水利工程质量检测培训混凝土缺陷及其他.ppt

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1、第十二章现场混凝土质量检测,南京水利科学研究院水利部基本建设工程质量检测中心2007.7,水利水电工程质量检测培训研讨材料,王五平,第二节 混凝土内部缺陷检测 声学基础 超声波仪器设备 混凝土内部缺陷检测,2.1 声学基础,混凝土超声检测技术因其用途广泛、探测距离大、完全不破坏结构物等优点，迅速在国内外普及推广，成为应用最广泛的混凝土无破损检测方法。应用情况国外上世纪40年代后期；国内上世纪50年代中期，80年代用于桩基检测。,2.1.1 混凝土超声波检测技术的发展,2.1.2 混凝土超声波检测技术规范,水利部行业标准水工混凝土试验规程(SL 352-2006)电力行业标准水工混凝土试验规程（

2、DL/T 5150-2001）交通部行业标准水运工程混凝土试验规程（JTJ27098）中国工程建设标准化协会标准超声法检测混凝土缺陷技术规程（CECS 21:2000）中国工程标准化委员会超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程（CECS 02：2005)建设部行业标准建筑基桩检测技术规范（JGJ 106-2003）,中华人民共和国水利行业标准水工混凝土试验规程Test code for hydraulic concreteSL 352-2006中华人民共和国水利部,2.1.3 规范及规程,中国工程建设标准化协会标准超声法检测混凝土缺陷技 术 规 程Technical Specification

3、for Inspection of Concrete Defects by Ultrasonic MethodCECS 21-20002000 北京,2.1.3 规范及规程,声波是物体机械振动时迫使周围介质也发生振动并使振动向外传播而形成的一种波动。接收换能器接收到的由声源传过来的声波，是该点在声波作用下的振动过程。振动大小和方向随时间而变化的过程曲线称为波形。超声仪屏幕上的图线就是传播到接收换能器所在位置的声波的波形。,2.1.4 超声波波形,周期T 相位相同的相邻的波之间所经历的时间。频率f 周期的倒数，Hz。混凝土超声检测使用频率20200kHz。振幅A 波动的幅度，表征波的强弱，以屏幕

4、上波高度的毫米数、输出电压值或分贝（db）表示。波长 声波波动一次所传播的距离。波速v 单位时间波传播的距离，m/s。,2.1.4.1 波形参数,波长、频率、波速间关系,2.1.4.2 波形参数,纵波(P波)介质质点的振动方向与波的传播方向一致。,2.1.5 波的分类,依靠介质时疏时密（即时而拉伸，时而压缩）使介质的容积发生变形引起压强的变化而传播的，和介质的容变弹性有关。任何弹性介质（固体、液体、气体）在容积变化时都能产生弹性力，纵波可以在任何固体、液体、气体中传播。,使介质产生剪切变形时引起的剪切应力变化而传播，和介质切变弹性有关。液体、气体无一定形状，其形状发生变化时不产生切变应力，所以

5、液体、气体不能传播横波,横波只能在固体中传播。,横波(S波)介质质点的振动方向与波的传播方向垂直。,2.1.5.1 波的分类,表面波 沿固体表面传播的波，它是由纵波和横波组合而成，又称瑞利波，R波。通常的超声换能器置于混凝土表面发射时，振动状况复杂，既有纵向振动又有横向振动，发射出的超声波既有纵波,也有横波和表面波。,2.1.5.2 波的分类,同一种类型的波，在同一种介质中，边界条件不同，传播速度也不同。,无限大或半无限大介质中纵波速度,薄板中（板厚远小于波长）纵波速度,细长杆中（杆的横向尺寸远小于波长）纵波速度,2.1.6.1 声波在介质中的传播速度,无限介质中横波速度,固体表面传播的表面波

6、速度,2.1.6.2 声波在介质中的传播速度,2.1.6.3 声波在介质中的传播速度,混凝土=0.2-0.3,因此,桩基检测时，声波透射法及低应变反射波法测得的波速为什么不同？,2.1.6.4 声波在介质中的传播速度,2.1.7.1 声波在介质界面的反射和折射,声波在传播过程中，由一种介质到达另一种介质，在两种介质的分界面（界面）上，声波会发生方向和能量的变化：一部分声波被反射回到原来介质中，称为反射波；另一部分声波透过界面在另一种介质中继续传播，称为折射波。,反射系数与透射系数的大小取决于两种介质的声学特性，具体来说取决于介质的特性阻抗Z。特性阻抗Z表征介质的声学特性，其值为介质的密度和波速

7、的乘积，即Z=v,2.1.7.2 声波在介质界面的反射和折射,R+T=1，符合能量守恒定律；Z1=Z2时，R=0，T=1，声波全部透过界面，无反射；两种介质特性阻抗相差悬殊时（Z1 Z2或Z1 Z2），R1，T0，即声波能量在界面绝大部分被反射，难于进入第二种介质。,2.1.7.3 声波在介质界面的反射和折射,？为什么换能器和被测体之间需要耦合介质（黄油、水等）？超声波为什么可以探测裂缝！钢、混凝土一类固体介质特性阻抗较大，液体一类介质次之，空气的特性阻抗最小，因此，在空气与固体介质界面上，声波很难通过，绝大部分被反射。,2.1.7.4 声波在介质界面的反射和折射,2.1.8.1 声波在传播过

8、程的衰减,声波在介质中传播过程中，其振幅将随传播距离的增大而逐渐减小，这种现象称为衰减。声波在任何介质中传播都有衰减存在。声波衰减的大小及其变化不仅取决于所使用的超声频率及传播距离，也取决于被检测材料的内部结构及性能。,声波在固体介质中传播时，由于介质的粘滞性而造成质点之间的内摩擦，从而使一部分声能转变为热能；同时，由于介质的热传导，介质的稠密和稀疏部分之间进行热交换，从而导致声能的损耗，这就是介质的吸收现象。介质的这种衰减称为吸收衰减，以吸收衰减系数表征。吸收衰减系数与声波频率的1次方、2次方成正比。,1.吸收衰减,2.1.8.2 声波在传播过程的衰减,当介质中存在颗粒状结构而导致的声波的衰

9、减称散射衰减。一方面是因为其中大的颗粒（粗骨料）构成许多声学界面，使声波在这些界面上产生多次反射、折射和波型转换；另一方面是微小颗粒在相应频率的超声波作用下产生共振现象，其本身成为新的振源，向四周发射声波，使声波能量的扩散达到最大。当颗粒的尺寸远小于波长时，散射衰减系数与频率的4次方成正比。,2.散射衰减,2.1.8.3 声波在传播过程的衰减,3.扩散衰减 发射换能器发出的超声波束都有一定的扩散角。波束扩散，则声波能量逐渐分散，从而使单位面积的能量随传播距离的增加而减弱。用于混凝土检测的低频超声波扩散角很大。传播一定距离后，在混凝土中的超声波已近于球面波。远离声源的球面波的声压与至声源的距离r

10、成反比，即r愈大，声压愈小。扩散衰减的大小仅取决于声幅射器的扩散性能及波的几何形状而与传播介质的性质无关，故测量时选取相同距离，使扩散衰减成为恒量，并作相对比较。,2.1.8.4 声波在传播过程的衰减,以p代表某声压，p0代表比较基础的基准声压，则声压比为p/p0,振幅比A/A0以分贝表示,10100100100000倍,20dB+40dB+40dBl00dB,声学中以分贝(dB)表示两个量纲相同的量的比。,2.1.8.5 声波在传播过程的衰减,2.1.9 混凝土超声检测中应用的超声波,脉冲超声波是复频波 由许多不同频率的余弦波组成。其固有的主频率就是换能器上的标称频率。频漂 由于声波的衰减与

11、频率有关，频率越高,衰减越大，脉冲超声波传播时由于衰减将引起主频率向低频侧的漂移。,重复间断发射 超声波不是连续不断的，而是以一定重复频率(100Hz或50Hz)间断地发射出一组组脉冲波。称为超声脉冲波。,2.2 超声波仪器设备,上世纪50年代，进口仪器（英国产UCT/2型），电子管式仪器。1964年同济大学研制出我国第一台超声仪CTS-10型。70年代后期天津建筑仪器厂SC-2型超声仪湘潭无线电厂SYC-2型，用于岩体声波参数试验。CTS-25型非金属超声仪同济大学研制的仪器后经汕头超声电子仪器研究所修改定型生产（后转给汕头超声电子仪器公司生产）。,2.2.1.1 超声仪的发展,模拟式超声仪

12、是将接收放大后的信号（模拟信号）直接送到显示系统，以示波器直接显示。每当出现一个同步信号，仪器就发射、扫描、计时、显示一次，然后等待下一次同步信号的触发。同步信号即频率为100Hz或50Hz，每秒钟出现100或50 帧扫描波形和声时显示。这样高的重复频率使得波形无闪烁。,2.2.1.2 模拟式超声仪,2.2.1.3 数字式超声仪,U-Sonic,NM-4B,ZBL-U510,CUT201,RS-UT01C,2.2.1.4 数字式超声仪,数字式超声仪通过信号采集器采集信号，再将采集到的一系列离散信号转化为数字量（A/D转换），加以存储，再将采集并转换后的数字量再转化为模拟量（D/A转换）在屏幕上

13、显示出来。早期研制的数字式超声仪单次（或数次）采集一个信号后即显示这个信号，即静态显示。近年来新研制的数字式超声仪已实现了多次循环采集和显示，重复的频率可到数十次每秒，可获得动态波形，称为动态显示。,2.2.1.5 数字式超声仪,数字式超声仪优点接收信号被转化为数字量，便于对信号（包括测试结果和整个波形）的存储和重现；信号为数字量，可方便地对信号进行各种后处理。目前常进行的是对信号作频谱分析；信号已变成不同幅值（电压）的离散量，根据信号幅值的前后变化情况可以判断出接收信号到达的起点，即实现用软件进行的声时和振幅自动判读。数字式超声仪以计算机为主体，许多测试规程规定的数据处理、计算均可编制成软件

14、在仪器上运行，直接获得测试的初步结果。,2.2.1.6 对超声仪的要求,1.具有实时显示和记录接收信号的时程曲线以及频率测量或频谱分析功能；,2.声时测量分辨率优于或等于0.1s；波幅测量相对误差小于5，系统频带宽度为1200kHz，系统最大动态范围不小于100dB。,3.声波发射脉冲宜为阶跃或矩形脉冲，发射电压1001000V。,换能器 超声波检测混凝土，首要解决超声波的产生和接收，再进行测量。采用换能器产生和接收超声波。发射换能器 采用最方便的能量电能，将它转化为超声能量，即产生出超声波。接收换能器 当超声波在混凝土中传播后，为了度量超声波的各种声学参数，将超声能量转化为最容易量测的量电量

15、。,2.2.2.1 换能器原理,2.2.2.2 压电效应,正压电效应 对某些不显电性的电介质施加压力，引起介质内部正负电荷中心发生相对位移而极化，导致介质两端上出现符号相反的束缚电荷。正压电效应被用来接收超声波。反压电效应 将具有压电效应的介质置于电场内，由于电场作用引起介质内部正负电荷中心发生位移，这位移在宏观上表现出产生了应变。反压电效应被用来发生超声波。,2.2.2.3 压电材料,天然晶体石英,换能器,2.2.2.3 换能器种类,夹心式换能器结构1-配重块；2-压电片；3-幅射体,2.2.2.4 平面型换能器,2.2.2.5 柱状换能器,JF圆环式径向换能器外观,2.2.2.6 对换能器

16、的要求,1.圆柱状径向振动，沿径向无指向性；,2.外径小于声测管内径，有效工作面长度不大于150mm；,3.谐振频率宜为3050kHz；,4.水密性满足 1MPa水压不渗水。,2.2.3.1 初读数的计算,初读数包括3部分：仪器（包括换能器）所形成的零读数t0；超声波在声测管水中的传播时间tw；超声波在声测管管壁中的传播时间tp。,t0a=t0+tw+tp,2.2.3.2 标定t0,平面换能器类似,d3,d1,d2,2.2.3.3 初读数的计算,Cw=1480m/s,Cp=5940m/s,3 混凝土内部缺陷检测,3.1.1 混凝土缺陷探测原理,声时，波速2）首波波幅,缺陷处声学参数特征：,4)

17、波的传播 路径复杂，各种波叠加造成波形畸变,3)接收波主频值,3.1.1 混凝土缺陷探测原理,3.1.2 混凝土缺陷及裂缝探测的一般程序,混凝土缺陷（包括不密实区和空洞、结合面质量、表面损伤层）以及裂缝的检测一般程序如下：（1）制订测试方案收集资料，实地考察，制订测试方案。视测试面情况及测距大小选择平测法、对测法、斜测法或者钻孔法。（2）仪器设备超声仪及换能器应满足规范要求及现场检测需要。根据测试面情况选型式，测距选频率。（3）对测试面或钻孔的要求平面换能器要求混凝土表面平整、干净。径向换能器要求钻孔或声测管互相平行，直径略大。,（4）耦合条件平面换能器：与混凝土表面达到完全平面接触，减小衰减

18、。径向换能器：孔（管）中注满清水，换能器不偏斜。（5）测线布置尺寸较大测线疏一些，小构件测线应密一些；普测时测线疏一些，单方向对测，有怀疑的区域密一些，进一步斜测；平面检测时，记录各测点编号及位置；钻孔检测时，记录各测点高程。（6）信号采集记录声时、振幅、频率和波形这四个声学参数。异常部位保存波形。（7）分析计算在现场初步分析，缺陷部位复测或详测，室内进一步分析处理。,3.1.2 混凝土缺陷及裂缝探测的一般程序,3.2 不密实区和空洞检测,不密实区是指因振捣不够、漏浆或离析等造成的蜂窝状，或因缺少水泥形成的松散状以及遭受意外损伤产生的疏松状混凝土区域。空洞是指因为钢筋密集，混凝土无法振实，造成

19、石子架空，或者在浇筑过程中混凝土中混入了声阻抗较低的杂物（如泥块、木块、砖头等）。,3.2.1 不密实区和空洞检测测线布置,1 对测法,适用于具有两对平行测试面的结构。在两对平行的测试面上，画出等间距的网格，网格间距0.21.0m，大型结构物可适当加大，编号确定对应的测点位置。,适用于只有一对平行测试面的结构；测点间距同前。,2)斜测法,3.2.1 不密实区和空洞检测测线布置,斜测法立面图,3）钻孔法,适用于钻孔或预埋管，孔距2-3m；测点间距0.20.5m；缺陷附近，测点加密。,3.2.1 不密实区和空洞检测测线布置,A,B,1.常规对测测点间距S(0.2:1.0m),2.局部加密对测S10

20、0mm,3.A高B低斜测S同加密对测,4.A低B高斜测S同加密对测,现场缺陷测试程序,3.2.2 缺陷分析方法,异常测点判断概率统计法,缺陷范围判断阴影重叠法,缺陷程度判断层析成像法,3.2.2 异常测点判断概率法,南京水利科学研究院罗骐先教授提出，现已编入各类超声检测规范。,基本构想如下：正常混凝土质量波动是偶然误差所引起，符合正态分布；缺陷是由过失误差（漏振、漏浆、架空等）引起，不符合正态分布；找出一批检测数据的临界值，低于临界值即缺陷异常点。,3.2.2 异常测点判断概率法,对n 个测点统计平均值、标准差s。,查表或计算P(1/n)的分位值ka,测点数不少于30个,将所有测值按大小次序排

21、列，即x1 x2 x3 xn-1 xn xn+1，将排在后面明显小的数据视为可疑，例如xn、xn+1，先予舍弃，以剩下的其他数据进行统计计算，得到一临界值xL1。这时可能出现两种情况：a)若xn-1xL，则将xn-1也舍掉，以其余的数据重新进行统计计算、判断，以此类推，直到所舍弃的数据中最大的一个大于或等于临界值为止，则这个最大值以后的数据为异常点。b)若xn-1 xL，则将xn纳入统计数据中，将其余的数据舍弃，重新进行统计计算、判断，以此类推，直到所舍弃的数据中最大的一个小于临界值为止，则这个所舍弃的最大值及其以后的数据为异常点。,3.2.2 异常测点判断概率法,3.2.2 异常测点判断概率

22、法,步骤1,假设 t16、t20可疑，对t1 t15统计：n=15，mt=109.9，St=1.71，1=1.50 x0=mt+1St=109.9+1.711.50=112.5t15x0说明t15为正常值。同样计算得到t16也为正常值,3.2.2 异常测点判断概率法,步骤2,对t1 t17统计：n=17，mt=110.3，St=2.00，1=1.56x0=mt+1St=110.3+1.562.00=113.4t17x0说明t17为异常值。,结论,将所有相交的缺陷阴影区进行叠加，其交叉重叠所围成的区域，称为缺陷阴影区，即为缺陷的范围。,3.2.3 缺陷区域判断阴影重叠法,声测管周围局部缺陷,实际

23、缺陷,3.2.3 缺陷范围判断阴影重叠法,声测管之间局部缺陷,3.2.3 缺陷范围判断阴影重叠法,缩颈缺陷,3.2.3 缺陷范围判断阴影重叠法,阴影重叠法,第三节 混凝土裂缝深度检测,单面平测法 适用于只有一个外露表面的结构浅裂缝，如混凝土路面、飞机跑道、隧洞、大体积混凝土浅裂缝。双面斜测法 适用于具备一对平行测试面的结构，例如桥梁工程的梁、柱、墩等。钻孔对测法 适用于具备钻孔条件的大体积混凝土结构深裂缝。,3.1 单面平测法,3.1 单面平测法,（1）选择测试部位。（2）不跨缝的声时测量 T和R换能器置于裂缝附近同一侧，两个换能器内边缘间距依次等于50、100、150、200mm、，分别读取

24、声时值。（3）跨缝的声时测量 分别置于以裂缝两侧，两个换能器同步向外侧移动，依次等于50、100、150、200mm、，分别读取声时值。,测试步骤：,3.1 单面平测法,（4）记录首波反转时的测距当换能器置于裂缝两侧并逐渐增大间距，首波的振幅相位先后发生180的反转变化。,4.1 单面平测法,1）不跨缝测量,三点平均值法跨缝测试在某测距发现首波反相时，用该测距及其两个相邻测距的声时测量值分别计算hci，取此三点的平均值hci作为该裂缝的深度。平均值加剔除法首先求出各测距计算深度hci的平均值mhc。再将各测距与相比较，凡 和，剔除其 hci，取余下 hci的平均值作为该裂缝深度hc。,3.1

25、单面平测法,裂缝深度确定方法,3.1 单面平测法,单面平测法检测混凝土试块裂缝深度,测距250mm处首波反转,mhc=177.6mm,3.1 单面平测法,三点平均为：173.3mm,平均值加剔除法：172.4mm,影响因素：,裂缝深度不适用于50cm深的裂缝；裂缝长度当裂缝深度大于裂缝长度的一半时，超声波在长度方向的绕射距离将小于从裂缝尖端绕射距离；钢筋影响避免测线与钢筋平行，难以避免则换能器偏离钢筋的最短距离为裂缝深度的1.5倍左右,3.1 单面平测法,3.2 双面斜测法,3.2 双面斜测法,！限制钻孔间距小于2m,3.3 钻孔对测法,钻孔直径应比换能器直径大510mm；孔深应至少比裂缝预计

26、深度深700mm；对应的两个钻孔A、B，必须始终位于裂缝两侧，其轴线应保持平行；两个对应测试孔的间距宜为2000mm；孔中粉末碎屑应清理干净；在裂缝一侧多钻一个孔距相同但较浅的孔。,3.3 钻孔对测法,钻孔要求：,采用扶正器以确保换能器在孔中居中；选用频率在20-60kHz之间的一对径向换能器，为增加信号的可读性，接收换能器应带有前置放大器；以首波波幅A变化为判断依据。,3.3 钻孔对测法,测试及分析：,3.3 钻孔对测法,采用专门制作的径向换能器（15mm，80kHz），对钻孔直径要求小，采用电锤打孔，钻头直径为20mm。,第七节 钢筋位置和保护层厚度检测,混凝土结构工程施工质量验收规范：抽

27、取一定数量的梁、板类构件进行钢筋保护层厚度的检测，以作为结构实体检验的内容，规定了抽样比例、钢筋检测数量、钢筋保护层厚度的允许偏差及验收方法；水利水电基本建设工程单元工程质量等级评定标准：规定了钢筋位置和保护层厚度的允许偏差；水运工程混凝土试验规程：对电磁感应法检测钢筋位置和保护层厚度作出规定；北京市出台了地方标准电磁感应法检测钢筋保护层厚度和钢筋直径技术规程(DB11/T365-2006)。,7.1 标准情况,电磁感应法（钢筋保护层测定仪）雷达法（钢筋混凝土雷达）,7.2 检测方法,7.2.1 电磁感应法,电磁感应法测量原理主机交流信号 探头产生交变磁场 测量线圈出现感生电流输出信号。x=0

28、，,校准时间定期、新仪器启用前、检测数据异常、经过维修或更换主要零配件（如探头、天线等)校准方法：试件校准 在1050mm内检测误差不大于1mm,7.2.1 电磁感应法,（1）准备工作：清理检测面、仪器预热和调零（2）钢筋位置测定 平移探头信号最大处（保护层值最小处）旋转探头 信号最大处（保护层值最小处）量测钢筋的间距（3）保护层厚度测定 设定钢筋公称直径，读数，同一位置重复，两次相差不大于1mm。保护层厚度 过小，加垫块,计算时扣除（4）检测数据处理 绘制钢筋间距图，计算最大间距、最小间距和平均间距,7.2.1 电磁感应法,钢筋截面形状；钢筋间距：净距/钢筋保护层厚度1.31.5时，相邻钢筋

29、对保护层厚度检测的影响较小；绑扎铁丝；混凝土原材料：铁磁性物质，如钢纤维混凝土；检测面光洁度；外界影响；钢筋锈蚀。,7.2.1 电磁感应法,影响因素,7.2.2 结构混凝土雷达法,雷达波属于电磁波，频率300MHz300GHz，真空中波长1m1mm。雷达波对电磁特性敏感。军事雷达探地雷达 结构混凝土雷达（1GHz）时距法：根据传播速度v和发射波至反射波返回的时间差，确定反射体距测试表面距离D,7.2.2 结构混凝土雷达法,7.2.2 结构混凝土雷达法,7.2.2 结构混凝土雷达法,查阅设计图纸等资料，了解被测钢筋混凝土结构钢筋与保护层厚度情况。确定雷达仪扫描路线。天线运行方向应垂直于被测钢筋，

30、扫描路线避免其它钢筋产生影响，尽量避开预埋金属物体。仪器天线沿扫描路线均匀、平稳地运行，速度不宜过快，注意雷达仪一次扫描允许的最长距离。扫描完毕，转入数据处理，也可将数据存入计算机进行处理。,测量步骤,7.2.2 结构混凝土雷达法,第八节 混凝土中钢筋半电池电位测定,8 混凝土中钢筋半电池电位测定,基本原理 当构件中钢筋表面阴极极化性能变化不大时，钢筋半电池电位主要决定于阳极性状：阳极钝化，电位偏正；活化，电位偏负。适用于现场无破损检测海洋环境水工钢筋混凝土构筑物中钢筋半电池电位，以确定钢筋腐蚀性状。不适用于已饱和或接近饱和的混凝土，钢筋虽未锈，但因缺氧，阴极极化很强，半电池电位为负。,仪器设

31、备铜硫酸铜参比电极。直流电压表：量程2000mV，最小分刻度10mV，输入阻抗应力不低于10M。电瓶夹头一只导线，总长不大于100m,8 混凝土中钢筋半电池电位测定,试验步骤布置测点：纵、横向间距为30cm50cm，当相邻两测点测值代数值之差超过150mV时，应适当缩小测点间距 在构筑物表面，与里面钢筋网电连接的露头钢筋上，用电瓶夹头引出导线，接电压表的正极 从铜-硫酸铜参比电极的紫铜棒上引出导线，接电压表的负极 测读各测点电位，精确至10mV。5min内变化在20mV以内,8 混凝土中钢筋半电池电位测定,试验结果处理绘制构件表面钢筋半电池等电位图，间隔100mV 绘出累积频率图 评估标准半电

32、池电位正向大于-200mV，腐蚀概率90；半电池电位在-200mV-350mV范围内，钢筋腐蚀性状不确实。,8 混凝土中钢筋半电池电位测定,8 混凝土中钢筋半电池电位测定,第九节 混凝土结构现场试验,9.1 现场试验目的,静载试验 施加静荷载，测试变形、应力、应变。试验荷载可以逐级施加，及时观测结构受力和变形的发展变化。动载试验 施加动荷载，测试频率、振型和阻尼比。动力特性可以在小振幅试验下求得，不会使结构出现过大的振动和损坏。,新建结构 检验水工结构设计与施工质量 验证水工结构设计理论和设计方法 已建结构 评定混凝土结构的实际承载能力 使用标准提高 加固改造,9.1 现场试验目的,（一）制定

33、试验方案,试验目的研究内容荷载施加方法观测项目和测点布置仪器和设备人员组织进度计划经费预算,9.2 静载试验与测试,（二）静载试验的实施,1试验准备试验部位的选择临时支架搭设人员组织及分工加载设备和配套设施到位仪器的配备和安装调试,9.2 静载试验与测试,2观测项目和测点布置 最大拉、压应变观测项目 结构的沉降、水平位移 结构的挠度 裂缝的出现和裂缝的发展 测点宜少不宜多 测点布置 测点的代表性和可对比性 布置一定数量的校核测点,9.2 静载试验与测试,2观测项目和测点布置 以启闭机梁静载试验为例，观测项目和测点布置：简支梁：跨中截面应变、支座沉降、跨中挠度；连续梁：跨中和支座截面应变、支座沉

34、降、跨中挠度；无铰拱：拱顶、L/4及拱脚截面应变，跨中、L/4处挠度。,9.2 静载试验与测试,3测量仪器和测量方法 应力应变测量：电阻应变计、钢弦式应变计；线位移测量：接触式、非接触式。角位移测量：水准管式倾角仪、水准式角位移传感器和电阻应变式角位移传感器。裂缝观察与测量 仪器选择要综合考虑精度要求和环境适应性,9.2 静载试验与测试,4试验荷载的施加(1)试验荷载的确定静载试验效率 Ss试验荷载作用下控制测点的作用效应计算值；S设计荷载作用下控制测点的最不利作用效应计算值；u按设计规范采用的冲击系数。0.80 1.05,9.2 静载试验与测试,(2)试验荷载的分级和加载方式重物加载：一般分

35、成34级，通常为最大试验荷载的60%、80%、90%、100%；逐级加载至最大试验荷载，然后再逐渐卸载至零。车辆加载：一般分成23级；逐级递增的循环加载。(3)试验荷载的持续时间和试验时段 试验荷载的持续作用时间取决于结构变形达到稳定所需的时间；加载试验时间一般选择在外界气候条件较好，气温变化相对较小时段，一般选择晚上10时至凌晨5时。,9.2 静载试验与测试,(4)预加载试验 使结构进入正常工作状态检查试验装置和观测仪器(5)停止加载条件 控制测点的应力、变位、挠度达到控制值或规范规定值；加载过程中出现超过规范规定允许缝宽的裂缝，或者出现斜裂缝；结构的变位或挠度不能稳定时；出现了其他的破坏，

36、影响结构的承载能力或正常使用。,9.2 静载试验与测试,（三）试验数据分析及结构承载力评定,1测值的修正2荷载效应校验系数和结构安全储备评价 荷载效应校验系数=1：理论计算值与实测值相符，结构承载力正常；1：表明强度或刚度不足，结构不安全。,9.2 静载试验与测试,9.2 静载试验与测试,3结构强度评价：4结构刚度评价：实测最大变位与规定值比较 5结构相对残余变形分析：相对残余变形=实测残余变形/试验荷载作用下的总变形 6结构裂缝分析：结构裂缝的出现和裂缝的发展程度通过以上荷载试验结果的分析，就可以对水工混凝土结构的实际承载力做出技术评价。,1）自振特性：基频、阻尼比、振型；2）动力响应：动应

37、力、冲击系数、振幅、动 加速度。,水工混凝土结构动载试验的测试项目,9.3 动力特性试验,1.自由振动法频率：对数衰减率/阻尼比：由衰减振动曲线求固有频率 由自由衰减振动曲线求阻尼特性,9.3 动力特性试验,2.强迫振动法 施加简谐外力 则振动位移 式中，动力放大系数 相位差,9.3 动力特性试验,频率 共振波峰处的频率即为结构的固有频率 阻尼比 由共振时的动力放大系数求阻尼比振型 在结构若干位置上同时进行测量强迫振动幅值，归一化，得到振型。,9.3 动力特性试验,嶂山闸动力特性现场试验,9.3 动力特性试验,一阶自振频率为4.8Hz；一阶振型阻尼比为0.070.10之间,3.随机振动法 在测试工作中通过测振传感器测量脉动源x(t)和结构反应的脉动信号y(t)的记录，由专用信号处理机（频谱分析仪）通过使用具有传递函数等功率谱程序进行计算处理，得到结构的动力特性频率、振幅、相位等。,9.3 动力特性试验,王五平单位：南京水利科学研究院电话：025-85829631E-mail：,欢迎提出宝贵意见！,