軸壓縮變形試驗(yàn)）一、試驗(yàn)基本原理 巖石單軸壓縮變形試驗(yàn)是為了測定試件在單軸壓縮應(yīng)力條件下的縱向應(yīng)變值及橫向應(yīng)變值，據(jù)此計(jì)算巖石的彈性模量和泊松比。 當(dāng)在進(jìn)行巖石單軸壓縮變形時(shí)，記錄下應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變值，即可得到巖石的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。根據(jù)有關(guān)定義：應(yīng)力應(yīng)變在屈服應(yīng)力以下任一點(diǎn)的切線斜率稱為切線彈性模量；在屈服應(yīng)力以下，直線段起點(diǎn)和終點(diǎn)連線的斜率被稱為巖石的平均彈性模量；某一點(diǎn)的應(yīng)力到曲線起點(diǎn)的連線的斜率稱為巖石割線彈性模量。 巖石由單軸壓縮變形試驗(yàn)求得的彈性模量和泊松比是巖石變形特性的最基本參數(shù)。在進(jìn)行各種計(jì)算時(shí)，這兩個(gè)參數(shù)必不可少。尤其是在采用各

2、種數(shù)值計(jì)算方法評價(jià)巖體的穩(wěn)定性和分析巖體內(nèi)的應(yīng)力分布時(shí)，顯得更為重要。巖石的彈性模量和泊松比與巖石的單軸抗壓強(qiáng)度一樣，也將受到許多試驗(yàn)條件、試驗(yàn)環(huán)境和不同巖性的影響。但是，彈性模量和泊松比并不像巖石單軸抗壓強(qiáng)度對這些因素那么敏感，且并不具有很明顯的規(guī)律性。在實(shí)際的工程中，巖石的平均彈性模量和巖石的割線彈性模量(通常用巖石單軸抗壓強(qiáng)度值的一半求其割線模量)以及與其各自相對應(yīng)的泊松比應(yīng)用最多。在某些特殊的條件下，也可按不同的應(yīng)力水平確定其彈性模量和泊松比。二、試驗(yàn)設(shè)備1惠斯頓電橋、萬用表、兆歐表。 2電阻應(yīng)變儀。3其他設(shè)備，包括巖石單軸壓縮試驗(yàn)中有關(guān)巖樣加工的設(shè)備。三、試驗(yàn)要點(diǎn)(一)本節(jié)所介紹的試

3、驗(yàn)方法適用于能加工成形的巖石。(二)巖石單軸壓縮試驗(yàn)所采用的試件，應(yīng)滿足單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中有關(guān)試件尺寸、試件加工精度等規(guī)定；且應(yīng)對其進(jìn)行包含相同內(nèi)容的試件描述。(三)巖石單軸壓縮變形試驗(yàn)按下述程序進(jìn)行：1粘貼電阻應(yīng)變片(1)在試件中部選定粘貼電阻應(yīng)變片的位置，清洗試件貼片處的表面。貼片處應(yīng)避開裂隙或斑晶。(2)選擇電阻應(yīng)變片：電阻片阻柵長度應(yīng)大于巖石顆粒的10倍，小于試件的半徑；同一試件所選定的工作片與補(bǔ)償片的規(guī)格、靈敏系數(shù)等應(yīng)相同，電阻值相差應(yīng)不大于±0.2。(3)根據(jù)試件含水狀態(tài)選擇粘結(jié)劑。電阻應(yīng)變片應(yīng)牢固地粘貼在試件表面，排凈氣泡和多余的膠液。(4)縱向與橫向電阻應(yīng)變片應(yīng)粘貼在

4、試件中部的對稱位置上，縱向或橫向電阻應(yīng)變片的數(shù)量不得少于2片，其絕緣電阻值應(yīng)大于200M。2將試件置于試驗(yàn)機(jī)承壓板中心，調(diào)整球形座，使試件受力均勻。3以0.51.0MPas的速度加荷，逐級測讀荷載與應(yīng)變值直至破壞，讀數(shù)不應(yīng)少于10組測值。4記錄加荷過程及破壞時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象，并對破壞后的試件進(jìn)行描述。(四)在某些工程中，要求在進(jìn)行飽和試驗(yàn)的同時(shí)，進(jìn)行其變形特性的測試。此時(shí)，若采用粘貼電阻應(yīng)變片的方法進(jìn)行試驗(yàn)，通常采用先飽和試件、再粘貼應(yīng)變片的順序進(jìn)行試驗(yàn)。以減少粘貼應(yīng)變片后對試件飽和度的影響。四、資料整理(一)可按巖石單軸抗壓強(qiáng)度中的計(jì)算方法確定其強(qiáng)度值。(二)按下式計(jì)算各級應(yīng)力： 式中各級應(yīng)力(

5、MPa)； 與所測各組應(yīng)變值相應(yīng)的荷載(N)； 試件截面積(mm2)。(三)繪制應(yīng)力與縱向應(yīng)變及橫向應(yīng)變的關(guān)系曲線。(四)變形參數(shù)計(jì)算1按下式計(jì)算巖石平均彈性模量和巖石平均泊松比： 式中 巖石平均彈性模量(MPa)； 巖石平均泊松比； 應(yīng)力與縱向應(yīng)變關(guān)系曲線上直線段始點(diǎn)的應(yīng)力值(MPa)； 應(yīng)力與縱向應(yīng)變關(guān)系曲線上直線段終點(diǎn)的應(yīng)力值(MPa)； 應(yīng)力為時(shí)的縱向應(yīng)變值； 應(yīng)力為時(shí)的縱向應(yīng)變值； 應(yīng)力為時(shí)的橫向應(yīng)變值； 應(yīng)力為時(shí)的橫向應(yīng)變值。 2按下式計(jì)算巖石割線彈性模量及相應(yīng)的巖石泊松比：式中 巖石割線彈性模量(MPa)； 巖石泊松比； 相當(dāng)于巖石單軸抗壓強(qiáng)度50時(shí)的應(yīng)力值(MPa)； 應(yīng)力為時(shí)

6、的縱向應(yīng)變值； 應(yīng)力為時(shí)的橫向應(yīng)變值。(五)巖石彈性模量計(jì)算取三位有效數(shù)字；泊松比計(jì)算精確至0.01。(六)單軸壓縮變形試驗(yàn)的記錄應(yīng)包括工程名稱、試件編號、試件描述、試件尺寸、各級荷載下的應(yīng)力及縱向和橫向應(yīng)變值，破壞荷載。五、應(yīng)用實(shí)例下圖是秦山核電站期工程火山角礫巖的應(yīng)力應(yīng)變曲線。圖中增加了一條體積應(yīng)變曲線。所謂的體積應(yīng)變，是指試件體積的增量與原體積的比值。通常按計(jì)算巖石的體積變應(yīng)。體積應(yīng)變，也是巖石變形特性中的一個(gè)重要特性。尤其是體積應(yīng)變曲線，隨著軸向壓力的增大，將出現(xiàn)了反彎點(diǎn)。這就是所謂的擴(kuò)容現(xiàn)象，擴(kuò)容現(xiàn)象也常被稱為剪脹，這是由于外力的增大，促食鹽石試件產(chǎn)生許多裂紋，且在達(dá)到一定應(yīng)力水平后

7、，這些裂紋不斷地連接、貫通、張開，進(jìn)而使試件的體積發(fā)生了不可逆的增大。 下表舉了秦山核電站、期工程巖石單軸壓縮應(yīng)力下變形試驗(yàn)所求得的巖石平均彈性模量和相應(yīng)的泊松比。由于該地區(qū)屬火山巖系，巖性不太均勻。由于含礫的多少和顆粒的大小的不同，造成了試驗(yàn)結(jié)果的偏差較大。試驗(yàn)二 混凝土的抗壓強(qiáng)度的快速評定（回彈儀檢測水泥混凝土強(qiáng)度）一、試驗(yàn)原理 水泥混凝土路面的施工質(zhì)量歷來是困撓工程設(shè)計(jì)與管理部門的問題，其原因之一是難以區(qū)別樣本與實(shí)體的差異。傳統(tǒng)的水泥混凝土質(zhì)量檢測依靠預(yù)制試件或現(xiàn)場鉆芯，預(yù)制試件數(shù)量有限，鉆芯卻又要破壞混凝土，因此，這兩種方法所檢測的樣本數(shù)總是有限的。因此，人們需要一種簡單、快速而又無破

8、損的水泥混凝土質(zhì)量檢測方法。 水泥混凝土是一種剛性材料，在瞬時(shí)外力沖擊之下，會對施力物體產(chǎn)生反力，當(dāng)施力物體質(zhì)量與沖擊時(shí)的動能一定時(shí)，水泥混凝土對其反力的大小反映了其本身的強(qiáng)度。本方法即利用此原理，使用一彈擊錘，以一定動能彈擊被測水泥混凝土表面，之后測得其回彈值。本方法適用于現(xiàn)場對水泥混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的快速評定，本方法可作為施工質(zhì)量的參考，但不能作為仲裁試驗(yàn)或工程驗(yàn)收的最終依據(jù)。 使用本方法檢測的水泥混凝土厚度不得小于100mm，檢測時(shí)溫度不得低于10。 二、試驗(yàn)設(shè)備 1水泥混凝土回彈儀：構(gòu)造和主要零件名稱見圖，應(yīng)符合下述標(biāo)準(zhǔn)：(1)水平彈擊時(shí)，在彈擊錘脫鉤的瞬間，回彈儀的標(biāo)稱動能應(yīng)為2.2

9、07J。(2)彈擊錘與彈擊桿碰撞的瞬間，彈擊拉簧處于自由狀態(tài)，此時(shí)，彈擊錘起點(diǎn)應(yīng)位于刻度尺的零點(diǎn)處。(3)在洛氏硬度為HGC60±2的鋼砧上，回彈儀的率定值應(yīng)為80±2。2酚酞酒精溶液，濃度為1。3手提式砂輪。4鋼砧：洛氏硬度HGC60±2。5其他：卷尺、鋼尺、鑿子、錘、毛刷等。三、試驗(yàn)要點(diǎn)1根據(jù)回彈儀使用說明書進(jìn)行檢定、保養(yǎng)、率定，保證儀器精度。2將一塊混凝土板作為一個(gè)試樣，試樣選擇按附錄A的隨機(jī)取樣方法確定。每個(gè)試樣測區(qū)數(shù)宜為610個(gè)，并在測區(qū)表面均勻分布，并宜避開板邊板角。3一個(gè)測區(qū)的面積不宜小于200mm×200mm，表面應(yīng)清潔、干燥、平整，不應(yīng)

10、有接縫及蜂窩、麻面，當(dāng)測區(qū)表面有粉刷層、飾面層、浮漿及油污等污染物時(shí)，應(yīng)用砂輪清除。每一測區(qū)應(yīng)測定16點(diǎn)，相鄰兩測點(diǎn)間距不宜小于3cm，測點(diǎn)距路邊緣或接縫的距離應(yīng)大于5cm。4若路面為已超過3個(gè)月齡期的硬化混凝土，應(yīng)測定其表面碳化深度并進(jìn)行回彈修正，也可用砂輪將碳化層打磨掉后進(jìn)行測定。5將回彈儀彈擊桿頂住混凝土表面，使回彈儀軸線垂直于混凝土路面，輕壓儀器，使按鈕松開，彈擊桿徐徐伸出，并使掛鉤掛上彈擊錘。使回彈儀對混凝土表面緩慢均勻施壓，待彈擊錘脫鉤，沖擊彈擊桿后，彈擊錘即帶動指針向后移動至一定位置，此位置上指針塊刻度線所指即為該處回彈值。讀數(shù)并記錄。精確至1個(gè)單位。6逐漸對回彈儀減壓，使彈擊桿

11、自機(jī)殼內(nèi)伸擊，掛鉤掛上彈擊錘，待下一次使用。7碳化深度測定：若被測混凝土齡期超過3個(gè)月，應(yīng)進(jìn)行此項(xiàng)檢測。先在測區(qū)表面形成直徑約15mm的孔洞(深度略大于預(yù)計(jì)碳化層深度)，用毛刷凈孔，并立即用濃度為l的酚酞酒精溶液灑在洞壁上。用鋼尺量測未變色部分深度，此深度即為混凝土碳化深度。每次測讀精確至0.5mm。四、資料整理1每一測區(qū)回彈值共16個(gè)，去掉三個(gè)最大值及三個(gè)最小值，其余10個(gè)按下式計(jì)算測區(qū)平均回彈值： 式中 測區(qū)平均回彈值，精確至0.1； 第i個(gè)測點(diǎn)的回彈值。2當(dāng)回彈儀進(jìn)行非水平方向的測試時(shí)，應(yīng)按式下進(jìn)行修正： 式中 經(jīng)非水平測定修正的測區(qū)平均回彈值； 回彈儀實(shí)測的測區(qū)平均回彈值； 非水平測量

12、的回彈修正值，由下表查得，表中未列的角度用內(nèi)插法求得，準(zhǔn)確至0.1。3碳化深度按下式求得： 式中 碳化深度(mm)； 第i點(diǎn)碳化深度(mm)； n測點(diǎn)數(shù)。當(dāng)小于或等于0.4mm時(shí)，按無碳化處理；當(dāng)6mm時(shí)，取6mm。4混凝土強(qiáng)度推算：如試驗(yàn)原理所述，回彈儀的目的是進(jìn)行混凝土的抗壓強(qiáng)度快速評定，因此可采用下述方法進(jìn)行換算：(1)通過試驗(yàn)，建立實(shí)際的測強(qiáng)曲線：建立測強(qiáng)曲線用150mn×150mm×150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，試件與被測物體有相同的原材料、配合比、水灰比、成型條件、養(yǎng)護(hù)條件、齡期。到達(dá)齡期后，將試塊用壓力機(jī)加壓至3050kN穩(wěn)住，用回彈儀在兩側(cè)分別測定8個(gè)測點(diǎn)，計(jì)算

13、平均回彈值，然后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，用最小二乘法建立兩者相關(guān)關(guān)系推定式，相關(guān)系數(shù)不得小于0.90。(2)可用下式推算混凝土抗壓強(qiáng)度：式中 水泥混凝土推算抗壓強(qiáng)度(MPa)； 測區(qū)混凝土平均回彈值。(3)也可用下表按平均回彈值及平均碳化深度查得抗壓強(qiáng)度值。5.按規(guī)范計(jì)算測定對象全部測區(qū)的推定混凝土抗壓強(qiáng)度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)。試驗(yàn)三 超聲檢測混凝土強(qiáng)度一、超聲檢測混凝土強(qiáng)度原理和方法1.檢測原理（1）混凝土波速（v）一般在40005000km/s之間變化。混凝土強(qiáng)度(f)與波速(v)之間有較好的相關(guān)性。混凝土強(qiáng)度越高，其波速也越快。（2）當(dāng)知道fv之間的關(guān)系曲線后，測出結(jié)構(gòu)物混凝土的波速就可

14、以推算結(jié)構(gòu)物混凝土的強(qiáng)度。2.如何獲得fv曲線方程？（1）如果有獲得批準(zhǔn)的地區(qū)曲線可以采用。（2）無地區(qū)曲線或所測混凝土與地區(qū)曲線所代表的混凝土差異較大，則應(yīng)專門標(biāo)定制作專用曲線。地區(qū)曲線與專用曲線之間應(yīng)首先采用專用曲線。3.為什么超聲測強(qiáng)中要特別強(qiáng)調(diào)采用專用曲線呢？這是因?yàn)椋海?）混凝土是一種用地方材料制作的產(chǎn)品，各地區(qū)的砂、石、水泥性能各不相同。（2）混凝土是幾種材料的混合物，因使用目的及要求不同，其合成份有很大差異。（3）不同的混凝土其養(yǎng)護(hù)方式和含水率不同。這些差異都影響fv曲線。因此，很難找到一條各地區(qū)通用的fv曲線。 4.0 4.5 5.0 5.5 v（km/s） f(Mp)（403

15、020101234圖3-1 不同品種石子的fv曲線1杭州碎石；2重慶碎石；3北京碎石；4成都卵石4.影響fv曲線的的因素很多，主要的有：（1）石子的品種、粒徑、用量的影響混凝土的波速實(shí)際上是組成混凝土的各部分材料波速的綜合值。由于混凝土中石子所占的體積最大，約7f0 %左右，所以石子的情況對fv曲線影響最大。首先是石子的品種。不同的石子，其材質(zhì)不同，其本身的波速就不同。因而用不同石子制作的同配合比混凝土，其波速不一樣。而用不同的石子，只要水灰比相同，混凝土的強(qiáng)度仍然一樣。這就造成不同石子的混凝土，其fv曲線各不相同，有的甚至差別很大。圖3-1是陜西建筑科學(xué)研究院以同樣的配合比、水灰比但不同的石

16、子的混凝土試驗(yàn)得出的fv曲線。在同樣的強(qiáng)度下，成都卵石混凝土波速最高。這是因?yàn)槌啥悸咽墙?jīng)水流長期沖磨剩下的堅(jiān)硬、致密的石頭，其本身波速就很高，所以用它配制的混凝土波速很高，但混凝土強(qiáng)度并不一定高。杭州碎石混凝土波速最低，顯然是由于杭州石灰石波速本身就不高的原因。石子的品種除指材質(zhì)外，還包括碎石與卵石之分。由于碎石與水泥砂漿粘結(jié)力強(qiáng)以及碎石子之間的嵌固力，使得碎石混凝土的強(qiáng)度高于同條件下的卵石混凝土。這也就是為什么圖3-1中，成都卵石混凝土強(qiáng)度低而波速高的另一原因。其次，石子的粒徑也對fv曲線有影響。圖3-2是同濟(jì)大學(xué)的試驗(yàn)結(jié)果。從圖中看到，石子粒徑越大，其波速越高。 f(km/s) 50 4

17、0 30 20 10 3.7 3.9 4.1 4.3 4.5 4.7 4.9 v（km/s）1234圖3-2不同石子粒徑的fv曲線1-515mm；2-530mm；3-540mm；4-2540mm另外，在強(qiáng)度相同情況下，單位體積混凝土的石子用量越多，其波速也越高，且石子本身波速越高，石子用量對fv曲線影響也越大。（2）混凝土養(yǎng)護(hù)方式的影響4.5 5.0 5.5v（km/s）123圖3-3 不同養(yǎng)護(hù)條件下的fv曲線1-自然養(yǎng)護(hù)；2-標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)；3-水中養(yǎng)護(hù)40302010不同的養(yǎng)護(hù)方式對fv曲線也形成明顯的影響。圖3-3是南京水利科學(xué)研究院的試驗(yàn)結(jié)果：在三種不同的養(yǎng)護(hù)方式下獲得的fv曲線。1是自然養(yǎng)

18、護(hù)，2是標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，3是水中養(yǎng)護(hù)。它們的fv曲線有明顯差別。同樣強(qiáng)度水平，混凝土的波速以水中養(yǎng)護(hù)的最大，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)次之，自然養(yǎng)護(hù)的最小。形成這種差別的原因主要是由于不同的養(yǎng)護(hù)方式使混凝土的含水量不同。水中養(yǎng)護(hù)的混凝土，其孔隙中充滿水。而自然養(yǎng)護(hù)的混凝土孔隙中充滿氣，水與空氣的波速本身差別就很大，這就造成混凝土含水率高，波速也高。而含水率高的混凝土，其強(qiáng)度倒反而略低一些。這一來，就使fv曲線差別更大了。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，混凝土含水率每增大1%，其波速也增大1%左右。既然影響fv曲線的因素很多，所以應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮使用專用曲線。5.如何獲得專用曲線所謂專用曲線就是用與所要測試的結(jié)構(gòu)相同的混凝土來制作一批試件，

19、與所測結(jié)構(gòu)混凝土相同條件下養(yǎng)護(hù)一定齡期后進(jìn)行率定試驗(yàn)，即既測試件波速又測強(qiáng)度，最后通過計(jì)算獲得一條專用的fv曲線。（1）進(jìn)行步驟：a.制作試件：（a）數(shù)量：3個(gè)為一組，宜不少于10組。試件混凝土的原材料、配合比、振搗方法、養(yǎng)護(hù)條件應(yīng)盡量與被測結(jié)構(gòu)混凝土一致。（b）試件尺寸：立方試件，邊長應(yīng)大于混凝土最大骨料粒徑的三倍。通常使用15cm立方體試件。（c）試件養(yǎng)護(hù)和齡期：試件按所測結(jié)構(gòu)相同的條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。試件齡期可以是一種齡期（各組試件水灰比有變化），例如28天；也可以在不同齡期（7、14、28天）進(jìn)行測試。其目的是為了拉開混凝土強(qiáng)度的變化范圍。b.試件測試：首先測試試件波速再將試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試

20、驗(yàn)。將各個(gè)試件的測試結(jié)果強(qiáng)度、波速測值點(diǎn)繪在坐標(biāo)圖上并連出一條fv曲線，這就是散點(diǎn)圖。c.回歸分析：為了獲得最優(yōu)的曲線及該曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即曲線方程，還應(yīng)當(dāng)采用最小二乘法進(jìn)行回歸分析?；貧w分析分幾個(gè)步驟：（a）選擇曲線線型進(jìn)行回歸分析前首先應(yīng)選擇合適的曲線型式。下面三種曲線型式均適合于fv曲線：平方拋物線，表達(dá)式為： f=a+bv+cv2冪函數(shù)，表達(dá)式為： f=avb指數(shù)函數(shù)，表達(dá)式為： f=aebv式中 a、b、c為待定系數(shù)，即回歸系數(shù)。因?yàn)閮绾瘮?shù)、指數(shù)函數(shù)作最小二乘法運(yùn)算時(shí)可通過取對數(shù)的方法化曲線相關(guān)為直線相關(guān)，計(jì)算起來簡便，故目前多采用。（b）選定曲線線型后，下面就是計(jì)算回歸系數(shù)。首先

21、，看看最基本的一元直線回歸：一元直線方程的一般形式為： y=A+Bx (3-1)根據(jù)最小二乘法原則，可推導(dǎo)出直線方程待定系數(shù)A、B的公式為： B= (3-2) A=-B (3-3)式中 lxx= (3-4) lyy= (3-5) lxy= (3-6)、分別為觀測值xI、yi 的算術(shù)平均值n 為試件個(gè)數(shù)。（c）化曲線回歸為直線回歸：由于f與v之間不是直線相關(guān)而是曲線相關(guān)，故不能直接利用上述公式。但是冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)可以通過取對數(shù)化成直線方程形式。對于冪函數(shù)：f=avb， 方程式兩邊取對數(shù)， 得： lnf=lna+blnv （3-7)令 lnf=y，lna=A，b=B，lnv=x ，這些為定義式

22、(3-8)將定義式代入(3-7)則(3-7)式也可化為直線方程形式，y=A+Bx 再代入(3-2)、(3-3)式即可求得系數(shù)B和A。再代入定義式(3-8)即可求得a、b值。同樣，對于指數(shù)函數(shù)也可用上述方法處理。為了檢驗(yàn)二個(gè)相關(guān)量彼此相關(guān)的程度，還應(yīng)計(jì)算一個(gè)叫做相關(guān)系數(shù)r的值。在直線相關(guān)中： r= (39)對于曲線相關(guān)，則不能采用相關(guān)系數(shù)r來衡量其相關(guān)性，而應(yīng)使用另一種稱為相關(guān)指數(shù)的值R2來衡量曲線擬和的效果。R2按下式計(jì)算： R2= (310)式中 yi 試件強(qiáng)度實(shí)測值 試件強(qiáng)度計(jì)算值，即以實(shí)測的波速xi代入所求得方程式計(jì)算出的強(qiáng)度值。 各試件強(qiáng)度實(shí)測值的算術(shù)平均值。r或R2 越大，則說明擬合

23、的曲線效果越好。為了對用擬合的曲線計(jì)算的強(qiáng)度可能產(chǎn)生的誤差有一個(gè)估計(jì)，還要引出一個(gè)參數(shù)-相對標(biāo)準(zhǔn)差er： er= (3-11)式中 n 試件個(gè)數(shù)。規(guī)范規(guī)定：對于地區(qū)曲線，er£ 14% 對于專用曲線，er£ 12%回歸分析計(jì)算可用計(jì)算機(jī)編程進(jìn)行，也可用有回歸統(tǒng)計(jì)功能的計(jì)算器列表計(jì)算。我們現(xiàn)在有了一個(gè)合用的fv曲線，是不是馬上就可以推算結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度呢？我們說，還有些問題需要解決。6. 現(xiàn)場超聲測試中的問題及修正方法大家知道，我們率定fv曲線時(shí)，我們是在邊長15cm的立方體試件上測試波速，它與在構(gòu)件上測試波速是有差別的。這些差別是：（1）實(shí)體構(gòu)件尺寸大，即超聲測距大；（2）

24、實(shí)體構(gòu)件內(nèi)大多有鋼筋；（3）測試實(shí)體構(gòu)件與試件時(shí)，所用的換能器頻率可能不一樣。通過大量研究發(fā)現(xiàn)，構(gòu)件與試件的這些差別有時(shí)會導(dǎo)致二者所測波速不同?，F(xiàn)在讓我們來逐個(gè)地加以討論。這就是：a.測距對波速測值的影響隨著測距增大，所測波速會減小。本來，一種介質(zhì)的波速是一定的，不應(yīng)隨尺寸大小而變。但問題在于，用我們目前的超聲儀來測定時(shí)，隨著測距的增加，所測得的波速值確實(shí)會減小。為了弄清這個(gè)問題，南京水利科學(xué)研與洲壩工程局合作進(jìn)行了大規(guī)模的試驗(yàn)。制作了不同強(qiáng)度等級的大型混凝土階梯型試件(圖3-4)。600cm600cm圖3-4測試階梯狀大試件 試件混凝土盡可能均勻一致。從二個(gè)方向一級一級地測試混凝土的波速。這

25、樣就獲得了在不同測距（從15cm-600cm)下混凝土波速的變化情況，如圖3-5所示。從圖中可以看到，三種等級的混凝土，隨著測距增加，所測波速都逐漸減小。減小的趨勢是：測距短時(shí)減小快，而測距增大后，這種減小趨勢也變緩。在測試波速的同時(shí)也測量了接收波主頻率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著測距的增加，接收波的主頻率也變小，且變小的趨勢與波速變小的趨勢一致。v km/s 5.0 4.5 0 1 2 3 4 5 6213d（m）圖3-5 波速測距關(guān)系圖圖3-5聲速測距關(guān)系圖1-350號；2-250號；3-150號超聲脈沖波隨著傳播距離增加將逐漸衰減，而其中高頻分量又比低頻分量更容易衰減，所以隨著測距增加接收波的主頻率

26、也隨之下降。超聲脈沖波主頻率的下降正是引起所測波速下降的根本原因。為了使在實(shí)體結(jié)構(gòu)上測得的波速與在15cm試件上測得的波速一致，根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果制作了不同測距波速修正表。表中以15cm測距為準(zhǔn)，凡測距大于15cm者，可將測得的波速乘上表中的修正系數(shù)。中間測距可用內(nèi)插修正。 不同測距波速修正表 表3-1 測距cm 15 50 100 200 300 400 500 修正系數(shù) 1 1.003 1.015 1.023 1.027 1.030 1.031b鋼筋對波速測量的影響為什么鋼筋對混凝土波速測量有影響？道理很簡單，聲波在鋼中傳播速度比混凝土快。鋼的傳播速度5900 m/s；混凝土的傳播速度400

27、0m/s5000m/s。由于測定聲時(shí)時(shí)，我們總是以首先到達(dá)的波來計(jì)時(shí)，所以當(dāng)在聲波的傳播路徑上遇到鋼筋時(shí)，有時(shí)會使所測波速增大?，F(xiàn)在談?wù)勪摻钍侨绾斡绊懀绊懙拇笮〖叭绾伪苊?。鋼筋的影響分兩種情況：圖3-7平行鋼筋的影響DBCL dA圖3-6垂直鋼筋的影響（1） 垂直鋼筋的影響。一些構(gòu)件，如梁，上下有成排的主筋（圖3-6）。如果我們測量梁的混凝土波速時(shí)，換能器正好對準(zhǔn)鋼筋，這時(shí)，聲波穿鋼筋而過，將使所測波速略有提高。隨鋼筋排列的密度不同波速會增大1%5%。這時(shí)，您只需要將換能器向上移開鋼筋35cm，這種影響就沒有了。（2）平行鋼筋的影響有時(shí)也會遇到鋼筋的方向正好與聲波的傳播方向平行，如圖3-7。

28、當(dāng)發(fā)射換能器A發(fā)出一束超聲波，其中一部分在混凝土中傳播，直接由A到達(dá)D。同時(shí)，也有一部分超聲波從A出發(fā)，斜向傳播到鋼筋上的B點(diǎn)，然后沿著鋼筋以較快的速度傳播到C點(diǎn)，再從C到達(dá)接收換能器D。如果A、D換能器離開鋼筋的距離d小到一定程度，那么完全有可能聲波經(jīng)折線AB-BC-CD傳播的時(shí)間還短于經(jīng)AD直接傳播的時(shí)間。這時(shí)，我們?nèi)匀灰詼y距L來計(jì)算波速，結(jié)果計(jì)算出的波速就高于混凝土真正的波速。通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)并經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)知道換能器距鋼筋的距離d及聲波在鋼筋中的波速，我們也是可以計(jì)算出聲波在混凝土中的AB、CD段的波速。但最方便和最穩(wěn)妥的作法是在選定測點(diǎn)時(shí)，使換能器連線與鋼筋離開一定距離。這應(yīng)離開的最小距

29、離dmin 是可以計(jì)算的。作為大致估計(jì)，dmin為測距L的1/61/8。這樣就可完全不受鋼筋的影了?；炷两Y(jié)構(gòu)中大都有鋼筋，那么是不是一聽到說有鋼筋，就沒辦法測量呢？完全不是這么回事。根據(jù)上面的討論我們可以歸納出關(guān)于鋼筋影響的幾點(diǎn)結(jié)論：a.對于垂直于測試方向的鋼筋這是常遇到的，例如柱、墩、墻體的主筋。雖然可能縱橫都有，但都與測試方向垂直，完全可以不去管它。僅僅象梁的底部、頂部有成排的主筋，因?yàn)槊芗?，會顯出一些影響。但避開也很簡單：將測點(diǎn)移開35cm就行了。b.對于平行于測試方向的筋真正遇到這種情況的不多，只是在結(jié)構(gòu)變斷面或機(jī)械安裝的局部區(qū)域碰到。這時(shí)通?？紤]避開。避開的最小距離為測距的1/81

30、/6 。c.箍筋的情況梁、柱一類結(jié)構(gòu)有許多箍筋，往往平行于測試方向，似乎有影響。但是，這里有個(gè)有趣的問題，就是鋼筋的聲傳播速度。我們說鋼的傳播速度是5940m/s，那是指在半無限大介質(zhì)中的速度。當(dāng)聲波沿著鋼筋傳播時(shí)，邊界條件變了，聲波是近似在桿件中傳播，速度變小。南京水利科學(xué)研究院實(shí)測了的鋼筋波速。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋼筋越細(xì)，波速越小。6mm的鋼筋波速甚至低于一般混凝土的波速。所以箍筋的問題一般可不予考慮。c.換能器頻率的影響。我們在率定fv曲線時(shí)是測量試件，所用換能器頻率較高，而實(shí)測結(jié)構(gòu)時(shí)由于測距大，有時(shí)用的換能器頻率較低，這將造成測試條件和結(jié)果的不一致。為使二者測試結(jié)果一致，我們建議：(1)如果實(shí)

31、測距離在1m以內(nèi)，如梁、板、柱，則率定試件時(shí)用的什么頻率換能器(例如50100kHz)，實(shí)體測試也用它。(2)50kHz換能器通用性較強(qiáng)，可用來測試試件，實(shí)體測試中也可達(dá)23m的測距。(3)當(dāng)實(shí)體結(jié)構(gòu)尺寸較大，例如45m以上，需要采用較低頻的換能器時(shí)，宜在試件上比較二種換能器測值的差異，以修正測試結(jié)果。6.現(xiàn)場測試按照規(guī)范要求，在結(jié)構(gòu)表面按一定間距畫出測區(qū)（20×20cm）。每個(gè)測區(qū)測試3點(diǎn)的波速，取其平均值作為測區(qū)混凝土波速值。將波速值按前述有關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行修正后，即可按fv曲線換算出測區(qū)強(qiáng)度值。7.綜合法測強(qiáng)綜合法測強(qiáng)就是在測區(qū)上既進(jìn)行回彈法測試又進(jìn)行超聲法測試，以回彈值和波速值兩項(xiàng)

32、參數(shù)與混凝土強(qiáng)度建立關(guān)系，推算混凝土強(qiáng)度。綜合法測強(qiáng)繁瑣一些，但它可以綜合回彈法與超聲法二者的優(yōu)點(diǎn)。這是中國工程標(biāo)準(zhǔn)化委員會標(biāo)準(zhǔn)：超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程以綜合法測強(qiáng)時(shí)，和超聲法一樣，先布置測區(qū)。所不同的是，測試時(shí)，先在測區(qū)相對兩面，每面用回彈儀彈擊8點(diǎn)，兩面共16點(diǎn)。然后再進(jìn)行超聲測試。根據(jù)各測區(qū)回彈、超聲測值(R、v)按混凝土強(qiáng)度（f）與R、v間相關(guān)關(guān)系計(jì)算各個(gè)測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值fi。綜合法相關(guān)關(guān)系一般式為： f =a*vb*Rc 式中 a、b、c 回歸系數(shù)，即待定系數(shù)（1）關(guān)于綜合法測強(qiáng)曲線綜合法規(guī)程規(guī)定：a.應(yīng)根據(jù)原材料品種、齡期和養(yǎng)護(hù)條件等，通過專門試驗(yàn)建立專用曲線。b

33、.如無條件建立專用曲線，可采用經(jīng)過批準(zhǔn)的地區(qū)曲線。c.當(dāng)無上述二類曲線時(shí)，經(jīng)過驗(yàn)證后可采用規(guī)程中列出的通用曲線。通用曲線方程如下：粗骨料為卵石時(shí)： fecu=0.0038（vi）1.23（Ri）1.97 （3-14）粗骨料為碎石時(shí)： fecu=0.008（vi）1.72（Ri）1.57式中 （3-15）式中 fecu 測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值 vI 測區(qū)波速值 Ri 測區(qū)回彈值綜合法規(guī)程中已將上述相關(guān)曲線制成了測區(qū)強(qiáng)度換算表供直接查用。規(guī)范規(guī)定：要使用通用曲線須通過驗(yàn)證。驗(yàn)證方法是用當(dāng)?shù)鼗蛟摴こ坛Ｓ玫牟牧现谱饕慌嚰?每個(gè)強(qiáng)度等級3組），進(jìn)行綜合法測定和強(qiáng)度試驗(yàn)以驗(yàn)證通用曲線的是否可用 。有時(shí)也可

34、通過取樣試件或取芯試件試驗(yàn)結(jié)果來修正所用曲線。綜合法測強(qiáng)專用曲線的制定與超聲法專用曲線的制定類似。所不同的是試件除了要測量波速外還要測量回彈值（最好還要測量混凝土碳化層厚度），以波速、回彈值和碳化層厚度值與混凝土強(qiáng)度值建立關(guān)系，進(jìn)行回歸分析。這時(shí)應(yīng)是二元或三元曲線回歸。計(jì)算方法這里不再詳述，大家可參見綜合法測強(qiáng)規(guī)程及有關(guān)書籍。這里列出江蘇省超聲回彈綜合法曲線公式供參考： fecu=0.00134（vi）3.853（Ri）1.16610-0.00418L （3-16）式中 L 測區(qū)碳化層厚度平均值（mm）8.關(guān)于推定強(qiáng)度的問題。（1）推定強(qiáng)度的意義我們在結(jié)構(gòu)物上測得各測區(qū)的波速、回彈及碳化層厚度

35、值后，根據(jù)它們與混凝土間的相關(guān)關(guān)系方程，可計(jì)算或查表得到各測區(qū)的計(jì)算(換算)強(qiáng)度（包括超聲法、回彈法、綜合法）。它的符號：意為計(jì)算（換算） 意為抗壓強(qiáng)度 f注意，這里所測得的強(qiáng)度是指構(gòu)件上某測區(qū)處混凝土的強(qiáng)度。因?yàn)闃?gòu)件中各部分強(qiáng)度是波動的，所以各個(gè)測區(qū)的計(jì)算強(qiáng)度也是各不相同的。而我們希望得到的是一個(gè)構(gòu)件或一批構(gòu)件其混凝土整體的強(qiáng)度。這就是所謂推定強(qiáng)度 。它的符號：意為推定、評定 fcu，e意為抗壓強(qiáng)度推定強(qiáng)度有以下含義：（a）它不是該構(gòu)件各測區(qū)計(jì)算強(qiáng)度的平均值，而是具有一定保證率(95%)的混凝土強(qiáng)度取值。（b）它是指混凝土在測試日期當(dāng)時(shí)的強(qiáng)度。（2）如何確定推度強(qiáng)度呢？根據(jù)規(guī)范規(guī)定，推定強(qiáng)度

36、按下述法則確定：（a）當(dāng)按單個(gè)構(gòu)件檢測時(shí)，單個(gè)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值fcu，e取該構(gòu)件各測區(qū)中最小的混凝土強(qiáng)度換算值fccu，min，（b）當(dāng)按批抽樣檢測時(shí)，該批構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值應(yīng)按下列公式計(jì)算：fcu，e=mfccu，I -1.645sfccu式中 mfccu，i 各測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的平均值 sfccu 、i 各測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的標(biāo)準(zhǔn)差所謂按批抽樣檢測，就是對于一批混凝土強(qiáng)度等級相同，構(gòu)件種類相同，混凝土原材料、配合比、工藝、養(yǎng)護(hù)相同及齡期基本相同的一批構(gòu)件，可隨機(jī)抽30%的構(gòu)件進(jìn)行檢測，其結(jié)果代表該批全部構(gòu)件混凝土的強(qiáng)度。（3）關(guān)于推定強(qiáng)度的使用問題所有在現(xiàn)場用無破損檢測方法

37、測得的實(shí)體構(gòu)件強(qiáng)度與由取樣試件試驗(yàn)得出的28天強(qiáng)度有所不同。這些不同是：（a）前者是結(jié)構(gòu)上混凝土的強(qiáng)度，后者是取樣試件的強(qiáng)度；（b）前者是現(xiàn)場制作，自然養(yǎng)護(hù)，后者是實(shí)驗(yàn)室制作，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)；（c）前者是測試當(dāng)時(shí)的強(qiáng)度，后者是28天齡期強(qiáng)度。正因?yàn)槎叩倪@些不同，所以不能混為一談。取樣試件的強(qiáng)度是作為評定該種混凝土強(qiáng)度等級是否合格用。這是因?yàn)榛炷翉?qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)（GBJ107-87）中規(guī)定使用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天齡期試件的強(qiáng)度。而現(xiàn)場用無破損方法測得的強(qiáng)度是非標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的結(jié)構(gòu)上的混凝土的強(qiáng)度且不一定是28天齡期，因?yàn)榕c上述的評定混凝土是否合格的標(biāo)準(zhǔn)的要求不符，所以不能用它來評定混凝土強(qiáng)度等級是否合格。它可

38、以作為構(gòu)件強(qiáng)度校核、驗(yàn)算，決定是否加固處理的依據(jù)。在一般情況下，若混凝土齡期大致相同，在結(jié)構(gòu)上測得的混凝土強(qiáng)度一般僅為取樣試件強(qiáng)度的85%左右。試驗(yàn)四 水泥抗折實(shí)驗(yàn)（水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)）水泥強(qiáng)度受到水灰比、原材料、溫度、濕度、齡期、試件形態(tài)、試驗(yàn)方法等因素的影響，為了使水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)更加科學(xué)合理，并符合水泥在現(xiàn)澆、預(yù)制混凝土中的應(yīng)用狀態(tài)和使檢驗(yàn)結(jié)果具有可比性，國家規(guī)定了統(tǒng)一的水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)方法?，F(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)是GBl7785水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法，它適用于硅酸鹽水泥、普通水泥、礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥及指定采用本方法的其他品種的水泥。(一)試驗(yàn)設(shè)備1水泥膠砂攪拌機(jī)(1)膠砂攪拌機(jī)為雙轉(zhuǎn)葉片式，

39、由耐磨的金屬材料制成，攪拌葉和鍋?zhàn)飨喾捶较蜻\(yùn)轉(zhuǎn)，鍋內(nèi)徑195mm，深度150mrn，葉片軸心與鍋中心的偏心距為鍋內(nèi)徑的16，見左圖(2)葉片和鍋底、鍋壁的間隙為1.5±0.5mm。葉片轉(zhuǎn)速為137rmin，攪拌鍋轉(zhuǎn)速為65rmin。2水泥膠砂振動臺水泥膠砂振動臺見下圖，臺面積為360mm×360mm，上裝有卡具把試模和下料漏斗緊緊夾住，臺面下由裝有兩個(gè)對稱偏重輪的0.2kW電動機(jī)產(chǎn)生振動，振動頻率為28003000次min，臺面上卡放空試模和下料漏斗時(shí)，中心振幅為0.85±0.05mm，振動部分總質(zhì)量為32±0.5kg；振動臺裝有制動器，能使電動機(jī)在停車

40、后5s內(nèi)停止轉(zhuǎn)動；振動臺應(yīng)固定在混凝土基座上。3試模及下料漏斗 (1)試模是可裝拆的三聯(lián)試模，見下圖，由隔板、端板、底座組成，三聯(lián)試模應(yīng)有編號，其隔板和端板亦應(yīng)有編號，不宜互換使用。組裝后內(nèi)壁各接觸面應(yīng)互相垂直，其尺寸要求見表。試模尺寸要求試模符號制造尺寸（mm）磨損后允許尺寸（mm）A160B40-0.140+0.2C40+0.140-0.2(2)下料漏斗由漏斗和模套組成，見上圖。漏斗用0.5mm白鐵皮制成，質(zhì)量為2025kg，上口總寬度為150mm，三個(gè)下料口每個(gè)寬度均為45mm。模套由金屬材料制成，高度為25mm。試模和下料漏斗總質(zhì)量為8.5±0.5kg。4抗折試驗(yàn)機(jī)（1）抗折

41、試驗(yàn)機(jī)采用雙杠桿自動抗折試驗(yàn)機(jī)或單杠桿式及其他性能符合要求的試驗(yàn)機(jī)。抗折試驗(yàn)機(jī)上附帶的抗折夾具尺寸要求見表：(2)加荷圓柱與支撐圓柱用符合要求的優(yōu)質(zhì)鋼材制造，圓柱應(yīng)能調(diào)整和更換。兩個(gè)支撐圓柱必須在同一水平面上。加荷圓柱應(yīng)處于兩支撐圓柱的中央，并與其平行。 5抗壓試驗(yàn)機(jī)與抗壓夾具 (1)抗壓試驗(yàn)機(jī)以200300kN為宜，誤差不得超過±2。 (2)抗壓夾具由優(yōu)質(zhì)鋼材制成，柱塞上、下靈活，加壓板長度62.5±0.1mm，寬度不小于40mm。6刮平刀刮平刀斷面為正三角形，斷面邊長為26mm，總長度為320mm(包括兩個(gè)手柄)。(二)試驗(yàn)要點(diǎn)1試驗(yàn)材料(1)水泥試樣應(yīng)充分拌勻，通過0.9mm方孔篩并記錄篩余物。(2)使用標(biāo)準(zhǔn)砂應(yīng)符合GBl7877水泥強(qiáng)度試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)砂的質(zhì)量要求。(3)試驗(yàn)用水必須是潔凈的淡水。2溫度、濕度要求(1)試驗(yàn)室溫度(包括強(qiáng)度試驗(yàn)室)為1725，相對濕度大于50。水泥試樣、標(biāo)準(zhǔn)砂、拌合水及試模等的溫度應(yīng)與試驗(yàn)室溫度相同。(2)養(yǎng)護(hù)箱溫度為20±3，相對濕度大于90，養(yǎng)護(hù)水溫度為20±2C。3試體成型、制作(1)成型前，應(yīng)將試模擦凈，四周模板與底板接觸面上應(yīng)涂上黃油，