桥梁工程检测实验指导书.doc

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1、桥梁工程检测课程实验指导书执笔人：王俊 专业班级组别姓名学号南京工业大学桥梁工程系2011年11月桥梁工程检测实验指导书一试验目的和要求桥梁工程检测是判定桥梁结构承载能力和使用条件、检验设计和施工质量的重要手段之一。桥梁工程检测主要包括现场静载试验、现场动载试验和桥梁结构无损检测，本课的试验主要包括：现场静载、动载的演示性模拟试验；桥梁结构无损检测试验。通过试验教学使学生熟悉和掌握桥梁工程检测的主要理论基础和技术要求，能够在相关指导下进行试验的组织安排和实施，能够具体进行关键试验设备的操作，并完成试验任务。二综合实验的内容1.桥梁结构静载、动载的演示性模拟试验2.桥梁结构混凝土强度的无损检测；

2、3.桥梁结构混凝土缺陷的无损检测；4.桥梁结构混凝土裂缝检测；5.桥梁结构混凝土损伤检测；三仪器设备与材料1.桥梁结构静载测试仪、动载测试仪、桥梁挠度测试仪。2.数显回弹仪、混凝土超声波检测仪；3.混凝土超声波检测仪或雷达扫描仪； 4.裂缝观测仪、数显裂缝测量仪、混凝土超声波检测仪； 5.碱骨料反应诊断仪、RAT碱含量测定仪、RCT氯含量测定仪、钢筋锈蚀测定仪； 实验一 桥梁结构静载、动载的演示性模拟试验学 时：2学时 实验性质：验证性实验目的要求： 掌握和熟悉桥梁结构静载、动载测试实验的方法，熟悉测试实验使用的仪器和实验的准备测试全过程，通过实验掌握桥梁结构在荷载作用下，受力和变形特点、挠度

3、变化及结构力学特征等，使学生掌握主要的检测方法和应用条件，熟悉常用的检测仪器及基本操作方法。仪器用具：应变片、位移传感器、百分表、千分表或专用钢尺、加载设备、计算机及相关配套设备桥梁结构静载测试仪、动载测试仪、桥梁挠度测试仪。实验内容：演示桥梁结构静载或动载试验的全过程；演示桥梁结构挠度检测的方法和试验过程。试验步骤：1.试验准备工作安排演示；2.试验方案实施演示； 3.测点布置的要求和实施演示； 4.测试仪器、加载设备的安装与调试演示； 5.加载及测试过程演示。试验数据整理与分析：仪器型号_ 应变单位_ 应变记录表 电阻片标距_ 电阻片灵敏度_ 年 月 日项目 位置12345678910时间

4、加载程序1234567891011121314Rm 测读_记录_整理_校核_负责人 仪器型号_ 加速度单位_ 加速度记录表 加速度灵敏度_ 年 月 日工况加载等级测试位置的加速度幅值(mm)12345678910123测读_记录_整理_校核_负责人 结论：实验二 桥梁结构混凝土强度的无损检测学 时：2学时 实验性质：综合性实验目的要求：目前常采用的方法有两种：回弹法测定桥梁结构混凝土强度；超声波-回弹综合法检测桥梁结构混凝土强度。通过桥梁结构混凝土强度的无损检测实验，使学生掌握主要的检测方法和应用条件，熟悉常用的检测仪器及基本操作方法。仪器用具：数显回弹仪、混凝土超声波检测仪实验内容：1. 回

5、弹法测定桥梁结构混凝土强度试验步骤与方法： (1)测区布置取一个混凝土构件作为评定混凝土强度的最小单元，至少取10个测区。对长度小于3m，高度低于0.6m的构件，其测区数量可适当减少，但不应少于5个。相邻测区间距不宜大于2m。(2)回弹值测量测试时回弹仪应始终与测面相垂直，并不得打在气孔和外露石子上。每一测区的两个测面用回弹仪各弹击8点，如一个测区只有一个测面，则需测16个点。同一测点只允许弹击一次，测点宜在测面范围内均匀分布，每一测点的回弹值读数准确至一度，相邻两测点的净距一般不小于20mm，测点距构件边缘或外露钢筋、钢板的间距不得小于30mm。测试回弹值时，将弹击杆顶住混凝土的表面，轻压仪

6、器，松开按钮，弹击杆徐徐伸出。使仪器对混凝土表面均匀施压，待弹击锤脱钩冲击弹击杆后即回弹，带动指针向后移动并停留在某一位置上，即为回弹值。操作中注意仪器的轴线应始终垂直于构件混凝土的表面。(3)构件的碳化深度测量完成回弹测量后，测量构件的碳化深度，用冲击钻在测区表面开直径为15mm的孔洞，其深度应大于混凝土的碳化深度。清除洞中的粉末和碎屑后(注意不能用液体冲洗孔洞)，立即用1的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，碳化部分的混凝土不变色，而未碳化部分的混凝土会变成紫红色，然后用钢尺测量出碳化深度值，应准确至0.5mm。一般一个测区选择13处测量混凝土的碳化深度值，当相邻测区的混凝土质量或回弹值与它

7、基本相同时，那么该测区的碳化深度值也可代表相邻测区的碳化深度值，一般应选不少于构件的30测区数测量碳化深度值。 2.回弹法测定桥梁结构混凝土强度试验数据整理与分析 回弹测强记录表与回弹值计算 当回弹仪水平方向测试混凝土浇筑侧面时，应从每一测区的16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，取余下的10个回弹值的平均值作为该测区的平均回弹值，计算公式为： Rm=Ri/10 式中：Rm测区平均回弹值，精确至0.1；Ri第i个测点的回弹值。 回弹法测强曲线是根据回弹仪水平方向测试混凝土试件侧面的试验数据计算得出的，当回弹仪非水平方向检测混凝土浇筑侧面时，应按下列公式修正： Ra=Rm+Raa 式中：Ra

8、修正后的测区回弹值；Raa测试角度为a的回弹修正值，按教科书中表5-3采用。 当水平方向检测混凝土浇筑顶面或底面时，应按下列公式修正： Ra=Rm+(Rta+Rba) 式中：Rta、Rba测顶面、底面时的回弹修正值，按教科书中表5-4采用；测试结果填入下列表格，根据测试回弹值和碳化深度值换算成被测构件测区的混凝土抗压强度值。混凝土强度的计算 根据行业标准回弹法检测混凝土抗压强度技术规程(JGJT23-92)的规定，用回弹法检测混凝土强度时，除给出强度推定值外，对于测区数小于10个的构件，还要给出平均强度值、测区最小强度值；测区数大于等于10个的构件还要给出标准差。 测区混凝土强度值换算值 测区

9、混凝土强度换算值是指将测得的回弹值和碳化深度值换算成被测构件的测区的混凝抗压强度值。构件第i个测区混凝土强度换算值(f ccu,i),根据每一测区的平均回弹值(Rm)及平均碳化深度值(dm)，查阅由统一曲线编制的测区混凝土强度换算表(附表1)得出；有地区或专用测强曲线时，混凝土强度换算值应按地区或专用测强曲线换算得出。构件混凝土强度的计算 a.构件混凝土强度平均值及标准差试件名称_试件编号_ 回弹值原始记录表 第 页共 页 年 月 日项目 测区12345678910回弹值12345678910111213141516Rm 测读_记录_整理_校核_负责人 结构或构件的测区混凝土强度平均值可根据各

10、测区的混凝土强度换算值计算。当测区数为10个及以上时，应计算强度标准差。平均值和标准差应按下列公式计算 式中： f ccum构件测区混凝土强度换算值的平均值(MPa)，精确至0.1MPa； n对于单个检测的构件，取一个构件的测区数；对批量检测的构件，取被抽检构件测区数之和； Sf构件测检混凝土强度换算值的标准差(MPa)，精确至0.01MPa。 b.构件混凝土强度推定值 结构或构件的混凝土强度推定值(fcu,e)是指相应于强度换算值总体分布中保证率不低于 95的结构或构件中的混凝土抗压强度值，应按下列公式确定： 构件测区数少于10个时 fcu,e=f ccu,min 式中：f ccu,min构

11、件中最小的测区混凝土强度换算值。 构件测区混凝土强度值中出现小于10MPa时： fcu,e 10.0MPa 构件测区数不少于10个或按批量检测时，应按下列公式计算： fcu,e = f ccum -1.645Sf c.对于按批量检测的构件，当该批构件混凝土强度标准差出现下列情况之一时，则该批构件应全部按单个构件检测： 该批构件混凝土强度平均值小于25MPa时：Sf4.5MPa； 该批构件混凝土强度平均值不小于25MPa时：Sf5.5MPa。2.超声波-回弹综合法检测桥梁结构混凝土强度试验步骤与方法：检测准备 检测构件时布置测区应符合下列规定：a)按单个构件检测时，应在构件上均匀布置不少于10个

12、测区；b)当对同批构件抽样检测时，构件抽样数应不少于同批构件的30，且不少于 4件，每个构件测区数不少于10个；c)对长度小于或等于2m的构件，其测区数量可适当减少，但不应少于3个。 每个构件的测区，应满足以下的要求：a)测区的布置应在混凝土浇筑方向的侧面；b)测区应均匀布置，相邻两测区的间距不宜大于2m；c)测区应避开钢筋密集区和预埋钢板；d)测区尺寸为200mm200mm；相对应的两个200mm200mm方块应视为一个测区；测试面应清洁和平整；测区应标明编号；e)测试面应清洁、平整、干燥，不应有接缝、饰面层、浮浆和油垢，并避开蜂窝、麻面部位，必要时可用砂轮片磨平不平整处。每一测区先进行回弹

13、测试，再进行超声测试。对非同一测区的回弹值和超声声速值，不能按综合法计算混凝土强度。 测试方法与测值计算 回弹值的测量方法如前所述。超声声速值的测量与计算简要介绍以下： 超声声时值的测量超声测点回弹测点 超声测点应布置在回弹测试的同一测区内。测量超声声时值时，应保证换能器与混凝土耦合良好，测试的声时值应精确至 0.1ms，声速值应精确至0.0lkm/s，超声波传播距离的测量误差应不大于1%。在每个测区内的相对测试面上，应各布置3个超声测点，且发射和接收换能器的轴线应在同一直线上，见图所示。1.回弹法测定桥梁结构混凝土强度试验数据整理与分析： 声速值的计算 测区声速值应按下式计算 v=l/tm

14、； tm=(t1+ t2+t3)/3式中：v测区声速值(km/s)； l超声波检测距离(mm)；tm测区平均声时值(ms)； t1、 t2、t3分别为测区中3个测点的声时值。 当在混凝土浇注的顶面与底面测试时，由于上表面砂浆较多强度偏低，底面粗骨料较多强度偏高，综合起来与成型侧面是有区别的，此外，浇注表面不平整会使声速偏低，所以进行上表面与底面测试时声速应进行修正：va=1.034vi 式中：va修正后的测区声速值(km/s)。 超声波测强记录表试件名称_试件编号_ 超声波测强原始记录表 第 页共 页 年 月 日项目 测区12345678910超声声时值ms123平均值测距(mm)1000声速

15、(km/s)换算强度(MPa) 测读_记录_整理_校核_负责人 混凝土强度的计算推定用综合法检测构件混凝土强度时，构件第i个测区的混凝土强度换算值f ccu,i，应根据修正后的测区回弹值Rai及修正后的测区声速值vai，按已确定的综合法相关测强曲线计算。当结构所用材料与制定的测强曲线所用材料有较大差异时，须用同条件试块或从结构构件测区钻取的混凝土芯样进行修正，试件数量应不少于3个。此时，得到的测区混凝土强度换算值应乘以修正系数。修正系数可按下列公式计算：有同条件立方体试块时 有混凝土芯样试件时 式中：修正系数； fcu,i第i个混凝土立方体试块抗压强度值； f ccu,i 对应于第j个立方体试

16、块或芯样试件的混凝土强度换算值； fcor,i第j个混凝土心样试件抗压强度值；n试件数。构件混凝土强度的推定与 “回弹法检测混凝土强度”相同，这里就不再赘述。实验三 桥梁结构混凝土缺陷的无损检测学 时：2学时 实验性质：综合性实验目的要求：通过桥梁结构混凝土缺陷的无损检测实验，使学生掌握主要的检测方法和应用条件，熟悉常用的检测仪器及基本操作方法。仪器用具： 混凝土超声波检测仪或雷达扫描仪；实验内容：桥梁结构混凝土的缺陷超声波法试验的基本操作方法和步骤：1.平面对测如下图所示，在测区的两对相互平行的测试面上，分别画出间距为200300mm的网格，并编号确定对应的测点位置，然后将T、R换能器分别置

17、于对应测点上，逐点读取相应的声时(ti)、波幅(Ai)和频率(fi)，并量取测试距离(li)。 2.平面斜测结构中只有一对相互平行的测试面或被测部位处于结构的特殊位置，可采用斜测法进行检测。测点布置如下图所示。 3.测试孔检测法测孔的直径一般为45-50mm,测孔深度视检测需要而定。结构侧面采用厚度振动式换能器，一般用黄油耦合，测孔中用径向振动式换能器，用清水作耦合剂。换能器布置如下图所示。检测时根据需要，可以将孔中和侧面的换能器置于同一高度，也可将二者保持一定的高度差，同步上下移动，逐点读取声时、波幅和频率值，并记下孔中换能器的位置。试验数据整理与不密实区和空洞的判定：由于混凝土的不均匀性，

18、即使是没有缺陷的混凝土，测得的声时、波幅等参数值也在一定范围内波动。一个测区的混凝土如果不存在空洞、蜂窝区或其它缺陷，则可认为这个测区的混凝土质量基本符合正态分布。1.混凝土声学参数的统计计算 测区混凝土声时(或声速)、波幅、频率测量值的平均值(mx)和标准差(Sx)应按下式计算： 式中：Xi第i点的声时(或声速)、波幅、频率的测量值； n一个测区参与统计的测点数。 2.测区中异常数据的判别 将一测区中各测点的声时值由小到大按顺序排列，即t1t2tntn+1，将排在后面明显大的数据视为可疑，再将这些可疑数据中最小的一个(假定为tn)连同其前面的数据按公式计算出mt及St，并代入公式算出异常情况

19、的判断值(X0)： X0 =mt+l1St式中：l1异常值判定系数，应按教材中表5-7取值。 把X0值与可疑数据中的最小值(tn)相比较，若tnX0，则tn及排在其后的声时值均为异常值；当tnX0时，应再将tn+1放进去重新进行统计计算和判别。 同样，将一测区测点的波幅、频率或由声时计算的声速值按由大到小的顺序排列，即X1X2XnXn+1，将排在后面明显小的数据视为可疑，再将这些可疑数据中最大的一个(假定为Xn)连同其前面的数据按公式计算出mt及St，并代入公式，算出异常情况的判断值(X0)。 X0 =mxl1St 把判断值(X0)与可疑数据中的最大值(Xn)相比较，若Xn X0，则Xn及排在

20、其后的各数据均为异常值；当Xn X0，应再将Xn+1，放进去重新进行统计计算和判别。 3.不密实区和空洞范围的判定 一个构件或一个测区中，某些测点的声时(或声速)、波幅或频率被判为异常值，可结合异常测点的分布及波形状况，判定混凝土内部存在不密实区和空洞的范围。当判定缺陷是空洞时，其尺寸可按下面的方法估算。 如图所示，设检测距离为l，空洞中心(在另一对测试面上，声时最长的测点位置)距一个测试面的垂直距离为lh，声波在空洞附近无缺陷混凝土中传播的时间平均值为mta，绕空洞传播的时间(空洞处的最大声时)为th，空洞半径为r。 根据lhl值和(thmta)/ mta100值，可由教材中表5-8查得空洞

21、半径r与测距l的比值，再计算空洞的大致尺寸r。 如被测部位只有一对可供测试表面，空洞尺寸可用下式计算 式中：r空洞半径(mm)； lT、R换能器之间的距离(mm)； th缺陷处的最大声时值(ms)； mta无缺陷区的平均声时值(ms)。实验四 桥梁结构混凝土裂缝的无损检测学 时：2学时 实验性质：综合性实验目的要求： 测浅裂缝可采用单面平测法和对穿斜测法，深裂缝(开裂深度500mm)采用裂缝两侧钻测试孔的方法测其深度。裂缝的宽度通过裂缝观测仪测定。通过桥梁结构混凝土裂缝的无损检测实验，使学生掌握主要的检测方法和应用条件，熟悉常用的检测仪器及基本操作方法。仪器用具：裂缝观测仪、数显裂缝测量仪、混

22、凝土超声波检测仪；实验内容：桥梁结构混凝土的裂缝深度与宽度桥梁结构混凝土裂缝检测试验的试验方法、步骤试验及裂缝深度判定： 1.平测法(测浅裂缝深度) 如图所示，先将发射换能器T和接收换能器R置于被测裂缝的同一侧，并将T耦合好保持不动，以T、R两个换能器内边缘间距li为l00mm、150mm、200mm，依次移动R并读取相应的声时值ti。以l为纵轴、t为横轴绘制lt坐标图，如图所示。也可用统计方法求l与t之间的回归直线式l=a+bt，式中a、b为待求的回归系数。 每一个测点的超声实际传播距离为 li= li+a 式中：li第i点的超声波实际传播距离(mm)； li 第i点的T、R换能器内边缘间距

23、(mm)； alt图中l轴的截距或回归所得的常数项(mm)。其次，进行跨缝的声时测量。将T、R换能器分别置于以裂缝为轴线的对称两侧，两换能器中心连线垂直于裂缝走向，以l=l00mm、150mm、200mm，分别读取声时值t0i。该声时值便是超声波绕过裂缝末端传播的时间。根据几何关系，可推算出裂缝深度的计算式为： 式中：dci裂缝深度(mm)； ti、t0i分别代表测距为l时，不跨缝、跨缝平测的声时值(ms)。 以不同测距取得的dci的平均值作为该裂缝的深度值dc，如所得的dc值大于原测距中任一个li则应该把该li距离的dci舍弃后重新计算dc值。 布置测点时应注意使T、R换能器的连线至少与该钢

24、筋的轴线相距1.5倍的裂缝预计深度，如图所示，应使a1.5dc。 2.斜测法(测浅裂缝深度)按图所示方法布置换能器，保持T、R换能器的连线通过缝和不通过缝的测试距离相等、倾斜角一致的条件下，读取相应的声时、波幅和频率值。 3.混凝土深裂缝检测深裂缝是指混凝土结构物表面开裂深度在500mm以上的裂缝。如图所示，在裂缝两侧分别钻测试孔A、B。应在裂缝一侧多钻一个较浅的孔C，测试无缝混凝土的声学参数，供对比判别之用。测试孔应满足下列要求：孔径应比换能器直径大5l0mm；孔深应至少比裂缝预计深度深700mm，经测试如浅于裂缝深度，则应加深测试孔；对应的两个测试孔，必须始终位于裂缝两侧，其轴线应保持平行

25、；两个对应测试孔的间距宜为2m，同一结构的各对应测孔间距应相同；孔中粉末碎屑应清理干净。检测时应选用频率为2040kHz的径向振动式换能器，并在其接线上做出等距离标志(一般间隔100500mm)。测试前要先向测试孔中注满清水作为耦合剂，然后将T、R换能器分别置于裂缝两侧的对应孔中，以相同高程等间距从上至下同步移动，逐点读取声时、波幅和换能器所处的深度。 以换能器所处深度d与对应的波幅值A绘制dA坐标图，随着换能器位置的下移，波幅逐渐增大，当换能器下移至某一位置后，波幅达到最大并基本稳定，该位置所对应的深度便是裂缝深度dc。实验五 桥梁结构混凝土损伤的无损检测学 时：2学时 实验性质：综合性实验

26、目的要求：通过桥梁结构混凝土损伤的无损检测试验，使学生掌握主要的桥梁结构混凝土损伤的无损检测方法及其应用条件，熟悉常用的检测仪器及基本操作方法。仪器用具： 碱骨料反应诊断仪、RAT碱含量测定仪、RCT氯含量测定仪、钢筋锈蚀测定仪；实验内容：混凝土表面损伤层检测；碱含量测定仪；RCT氯含量测定仪；钢筋锈蚀测定仪；试验步骤和方法： 1.超声脉冲法检测混凝土表面损伤 超声脉冲法检测混凝土表面损伤层厚度宜选用频率较低的厚度振动式换能器，采用平测法检测，如图5-22所示。将发射换能器T置于测试面某一点保持不动，再将接收换能器R以测距Ji：100、150、200mm，依次置于各点，读取相应的声时值ti。R

27、换能器每次移动的距离不宜大于lOOmm，每一测区的测点数不得少于5个。 检测时测区测点的布置应满足以下要求： (1)根据结构的损伤情况和外观质量选取有代表性的部位布置测区； (2)结构被测表面应平整并处于自然干燥状态，且无接缝和饰面层；(3)测点布置时应避免T、R换能器的连线方向与附近主钢筋的轴线平行。2.混凝土匀质性检测 一般采用厚度振动式换能器进行穿透对测法检测结构混凝土的匀质性。要求被测结构应具备一对相互平行的测试表面，并保持平整、干净。先在两个测试面上分别画出等间距的网格，并编上对应的测点序号。网格的间距大小取决于结构的种类和测试要求，一般为200-500mm。对于测距较小，质量要求较

28、高的结构，测点间距宜小些。测点布置时，应避开与超声波传播方向相一致的钢筋。 测试时，应使T、R换能器在对应的测点上保持良好耦合状态，逐点读取声时值ti测量对应测点的距离li值。试验数据整理与结果：1.损伤层厚度判定 以各测点的声时值ti和相应测距值li绘制“时-距”坐标图，如图5-23所示。两条直线的交点B所对应的测距定为l0，直线AB的斜率便是损伤层混凝土的声速v1，直线BC的斜率便是未损伤层混凝土的声速v2，则 v1=ctga=(l2-l1 )/(l2-l1) ；v2=ctgb=(l5-l1 )/(l5-l1)损伤层厚度可按下式计算： 式中：d损伤层厚度(rain)； l0声速产生突变时的测距(mm)； v1损伤层混凝土的声速(km/s)； v2未损伤层混凝土的声速(km/s)。 2.混凝土均质性计算和分析 混凝土的声速值、混凝土声速的平均值、标准差及离差系数分别按下列公式计算： vi=li/ti ； mi=vi/n ； 式中：vi第i点混凝土声值(km/s)； li超声检测距离(nlln)； ti第i点声时值(us)； mv混凝土声速平均值(kms)； Sv混凝土声速的标准差(kms)； Cv混凝土声速的离差系数； n测点数。 根据声速的标准差和离差系数(变异系数)，可以相对比较相同测距的同类结构或各部位混凝土质量均匀性的优劣。