工程结构检测与试验技术重点

1、土木工程结构检测与试验的目的：通过各种不同的手段及方法，确定结构工作性能和实际承载能力、检测机构的内在质量、分析结构病害原因及其变化规律等，并准确判断结构的实际工作情况。土木工程结构试验用于科学研究性试验，结构检测用于生产鉴定性检测。（单选）土木工程结构试验研究内容：验证结构计算理论的假定；为制定设计、检测规范提供依据；为发展和推广新结构新材料与新工艺提供实践经验；为开发研制新型检测理论、方法与仪器提供技术支持。结构检测内容：综合鉴定结构设计和施工的可靠程度；检验预制构件或部件的结构性能，判定构件的设计及制作质量；判断既有结构的实际承载能力，估计结构的剩余寿命，为工程改建和加固提供依据；为处理

2、工程事故提供技术依据。（多选）整个结构或试件从弹性到塑形直到极限破坏各阶段工作性能的全过程，分析结构超载后的工作情况、破坏机制并获得结构安全储备，因此一般试验需要进行到结构破坏阶段。结构和构件的试验可以在有专门设备的实验室内进行，也可以在现场进行。结构检测与试验一般都包括规划设计、现场准备、正式实施及分析评定四个阶段。检测与试验的规划设计阶段内容：明确试验目的；阅读有关文献；收集相关资料；确定试验检测技术依据；明确试验检测对象的形式、尺寸、数量以及构造要求；确定试验检测内容与量测项目，选定试验加载方法和量测设备；计算各加载阶段试件各特征部位的内力及变形值；明确试验检测人员的组织分工；制订安全措

3、施；确定试验期限；明确经费预算；明确辅助试验内容；制订详细的试验检测方案。（多选）检测与试验现场准备阶段内容：试件制作与选定；试件尺寸及外观检查；试验场地的选定及考察；设备仪表的选定；荷载试验试件及加载设备的安装就位；仪表的安装、连接、调试；做辅助试验；记录表格的设计准备。（多选）在实施过程中，除了观测记录试验数据外，还要对试验检测结构中的关键部位进行观测，记录试验检测过程中出现的异常现象以及在现场考察中没有发现的结构损伤等，为试验数据的分析处理提供依据，必要时及时调整试验方案，以确保结构安全。测量仪器的主要性能指标：量程、刻度值、精确度、分辨率、线性度、稳定性、重复性、频响特性。其中优先考虑

4、稳定性，其次考虑灵敏度。根据试验的现场情况选用具有合适的精度和灵敏度的测量仪器。仪器测量经度必须满足试验量测的要求，通常精度越高的仪器，灵敏度也就越高，但是其抗干扰能力也越低，因此在干扰较强的情况下不能选用高灵敏度的仪器。选择测量仪器还要考虑仪器的量程。一般要求仪器的最小刻度小于最大预估被测量的5%，最大预估被测量要小于满量程的80%。数据记录与处理原则（需要比较清楚）P22小数的乘方、开方计算结果保留的位数和原来数字的有效数相同或多一位（安全位）。电阻应变仪的工作原理（重点掌握P24）（记住）按基底材料可将应变计分为纸基和胶基两种。相对于胶基应变仪来说，纸基应变仪制造简单、价格便宜、易于粘贴

5、，但其耐热、耐潮性差。选用应变仪需考虑的因素：电阻值、应变计类型、标距、灵敏系数。其中由于应变仪的变形感应是指应变计标距范围内的平均应变，故当材质应变场（应变梯度）的变化较大时，应选用小标距的应变仪。应变计的粘贴原则及标准：使应变计与测试位置的变形一致，并保证电阻应变仪的测量过程中，在结构变形及周围环境温度不变时，其电阻值也不发生变化，从而得到准确的应变测量结果。用应变计测量应变时，应变计的电阻值除了随试件受力后的变形而变化外，也会随环境温度变化而变化，这种由温度变化产生应变计电阻变化的现象称为温度效应。掌握P31上第二种电桥形式和应变计布置，第一种了解。为保证工作片与温度补偿片因温度效应产生

6、的“视应变”相同，必须满足的要求：补偿片与工作片应该是同批产品，具有相同的电阻值、灵敏系数和几何尺寸；补偿片的材料应与试验构件材料一致，并应做到热容量基本一致；补偿片与工作片的粘贴、干燥、防潮等处理工艺应一致；连接工作片与补偿片的导线长度、规格应一致，以保证导线的电阻值相同；补偿片与工作片的位置应尽量靠近，使二者处于同样环境温度条件下，以防不均匀的热源影响；补偿片的数量多少要根据试件材料特性、测点位置、试验条件等多方面因素决定。（多选）图2.17位移传感器应变测量装置考大题，计算应变值（P39）荷载传感器的基本原理：弹性元件在其弹性阶段，其变形和所受到的作用力成线性关系，通过测量弹性元件的变形

7、，即可得到作用在其上面的力的大小。在进行索力测试时，也可以通过频率测试法进行测试。数据采集系统的硬件组成：传感器部分、数据采集仪部分及计算机（控制器）A/D转换器的分辨率可以用二进制码的位数表示，位数越高，分辨率也越高。选择试验荷载和加载方式时，选用的试验荷载图式应与结构设计计算的荷载图式所产生的内力一致或极为接近。电磁式激振器的频率范围较宽，一般在0-200Hz，国内个别产品可达1000Hz，推力可达几个千牛，重量轻，控制方便，按给定信号可产生各种办法频率的激振力，使结构产生共振，缺点是激振力不大，一般仅适小型结构及模型的动力特性试验。环境随机振动激振法适合于测量整体结构的动力特性，适用于高

8、层建筑、大型桥梁的动力特性试验。试件支承装置是能够支承结构构件，并能正确传递作用力和模拟实际荷载图式和边界条件的支承设备，通常由支座和支墩组成。静力检测与试验加载过程的方法中，荷载从零开始一直平稳连续施加荷载直到结构构件破坏这种方法没有充裕的时间观测结构的变化情况，一般采用较少。为了研究持续荷载作用下结构的变化情况，就需要进行长期试验观测。对结构构件的承载力试验，应确定承载能力极限状态试验荷载值。一般在结构弹性阶段，通常采用的是荷载控制方式；当达到极限承载力后，通常采用的是位移控制方式。试验加载程序是指试验进行期间荷载与试件的关系，即对试验的加载级距、加载卸载循环次数、级间间隙时间等做出有序安

9、排。稳载的目的是保证结构的变形基本上能充分地表现出来；预载的目的首先是使结构进入正常的工作状态，特别是对尚未进一步密实的新结构构件经过预载，可使其进一步密实；其次，通过预载可以检查现场的试验组织工作和人员工作情况，检查全部试验装置和荷载设备的可靠性，可对整个试验起演习作用。混凝土结构构件试验，在达到正常使用极限状态试验荷载值以前，每级加载值不宜大于该荷载值的20%，在超过正常使用极限状态试验荷载值后，每级加载值不大于该荷载的10%，在加载达到开裂试验荷载值计算值的90%后，应将级距减少，每级加载值不宜大于正常使用极限状态试验荷载值的5%。级间间隙时间可取10min。对于要求试验变形的裂缝宽度的

10、构件，要求在使用状态短期试验荷载作用下进行横载试验，横载持续试件不应少于30min。对科研性试验，要求在开裂试验荷载计算值作用下横载持续30min；对于生产鉴定性试验应不少于10min。结构试验的测点布置原则：测点位置具有代表性以满足量测目的的需要为原则；测点数量应适宜使测试工作的重点突出；要在关键部位布置一定数量的校核测点。校核测点一般包括零应力处、对称点、理论计算有把握的位置。分级加载的目的？钢筋混凝土梁受拉区混凝土开裂以后，由于该处截面上混凝土部分退出工作，此时布置在混凝土受拉区的应变计丧失其量测的作用。为了进一步探求截面的受拉性能，常常在受拉区的钢筋上也布置量测点以便量测钢筋的应变。由

11、此可获得梁截面上内力重分布的规律。为研究梁斜截面的抗剪混凝土表面需要布置测点外，通常也在梁的弯起钢筋或箍筋上布置应变测点。构件在某级荷载作用下开始开裂，则跨裂缝测点的仪器读数将会发生较大的跃变，此时相邻测点仪器读数可能变小，有时甚至出现负值。为保证试验效果常采用等效荷载试验的方法，在选择等效荷载时，要使等效荷载作用下的控制截面内力计算值SS与评定荷载作用下截面的内力计算值S之比，即荷载效率系数在一定范围内（式中为检测选定的动力系数），不同行业规范定制的荷载效率系数不尽相同，通常在0.8-1.05之间。基桩静载试验的数据观察主要为桩端位移量的监测。结构破坏的情况：在荷载稳定的情况下，受拉主筋应变

12、连续变化，或达到10000；跨中挠度达到跨度的1/50；对悬臂结构，挠度达到悬臂长的1/25；受拉主筋处最大垂直裂缝宽度达到1.5mm；受剪斜裂缝宽度达到1.5mm；受拉主筋在端部滑脱达0.2mm；受拉主筋拉断；受压区混凝土压坏。简支梁的挠曲变形图4.38（b）考大题，会画应变图。图4.39（a）考大题（一般为补考大题），(b)考大题（一般为正考大题）P115、P116结构性能的检验与评定的主要指标包括构件承载力、挠度、抗裂性、裂缝宽度及恢复特性等。为了量化，以及描述试验值与理论分析值比较的结果，引出结构校验系数，它是评定结构工作状况、确定桥梁承载能力的一个重要指标。建筑结构动力特性的主要内容

13、包括结构的自振频率、阻尼系数和振型等一些基本参数，也称动力特性参数或振动模态参数。5.2.3.1往年大题，通过时间坐标直接测量出某一次振动的周期T，将其取倒数即可求得结构的固有频率。P149强迫震动发能够测量出结构所有高阶固有频率及阻尼系数。每一个振幅最大值所对应的频率即为结构的固有频率。P151式5.6图5.4绝对考大题。脉动最大的优点是不再需要人工激振，而且可以明显地反映出建筑物的固有频率，特别适用于整体动力特性参数的测量。动力系数是移动荷载在结构上引起的动力增大效应，总是大于1.P168图5.28考大题，会画图。结构疲劳检测的目的是要了解在重复荷载作用下结构的疲劳性能及其变化规律，确定结

14、构的疲劳极限值。随着结构的疲劳应力的减小，结构能够承受的反复荷载次数相应增加，当疲劳应力低于某一值时，无论疲劳次数增加到多少，都不会在引起结构的破坏，该应力值称为结构的疲劳极限。（简答）疲劳试验荷载可以使用电液伺服加载系统。按试验方法考虑，结构抗震试验主要包括低周反复加载试验（拟静力试验）、拟动力试验、模拟地震振动台试验等“人工地震”和在现场进行的“天然地震”试验。P184图5.54前三个需要会判断是否是双向低周反复加载制度。无损检测方法按检测内容分为：材料强度检测和材料缺陷检测。混凝土强度的无损检测：回弹法、钻芯法（准确性最高）、拔出法、超声回弹综合法。回弹法检测混凝土强度的基本原理：混凝土

15、表面硬度个混凝土强度具有一定相关关系的，通常混凝土表面硬度越高，混凝土的强度也越高，反之则越低，而混凝土表面硬度又与物体弹击在混凝土表面后的反弹能量有一定的相关关系。侧区通常为200*200mm的正方形，不大于0.04m2，每个结构的侧屈数量不少于10个。混凝土未碳化区与酚酞酒精发生反应，颜色呈深紫红色，碳化区颜色不变，颜色交界处为混凝土碳化深度。碳化深度测点不少于侧区数的30%，每个测点3次。P210式6.6、6.7、6.9考大题，重点掌握！超声回弹综合法检测混凝土强度的基本原理：超声波在混凝土材料中的传播速度反映的是材料的弹性性质，即反映了混凝土内部构造的有关信息，而回弹法反映的是混凝土的

16、弹性性质和一定程度的塑形性质，但它只能确切反映混凝土表层约3cm左右厚度的状态，而这种单一性往往降低了测试的精度。综合法既能反映混凝土的弹性性质，又能反映混凝土的塑性性质；既能反映混凝土的表层状态，又能反映混凝土的内部构造。在用超声回弹综合法检测混凝土强度时，不用测量混凝土的碳化深度。浅裂缝就是开裂深度不大于500mm的裂缝。浅裂缝的测量分为单面平测法（声速）和双面斜测法（波幅），平测法步骤：第一步不跨缝声时值测量，确定实际测距及该区域混凝土声速值。确保两换能器之间混凝土完好，并将换能器与混凝土耦合好保持不动。第二步进行跨缝的声时值测量，将发射换能器T和接收换能器R对称置于裂缝两侧，裂缝不能贯穿断面。钻孔测裂缝深度的方法主要以波幅测值作为判定依据。混凝土内部缺陷的检测方法：对测法、斜测法、钻孔测法（可加超声可不加）、预埋声测管法。低应变反射波法检测桩基完整性，钻孔法。P242式6.42、6.43、6.44考大题。低应变反射检测桩基缺陷的几种典型波形，根据图形要会判断是哪一种桩，其中重点掌握缩颈桩（考大题！），其次掌握扩颈桩，其他的了解。P244红外成像：根据物体表面的温度场分布状况所形成的热像图直观地显示材料、结构物及其结合上存在不连续缺陷的检测技术，称为红外成像检测技术。红外成像仪不仅能在白天工作也能在晚上进行。雷达法检测混凝土缺陷：地质