结构实验技术-试验方法学习模板课件

1、结构试验技术Structural Testing Technology 1试验设计结构试验技术构件设计加载方案测试方案如何确定试验数目？因 素水 平什么是因素（Factor） 在一项试验中，凡欲考察的变量称之为因素（变量）什么是水平（Level） 在试验范围内，因素被考察的值称为水平（变量的取值）不好的试验设计方法，即使做了大量的试验，也未必能达到预期的目的；一个好的试验设计方法，既可以减少试验次数，缩短试验时间和避免盲目性，又能迅速得到有效的结果。试验设计是一门研究如何正确地安排试验和分析结果的科学，目的是以最少或较少的试验次数得到最佳的试验结果。 单因素试验设计1、对分法3、均分法2、黄金

2、分割法（0.618法）调PH值称重这种方法的特点是对所试验的范围进行“普查”，常常应用于对目标函数的性质没有掌握或很少掌握的情况。即假设目标函数是任意的情况，其试验精度取决于试验点数目的多少。均分法试验结果目标函数f(x)是单峰函数，即在试验范围内只有一个最优点d，其效果f（d）最好，比d大或小的点都差，且距最优点d越远的试验效果越差。黄金分割法适用于预先已了解所考察因素对指标的影响规律，能从一个试验的结果直接分析出该因素的值是取大了或取小了的情况，即每做一次实验，根据结果就可确定下次实验方向的情况，这无疑使对分法应用受到限制对分法 多因素试验遇到的最大困难是试验次数太多，若十个因素对产品质量

3、有影响，每个因素取两个不同状态进行比较，有210=1024、 如果每个因素取三个不同状态310=59049个不同的试验条件多因素试验设计 譬如：考察两个因子，先固定A在A1，发现B3好，再固定B3，发现A1好，但是实际上好的条件是A2B2。 B1 B2 B3 A1 50 56 62 A2 56 70 60 A3 54 60 58 在多因素试验中，有人采用“单因素轮换法”，但是这种方法不一定能找到好的条件在大幅减少试验数目的情况下得到较好的试验结果？正交试验设计正交设计是田口方法的主要工具 ，创立于 50年代初 ;它是一种高效益的试验设计与最优化技术。在60年代，日本应用正交设计就已超过百万次。

4、在日本 ，据说一个工程师如果不懂这方面知识 ，只能算半个工程师。二次大战后日本经济高速增长并超过美国的一个决定性 (技术 )因素是在于推广应用正交设计。正交试验基本概念什么是正交试验设计 正交试验 设计是一种基于正交表 的、高效率、快速、经济的试验设计方法正交表是由正交拉丁方自然推广而得到的规格化的表。正交表是有规律的，按顺序排成现成的表格，是正交试验的工具，正交试验是通过正交表进行的。L4(23)正交表横行数代表试验次数因素水平数正交表列数因素数正交表代号1、均衡分散性：每一列中各种字码出现的次数相同。2、整齐可比性：将任意两列的同行数字看成一个数对，则任意可能数对出现的次数相同。如何查找正

5、交表Technical Support ()由Dr. Genichi Taguchi设计的正交表http:/数理统计、试验设计等方面的书及附录中如何选择正交表确定试验因素（变量）的个数确定因素水平（变量的取值）的个数考虑正交表的行数取行数最小的一个因素数和水平数有三个因素 混凝土强度、钢筋配筋率、轴压比每个因素的水平数 混凝土强度：3 钢筋配筋率：3 轴压比： 3L9(34)3 36L18(3661)3 66L36(2103162)变量映射混凝土强度：C20 C30 C40 配筋率： 0.3% 0.6% 0.9% 轴压比： 0.2 0.3 0.4 L9(34) 例1 磁鼓电机是彩色录像机磁鼓组

6、件的关键部件之一，按质量要求其输出力矩应大于210g.cm。某生产厂过去这项指标的合格率较低，从而希望通过试验找出好的条件，以提高磁鼓电机的输出力矩。1试验目的和指标试验目的：提高磁鼓电机的输出力矩考核指标：输出力矩2制订因素水平表- 根据以往经验和资料分析制订选用正交表用L9(34)34设计试验方案5进行试验，并记录计算6直观分析-选取较优方案最好？T1= 160 + 215 + 180 = 555T2= 168 + 236 + 190 = 594T3= 157 + 205 + 140 = 502各因素在每个水平下的平均输出力矩900110013001011 1270809016017018

7、0190200210220输出力矩RARBRCA:充磁量B:定位角度C:定子线圈匝数因素各水平对输出力矩的影响A2B2C3最优6直观分析-确定主次因素RA= 198 167.3 =30.7极差确定主次因素顺序：R越大，说明该因素的水平变化对试验结果指标影响越大，因而这个因素对试验指标就愈重要。在本例中，定位角度是主要因素；主次B A C定位角度 充磁量 定子线圈匝数 由于正交表的特点，使试验条件均匀分布在试验空间中，因此使数据间具有整齐可比性，上述的直观分析可以进行。但是极差大到什么程度可以认为水平的差异确实是有影响的呢？检验显著性水平：确定参数的分布规律，查表7方差分析偏差平方和：服从 分布

8、 服从 分布用偏差平方和进行检验方差分析表 服从 分布若F比F1因, e则认为在显著性水平上因子是显著的。 对显著因子应该取最好的水平 对不显著因子的水平可以任意选取，在实际中通常从降低成本、操作方便等角度加以选择。 上面的例子中对因子A与B应该选择A2B2，因子C可以任选，譬如为节约材料可选择C1 对A2B2C1进行三次试验，结果为：234，240，220，平均值为231.3此结果是满意的。8验证试验9回归分析确定物理量之间的函数关系称为回归Matlab;ORIGIN;SAS;SPASS均匀试验设计1978年，七机部由于导弹设计的要求，提出了一个五因素的试验，希望每个因素的水平数要多于10，

9、而试验总数又不超过50，显然优选法和正交设计都不能用，方开泰与王元经过几个月的共同研究，提出了一个新的试验设计，即所谓“均匀设计”，将这一方法用于导弹设计，取得了成效2007年，获得国家自然科学二等奖均匀试验设计均匀设计法与正交设计法的不同： 均匀设计法不再考虑“数据整齐可比”性，只考虑试验点在试验范围内充分“均衡分散”，可大量减少试验数目：如5因素5水平，用正交表需要安排5225次试验。这时，可以选用均匀设计法，仅用5次试验就可能得到能满足需要的结果34第六章 结构非破损检测方法6.1 概 述一、什么是结构非破损检测方法二、结构非破损检测的目的和用途三、结构非破损检测技术分类四、本章主要内容

10、一、什么是结构非破损检测方法（无损检测方法） 在不影响结构或构件受力性能或使用功能的前提下，直接在构件或结构上通过测定某些适当的物理量，并通过这些物理量与材料强度等指标的相关性，进而推定材料强度或评估其缺陷。二、结构非破损检测的目的和用途施工阶段质量的检测，如回弹法竣工阶段工程验收，如回弹法使用阶段质量鉴定，如回弹法，综合法（一）强度检测1.施工控制不严、意外事故、预留试样不符合要求；2.了解混凝土强度增长情况，为构件拆模，吊装，预应力放张，施工阶段负荷对强度有要求时；3.既有结构需要维护，改造，加固，拆除等方案决策时，评估原有的混凝土强度；（1）使用不当：维护失常；（2）加层或功能改变局部技

11、术改造（3）使用期间发生意外（4）施工未完（中止），继续施工（二）内部缺陷检测主要原因（1）未振捣或模板露浆造成局部疏松，蜂窝，孔洞等缺陷；（位置和范围）（2）施工中温度变形以及干燥收缩，检测裂缝的走向和深度；（3）受环境侵蚀或灾害，产生由表至里的层状损伤，检测厚度和范围；（4）结构正常使用期间，出现不明裂缝，需检测裂缝开展深度；三、结构非破损检测技术分类强度半破损法钻芯法拔出法非破损法回弹法超声脉冲法缺陷超声脉冲法雷达扫描法红外热谱法声发射法四、本章主要内容混凝土结构检测方法回弹法超声法综合法拔出法取芯法强度检测缺陷检测超声法四、本章主要内容钢结构结构检测方法表面硬度法强度检测缺陷检测超声法

12、四、本章主要内容砌体结构检测方法检测砌体抗压强度：扁顶法、原位轴压法检测砌体工作应力、弹性模量：扁顶法检测砌体抗剪强度：原位单剪法、原位单砖双剪法检测砌筑砂浆强度：推出法、筒压法、砂浆片剪切法、回弹法、点荷法和射钉法、贯入法。6.2 混凝土结构的非破损检测技术6.2.1 回弹法一、回弹法（表面硬度法）1.基本概念采用一个标准质量的重物，在被激发的标准动力推动下，撞击在材料的表面，用形成的凹痕大小或对重物的回弹能量高低，来确定被测材料的强度。6.2 混凝土结构的非破损检测技术6.2.1 回弹法一、回弹法（表面硬度法）2.回弹仪工作原理 采用弹簧驱动重锤，通过弹击杆，弹击混凝土表面，并测出重锤反弹

13、回来的距离，以回弹值（反弹距离与冲击长度之比）作为与强度相关的指标，来推定混凝土抗压强度。冲击所产生瞬时弹性变形使重锤弹回，当弹击到x位置处所具有的势能：冲击前，重锤初始势能：能量消耗:令反映了重锤冲击过程中的能量损失。二、回弹仪基本构造三、影响回弹仪检测性能的因素（一）装配尺寸1.拉簧自由长度保证2.207J2.冲击长度三、影响回弹仪检测性能的因素（二）零件质量1.拉簧刚度 0.784N/mm2.使用前应在洛氏硬度HRC为60士2的钢砧上，在室温（20士5）度的条件下进行率定。取连续弹击三次的稳定回弹值进行平均，其值在80士2。四、回弹仪操作将弹击杆顶住混凝土的表面，轻压仪器，松开按钮，弹击

14、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，带动指针移动并停留在某一位置，即为回弹值。继续顶住混凝土表面并在读数和记录回弹值后，逐渐对仪器减压，使弹击杆自仪器内伸出。五、测强曲线目前均采用试验归纳法，建立混凝土强度与回弹值关系曲线的测强曲线 ，即可以从R值求得 值。基于平均回弹值（ ）和平均碳化深度（ ）的测强曲线方程形式： 我国的回弹法测强相关曲线，根据曲线制定的条件及使用范围分三类： 1.统一曲线 由全国由代表性的材料、成型、养护工艺配制的混凝土试块，通过大量的破损与非破损试验所建立的曲线。适用于无地区曲线和专用曲线时检测符合规定条件的构件或结构混凝土强度。测强

15、曲线的平均相对误差 ，相对标准差 。 2.地区曲线 由本地区常用的材料、成型、养护工艺配制的混凝土试块，通过较多的破损与非破损试验所建立的曲线。适用于无专用曲线时检测符合规定条件的构件或结构混凝土强度。测强曲线的平均相对误差 ，相对标准差 。 3.专用曲线 由与结构或构件混凝土相同的材料、成型、养护工艺配制的混凝土试块，通过一定数量的破损与非破损试验所建立的曲线。适用于检测与该结构或构件相同条件的混凝土强度。测强曲线的平均相对误差 ，相对标准差 。六、检测技术1、试样选择单个检测：适用于单个结构或构件的检测；批量检测：用于抽样推定的结构或构件，随机抽取的数量不少于结构或构件总数的30%，且不少

16、于10件。批量检测适用于相同的生产工艺条件下，混凝土强度等级相同，原材料、配合比、成型工艺、养护条件基本一致且龄期相近的同类结构或构件。六、检测技术2、测区布置每个结构或构件至少取10个测区。但对长度小于4.5m，高度低于0.3m的结构或构件，其测区数量可适当减少。但不应少于5个。测区的大小以能容纳16个回弹测点为宜；测区大小不宜大于0.04m2，一般取为4*4的网格，网格大小50mm*50mm相邻两测区的间距不宜2m，相邻两测点的间距一般不2cm，测点距结构或构件边缘或外露钢筋、铁件的距离一般不3cm六、检测技术2、测区布置测区优先考虑布置在混凝土浇筑的侧面(与混凝土浇筑方向相垂直的贴模板的

17、一面)，如不能满足这一要求时，可选在混凝土浇筑的表面或底面。测区表面平整、干燥、清洁，在测区上均匀分布测点，同一测点只允许弹击一次对弹击时产生颤动的薄壁、小型构件应进行固定六、检测技术3、碳化深度测量回弹值测量完毕后，应选不少于构件的30测区数测量碳化深度值。取其平均值为该构件的碳化深度平均值。当碳化深度值极大值极小值之差大于2mm时，应在每一测区测量碳化深度值。 方法：用合适的工具在测区表面形成直径约为15mm的孔洞，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混凝土孔洞内壁的边缘处，测量自测面表面至深部不变色边缘处与测面相垂直的距离至少三次，该平均值即为该测区

18、的碳化深度值，准确至0.5mm。六、数据处理 计算测区平均回弹值时，应从每一测区的16个回弹值中剔除其中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 1、回弹值计算六、数据处理2、回弹值修正 由于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，因此当测试这无法满足上述条件时需对测得的回弹值进行修正。 式中： 非水平方向检测和非混凝土浇筑面检测时测区的 平均回弹值； 非水平方向检测和非混凝土浇筑面检测时回弹值 修正值角度修正：测试面修正：见表3-1见表3-2表3-1表3-2六、数据处理2、回弹值修正 先进行角度修正，然后再对修正后的回弹值进

19、行非混凝土浇筑侧面修正。既非水平方向又非混凝土浇筑侧面？六、数据处理3、碳化深度修正 碳化深度的测定：用浓度1%的酚酞酒精溶液及钢卡尺来测定碳化深度dm值。修正：(1)当dm=6mm，按6mm处理；七、混凝土强度评定 1、由各测区的混凝土强度换算值可计算得出结构或构件混凝土强度平均值，当测区数等于或大于10时，还应计算标准差。2结构或构件混凝土强度推定值应按下列公式确定：（1）当该结构或构件测区数少于10个时：（2）当该结构或构件的测区强度值中出现小于10.0MPa时：（3）当该结构或构件测区数不少于10个或按批量检测时，应按下列公式计算：3、当出现下列情况时，应全部按单个构件检测：（1）换算

20、强度平均值小于等于25MPa时：（2）换算强度平均值大于25MPa时：回弹仪检测混凝土强度的影响因素较多，除了仪器状态、操作技术和碳化深度之外，还和混凝土构件浇筑方法、养护方法、外加剂成分等都有关。当上述条件和测强曲线的使用条件相差较大时，需进行修正6.2 混凝土结构的非破损检测技术6.2.2 超声法一、技术基础1.原理基于超声波在介质中传播，遇到不同介面将发生反射、折射、绕射和衰减等现象，从而使传播的声时、振幅、波形和频率等指标产生变化，通过对这些参量的测定，可以了解材料的内部情况。而混凝土强度与其弹性模量、密实度等密切相关，因此混凝土强度与超声波在混凝土体内传播速度存在相关关系。这就是超声

21、法检测混凝土强度的基本原理。超声波在混凝土介质中传播速度，与砼的弹性模量、材料密度有如下式关系：2.超声波探测仪构造及操作方法超声波仪：发射探头（换能器）和接受探头（换能器），数据处理系统频率20kHz超声波由高频电振荡激励压电晶体发出，经耦合进入混凝土，在混凝土中传播后为接收换能器所接收，把机械振荡转换成电讯号进行量测。3.超声波探测仪分类非金属超声波仪 混凝土组成构造复杂，衰减大；要求频率低、功率大金属超声波仪 需要频率高，而功率不必太大，这样探测灵敏度较高，精度较好。 由于影响因素的复杂性和随机性，检测必须有事先建立的的相关曲线。 目前，采用如下几种函数类型 平抛物线型 指数函数型 幂函

22、数型 二、测强曲线三、检测技术每个结构或构件至少取10个测区，测区面积为200mm*200mm。但对长度小于3m的，其测区数量可适当减少，但不应少于3个。批量抽样检测：抽样数应不少于同批构件的30，且不少于4个，每个构件测区数不少于10个。相邻两测区的间距不宜2m；测区宜避开钢筋密集区和预埋铁件；测试面应清洁平整，无缺陷三、检测技术在每个测区内的相对测试面上，各布置三个超声测点，且发射和接收换能器的轴线在同一轴线上。测试时，表面需采用凡士林或黄油作为耦合剂，保持换能器与被测混凝土表面有良好的耦合四、数据处理1、声速计算；超声测距(mm)；测区声速值(km/s)；测区平均声时值( )、分别为测区

23、中三个测点的声时值。测试面修正：为顶、底面时：为侧面时：四、数据处理2、强度推定由试验量测的经修正后的声速，按测强曲线求得混凝土的强度换算值。混凝土超声测强的影响因素很多，除了仪器性能和检测方式外，混凝土内部构造、石子品种、粒径、水泥品种、含砂量，外加剂，养护条件，龄期，所含钢筋的粗细等，均会对测试结果产生影响。所以，我国目前超声测强，只作为与回弹法的综合使用。6.2 混凝土结构的非破损检测技术6.2.3 超声回弹法一、基本原理 混凝土强度换算值 同超声仪声速 和回弹仪回弹值 之间存在着正相关系，混凝土的强度越高，相应的超声声速也越高，回弹值也越高。相关数学关系式为：式中：a,b,c-为试验系

24、数。内部状态表面状态二、操作仪器三、检测技术单个构件不少于10个测区；批量检测，抽样数不少于同批的30且不少于10件，每个构件不少于10个测区；长度小于2m构件，不少于3个测区；超声测点布置在回弹测试的同一测区内，先进行回弹测试，然后再进行超声测试。测点要求分别满足回弹法和超声法测点要求，但不宜重叠。四、数据处理1、优先采用专用或地区测强曲线2、也可按下列公式计算：粗骨料为卵石：粗骨料为碎石：砼强度推定值确定方法与回弹法基本相同。单个测区砼强度换算值：采用综合法，能对混凝土的某些物理参量在采用超声法或回弹法单一测量时产生的影响得到相互补偿。如对回弹值影响最为显著的碳化深度在回弹法检测时是一项重

25、要的参数，但在综合法中碳化因素可不予修正，原因是碳化深度较大的混凝土，由于它的龄期较长而其含水量相应降低，以致声速稍有下降，因此在综合关系中可以抵消回弹值上升所造成的影响。所以用综合法关系推算混凝土强度时，不须测量碳化深度和考虑它所造成的影响。试验证明：超声回弹综合法的测量精度优于超声或回弹单一方法，一般误差在12左右。6.2 混凝土结构的非破损检测技术6.2.4 钻芯法一、基本原理钻芯法是使用专用的取芯钻机，从被检测的结构或构件上直接钻取圆柱形的混凝土芯样，并根据芯样的抗压试验由抗压强度推定混凝土的立方抗压强度。特点：直观，精度高；广泛应用于建筑，水利、大坝、桥梁、公路、机场跑道等工程中。二

26、、操作仪器三、检测技术钻取芯样应在结构或构件受力较小的部位和强度质量具有代表性的部位。钻芯数量不应少于3个，小构件可取2个。芯样直径不宜小于骨料最大粒径的3倍，一般为100 mm或 150 mm，芯样高度为直径的12倍。芯样试件内不应含有钢筋。如不能满足，每个芯样内最多只允许含有二根直径小于10mm的钢筋，且钢筋应与芯样轴线基本垂直芯样端面必须进行加工磨平。也可用水泥砂浆或硫磺胶泥在专用补平装置上补平。四、数据处理1、单个测区砼强度换算值：芯样抗压试验测得的最大压力(N)。不同高径比砼强度换算系数。高径比1.01.82.0换算系数1.001.011.2

27、4四、数据处理2、混凝土强度推定值：对于单个构件或单个构件的局部区域，取试件混凝土换算强度中的最小值作为代表值推定结构的混凝土强度。直接将混凝土强度换算值的平均值作为推定值。 钻芯法检测混凝土强度和其他性能，可靠性比较大。主要问题是试验费用较高，取样不很方便，试验周期较长，且会造成结构一些局部破损等。所以应与其他非破损方法综合应用，分析与评定，提高效益。6.2 混凝土结构的非破损检测技术6.2.5 拔出法一、基本原理用一金属锚固件预埋入混凝土内（预装发）或在构件上钻孔埋人一金属锚固件（后装法），然后测试锚固件从混凝土中被拔出时的拉力，并由此推算混凝土的抗压强度。特点：这是一种局部破损检测混凝土强度的试验方法，检测结果可靠性较高，被检测混凝土抗压强度不应低于10.0MPa。二、操作仪器钻孔机磨槽机锚固件：胀