1、1结构试验技术Structural Testing Technology 试验设计结构试验技术结构试验技术构件设计构件设计加载方案加载方案测试方案测试方案因因 素素水水 平平试验设计是一门研究如何正确地安排试验和分析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。到最佳的试验结果。单因素试验设计单因素试验设计1、对分法、对分法3、均分法、均分法2、黄金分割法（、黄金分割法（0.618法）法）调调PH值值称重称重 多因素试验遇到的最大困难是试验次数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
2、品质量有影响，每个因太多，若十个因素对产品质量有影响，每个因素取两个不同状态进行比较，有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如果每个因素取三个不同状态310=59049个不个不同的试验条件同的试验条件多因素试验设计多因素试验设计 譬如：考察两个因子，先固定譬如：考察两个因子，先固定A在在A1，发发现现B3好，再固定好，再固定B3，发现发现A1好，但是实际上好好，但是实际上好的条件是的条件是A2B2。B1 B2 B3 A1 50 56 62 A2 56 70 60 A3 54 60 58 在多因素试验中，有人采用在多因素试验中，有人采用“单因素轮单因素轮换法换
3、法”，但是这种方法不一定能找到好的条件，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？在大幅减少试验数目的情况下得到较好的试验结果？正交试验设计正交试验设计正交试验基本概念正交试验基本概念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。1 12 23 31 11 11 11 12 21 12 22 23 32 21 12 24 42 22 21 1 列号列号试验号试验号L4(23)L4(23)正交表横行数正交表横行数代表试验次数代表试验次数因素水平数因素水平数正交表列数正交表列
4、数因素数因素数正交表代号正交表代号1、均衡分散性：每一列中各种字码出现的次数相同。1 12 23 31 11 11 11 12 21 12 22 23 32 21 12 24 42 22 21 1 列号列号试验号试验号L4(23)L9(34)1 12 23 34 41 11 11 11 11 12 21 12 22 22 23 31 13 33 33 34 42 21 12 23 35 52 22 23 31 16 62 23 31 12 27 73 31 13 32 28 83 32 21 13 39 93 33 32 21 1 列号列号试验号试验号2、整齐可比性：将任意两列的同行数字看成一
5、个数对，则任意可能数对出现的次数相同。如何查找正交表如何查找正交表如何选择正交表如何选择正交表因素数和水平数因素数和水平数L9(34)L18(3661)L36(2103162)变量映射变量映射L9(34)L9(34)1 12 23 34 41 11 11 11 11 12 21 12 22 22 23 31 13 33 33 34 42 21 12 23 35 52 22 23 31 16 62 23 31 12 27 73 31 13 32 28 83 32 21 13 39 93 33 32 21 1 列号列号试验号试验号 例例1 磁鼓电机是彩色录像机磁鼓组件的关键部件磁鼓电机是彩色录像机
6、磁鼓组件的关键部件之一，按质量要求其输出力矩应大于之一，按质量要求其输出力矩应大于210g.cm。某生某生产厂过去这项指标的合格率较低，从而希望通过试验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。找出好的条件，以提高磁鼓电机的输出力矩。1 1试验目的和指标试验目的和指标试验目的：提高磁鼓电机的输出力矩试验目的：提高磁鼓电机的输出力矩考核指标：输出力矩考核指标：输出力矩2 2制订因素水平表制订因素水平表-根据以往经验和资料分析制订根据以往经验和资料分析制订选用正交表用用L9(34)L9(34)1 12 23 34 41 11 11 11 11 12 21
7、 12 22 22 23 31 13 33 33 34 42 21 12 23 35 52 22 23 31 16 62 23 31 12 27 73 31 13 32 28 83 32 21 13 39 93 33 32 21 1 列号列号试验号试验号3 34 4设计试验方案5 5进行试验，并记录计算6 6直观分析-选取较优方案最好？最好？T1=160+215+180=555T2=168+236+190=594T3=157+205+140=5021853/TT11 1983/TT22 3.1673/TT33 各因素在每个水平下的平均输出力矩9001100 13001011 127080901
8、60170180190200210220输出力矩输出力矩RARBRCA:充磁量充磁量B:定位角度定位角度C:定子线圈匝数定子线圈匝数因素各水平对输出力矩的影响因素各水平对输出力矩的影响A2B2C3最优最优6 6直观分析-确定主次因素RA=198 167.3=30.7极差 由于正交表的特点，使试验条件均匀分布由于正交表的特点，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，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
9、：确定参数的分布规律，查表检验显著性水平：确定参数的分布规律，查表7 7方差分析2),(,),(3TTSCBAiCBA偏差平方和：偏差平方和：服从服从 分布分布12n 服从服从 分布分布1/1/),(nSnSeCBA1,1nnF用偏差平方和进行检验用偏差平方和进行检验方差分析表方差分析表 服从服从 分布分布1/1/),(nSnSeCBA1,1nnF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。中通常从降低成本、操作方便等
10、角度加以选择。上面的例子中对因子上面的例子中对因子A与与B应该选择应该选择A2B2，因因子子C可以任选，譬如为节约材料可选择可以任选，譬如为节约材料可选择C1 对对A2B2C1进行三次试验，结果为：进行三次试验，结果为：234，240，220，平均值为，平均值为231.3此结果是此结果是满意的。满意的。8 8验证试验9 9回归分析确定确定物理量之间的函数关系称为物理量之间的函数关系称为回归回归vMatlab;ORIGIN;SAS;SPASS均匀试验设计均匀试验设计1978年，七机部由于导弹设计的要求，提出了一年，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个五因
11、素的试验，希望每个因素的水平数要多于10，而试验总数又不超过，而试验总数又不超过50，显然优选法和正交，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，即所谓研究，提出了一个新的试验设计，即所谓“均匀均匀设计设计”，将这一方法用于导弹设计，取得了成效，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年，获得国家自然科学二等奖均匀试验设计均匀试验设计均匀设计法与正交设计法的不同：均匀设计法与正交设计法的不同：均匀设计法不再考虑均匀设计法不再考虑“数据整齐可比数据整齐可比”性，只考性，只考虑试验点
12、在试验范围内充分虑试验点在试验范围内充分“均衡分散均衡分散”，可大，可大量减少试验数目：量减少试验数目：如如5因素因素5水平，用正交表需要安排水平，用正交表需要安排5225次试验。这时，次试验。这时，可以选用均匀设计法，仅用可以选用均匀设计法，仅用5次试验就可能得到能满足需次试验就可能得到能满足需要的结果要的结果34第六章第六章 结构非破损检测方法结构非破损检测方法6.1 概概 述述一、什么是结构非破损检测方法一、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三、结构非破损检测技术分类四、本章主要内容四、本章主要内容一、什么是结构
13、非破损检测方法（无损检测方法）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。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二、结构非破损检测的目的和用途施工阶段施工阶段质量的检测，如回弹法质量的检测，如回弹法竣工阶段竣工阶段工程验收，如回弹法工程验收，如回弹法使用阶段使用阶段质量鉴定，如回弹法
14、，综合法质量鉴定，如回弹法，综合法（一）强度检测（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；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；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；估原有的混凝土强度；（1）使用不当：维护失常；）使用不当：维护失常；（2）加层或功能改变局部技术改造）加层或功能改变局部技术改造（3）使用期间发生意外）使
15、用期间发生意外（4）施工未完（中止），继续施工）施工未完（中止），继续施工（二）内部缺陷检测（二）内部缺陷检测主要原因主要原因（1）未振捣或模板露浆造成局部疏松，蜂窝，孔洞等缺陷；）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）（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）施工中温度变形以及干燥收缩，检测裂缝的走向和深度；度；（3）受环境侵蚀或灾害，产生由表至里的层状损伤，检测）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；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）结构正常使用期间，出现不明裂缝，需检测裂缝开展深度；深度
16、；三、结构非破损检测技术分类三、结构非破损检测技术分类强度强度半破损法半破损法钻芯法钻芯法拔出法拔出法非破损法非破损法回弹法回弹法超声脉冲法超声脉冲法缺陷缺陷超声脉冲法超声脉冲法雷达扫描法雷达扫描法红外热谱法红外热谱法声发射法声发射法四、本章主要内容四、本章主要内容混凝土结构检测方法混凝土结构检测方法回回弹弹法法超超声声法法综综合合法法拔拔出出法法取取芯芯法法强度检测强度检测缺陷检测缺陷检测超超声声法法四、本章主要内容四、本章主要内容钢结构结构检测方法钢结构结构检测方法表表面面硬硬度度法法强度检测强度检测缺陷检测缺陷检测超超声声法法四、本章主要内容四、本章主要内容砌体结构检测方法砌体结构检测方
17、法检测砌体抗压强度：检测砌体抗压强度：扁顶法扁顶法、原位轴压法、原位轴压法检测砌体工作应力、弹性模量：检测砌体工作应力、弹性模量：扁顶法扁顶法检测砌体抗剪强度：原位单剪法、原位单砖检测砌体抗剪强度：原位单剪法、原位单砖双剪法双剪法检测砌筑砂浆强度：检测砌筑砂浆强度：推出法推出法、筒压法、砂浆片剪切、筒压法、砂浆片剪切法、法、回弹法回弹法、点荷法点荷法和射钉法、和射钉法、贯入法贯入法。6.2 混凝土结构的非破损检测技术混凝土结构的非破损检测技术6.2.1 回弹法回弹法一、回弹法（表面硬度法）一、回弹法（表面硬度法）1.基本概念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采用一个标准质量
18、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。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混凝土结构的非破损检测技术6.2.1 回弹法回弹法一、回弹法（表面硬度法）一、回弹法（表面硬度法）2.回弹仪工作原理回弹仪工作原理 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，并测出重锤反弹回来的距离，以回弹值（反弹距面，并测出重锤反弹回来的距离，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，来推定离与冲击长度之
19、比）作为与强度相关的指标，来推定混凝土抗压强度。混凝土抗压强度。冲击所产生瞬时弹性变形使重锤弹回，当弹击到冲击所产生瞬时弹性变形使重锤弹回，当弹击到x位位置处所具有的势能：置处所具有的势能：221lkes冲击前，重锤初始势能：冲击前，重锤初始势能：eeRlxRx能量消耗能量消耗:221xkesx22212121lxexklkeeessx令令反映了重锤冲击过程中的能量损失。反映了重锤冲击过程中的能量损失。二、回弹仪基本构造二、回弹仪基本构造JmmNlkes207.275/784.05.02122三、影响回弹仪检测性能的因素三、影响回弹仪检测性能的因素（一）装配尺寸（一）装配尺寸1.拉簧自由长度拉
20、簧自由长度mml5.610保证保证2.207J2.冲击长度冲击长度mmlp75三、影响回弹仪检测性能的因素三、影响回弹仪检测性能的因素（二）零件质量（二）零件质量1.拉簧刚度拉簧刚度 0.784N/mm2.使用前应在洛氏硬度使用前应在洛氏硬度HRC为为60士士2的钢砧上，在室温的钢砧上，在室温（20士士5）度的条件下进行率定。取连续弹击三次的稳）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，其值在定回弹值进行平均，其值在80士士2。四、回弹仪操作四、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，将弹击杆顶住混凝土的表面，轻压仪器，松开按钮，弹击杆徐徐伸出。弹击杆徐徐伸出。使
21、仪器对混凝土表面均匀施压，待弹击锤脱钩冲击弹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。值后，逐渐对仪器减压，使弹击杆自仪器内伸出。五、测强曲线五、测强曲线ccumfR ccuf10mCdcBcumfAR mR目前均采用试验归纳法，建立混凝土强度与回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弹值关系曲线的测强曲线 ，即可以从，即可以从R R值值求得
22、求得 值。值。基于基于平均回弹值平均回弹值（）和）和平均碳化深度平均碳化深度（）的测强曲线方程形式：的测强曲线方程形式：md 我国的回弹法测强相关曲线，根据曲线制定的条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：件及使用范围分三类：1.1.统一曲线统一曲线 由全国由代表性的材料、成型、养护工艺配制的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。检测符合规定条件的构件或结构混凝土强度。
23、测强曲线的平均相对误差测强曲线的平均相对误差 ，相对标准差，相对标准差 。15%18%2.2.地区曲线地区曲线 由本地区常用的材料、成型、养护工艺配制的混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。测强曲线的平条件的构件或结构混凝土强度。测强曲线的平均相对误差均相对误差 ，相对标准差，相对标准差 。3.3.专用曲线专用曲线 由与结构或构件混凝土相同的材料、成型、养护由与结构或构件混凝土相同的材料、成型、养护工艺
24、配制的混凝土试块，通过一定数量的破损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的平均相对误差 ，相对标准差，相对标准差 。14%17%12%14%六、检测技术六、检测技术1、试样选择、试样选择单个检测：适用于单个结构或构件的检测；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不少于结构或构件总数的30%，且不少于
25、，且不少于10件。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。龄期相近的同类结构或构件。六、检测技术六、检测技术2、测区布置、测区布置每个结构或构件至少取每个结构或构件至少取10个测区个测区。但对长度小。但对长度小于于4.5m，高度低于，高度低于0.3m的结构或构件，其测区数的结构或构件，其测区数量可适当减少。但量可适当减少。但不应少于不应少于5个个。测区的大小以能容纳测区的大小以能容纳16个个回弹测点为宜；测
26、区回弹测点为宜；测区大小不宜大于大小不宜大于0.04m2，一般取为，一般取为4*4的网格，网格的网格，网格大小大小50mm*50mm相邻两测区的间距相邻两测区的间距不宜不宜2m，相邻两测点的间，相邻两测点的间距一般距一般不不2cm，测点距结构或构件边缘或外露钢，测点距结构或构件边缘或外露钢筋、铁件的距离一般筋、铁件的距离一般不不3cm六、检测技术六、检测技术2、测区布置、测区布置测区优先考虑布置在混凝土浇筑的侧面测区优先考虑布置在混凝土浇筑的侧面(与混凝与混凝土浇筑方向相垂直的贴模板的一面土浇筑方向相垂直的贴模板的一面)，如不能满足，如不能满足这一要求时，可选在混凝土浇筑的表面或底面。这一要求
27、时，可选在混凝土浇筑的表面或底面。测区表面测区表面平整、干燥、清洁平整、干燥、清洁，在测区上，在测区上均匀分均匀分布测点布测点，同一测点只允许，同一测点只允许弹击一次弹击一次对弹击时产生对弹击时产生颤动颤动的薄壁、小型构件应进行的薄壁、小型构件应进行固固定定六、检测技术六、检测技术3、碳化深度测量、碳化深度测量回弹值测量完毕后，应选回弹值测量完毕后，应选不少于构件的不少于构件的30测区测区数测数测量碳化深度值。取其平均值为该构件的碳化深度平均值。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当碳化深度值极大值极小值之差大于2mm时，应在每一时，应在每一测区测
28、量碳化深度值。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方法：用合适的工具在测区表面形成直径约为15mm的的孔洞，清除洞中的粉末和碎屑后孔洞，清除洞中的粉末和碎屑后(注意不能用液体冲洗孔注意不能用液体冲洗孔洞洞)立即用立即用1的酚酞酒精溶液滴在混凝土孔洞内壁的边缘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的碳化深度值，准确距离至少三次，该平均值即为该测区的碳化深度值，准确至至0.5mm。六、数据处理六、数据处理 计算测区平均回弹值时，应从每一测区的计
29、算测区平均回弹值时，应从每一测区的1616个个回弹值回弹值中剔除其中中剔除其中3 3个最大值个最大值和和3 3个最小值个最小值，取，取余下的余下的1010个回弹值的平均值作为该测区的平均个回弹值的平均值作为该测区的平均回弹值回弹值 1 011 0icimRR 1、回弹值计算、回弹值计算六、数据处理六、数据处理2、回弹值修正、回弹值修正 由于回弹法测强曲线是根据回弹仪由于回弹法测强曲线是根据回弹仪水平水平方向方向测试混凝土试件测试混凝土试件侧面侧面的试验数据计算得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。对测得的回弹值进行
30、修正。ccmmaRRR 式中：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cmRcaR角度修正：测试面修正：见表3-1见表3-2表表3-13-1表表3-23-2六、数据处理六、数据处理2、回弹值修正、回弹值修正 先进行角度修正，然后再对修正后的先进行角度修正，然后再对修正后的回弹值进行非混凝土浇筑侧面修正。回弹值进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？既非水平方向又非混凝土浇筑侧面？六、数据处理六、数据处理3、碳化深度修正、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值值。
31、修正：(1)当dm=6mm，按6mm处理；七、混凝土强度评定七、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、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，当测区数等于或构或构件混凝土强度平均值，当测区数等于或大于大于10时，还应计算标准差。时，还应计算标准差。,1ccunccu iiffmn 22,1()()1ccuccunccu ififfn mSn 2 2结构或构件混凝土强度推定值应按下列公式确定：结构或构件混凝土强度推定值应按下列公式确定：（1 1）当该结构或构件测区数少于）当该结构或构件测区数少于1010个时：个时：（2 2）当该结构或构件的测区强度值
32、中出现小于）当该结构或构件的测区强度值中出现小于10.0MPa10.0MPa时：时：（3 3）当该结构或构件测区数不少于）当该结构或构件测区数不少于1010个或按批量检测个或按批量检测时，应按下列公式计算：时，应按下列公式计算：,minccu ecuff,10.0cu efMPa,1.645cccucucu efffmS 3 3、当出现下列情况时，应全部按单个构件检测当出现下列情况时，应全部按单个构件检测：（1）换算强度平均值小于等于25MPa时：（2）换算强度平均值大于25MPa时：a4.5MPccufS a5.5MPccufS 回弹仪检测混凝土强度的影响因素较多，除了仪回弹仪检测混凝土强度
33、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。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，需进行修正6.2 混凝土结构的非破损检测技术混凝土结构的非破损检测技术6.2.2 超声法超声法一、技术基础一、技术基础1.原理原理基于超声波在介质中传播，遇到不同介面将发生反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、射、折射、绕射和衰减等现象，从而使传播的声时、振
34、幅、波形和频率等指标产生变化，通过对这些参振幅、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。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、密实度等密切相而混凝土强度与其弹性模量、密实度等密切相关，因此关，因此混凝土强度混凝土强度与超声波在混凝土体内与超声波在混凝土体内传传播速度播速度存在相关关系。这就是超声法检测混凝存在相关关系。这就是超声法检测混凝土强度的基本原理。土强度的基本原理。(1)(1)(12)dEv 超声波在混凝土介质中传播速度，与砼的弹性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：模量、材料密度有如下式关系：2.超
35、声波探测仪构造及操作方法超声波探测仪构造及操作方法超声波仪：发射探头（换能器）超声波仪：发射探头（换能器）和接受探头（换能器），数据处和接受探头（换能器），数据处理系统理系统频率频率20kHz超声波由高频电振超声波由高频电振荡激励荡激励压电晶体压电晶体发出，经耦合进发出，经耦合进入混凝土，在混凝土中传播后为入混凝土，在混凝土中传播后为接收换能器所接收，把接收换能器所接收，把机械振荡机械振荡转换成转换成电讯号电讯号进行量测。进行量测。3.超声波探测仪分类超声波探测仪分类非金属超声波仪非金属超声波仪 混凝土组成构造复杂，衰减大；要求频率低、功混凝土组成构造复杂，衰减大；要求频率低、功率大率大金属超
36、声波仪金属超声波仪 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。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。事先建立的的相关曲线。目前，采用如下几种函数类型目前，采用如下几种函数类型 平抛物线型平抛物线型 指数函数型指数函数型 幂函数型幂函数型 2ccufABvCv cBvcufAe cBcufAv 二、测强曲线二、测强曲线三、检测技术三、检测技术每个结构或构件至少取每个结构或构件至少取10个测区个测区，测区面积为，测区面积为200mm*200mm。但对长度小于。但
37、对长度小于3m的，其测区的，其测区数量可适当减少，但数量可适当减少，但不应少于不应少于3个个。批量抽样检测：抽样数应不少于同批构件的批量抽样检测：抽样数应不少于同批构件的30，且不少于，且不少于4个，每个构件测区数不少于个，每个构件测区数不少于10个。个。相邻两测区的间距相邻两测区的间距不宜不宜2m；测区宜避开；测区宜避开钢筋钢筋密集区和预埋铁件密集区和预埋铁件；测试面应清洁平整，无缺陷；测试面应清洁平整，无缺陷三、检测技术三、检测技术在每个测区内的相对测试面上，各布置在每个测区内的相对测试面上，各布置三个超三个超声测点声测点，且发射和接收换能器的轴线在，且发射和接收换能器的轴线在同一轴线同一
38、轴线上上。测试时，表面需采用凡士林或黄油作为测试时，表面需采用凡士林或黄油作为耦合剂耦合剂，保持换能器与被测混凝土表面有良好的耦合保持换能器与被测混凝土表面有良好的耦合四、数据处理四、数据处理1、声速计算、声速计算mtLv3/)(321ttttm；L超声测距(mm)；v测区声速值(km/s)；mt测区平均声时值()1t2t3t、分别为测区中三个测点的声时值。测试面修正：vv034.1为顶、底面时：1为侧面时：四、数据处理四、数据处理2、强度推定、强度推定由试验量测的经修正后的声速，按由试验量测的经修正后的声速，按测强曲线测强曲线求得混凝土的强度换算值。求得混凝土的强度换算值。混凝土超声测强的影
39、响因素很多，除了仪器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，只结果产生影响。所以，我国目前超声测强，只作为作为与回弹法的综合使用与回弹法的综合使用。6.2 混凝土结构的非破损检测技术混凝土结构的非破损检测技术6.2.3 超声回弹法超声回弹法一、基本原理一、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
40、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。ccufavaR相关数学关系式为：cbccuRvaf)()(式中：a,b,c-为试验系数。内部内部状态状态表面表面状态状态二、操作仪器二、操作仪器三、检测技术三、检测技术单个构件不少于单个构件不少于10个测区个测区；批量检测，抽样数不；批量检测，抽样数不少于少于同批的同批的30且且不少于不少于10件件，每个构件不少于，每个构件不少于10个测区；长度小于个测区；长度小于2m构件，构件，不少于不少于3个测区个测区；超声测点布置在回弹测试的超声测点布置在回弹测试的同一测区内同一测区内，先进行先进行回弹测试回弹测试，然后，然后再进行超声测
41、试再进行超声测试。测点要求分别满足回弹法和超声法测点要求，测点要求分别满足回弹法和超声法测点要求，但但不宜重叠不宜重叠。四、数据处理四、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：95.123.1,)()(0038.0miicicuRvf粗骨料为卵石：57.172.1,)()(008.0miicicuRvf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用超声法或回弹法单一测量时产生的影响得到相互补偿相互补偿。如对回弹值影响最为显著
42、的如对回弹值影响最为显著的碳化深度碳化深度在回弹法在回弹法检测时是一项重要的参数，但在综合法中碳化检测时是一项重要的参数，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，土，由于它的龄期较长而其含水量相应降低，以致声速稍有下降以致声速稍有下降，因此在综合关系中可以抵，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。虑它所造成的影响。试验证明：超声回弹综合法的
43、测量精度试验证明：超声回弹综合法的测量精度优于超优于超声或回弹单一方法，声或回弹单一方法，一般误差在一般误差在12左右左右。6.2 混凝土结构的非破损检测技术混凝土结构的非破损检测技术6.2.4 钻芯法钻芯法一、基本原理一、基本原理钻芯法是使用专用的钻芯法是使用专用的取芯钻机取芯钻机，从被检测的结构，从被检测的结构或构件上直接钻取圆柱形的或构件上直接钻取圆柱形的混凝土芯样混凝土芯样，并根据，并根据芯样的抗压试验由抗压强度推定混凝土的立方抗芯样的抗压试验由抗压强度推定混凝土的立方抗压强度。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、操作仪器二、操作仪
44、器三、检测技术三、检测技术钻取芯样应在结构或构件钻取芯样应在结构或构件受力较小的部位受力较小的部位和和强度强度质量具有代表性质量具有代表性的部位。的部位。钻芯数量钻芯数量不应少于不应少于3个个，小构件可取，小构件可取2个。芯样直个。芯样直径不宜小于骨料最大粒径的径不宜小于骨料最大粒径的3倍，一般为倍，一般为100 mm或或 150 mm，芯样高度为直径的，芯样高度为直径的12倍。倍。芯样试件内芯样试件内不应含有钢筋不应含有钢筋。如不能满足，每个芯。如不能满足，每个芯样内最多只允许含有二根直径小于样内最多只允许含有二根直径小于10mm的钢筋，的钢筋，且钢筋应与芯样轴线基本垂直且钢筋应与芯样轴线基
45、本垂直芯样端面必须进行加工磨平。也可用水泥砂浆或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。硫磺胶泥在专用补平装置上补平。四、数据处理四、数据处理1、单个测区砼强度换算值：24dFfccuF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。高径比高径比1.01.21.41.61.82.0换算系数换算系数1.001.071.131.171.211.24四、数据处理四、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混凝土换算强度中的最小值最小值作为代表值推定结构作为代表值推定结构
46、的混凝土强度。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。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。主要问题是性比较大。主要问题是试验费用较高试验费用较高，取取样不很方便样不很方便，试验周期较长，且会造成，试验周期较长，且会造成结结构一些局部破损构一些局部破损等。所以应与其他非破损等。所以应与其他非破损方法综合应用，分析与评定，提高效益。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混凝土结构的非破损检测技术6.2.5 拔出法拔出法一、基本原理一、基本原理用一金属锚固件预埋入混
47、凝土内（预装发）或在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。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、操作仪器二、操作仪器钻孔机钻孔机磨槽机磨槽机锚固件：锚固件：胀簧、胀杆、锚杆胀簧、胀杆、锚杆拔出仪拔出仪力传感器：力传感器：显示仪表显示仪表二、操作步骤二、操作步骤钻孔：钻孔：用电钻带动空心钻头使钻头与混凝土表
48、面保持用电钻带动空心钻头使钻头与混凝土表面保持垂直、均匀下钻，垂直、均匀下钻，要求直径要求直径200.1mm，三点支撑钻，三点支撑钻55mm 深，圆环支撑钻深，圆环支撑钻50mm 深即可深即可磨槽：磨槽：将磨槽机上的金刚砂轮放入钻好的内孔，在距将磨槽机上的金刚砂轮放入钻好的内孔，在距表面表面35mm35mm（三点支撑）或（三点支撑）或30mm30mm（圆环支撑）处加工出（圆环支撑）处加工出一个一个28288mm 8mm 的环形沟槽，作为锚具拉拔时的的承的环形沟槽，作为锚具拉拔时的的承力点，磨槽时将定位盘紧紧压在混凝土表面上，沿钻力点，磨槽时将定位盘紧紧压在混凝土表面上，沿钻孔四周均匀移动，当金
49、刚砂轮中心杆与钻孔壁相撞时，孔四周均匀移动，当金刚砂轮中心杆与钻孔壁相撞时，即可停止磨槽。即可停止磨槽。二、操作步骤二、操作步骤安装锚具：将胀簧放入钻好的成型孔内，用胀杆将胀安装锚具：将胀簧放入钻好的成型孔内，用胀杆将胀簧胀开，卡在定位槽内，然后将拉杆拧紧，应检查锚簧胀开，卡在定位槽内，然后将拉杆拧紧，应检查锚具是否与混凝土表面垂直具是否与混凝土表面垂直安装拉拔仪：安装拉拔仪：将拉拔仪套入到安装好的锚具上，拧紧将拉拔仪套入到安装好的锚具上，拧紧螺母。螺母。拉拔：拉拔：将仪表清零，顺时针旋转压力阀，将压力油传将仪表清零，顺时针旋转压力阀，将压力油传送到油缸内使活塞向上移动，开始对混凝土施加拉拔送
50、到油缸内使活塞向上移动，开始对混凝土施加拉拔力，当局部混凝土破坏时，可直接读出该测点的最大力，当局部混凝土破坏时，可直接读出该测点的最大拔出力（最高峰值），做好记录。拔出力（最高峰值），做好记录。三、检测技术三、检测技术单个构件均匀布置单个构件均匀布置3 3个测点个测点。当三个拔出力中。当三个拔出力中最大值或最小值与中间值之差均大于中间值的最大值或最小值与中间值之差均大于中间值的15%15%，应在最小拔出力测点附近，应在最小拔出力测点附近增加增加2 2点点批量抽检不少于批量抽检不少于30%30%，且不少于，且不少于1010件，每个构件，每个构件件3 3点测点点测点测点优先布置在侧面，测点优先布
