結構試驗及檢測技術(第一章)

結構試驗及檢測技術(第一章)第一頁，共33頁。三、本課程的地位本專業(yè)主干課程與畢業(yè)設計密切相關，是順利完成畢業(yè)設計的基礎畢業(yè)設計的主要內(nèi)容大多以原型橋梁為對象結構分析試驗方案制訂橋梁荷載試驗、技術狀況檢測評定數(shù)據(jù)處理和結構性能分析（或結構檢算）根據(jù)對象的特性，進行有針對性的加固維護設計主要研究對象:橋梁承重結構以現(xiàn)場試驗檢測技術為主要討論對象第二頁，共33頁。四、何為結構試驗檢測用人為控制的方式對結構施加預定的影響因素（荷載等），提取結構響應信息（參數(shù)）、對結構性能進行評定的方法應用領域：土木、房建、汽車、航空航天……，涉及領域很寬廣研究對象：主要承重結構研究內(nèi)容：生產(chǎn)鑒定、設計計算理論、施工/健康監(jiān)測…試驗類型：原型試驗檢測、模型試驗研究主要手段：結構加載獲取相應參數(shù)性能評價主要目的：基于實測的結構性能評價、工程鑒定、科學研究……應用：橋梁結構試驗，構件試驗，科學研究第三頁，共33頁。五、理論分析與試驗研究的關系

1、荷載對結構（系統(tǒng)）的作用輸入系統(tǒng)特性響應（約束條件）永久荷載結構形式、連接方式位移基本可變荷載材料特性、截面特性應力環(huán)境引起附加荷載剛度、質量抗裂性能動力荷載自振特性動力性能

2、理論分析

輸入已知系統(tǒng)設計和結構分析計算結構響應響應是否滿足約束條件(規(guī)范限定)重新設計，直至滿足

3、試驗分析試驗研究測試系統(tǒng)實際響應求解系統(tǒng)實際特性研究系統(tǒng)特性與設計要求符合性驗證和發(fā)展計算理論否第四頁，共33頁。六、試驗檢測與加固維護技術的關系試驗檢測是加固維護技術的基礎只有客觀獲取（檢測）結構的現(xiàn)狀（特征），才可能有針對性地進行加固維護設計和施工試驗檢測技術是評價加固維護效果的主要手段試驗檢測是加固技術的組成部分（如加固過程的效果和安全監(jiān)測）試驗檢測技術在結構維護中應用廣泛，如：通過試驗檢測獲取的信息，為維護、養(yǎng)管提供決策依據(jù)重大結構安全運行監(jiān)測特殊車輛通行的結構檢測和維護交通事故、自然災害后的檢測與維護加固第五頁，共33頁。

七、橋梁結構現(xiàn)場試驗檢測方法

（一）橋梁結構檢查及技術狀況評價

1、橋梁檢查分為經(jīng)常檢查、定期檢查和特殊檢查

2、經(jīng)常檢查：全面巡查，目測為主，橋梁管理部門承擔

3、定期檢查：技術狀況全面檢查，為使用功能評定，制訂管養(yǎng)計劃提供依據(jù)。目測輔以必要設備，具有檢測資質單位承擔。推薦用各部件權重及綜合評定方法，技術狀況等級分五類

4、特殊檢查：為查清病害原因、破損程度，評價承載能力、抗災能力，確定橋梁技術狀況的一系列工作，分專門檢查和應急檢查，具有檢測資質單位承擔。荷載試驗屬特殊檢查

5、規(guī)范依據(jù)：《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTGH11-2004)、《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/TH21-2011）

第六頁，共33頁。

七、橋梁結構現(xiàn)場試驗檢測方法

（二）基于技術狀況檢測的結構檢算評定

1、適用以下情形（1）技術狀況等級為四、五類的橋梁（2）擬提高荷載等級的橋梁（3）需通行大件運輸車輛的橋梁（4）遭受重大自然災害或意外事件的橋梁

2、方法（1）引入檢算系數(shù)Z1或Z2（2）考慮影響承載力的各種因素（承載能力惡化、截面折減、配鋼筋截面折減）及活載影響修正系數(shù),必要時需進行荷載試驗（3）按兩類極限狀態(tài)計算抗力效應和作用效應，是一種引入分項檢算系數(shù)修正極限狀態(tài)設計表達式檢測與檢算相結合方法3、依據(jù)：《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011)第七頁，共33頁。

七、橋梁結構現(xiàn)場試驗檢測方法

（三）橋梁荷載試驗

1、適用：新橋或舊橋

2、方法(1)通過必要的試驗計算，以設計活載為控制，對控制部位（截面）對結構施加荷載（靜力）（2）模擬橋梁在設計活載作用下的最不利受力狀況（3）通過量測應變（應力）、撓度、裂縫寬度等力學指標（4）依據(jù)現(xiàn)有試驗評價方法對橋梁承載力做出分析評定

3、特點：應用十分廣泛、比較直觀可靠，但評價體系不夠完備，主要基于活載增量的比較分析4、規(guī)范依據(jù)：《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》(JTG/TJ21-01-2015)第八頁，共33頁。（四）無損檢測

1、技術特點

2、內(nèi)容

（1）混凝土裂縫深度（2）混凝土強度和碳化深度（3）混凝土結構內(nèi)部缺陷（4）混凝土結構結合面質量（5）基樁完整性（6）氯離子含量（7）鋼筋銹蝕（電化學法和電阻率法）（8）混凝土內(nèi)部鋼筋位置、保護層厚度、鋼筋直徑（9）鋼結構探傷和焊縫質量

3、應用：技術狀況評定，專項檢測

4、規(guī)范依據(jù)第九頁，共33頁。

八、工程學科發(fā)展對試驗檢測技術的推動作用1、大規(guī)模工程建設，試驗需求日益增大2、工程問題日趨復雜3、更多采用整體結構和足尺結構試驗4、試驗手段多樣化，試驗模擬更加準確5、測試分析技術不斷完善

九、試驗檢測技術的發(fā)展1、計算機技術發(fā)展和應用2、新型傳感器的發(fā)展和應用3、無損檢測技術的發(fā)展和應用4、試驗加載手段更加先進第十頁，共33頁。1.2試驗目的和任務一、結構試驗任務（目的）針對實際結構物或模型，以車輛荷載、模擬地震作用、風力、溫度變化等作為影響因素以各種試驗技術為手段，以量測儀器儀表為工具，測定結構在荷載作用下的響應參數(shù)（指標）評定結構的剛度、強度、抗裂性能、承載力以及營運性能獲取理論計算無法確定的參數(shù)，如橋梁的阻尼比、沖擊系數(shù)等動力參數(shù)檢驗和發(fā)展結構的計算理論、假定、方法為新結構、新材料、新工藝的開發(fā)和推廣應用提供依據(jù)第十一頁，共33頁。二、結構試驗流程第十二頁，共33頁。三、研究性試驗1、任務和目的（1）發(fā)展、驗證或提出設計計算理論、假定（2）開發(fā)或驗證新結構、新技術、新材料、新工藝（3）為規(guī)范修訂提供基礎數(shù)據(jù)（4）解決重大工程技術問題2、特點（1）試驗對象多為模型，有時采用原型（足尺）（2）針對性強，試驗精度較高（3）試驗過程包括彈性、塑性、破壞等各個階段（4）通常在室內(nèi)進行，技術環(huán)節(jié)多，周期長1.2試驗目的和任務第十三頁，共33頁。貴州烏江吊拉組合橋（原型）貴州烏江吊拉組合橋（模型）第十四頁，共33頁。重慶大佛寺大橋穩(wěn)定

模型試驗重慶寸灘內(nèi)河直立碼頭模型試驗第十五頁，共33頁。

四、生產(chǎn)鑒定性

1、任務和目的直接為工程服務，解決工程實際問題，以規(guī)范或設計要求為依據(jù)(1)確定新建結構的承載力和使用性能(2)為舊結構的加固改造提供依據(jù)(3)現(xiàn)有結構鑒定，確定當前承載力、安全性和限制條件(4)工程事故處理(5)預制構件等產(chǎn)品質量檢驗2、特點(1)多為現(xiàn)場原型試驗(2)一般不進行破壞試驗，以正常使用為主要考察階段(3)以規(guī)范為依據(jù)，以力學性能評價為主要目的(4)有嚴格試驗程序第十六頁，共33頁。魚洞長江大橋主橋靜載試驗

（竣工驗收試驗，2008年10月）魚洞長江大橋概貌

主橋:145+2*260+145m剛構第十七頁，共33頁。云南?？谔卮髽?主跨150m),竣工驗收鑒定試驗（2006年12月）云南元磨高速路元江大橋（58m

+182m+265m+194m+70m）竣工驗收鑒定試驗(2003年8月)

第十八頁，共33頁。舊橋承載力、適應性評定試驗重慶忠縣長江大橋（主跨560m，2006年11月）重慶涪陵長江大橋（149+330+149m,2009年1月）第十九頁，共33頁。貴州西溪干溝大橋加固方法研究

現(xiàn)場試驗(主跨160m,2006年6月)某桁式組合拱橋局部嚴重破損第二十頁，共33頁。重慶茶園某橋預制構件試驗

（40m，2011年7月）重慶寸灘碼頭某橋預制構件試驗（20m，2011年）第二十一頁，共33頁。五、科研試驗與生產(chǎn)鑒定試驗的差異

1、研究對象不同

2、工作內(nèi)容和研究目的有差異

3、試驗加載階段有差異

4、試驗環(huán)境條件不同

5、試驗周期有差異

6、采取的技術手段有差異7、科研試驗：一般增對同性問題，具有普遍的應用價值生產(chǎn)鑒定性試驗：只針對特定的原型結構第二十二頁，共33頁。1、計算方法合理，符合實際2、試驗方案科學、可行（加載方法、結構約束支撐、量測方法）3、量測設備選用合理，精度、分辨率滿足要求4、尊重科學、尊重數(shù)據(jù)5、依據(jù)規(guī)范，準確評價結構性能

6、舉例（1）量測儀器選擇對測試結果影響（2）鋼筋混凝土結構應力（應變）測試（3）混凝土箱型拱橋承載力評定主導內(nèi)力確定

六、試驗檢測方法的重要性第二十三頁，共33頁。一、實物（原型）/模型試驗1、實物試驗(1)實際結構為對象，多為現(xiàn)場試驗，直接為生產(chǎn)服務

(2)

主要考察正常使用階段，一般不進行破壞(3)風險大，周期短，環(huán)境干撓較難控制，誤差源較多2、模型試驗(1)仿真試驗，模型具備原型重要特征（相似設計）(2)周期長、針對性強，環(huán)境一定程度可控(3)研究結構各階段力學性能，數(shù)據(jù)完整，評定更加科學(4)模型制作質量對結果影響大，技術環(huán)節(jié)較多1.3結構試驗分類第二十四頁，共33頁。二、靜力/動力試驗1、靜力試驗在最不利位置施加設計靜荷載荷載圖式按試驗目的、荷載等效原則確定獲取結構變位、應變以及裂縫等響應數(shù)據(jù)考察結構強度、剛度、抗裂性、穩(wěn)定性評定結構承載力和使用性能正常使用階段（生產(chǎn)鑒定為主）進行破壞試驗（科研為主）2、動力試驗對結構施加動荷載：汽車沖擊和剎車、風、地震、疲勞荷載等模擬結構所承受的實際動荷載歷程或振動形態(tài)典型試驗：橋梁結構動載試驗、振動臺試驗、風洞試驗、疲勞試驗目的：結構自振特性、動力響應、抗震抗風（振源）分析第二十五頁，共33頁。

三、室內(nèi)/室外試驗1、室內(nèi)試驗可控制或制造的工作環(huán)境，減少或消除不利因素對試驗的影響良好的工作環(huán)境有利于精密量測儀器的使用便于實施連續(xù)試驗典型試驗：一般研究性靜力試驗、動力試驗（振動臺試驗、風洞試驗、疲勞試驗、沖擊試驗）2、現(xiàn)場試驗位于生產(chǎn)和施工現(xiàn)場屬于實際工作狀態(tài)下的試驗，多為實物（原型）試驗量測結果容易受到溫度、電磁干擾等的影響試驗精度相對較低典型試驗：橋梁荷載試驗第二十六頁，共33頁。四、長期/短期試驗

試驗時間長短根據(jù)試驗目的、解決問題的步驟確定1、短期荷載試驗結構試驗多為短期荷載試驗靜力試驗是按照加載程序，荷載從零開始分級施加到結構破壞或到某特定階段后持荷一定時間即進行分級卸載2、長期荷載試驗持續(xù)幾個月甚至數(shù)年，大多屬于科研性質的試驗用于研究結構或材料在長期荷載作用下的性能典型試驗：結構混凝土的收縮徐變試驗、預應力筋的松弛試驗、混凝土受彎構件的裂縫開展

第二十七頁，共33頁。一、試驗規(guī)劃1、明確試驗目的、內(nèi)容抓住主要矛盾，查閱資料，考察試驗條件試驗規(guī)劃，編寫試驗大綱2、大綱：指導試驗綱領性文件，對程序、技術要求作系統(tǒng)闡述3、在大綱基礎上，編制具體實施方案二、試驗準備（橋梁荷載試驗為例）1、現(xiàn)場考察、資料收集

2、結構試驗計算，試驗方案編制

3、量測儀器選用、調(diào)試與率定

4、檢測平臺準備、加載車輛準備，測點布置，儀器調(diào)試

5、結構重要響應數(shù)據(jù)的計算、預估

6、人員分工，安全控制，以及其他技術準備1.4結構試驗檢測一般程序第二十八頁，共33頁。

三、加載試驗和量測階段按預定方案和加載程序，采用適宜設備進行加載，運用各種量測儀器，采集和記錄結構受載后各項指標