結(jié)構(gòu)試驗及檢測技術(shù)(第一章)

結(jié)構(gòu)試驗及檢測技術(shù)(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(shè)計密切相關(guān)，是順利完成畢業(yè)設(shè)計的基礎(chǔ)畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容大多以原型橋梁為對象結(jié)構(gòu)分析試驗方案制訂橋梁荷載試驗、技術(shù)狀況檢測評定數(shù)據(jù)處理和結(jié)構(gòu)性能分析（或結(jié)構(gòu)檢算）根據(jù)對象的特性，進行有針對性的加固維護設(shè)計主要研究對象:橋梁承重結(jié)構(gòu)以現(xiàn)場試驗檢測技術(shù)為主要討論對象第二頁，共33頁。四、何為結(jié)構(gòu)試驗檢測用人為控制的方式對結(jié)構(gòu)施加預(yù)定的影響因素（荷載等），提取結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息（參數(shù)）、對結(jié)構(gòu)性能進行評定的方法應(yīng)用領(lǐng)域：土木、房建、汽車、航空航天……，涉及領(lǐng)域很寬廣研究對象：主要承重結(jié)構(gòu)研究內(nèi)容：生產(chǎn)鑒定、設(shè)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(jié)構(gòu)加載獲取相應(yīng)參數(shù)性能評價主要目的：基于實測的結(jié)構(gòu)性能評價、工程鑒定、科學(xué)研究……應(yīng)用：橋梁結(jié)構(gòu)試驗，構(gòu)件試驗，科學(xué)研究第三頁，共33頁。五、理論分析與試驗研究的關(guān)系

1、荷載對結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)）的作用輸入系統(tǒng)特性響應(yīng)（約束條件）永久荷載結(jié)構(gòu)形式、連接方式位移基本可變荷載材料特性、截面特性應(yīng)力環(huán)境引起附加荷載剛度、質(zhì)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(shè)計和結(jié)構(gòu)分析計算結(jié)構(gòu)響應(yīng)響應(yīng)是否滿足約束條件(規(guī)范限定)重新設(shè)計，直至滿足

3、試驗分析試驗研究測試系統(tǒng)實際響應(yīng)求解系統(tǒng)實際特性研究系統(tǒng)特性與設(shè)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(shù)的關(guān)系試驗檢測是加固維護技術(shù)的基礎(chǔ)只有客觀獲取（檢測）結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀（特征），才可能有針對性地進行加固維護設(shè)計和施工試驗檢測技術(shù)是評價加固維護效果的主要手段試驗檢測是加固技術(shù)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(shù)在結(jié)構(gòu)維護中應(yīng)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(jié)構(gòu)安全運行監(jiān)測特殊車輛通行的結(jié)構(gòu)檢測和維護交通事故、自然災(zāi)害后的檢測與維護加固第五頁，共33頁。

七、橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)場試驗檢測方法

（一）橋梁結(jié)構(gòu)檢查及技術(shù)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(dān)

3、定期檢查：技術(shù)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(shè)備，具有檢測資質(zhì)單位承擔(dān)。推薦用各部件權(quán)重及綜合評定方法，技術(shù)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(zāi)能力，確定橋梁技術(shù)狀況的一系列工作，分專門檢查和應(yīng)急檢查，具有檢測資質(zhì)單位承擔(dān)。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(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/TH21-2011）

第六頁，共33頁。

七、橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)場試驗檢測方法

（二）基于技術(shù)狀況檢測的結(jié)構(gòu)檢算評定

1、適用以下情形（1）技術(shù)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(zāi)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(yīng)和作用效應(yīng)，是一種引入分項檢算系數(shù)修正極限狀態(tài)設(shè)計表達式檢測與檢算相結(jié)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(jié)構(gòu)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(shè)計活載為控制，對控制部位（截面）對結(jié)構(gòu)施加荷載（靜力）（2）模擬橋梁在設(shè)計活載作用下的最不利受力狀況（3）通過量測應(yīng)變（應(yīng)力）、撓度、裂縫寬度等力學(xué)指標(biāo)（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(yīng)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(shù)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(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷（4）混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合面質(zhì)量（5）基樁完整性（6）氯離子含量（7）鋼筋銹蝕（電化學(xué)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(jié)構(gòu)探傷和焊縫質(zhì)量

3、應(yīng)用：技術(shù)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(xué)科發(fā)展對試驗檢測技術(shù)的推動作用1、大規(guī)模工程建設(shè)，試驗需求日益增大2、工程問題日趨復(fù)雜3、更多采用整體結(jié)構(gòu)和足尺結(jié)構(gòu)試驗4、試驗手段多樣化，試驗?zāi)M更加準(zhǔn)確5、測試分析技術(shù)不斷完善

九、試驗檢測技術(shù)的發(fā)展1、計算機技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用2、新型傳感器的發(fā)展和應(yīng)用3、無損檢測技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用4、試驗加載手段更加先進第十頁，共33頁。1.2試驗?zāi)康暮腿蝿?wù)一、結(jié)構(gòu)試驗任務(wù)（目的）針對實際結(jié)構(gòu)物或模型，以車輛荷載、模擬地震作用、風(fēng)力、溫度變化等作為影響因素以各種試驗技術(shù)為手段，以量測儀器儀表為工具，測定結(jié)構(gòu)在荷載作用下的響應(yīng)參數(shù)（指標(biāo)）評定結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的計算理論、假定、方法為新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的開發(fā)和推廣應(yīng)用提供依據(jù)第十一頁，共33頁。二、結(jié)構(gòu)試驗流程第十二頁，共33頁。三、研究性試驗1、任務(wù)和目的（1）發(fā)展、驗證或提出設(shè)計計算理論、假定（2）開發(fā)或驗證新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新材料、新工藝（3）為規(guī)范修訂提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（4）解決重大工程技術(shù)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(shù)環(huán)節(jié)多，周期長1.2試驗?zāi)康暮腿蝿?wù)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(wù)和目的直接為工程服務(wù)，解決工程實際問題，以規(guī)范或設(shè)計要求為依據(jù)(1)確定新建結(jié)構(gòu)的承載力和使用性能(2)為舊結(jié)構(gòu)的加固改造提供依據(jù)(3)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)鑒定，確定當(dāng)前承載力、安全性和限制條件(4)工程事故處理(5)預(yù)制構(gòu)件等產(chǎn)品質(zhì)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(xué)性能評價為主要目的(4)有嚴(yán)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(gòu)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(yīng)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(yán)重破損第二十頁，共33頁。重慶茶園某橋預(yù)制構(gòu)件試驗

（40m，2011年7月）重慶寸灘碼頭某橋預(yù)制構(gòu)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(shù)手段有差異7、科研試驗：一般增對同性問題，具有普遍的應(yīng)用價值生產(chǎn)鑒定性試驗：只針對特定的原型結(jié)構(gòu)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(xué)、可行（加載方法、結(jié)構(gòu)約束支撐、量測方法）3、量測設(shè)備選用合理，精度、分辨率滿足要求4、尊重科學(xué)、尊重數(shù)據(jù)5、依據(jù)規(guī)范，準(zhǔn)確評價結(jié)構(gòu)性能

6、舉例（1）量測儀器選擇對測試結(jié)果影響（2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力（應(yīng)變）測試（3）混凝土箱型拱橋承載力評定主導(dǎo)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(jié)構(gòu)為對象，多為現(xiàn)場試驗，直接為生產(chǎn)服務(wù)

(2)

主要考察正常使用階段，一般不進行破壞(3)風(fēng)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(shè)計）(2)周期長、針對性強，環(huán)境一定程度可控(3)研究結(jié)構(gòu)各階段力學(xué)性能，數(shù)據(jù)完整，評定更加科學(xué)(4)模型制作質(zhì)量對結(jié)果影響大，技術(shù)環(huán)節(jié)較多1.3結(jié)構(gòu)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(shè)計靜荷載荷載圖式按試驗?zāi)康?、荷載等效原則確定獲取結(jié)構(gòu)變位、應(yīng)變以及裂縫等響應(yīng)數(shù)據(jù)考察結(jié)構(gòu)強度、剛度、抗裂性、穩(wěn)定性評定結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)施加動荷載：汽車沖擊和剎車、風(fēng)、地震、疲勞荷載等模擬結(jié)構(gòu)所承受的實際動荷載歷程或振動形態(tài)典型試驗：橋梁結(jié)構(gòu)動載試驗、振動臺試驗、風(fēng)洞試驗、疲勞試驗?zāi)康模航Y(jié)構(gòu)自振特性、動力響應(yīng)、抗震抗風(fēng)（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(fēng)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(jié)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?zāi)康?、解決問題的步驟確定1、短期荷載試驗結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì)的試驗用于研究結(jié)構(gòu)或材料在長期荷載作用下的性能典型試驗：結(jié)構(gòu)混凝土的收縮徐變試驗、預(yù)應(yīng)力筋的松弛試驗、混凝土受彎構(gòu)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?zāi)康?、?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(dǎo)試驗綱領(lǐng)性文件，對程序、技術(shù)要求作系統(tǒng)闡述3、在大綱基礎(chǔ)上，編制具體實施方案二、試驗準(zhǔn)備（橋梁荷載試驗為例）1、現(xiàn)場考察、資料收集

2、結(jié)構(gòu)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(zhǔn)備、加載車輛準(zhǔn)備，測點布置，儀器調(diào)試

5、結(jié)構(gòu)重要響應(yīng)數(shù)據(jù)的計算、預(yù)估

6、人員分工，安全控制，以及其他技術(shù)準(zhǔn)備1.4結(jié)構(gòu)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(yù)定方案和加載程序，采用適宜設(shè)備進行加載，運用各種量測儀器，采集和記錄結(jié)構(gòu)受載后各項指標(biāo)