结构试验及检测技术(第一章)

第一章 结构试验与检测技术绪论,1.1 概述 一、课程要求 熟悉简单桥梁结构试验方案制订 熟悉试验加载方法和手段 熟悉常用量测仪器的原理和应用 熟悉数据处理方法 熟悉结构性能分析和评价方法 熟悉桥梁结构技术状况评价方法（承载力评定） 了解桥梁施工监测与健康监测 二、考查方式 考试成绩60% 平时成绩（考勤、课堂表现、作业）25% 实验成绩15%,三、本课程的地位 本专业主干课程 与毕业设计密切相关，是顺利完成毕业设计的基础 毕业设计的主要内容 大多以原型桥梁为对象 结构分析 试验方案制订 桥梁荷载试验、技术状况检测评定 数据处理和结构性能分析（或结构检算） 根据对象的特性，进行有针对性的加固维护设计 主要研究对象:桥梁承重结构 以现场试验检测技术为主要讨论对象,四、何为结构试验检测 用人为控制的方式对结构施加预定的影响因素（荷载等），提取结构响应信息（参数）、对结构性能进行评定的方法 应用领域：土木、房建、汽车、航空航天，涉及领域很宽广 研究对象：主要承重结构 研究内容：生产鉴定、设计计算理论、施工/健康监测 试验类型：原型试验检测、模型试验研究 主要手段：结构加载 获取相应参数 性能评价 主要目的：基于实测的结构性能评价、工程鉴定、科学研究 应用：桥梁结构试验，构件试验，科学研究,五、理论分析与试验研究的关系1、荷载对结构（系统）的作用输入 系统特性 响应（约束条件）永久荷载 结构形式、连接方式 位移基本可变荷载 材料特性、截面特性 应力 环境引起附加荷载 刚度、质量 抗裂性能动力荷载 自振特性 动力性能 2、理论分析 输入已知 系统设计和结构分析 计算结构响应响应是否满足约束条件(规范限定) 重新设计，直至满足3、试验分析试验研究 测试系统实际响应 求解系统实际特性研究系统特性与设计要求符合性 验证和发展计算理论,否,六、试验检测与加固维护技术的关系,试验检测是加固维护技术的基础 只有客观获取（检测）结构的现状（特征），才可能有针对性地进行加固维护设计和施工 试验检测技术是评价加固维护效果的主要手段 试验检测是加固技术的组成部分（如加固过程的效果和安全监测） 试验检测技术在结构维护中应用广泛，如： 通过试验检测获取的信息，为维护、养管提供决策依据 重大结构安全运行监测 特殊车辆通行的结构检测和维护 交通事故、自然灾害后的检测与维护加固,七、桥梁结构现场试验检测方法（一）桥梁结构检查及技术状况评价 1、桥梁检查分为经常检查、定期检查和特殊检查 2、经常检查：全面巡查，目测为主，桥梁管理部门承担 3、定期检查：技术状况全面检查，为使用功能评定，制订管养计划提供依据。目测辅以必要设备，具有检测资质单位承担。推荐用各部件权重及综合评定方法，技术状况等级分五类4、特殊检查：为查清病害原因、破损程度，评价承载能力、抗灾能力，确定桥梁技术状况的一系列工作，分专门检查和应急检查，具有检测资质单位承担。荷载试验属特殊检查5、规范依据：公路桥涵养护规范（JTG H11-2004 )、公路桥梁技术状况评定标准（JTG/T H21-2011）,七、桥梁结构现场试验检测方法（二）基于技术状况检测的结构检算评定1、适用以下情形（1）技术状况等级为四、五类的桥梁（2）拟提高荷载等级的桥梁（3）需通行大件运输车辆的桥梁（4）遭受重大自然灾害或意外事件的桥梁2、方法（1）引入检算系数Z1或Z2（2）考虑影响承载力的各种因素（承载能力恶化、截面折减、配钢筋截面折减）及活载影响修正系数,必要时需进行荷载试验（3）按两类极限状态计算抗力效应和作用效应，是一种引入分项检算系数修正极限状态设计表达式检测与检算相结合方法3、依据：公路桥梁承载能力检测评定规程(JTG/T J21-2011),七、桥梁结构现场试验检测方法（三）桥梁荷载试验1、适用：新桥或旧桥2、方法(1)通过必要的试验计算，以设计活载为控制，对控制部位 （截面）对结构施加荷载（静力）（2）模拟桥梁在设计活载作用下的最不利受力状况（3）通过量测应变（应力）、挠度、裂缝宽度等力学指标（4）依据现有试验评价方法对桥梁承载力做出分析评定3、特点：应用十分广泛、比较直观可靠，但评价体系不够完备，主要基于活载增量的比较分析4、规范依据：公路桥梁荷载试验规程(JTG/T J21-01-2015),（四）无损检测1、技术特点2、内容（1）混凝土裂缝深度（2）混凝土强度和碳化深度（3）混凝土结构内部缺陷（4）混凝土结构结合面质量（5）基桩完整性（6）氯离子含量（7）钢筋锈蚀（电化学法和电阻率法）（8）混凝土内部钢筋位置、保护层厚度、钢筋直径（9）钢结构探伤和焊缝质量3、应用：技术状况评定，专项检测4、规范依据,八、工程学科发展对试验检测技术的推动作用1、大规模工程建设，试验需求日益增大2、工程问题日趋复杂3、更多采用整体结构和足尺结构试验4、试验手段多样化，试验模拟更加准确5、测试分析技术不断完善 九、试验检测技术的发展1、计算机技术发展和应用2、新型传感器的发展和应用3、无损检测技术的发展和应用4、试验加载手段更加先进,1.2 试验目的和任务,一、结构试验任务（目的） 针对实际结构物或模型，以车辆荷载、模拟地震作用、风力、温度变化等作为影响因素 以各种试验技术为手段，以量测仪器仪表为工具，测定结构在荷载作用下的响应参数（指标） 评定结构的刚度、强度、抗裂性能、承载力以及营运性能 获取理论计算无法确定的参数，如桥梁的阻尼比、冲击系数等动力参数 检验和发展结构的计算理论、假定、方法 为新结构、新材料、新工艺的开发和推广应用提供依据,二、结构试验流程,三、研究性试验1、任务和目的（1）发展、验证或提出设计计算理论、假定（2）开发或验证新结构、新技术、新材料、新工艺（3）为规范修订提供基础数据（4）解决重大工程技术问题2、特点（1）试验对象多为模型，有时采用原型（足尺）（2）针对性强，试验精度较高（3）试验过程包括弹性、塑性、破坏等各个阶段（4）通常在室内进行，技术环节多，周期长,1.2 试验目的和任务,贵州乌江吊拉组合桥（原型）,贵州乌江吊拉组合桥（模型）,重庆大佛寺大桥稳定 模型试验,重庆寸滩内河直立码头模型试验,四、生产鉴定性1、任务和目的直接为工程服务，解决工程实际问题，以规范或设计要求为依据(1) 确定新建结构的承载力和使用性能(2) 为旧结构的加固改造提供依据(3) 现有结构鉴定，确定当前承载力、安全性和限制条件(4) 工程事故处理(5) 预制构件等产品质量检验2、特点(1) 多为现场原型试验(2) 一般不进行破坏试验，以正常使用为主要考察阶段(3) 以规范为依据，以力学性能评价为主要目的(4) 有严格试验程序,鱼洞长江大桥主桥静载试验 （竣工验收试验，2008年10月）,鱼洞长江大桥概貌 主桥:145+2*260+145m刚构,云南海口特大桥(主跨150m),竣工验收鉴定试验（2006年12月）,云南元磨高速路元江大桥（58m +182m+265m+194m+70m）竣工验收鉴定试验(2003年8月),旧桥承载力、适应性评定试验,重庆忠县长江大桥 （主跨560m，2006年11月）,重庆涪陵长江大桥 （149+330+149m,2009年1月）,贵州西溪干沟大桥加固方法研究 现场试验(主跨160m,2006年6月),某桁式组合拱桥局部严重破损,重庆茶园某桥预制构件试验 （40m，2011年7月）,重庆寸滩码头某桥预制构件试验（20m，2011年）,五、科研试验与生产鉴定试验的差异1、研究对象不同2、工作内容和研究目的有差异3、试验加载阶段有差异4、试验环境条件不同5、试验周期有差异6、采取的技术手段有差异7、科研试验：一般增对同性问题，具有普遍的应用价值生产鉴定性试验：只针对特定的原型结构,1、计算方法合理，符合实际2、试验方案科学、可行（加载方法、结构约束支撑、量测方法）3、量测设备选用合理，精度、分辨率满足要求4、尊重科学、尊重数据5、依据规范，准确评价结构性能6、举例（1）量测仪器选择对测试结果影响（2）钢筋混凝土结构应力（应变）测试（3）混凝土箱型拱桥承载力评定主导内力确定,六、试验检测方法的重要性,一、实物（原型）/模型试验1、实物试验(1) 实际结构为对象，多为现场试验，直接为生产服务(2) 主要考察正常使用阶段，一般不进行破坏(3) 风险大，周期短，环境干挠较难控制，误差源较多2、模型试验(1) 仿真试验，模型具备原型重要特征（相似设计）(2) 周期长、针对性强，环境一定程度可控(3) 研究结构各阶段力学性能，数据完整，评定更加科学(4) 模型制作质量对结果影响大，技术环节较多,1.3 结构试验分类,二、静力/动力试验 1、静力试验 在最不利位置施加设计静荷载 荷载图式按试验目的、荷载等效原则确定 获取结构变位、应变以及裂缝等响应数据 考察结构强度、刚度、抗裂性、稳定性 评定结构承载力和使用性能 正常使用阶段（生产鉴定为主） 进行破坏试验（科研为主）2、动力试验 对结构施加动荷载：汽车冲击和刹车、风、地震、疲劳荷载等 模拟结构所承受的实际动荷载历程或振动形态 典型试验：桥梁结构动载试验、振动台试验、风洞试验、疲劳试验 目的：结构自振特性、动力响应、抗震抗风（振源）分析,三、室内/室外试验 1、室内试验 可控制或制造的工作环境，减少或消除不利因素对试验的影响 良好的工作环境有利于精密量测仪器的使用 便于实施连续试验 典型试验：一般研究性静力试验、动力试验（振动台试验、风洞试验、疲劳试验、冲击试验）2、现场试验 位于生产和施工现场 属于实际工作状态下的试验，多为实物（原型）试验 量测结果容易受到温度、电磁干扰等的影响 试验精度相对较低 典型试验：桥梁荷载试验,四、长期/短期试验 试验时间长短根据试验目的、解决问题的步骤确定 1、短期荷载试验 结构试验多为短期荷载试验 静力试验是按照加载程序，荷载从零开始分级施加到结构破坏或到某特定阶段后持荷一定时间即进行分级卸载 2、长期荷载试验 持续几个月甚至数年，大多属于科研性质的试验 用于研究结构或材料在长期荷载作用下的性能 典型试验：结构混凝土的收缩徐变试验、预应力筋的松弛试验、混凝土受弯构件的裂缝开展,一、试验规划1、明确试验目的、内容 抓住主要矛盾，查阅资料，考察试验条件 试验规划，编写试验大纲2、大纲：指导试验纲领性文件，对程序、技术要求作系统阐述3、在大纲基础上，编制具体实施方案二、试验准备（桥梁荷载试验为例）1、现场考察、资料收集2、结构试验计算，试验方案编制 3、量测仪器选用、调试与率定4、检测平台准备、加载车辆准备，测点布置，仪器调试5、结构重要响应数据的计算、预估6、人员分工，安全控制，以及其他技术准备,1.4 结构试验检测一般程序,三、加载试验和量测阶段按预定方案和加载程序，采用适宜设备进行加载，运用各种量测仪器，采集和记录结构受载后各项指标1、关键数据监测分析，随时掌握结构状态，必要时应调整方案2、保证数据完整性，如裂缝、破坏特征等不可复现数据的采集3、加载安全控制，避免意外事故四、资料分析与总结 1、原始数据收集和归档2、数据处理分析3、试验结论4、编写研究报告,病人诊疗过程,结构检测与维护过程,初诊,病理指标检验,指标解读和会诊,手术或其他治疗,效果评价（检验）,考察，制定方案,试验和参数量测,评价，维护方案制订,加固维护实施,试验检测效果评价,举例,1.5 试验内容与依据 一、试验内容（桥梁荷载试验为例） 1、静力试验 控制部位的应变（应力） 控制截面的应力分布 控制截面的最大变位 结构的纵、横向变形分布规律 支点沉降和支点转角 混凝土结构抗裂性能，包括最大裂缝宽度、裂缝扩张、裂缝分布 桥梁外观缺陷及病害检查 主体结构和桥面线形 斜拉索、吊杆的恒载索力及活载索力 材料特性、结构截面尺寸等参数 其它必要的测试项目,