桥涵工程检测 283页

4.2 桥梁工程用钢材及其物理力学性能 一、桥梁用钢的主要力学性能 1 、强度 屈服强度 ：指钢材开始丧失对变形的抵抗能力，并开始产生大量塑性变形时所对应的应力。 ﹟ 中碳钢和高碳钢没有明显的屈服点 ，通常以残余变形为 0.2% 时的应力作为屈服强度。 抗拉强度 ：指钢材所能承受的最大拉应力，当拉力达到拉力极限时，钢材完全丧失了对变形的抵抗能力而断裂。 2 ．冷弯性能 ﹟ 指钢材 在常温条件下 承受规定弯曲程度的弯曲变形能力，并可在弯曲中显示钢材缺陷的一种工艺性能。 ﹟ 钢材的冷弯性能可在材料试验机上通过冷弯试验显示出来。 3 ．冲击韧性 指钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收能量的能力，它是衡量钢材 抵抗脆性破坏 的力学性能指标 。 4 ．耐疲劳性 ﹟ 钢材抵抗疲劳破坏的能力称为耐疲劳性。 ﹟ 疲劳破坏：钢材在交变应力（随时间作周期性交替变化的应力）的反复作用下，往往在 工作应力远小于抗拉强度 时发生骤然断裂，这种现象称为－。 5 ．塑性 指钢材在受力破坏前可以经受永久变形的性能，通常用 伸长率 和 断面收缩率 来衡量。 ﹟ 伸长率：试件拉断后标准长度的增量与原标准长度之比的百分率。 ﹟ 断面收缩率：指试件拉断后颈缩处横断面积的最大缩减量占原横断面积的百分率。 6 ．硬度 ﹟ 指钢材抵抗其他较硬物体压入的能力，即钢材抵抗塑性变形的能力。 ﹟ 测定方法： 布氏法、洛氏法、维氏法 。 7 ．良好的焊接性能 ﹟ 指钢材的连接部分焊 接后力学性能不低于焊 件本身，以防止产生硬 化脆裂和内应力过大现象。 洛氏硬度计 二、 桥梁用钢材的有关力学标准 钢桥用钢 钢筋混凝土桥梁用钢 1 、钢桥用钢 ﹟ 主要采用 低合金钢 ： 16 锰钢 16 锰桥钢 15 锰钒氮桥钢 ﹟ 力学性能：极限强度、屈服强度、延伸率、低温冲击韧性、时效后冲击韧性、 180 度冷弯试验。 公路桥梁工程用钢分类 2 ．钢筋混凝土桥梁用钢 普通钢筋 预应力混凝土用冷拉钢筋、冷拔钢丝、高 强钢丝、钢绞线和精轧螺纹粗钢筋等。 ﹟ 目前在桥梁工程中 钢筋、预应力钢绞线 应用最为广泛。 分类 （ 1 ）钢筋 光圆钢筋 带肋（螺纹）钢筋； 人字形 螺旋形 光圆钢筋 热轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋 低碳钢热轧圆盘条 ﹟ 力学性能： 极限强度、屈服强度、伸长率、 180 度冷弯试验。 按外形分类 螺纹钢筋 钢筋按力学性能分为 （ 2 ）预应力混凝土用钢绞线 ﹟ 钢绞线是钢厂用 优质碳素结构钢 经过冷加工，再经回火和绞捻等加工而成。 钢绞线 公称直径 抗拉强度 整根钢绞线的最大力 规定非比例延伸力 最大总伸长率 应力松弛性能 力学性能 1x7 钢绞线结构图 三、钢筋、钢绞线力学性能试验取样位置及试样制备 1 ．钢筋 钢筋批量： 由同一厂别、同一炉号、同一规格、同一交货状态、同一进场时间为一验收批。 ﹟ 热轧带肋钢筋、热轧光圆钢筋、低碳钢热轧圆盘条、余热处理钢筋每批数量 不大于 60t ，取一组试样。 ﹟ 冷轧带肋钢筋，每批数量 不大于 50t ，取一组试样。 试件截取长度为： 拉伸试件： L ≥10d+200mm 冷弯试件： L≥5d+150mm ﹟ 凡规定取两个试件的，均 应从两根（或两盘）中分别切取 ，每根钢筋上切取一个拉力试件、一个冷弯试件。 ﹟ 低碳钢热轧圆盘条，冷弯试件应取自 同盘的两端 。 ﹟ 试件切取时，应在钢筋或盘条的任意一端 截去 500mm 后切取。 2 ．钢绞线 批量规定： 由同一牌号、同一规格、同一生产工艺制造的钢绞线为一验收批量，每批质量不大于 60t 。 取样长度： L ≥500+200mm 。 检验数量： 从每批钢绞线中任取 3 盘，如每批少于 3 盘，则应逐盘进行检验。 ﹟ 可以从每批钢绞线的任一端切取样品， 但发现钢丝有接缝的，任何试样都应作废 ，并应选取新的试样。 四、 拉伸试验 测定指标 ：屈服强度（上屈服强度、下屈服强度） 抗拉强度 R m 伸长率 A 和断面收缩率 Z 1 ．试样制备 取样长度及方法同前。 钢筋试样 2 ．仪器设备 （ 1 ）试验机 ﹟ 测力示值误差应不大于 ±1% ； ﹟ 应具有调速指示装置； ﹟ 应备有记录装置。 ﹟ 试件的破坏荷载必须应在试验机全量程 20%-80% 之间。 （ 2 ）引伸计 ﹟ 引伸计应不劣于 1 级 。 （ 3 ）试样尺寸测量仪器 游标卡尺、螺旋千分尺等。 3 ．试验方法 （ 1 ）试验准备 ① 首先测量试样标距 两端和中间三个截面处 的尺 寸； ② 对于圆试样，在每一横截面内沿互相垂直的两个直径方向各测量一次，取其平均值。 用测得的三个平均值中 最小的值 计算试样的原始横截面面积 S 0 。 ③加载速度应根据材料性质和试验目的确定 ； （ 2 ）上屈服强度和下屈服强度的测定 ﹟ 图解方法 ： 上屈服强度 ： 力首次下降前的最大应力 下屈服强度 ：不计初时瞬时效应时屈服阶段中的最小应力或屈服平台的恒定应力。 ﹟ 指针方法 ：读取测力度盘指针首次回转前指示的最大力和不计初时瞬时效应时屈服阶段中指示的最小力或首次停止转动时指示的恒定力。 （ 3 ）抗拉强度测定 图解法或指针法。 （ 4 ）断后伸长率 A 的测定 钢筋应力 - 应变曲线 （ 5 ）断面收缩率的测定 ﹟ 圆形横截面试样，在 缩颈最小处相互垂直方向 测量直径，取其算术平均值计算最小横截面积； ﹟ 断面收缩率 Z ： 五、冷弯试验 冷弯是考察钢材在 复杂应力状态下 发展塑性变形能力的一项指标。 （一）试样 试样的长度应根据试样厚度和所使用的试验设备确定。 当采用支辊式等弯曲装置时，可以按照下式确定 （二）试验原理及试验设备 弯曲试验可在压力机或万能试验机上进行。 ﹟ 试验结束后，弯曲处若 无裂纹、起层或断裂现象 ，即为冷弯性能合格。 （三）试验步骤与要求 试样放置于两个支点上，将 一定直径的弯心 在试样两个支点中间施加压力，使试样弯曲到规定的角度，或出现裂纹、裂缝、断裂为止。 弯心直径必须符合规定，两支辊间距离为 （ d +30 ） ±0.50mm ，并且在试验过程中不允许有变化。 试验应在 10 － 35℃ 下进行，在控制条件下，试验在 23±2℃ 下进行。 弯曲后钢筋试样 六、金属应力松弛试验 在规定温度下，对试样施加试验力，保持 初始应变、变形或位移恒定 的条件下，测定 应力随时间变化 的关系曲线。 （一）仪器设备 1. 试验机 ①应力松弛试验机应能对试样施加准确的轴向拉伸试验力，试验机力的示值误差不应超过 ± 1% ； ②拉伸应力松弛试验机应具有 连续自动调节试验力的装置 。 钢绞线应力松弛试验 （二）试样 ﹟ 试样应从预应力钢材制品规定部位切取。 ﹟ 试样在试验前，不应经受应力和冷、热加工处理。 ﹟ 试样 标距一般不少于公称直径的 60 倍 。 （三）试验方法 ①试验室温度应为 20℃±2℃ 。 ②试样应置于试验环境中足够的时间，确认达到温度平衡后施加初始试验力。 ③初始试验力应按相关产品的标准规定，并在 3 － 5 分钟内施加 全部初始试验力。 ﹟ 初始试验力保持时间为 1min 。 ④ 初始试验力保持时间结束点作为 零时间 ，在零时间应立即 保持初始总应变或标距恒定 。 ﹟ 在试验期间试样应变的波动应控制在 ±5×10 -6 以内。 ⑤连续或定时记录试验力和试验温度。 一般按下列时间间隔记录 ： 1min 、 3min 、 6min 、 9min 、 15min 、 30min 、 45min 、 1h 、 1.5h 、 2h 、 4h 、 8h 、 10h 、 24h ，以后每隔 24h 记录一次，直到试验结束。 （四）试验数据处理 松弛率按下式计算： 式中： R —— 松弛率， % ； F 0 —— 初始试验力， kN ； F f —— 剩余试验力， kN ； 可以采用试验数据的 线性回归分析方法 对试验数据进行推算。 推算 1000h 的应力松弛性能时，最短试验时间不少于 100h 。 七、金属洛氏硬度试验方法 指在初始试验力及总试验力的先后作用下，将压头压入试样表面，经规定保持时间后，卸除总试验力，用测量的 残余压痕深度增量 计算的硬度值。 （一）仪器 洛氏硬度计、压头 （二）试样 ①试样应尽量避免由于受热、冷加工等 对试样表面的影响。 ②试样的试验面尽可能是平面，不应有氧化皮及其他污物， 表面粗糙度一般不大于 0.8μm 。 ③试样最小厚度应不小于 0.2mm 。 （三）步骤 在 10 － 35℃ 室温进行，对精度要求较高的试验，室温度应控制在 23℃±5℃ 。 （ 1 ）依据试验材料选择压头类型和洛氏硬度标尺。 使用与试样硬度值相近的标准洛氏硬度块对硬度计进行校验 。 （ 2 ）试样的试验面、支承面、试台表面和压头表面应清洁。 试样应稳固地放置在试台上，以保证在试验过程中不产生位移及变形。 （ 3 ）试验时，必须保证 试验力方向与试样的试验面垂直 。 （ 4 ）施加初始试验力时，指针或指示线不得超过硬硬度计规定范围。 （ 5 ）硬度检验每个试样一般 测试 3 点（针）， 每一点（针） 测得的硬度值加上修正值 便可反映该试样的实际硬度值。 4 ．试验结果处理 （ 1 ）试验报告中给出的洛氏硬度值应精确至 0.5 个洛氏硬度单位。 （ 2 ）对于 圆柱面和球面 上测得的洛氏硬度值，应进行修正。 八、 钢筋焊接接头的检验 ﹟ 钢筋接头一般应采用焊接，螺纹钢筋也可采用挤压套管接头（或直螺纹连接）。 ﹟ 钢筋的焊接应优先选用 闪光对焊 ，当缺乏闪光对焊条件时，也采用 电弧焊、电渣压力焊、气压焊等 。 钢筋搭接焊 直螺纹连接 4.3 桥梁支座和伸缩装置检验 一、桥梁支座 支座的功能 ：将上部结构承受的各种荷载传递给墩台，并能 适应上部结构由于荷载、温度变化、混凝土收缩等产生的变形 （水平位移及转角），使上部结构的实际受力情况符合设计要求。 简易垫层支座（小桥涵上使用） 钢板支座 钢筋混凝土支座 铸钢或不锈钢支座 橡胶支座 支座分类 球式橡胶支座 盆式橡胶支座 四氟滑板式橡胶支座 1. 板式桥梁橡胶支座的构造特性 ﹟ 由若干层 橡胶片与薄钢板 组成，经加压硫化牢固的粘结成为一体。 ﹟ 支座 在竖向荷载作用下具有足够的刚度，是由于 钢板限制了橡胶片的侧向膨胀 。 ﹟ 支座的水平位移主要取决于橡胶片的净厚度。 橡胶片 四氟滑板 钢板 钢板打 孔位置 橡胶支座构造图 2. 板式桥梁橡胶支座的技术要求 交通部行业标准（ JT/T4—2004 ） 项目 指标 极限抗压强度 R a （ MPa ） ≥70 实测抗压弹性模量 E 1 （ MPa ） E±E×20% 实测抗剪弹性模量 G 1 （ MPa ） G±G×15% 实测老化后抗剪弹性模量 G 2 （ MPa ） G+G×15% 实测转角正切值 tg θ 混凝土桥≥ 1/300 钢桥≥ 1/500 实测四氟板与不锈钢板表面摩擦系数 u f （加硅脂时） ≤0.03 3. 板式桥梁橡胶支座的检验方法 ： 型式检验 出厂检验 使用前抽检 成品力学性能检验 成品解剖检验 外观及几何尺寸检验 检验形式 检验内容 （ 1 ）抗压弹性模量检验 试验原理： 根据橡胶支座的 应力 - 应变曲线直线段 计算抗压弹性模量。 试验步骤： ① 将支座置于试验装置的承压板上，对准中心，加荷至压应力为 1.0MPa ，在承压板的四个角对称安装四支位移计。 ② 进行预压。 将压应力以 0.03-0.04MPa/s 的速率 连续地增至平均压应力 σ=10MPa ，持荷 2min ，然后以连续均匀的速度将压应力卸至 1.0MPa ，持荷 5min 记录百分表初始值，绘制应力 - 应变图， 预压三次 。 1000 吨橡胶支座压剪试验机 橡胶支座抗压弹性模量试验 橡胶支座抗压弹性模量试验 ③ 正式加载 ﹟ 每一加载循环自 1.0MPa 开始，将压应力以 0.03 至 0.04MPa/s 的速率连续均匀地 加载至 4MPa ，持荷 2min 后，采集支座变形值； ﹟ 同样以连续均匀的速度卸载至 1.0MPa 。 ﹟ 每 2MPa 为一级 逐级加载，每级持荷 2min 后，采集支座变形数据直至平均压应力 σ 为止，绘制的 应力－应变图应成线性关系 ，以连续均匀的速度卸载至 1.0MPa 。 ﹟ 10min 后进行下一加载循环，加载过程连续进行 三次 。 抗压弹性模量计算 各级试验荷载作用下的累计压缩应变 ε i ： 试样的抗压弹性模量： ∆ ci ：各级荷载下试样的累计竖向压缩变形； t e ；试样橡胶层的总厚度， t e =∑δ i ； E 1 ：试样实测抗压弹性模量计算值； σ 4 、 ε 4 、 σ 10 、 ε 10 ：第 4MPa 和第 10MPa 级试验荷载下的压应力和累计压缩应变值。 ﹟ 试验结果取 三次加载所得结果的平均值 ，但单项结果和算术平均值的 偏差不应大于算术平均值的 3% ，否则应重新试验。 影响抗压弹性模量的因 素： ①橡胶片与加劲钢板接触面的状态 ②形状系数 形状系数： 支座受压面积与其自由膨胀侧面积之比值； 对于矩形支座 对于圆形支座 L a 、 L b ：矩形支座加劲钢板的长、短边长度； d ：圆形支座加劲钢板的直径。 （ 2 ）极限抗压强度检验 ① 将试样放置在试验机的承载板上，上下承载板与支座接触面不得有油污，对准中心位置，精度应小于 1% 的试件短边尺寸。 ②以 每分钟 0.1MPa/s 的加荷速率加载至试样 极限抗压强度 70MPa 为止，绘制 应力 － 时间图 ，并随时观察试样受力状态及变形情况，试样是否完好无损。 （ 3 ）抗剪弹性模量检验 ①在试验机的承载板上 应使支座顺其 短边方向 受剪，将试样及中间钢 拉板按双剪装置配置好。 ② 将压应力以 0.03-0.04MPa/s 的速率连续均匀地加载至平均压应力 σ ，绘制应力－时间图，并 在整个抗剪试验过程中保持不变 。 ③调整试验机的剪切试验结构，使水平油缸、负荷传感器的轴线和中间钢拉板的对称轴重合。 ④ 预加载： 以 0.002-0.003MPa/s 的速率连续施加水平剪应力至 τ=1.0MPa ，持荷 5min ，然后以连续均匀的速度卸载至 0.1MPa ，持荷 5min ， 记录位移初始值 ，绘制应力－应变图，预载三次。 ⑤ 正式加载： 每一加载循环 自 τ=0.1MPa 开始 ，每级剪应力增加 0.1MPa 持荷 1min ，采集支座变形数据，至 τ=1.0MPa 为止，绘制的应力－应变图应成线性关系。然后以连续均匀的速度卸载至剪应力为 0.1MPa 。 10min 后进行下一循环，连续进行三次 。 抗剪弹性模量计算： 试样的累计剪切应变 γ i = △ si / t e 。 抗剪弹性模量 G 1 △ si： 试样累计水平剪切变形 G 1 ：试样实测抗剪弹性模量计算值； τ 1 .0 、 τ 0 .3 、 γ 1 .0 、 γ 0 .3 ：第 1 .0 MPa 和第 0 .3 MPa 级试验荷载下的剪应力和累计剪切应变值。 试验结果应为三次试验的算术平均值，但各单项结果与算术平均值的偏差不应大于算术平均值的 3% ，否则该试样应再进行一次试验。 （ 4 ） 抗剪粘结性能试验 ① 将压应力以 0.03-0.04MPa/s 的速率连续均匀地加载至平均压应力 σ ，绘制应力 － 时间图，并在整个抗剪试验过程中保持不变。 ② 以 0.002-0.003MPa/s 的速率 连续施加水平力，当 剪应力至 2MPa 时，持荷 5min 后，水平力以连续均匀的速度连续卸载，在加、卸载过程中绘制应力一应变图。 （ 5 ）抗剪老化试验 将试样置于老化箱内，在 70± 2℃ 温度下经 72h 后取出 ．将试样 在标准温度 23 ± 5℃ 下，停放 48h ，再在标准试验室温度下进行剪切试验。 老化后抗剪弹性模量 G 2 的计算方法与标淮抗压弹性模量计算方法相同。 （ 6 ）摩擦系数检验 试验步骤： ①将四氟滑板支座与不锈钢板试样按规定摆放，对准试验机承载板中心位置，精度应小于 1 ％的试件短边尺寸。 试验时应将四氟滑板试样的储油槽内注满 5201-2 硅脂油。 1 、 4— 试验机上、下承载板； 2— 四氟滑板支座试样； 3— 中间钢拉板； 5— 不锈钢板试样； 6— 防滑摩擦板 ② 将压应力以 0.03-0.04MPa/s 的速率连续地增至平均压应力 σ ，绘制应力 － 时间图，并在整个摩擦系数试验过程中保持不变。 预压时间为 1h 。 ③ 以 0.002-0.003MP/s 的速率连续地施加水平力，直至不锈钢板与四氟滑板试样接触面间发生滑动为止，记录此时的水平剪应力。 试验过程应连续进行三次 。 2 ） 试样的摩擦系数按下式计算，并求三次的平均值 H— 支座承受的最大水平力， kN ；   R— 支座最大承压力， kN ； Ao—— 支座有效承压面积，㎜ 2 。 （ 6 ）允许转角检验 试验原理 试验步骤 ①将试样按规定摆放，对准中心位置，精度应小 1 ％的试件短边尺寸。 在距试样中心 L 处，安装使梁产生转动用的 千斤顶和测力计 ，并在承载梁 ( 或板 ) 四角对称安置四只高精度位移传感器 ( 精度 0.001mm) ； ② 预压： 将压应力以 0.03-0.04MP/s 的速率连续地增至平均压应力 σ ，绘制应力 — 时间图，维持 5min ，然后以连续均匀的速率卸载至压应力为 1.0MPa ，如此反复三遍。检查传感器是否灵敏准确； ③ 加载 将压应力按照抗压弹性模量试验要求增至 σ ，采集支座变形数据，绘制应力 － 应变图，并 在整个试验过程中维持 σ 不变 。 用千斤顶对中间工字梁施加一个向上的力 p ，使其 达到预期转角的正切值 ( 偏差不大于 5 ％ ) ，停 5min 后，记录千斤顶力 P 及传感器的数值。 实测转角的正切值： 各种转角下，由于垂直荷载和转动共同影响产生的压缩变形值 : △C — 支座最大承压力 R 时试样累积压缩变形值， mm △1 — 转动试验时，试样中心平均回弹变形值， mm △2 — 垂直压缩和转动共同影响下试样中心处产生的压缩变形值， mm 各种转角下试样边缘换算变形值计算 各种转角下，支座边缘最大最小变形值计算 （ 7 ）判定规则 ①实测抗压弹性模量 E 1 、抗剪弹性模量 G 1 、试样老化后的抗剪弹性模星 G 2 和四氟滑板试样与不锈钢板的摩擦系 u f 应满足规范的要求； ② 支座在不小于 70MPa 压应力时，橡胶层未被挤坏；中间层钢板未断裂，四氟板与橡胶未发生剥离，则试样的抗压强度满足要求； ③支座在两倍剪应力作用下，橡胶层未被剪坏，中间层钢板未断裂错位，卸载后，支座变形恢复正常，认为试样抗剪粘结性能满足要求； ④ 试样的容许转角正切值，混凝土、钢筋混凝土桥在 1 ／ 300 ，钢桥在 1 ／ 500 ，试样边缘 最小变形值大于或等于零 时，则试样容许转角满足要求； ⑤三块 ( 或三对 ) 试样中，有 两块 ( 或两对 ) 不能满足要求时 ，则认为该批产品不合格。 有一块 ( 或一对 ) 试样不能满足要求时，则应从该批产品中随机 再取双倍试样 对不合格项目进行复验，若仍有一项不合格，则判定该批产品不合格。 5 ．盆式橡胶支座 构造特点： 将纯橡胶块放置在凹型的金属盆内，橡胶处于有侧限受压状态，从而使支座的承载能力大大提高。 按使用性能分类： 双向活动支座 ：具有竖向承载、竖向转动和多向滑移性能 单项活动支座 ：具有竖向承载、竖向转动和单一方向滑移性能 固定支座 ：具有竖向承载和竖向转动功能。 （ 1 ）成品支座力学性能要求 ①竖向承载力 标准系列支座的竖向承载力分为 31 级，即 0.8 － 60MPa 。 # 在竖向设计荷载作用下，支座 压缩变形值 不得大于支座总高度的 2% ； # 盆环 上口径向变形 不得大于盆环外径的 0.5‰ ； # 支座 残余变形 不得超过总变形量的 5% 。 ② 水平承载力 # 固定支座在各方向和单向活动支座非滑移方向的水平承载力均 不得小于支座竖向承载力的 10% 。 抗震型支座水平承载力不得小于支座竖向承载力的 20% 。 ③转角 支座转动角度不得小于 0.02rad 。 ④摩阻系数 加 5201 硅脂润滑后，常温型活动支座设计摩阻系数最小取 0.03 。 加 5201 硅脂润滑后，耐寒型活动支座设计摩阻系数最小取 0.06 。 （ 2 ）支座力学性能的检测方法 整体支座力学性能测试应在专门试验机构中进行。 ①荷载试验 ﹟ 检验荷载应为支座 设计承载力的 1.5 倍 ，并以 10 个相等的增量加载。 ﹟ 在支座的顶底板间均匀安装四只百分表，测试支座竖向压缩变形； ﹟ 在盆环上口相互垂直的直径方向安装 四只千分表 ，测试盆环径向变形。 加载前应对试验支座预压三次，预压荷载为支座设计承载力。试验时检验荷载以 10 个相等的增量加载 。 二、桥梁橡胶伸缩装置检验 1. 桥梁橡胶伸缩装置的作用及分类 作用： 满足桥梁上部结构变形的需要，并保证车辆通过桥梁时平稳。 纯橡胶式伸缩装置 板式伸缩装置 组合式伸缩装置 模数式伸缩装置 分类 各种橡胶伸缩装置 2. 桥梁橡胶伸缩装置的技术要求 成品力学性能试验 成品尺寸偏差及外观质量检验 成品解剖检验 每 200 块或每批任取一块，将其沿垂直方向锯开检验 §4.4 预应力混凝土结构检测 一、 预应力混凝土结构试验检测检测 （一）预应力锚具、连接器检测 1 、检测项目 后张法预应力锚具组装件 锚环及夹片 连接器： 用于连接预应力筋的装置。 出厂检验、型式检验、使用单位检验 使用单位检验： 外观及尺寸、硬度、静载试验 2 ．技术要求 技术指标： 锚固性能 承载能力 （ 1 ）锚具 静载锚固性能： 锚具效率系数 η a 总应变 ε apu 锚具的静载锚固性能应满足： η a ≥0.95 ε apu ≥2.0% 其他要求： ﹟ 预应力筋 - 锚具组装件达到实测极限拉力时，应由预应力筋的断裂，而 不应由锚具（或连接器）的破坏 导致试验的终结。 ﹟ 锚具应满足 分级张拉、补张拉以及放松预应力筋 的要求。 ﹟ 锚具内缩量不应大于 6mm ； ﹟ 锚口摩阻损失不应大于 2.5% ﹟ 疲劳试验： 用于承受静、动荷载的预应力混凝土结构，其预应力筋 - 锚具组装件经受 200 万次循环荷载后， 预应力筋因锚具影响发生疲劳破坏 的面积不应大于试件总截面面积的 5% 。 ﹟ 周期荷载试验： 用于抗震结构中的锚具经 50 次循环荷载作用后预应力筋不应发生破断、滑移和夹片松脱现象。 （ 2 ）连接器 应符合 锚具 的性能要求； 3 ．静载锚固性能试验 （ 1 ）一般规定 ﹟ 试验用的预应力筋锚具组装件应由 全部零件和预应力筋 组装而成，不得在锚固零件上添加影响锚固性能的物质； ﹟ 束中各根预应力筋应 等长平行 ，其受力长度不得小于 3m 。 ﹟ 试验用的预应力钢材应 经过选择 ，全部力学性能必须严格符合该产品的国家标准或行业标准； ﹟ 测力系统， 不确定度不得大于 2% ； ﹟ 量具，其标距的 不确定度不得大于标距的 0.2% ，指示应变的不确定度不得大于标距的 0.1% 。 静载锚固性能试验装置 （ 2 ）静载试验 ﹟ 将锚具、预应力筋、传感器、千斤顶安装于试验机或试验台座上，使各预应力筋均匀受力。 ﹟ 加载之前应先将各种仪表安装调试正确，各根预应力钢材初应力调匀， 初应力可取抗拉强度标准值 f Ptk 的 5%-10% 。 ﹟ 测量总应变 ε apu 的 量具标距不宜小于 1m 。 加载步骤： # 按 预应力钢材抗拉强度标准值 f Ptk 的 20% 、 40% 、 60% 、 80% 分 4 级等速加载； # 加载速度 每分钟宜为 100MPa ，达到 80% 后， 持荷 1h 。 # 随后逐步加载至破坏，使荷载达到最大值 F aPu 。 试验过程中观察和测量的项目： ①逐级测量预应力钢材与锚具或连接器之间的相对位移△ a ，△ a 应随荷载逐渐增加； ②测量锚具、夹具或连接器间的相对位移△ b ，△ b 应随荷载逐渐增加。 ③ 在达到预应力钢材抗拉强度标堆值的 80% 后，在持荷 lh 的时间内 每 20-30min 测量一次相对位移（△ a 和△ b ）； 持荷期间△ a 和△ b 均应无明显变化，保持稳定； ④测量记录试件的 实测极限拉力 F apu ； ⑤ 测量记录试件极限拉力时预应力筋的 总应变 ε apu ； F apu ： 钢绞线锚具组装件的实测极限拉力； F apu c ：钢绞线锚具组装件中，各根钢绞线计算极限拉力之和 f ptm ： 试验用预应力筋（截面积 Ap ）实际极限抗拉强度平均值 η p ：预应力筋的效率系数，预应力筋 - 锚具组装件中预应力筋 1-5 根 , η p =1.0 ； 6-12 根 , η p =0.99 ； 13-19 根 , η p =0.98 ； 20 根以上 , η p =0.97 ； Ap= 预应力筋截面积之和 L 1 ：千斤顶活塞初始行程读数， mm L 2 ：试件破坏时活塞终了行程读数， mm ； L 0 ：张拉至 10% f Ptk 时，钢绞线的初始长度， mm 。 对于夹具，应由预应力筋 - 夹具组装件的静载试验，采用夹具的效率系数 η g 表示： 夹具的静载锚固性能应满足： η g ≥0.92 5 ．试件抽样及检验判定 （ 1 ）抽样频率 ﹟ 对于同类型、同一批原材料和同一工艺生产的锚具、连接器作为一批验收， 每批不超过 1000 套。 ﹟ 外观检验抽取 10% ，且不少于 10 套； ﹟ 硬度检验抽取 5% ，且不少于 5 套； ﹟ 静载试验抽取 6 套试件与符合要求的预应力筋 组装成 3 个预应力筋 - 锚具组装件 进行试验。 （ 2 ）结果判定 外观检验 ： 如表面无裂缝，尺寸符合设计要求，判定为合格； 如有一套表面有裂缝或裂缝超过允许偏差，则 应逐套检查 ，合格后方可使用。 静载锚固能力检验、疲劳荷载试验及周期荷载检验： 如符合技术要求的规定，应判为合格。 如有 1 个试件不符合要求，则 另取双倍数量试件重做试验； 如仍有 1 个试件不合格，则该批为不合格品。 二、 张拉设备校验 张拉设备： 千斤顶、油泵、油压表 张拉力控制 ：用油压表测定和控制。 存在问题 ：油缸与活塞之间有一定的摩阻力，此项摩阻力抵消一部分作用力，实际作用力要比理论值小。 解决方法 : 一般采用 校验标定 的方法测定油压千斤顶的实际作用力与油压读数的关系 。 后张法张拉现场 先张法张拉现场 穿心式千斤顶 压力试验机 校验仪器 标准测力计 传感器 1 ．用长柱压力试验机校验 ﹟ 压力试验机的精度不得低于 ±2% 。 ﹟ 应采取 被动校验法 ，即在校验时用千斤顶顶试验机。 ﹟ 用被动法校验千斤顶时．必须事先 对试验机进行被动标定。 （ 1 ）千斤顶就位 （ 2 ）校验千斤顶 ﹟ 开动油泵，千斤顶进油，顶试验机上压板。 在加载过程中，自零位到最大吨位，将被动标定的结果逐点标定到千斤顶的油压表上。 ﹟ 各标定点应 重复标定 3 次 ，取平均值，并且只测读进程，不得读回程。 长柱式压力机校验千斤顶 长柱式压力机校验千斤顶 2 ．用标准测力计校验 3 ．用电测传感器校验 4 ．千斤顶检验结果的回归计算 五、张拉力控制 千斤顶的油压 预应力钢材的伸长量 ﹟ 预应力钢材实测伸长值和相应的理论计算值的差应 控制在 6% 以内 。 双控 1 ．预应力钢材理论伸长值△ L （ mm ）： 式中： P P —— 预应力钢材的平均张拉力， N ； L —— 预应力钢材长度， mm ； A p —— 预应力钢材截面面积， mm 2 ； E P —— 预应力钢材弹性模量， N/mm 2 。 预应力筋的平均张拉力按下式计算： 式中： P —— 预应力钢材张拉端的张拉力， N ； μ —— 预应力钢材与孔道壁的摩擦系数； k —— 孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数； θ —— 从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和， rad 。 x —— 从张拉端至计算截面的孔道长度， m ； 2 ．实 际伸长值 的测量 ﹟ 预应力钢材张拉前， 应先调整到初应力 σ ，作伸长值测量标记； 然后张拉至张拉控制应力，测量伸长值。 ﹟ 实际伸长值为 量测的伸长值与初应 力时的推算伸长值之和。 预应力筋张拉的实际伸长值△ L （ mm ）： △ L 1 ：从初应力至最大张拉应力时的实测伸长值 ,mm △ L 2 ：初应力时的推算伸长值， mm ， 可采用相邻级的伸长值 。 六、水泥浆的检测 一般预应力混凝土构件，在张拉完毕 10h 左右、预应力筋和锚具稳定后，即可进行 孔道压浆 工作。 孔道压浆的 水灰比一般宜采用 0.4-0.45 ，如掺入减水剂，水灰比可减少到 0.35 。 1 、检测项目与方法 （ 1 ）水泥浆的强度 水泥浆的强度应制成 7.07×7.07×7.07cm 的试件，标准养护 28d 测得的抗压强度。 压浆时每一工作班应制取 不少于 3 组 抗压试件。 （ 2 ） 泌水率和膨胀率试验 往高 120mm 的有机玻璃容器内装入水泥浆约 100mm 深，测记水泥浆液面的高度，然后盖严。 置放 3h 和 24h 后测其离析水水面和水泥浆膨胀面，然后按下式计算 泌水率和膨胀率 ： （ 3 ）稠度试验 将水泥浆测定漏斗放平，关上阀门，将搅拌均匀的水泥浆倾入漏斗内，直至表面触及点测规下端。打开阀门，让水泥浆自由流出， 水泥浆全部流完时间 即为水泥浆的稠度。 4.5 地基承载力检测 桥梁地基的容许承载力确定方法： 根据地质勘测 原位测试 野外荷载试验 邻近旧桥梁调查对比 由经验和理论公式计算综合分析确定。 当缺乏上述资料时可按 《 公路桥梁地基与基础设计规范 》 （ JTG D63-2007 ） 推荐的方法确定地基容许承载力。 1 ．粘性土、黄土地基承载力检测 ①对于老粘性土和残积粘性土地基，可取土样进行压缩试验，求得土样 压缩模量 E s ，查表确定容许承载力。 ② 对于一般粘性土和新近沉积粘性土地基，求出土样 天然孔隙比 e 和液性指数 I L ，查表确定容许承载力。 ③ 对新近堆积黄土地基按土 含水比（天然含水量 ω 和液限 ω L 的比值） 确定容许承载力。 ④对于一般新黄土地基，按 天然含水量和液限比（液限 ω L 与天然孔隙比 e 的比值） 确定容许承载力。 ⑤ 对于老黄土地基，按 天然孔隙比 e 和含水比 ω / ω L 确定容许承载力。 2 ．砂土、碎石土地基承载力检测 对于砂类土、碎石土地基承载力可按其 分类和密实度 确定 。 三、现场荷载板试验确定地基容许承载力 1 、基本原理 典型的 P-S 曲线 （ 1 ）压密阶段 称比例界限 P cr （ 2 ）剪切阶段 极限荷载 P U （ 3 ）破坏阶段 P cr P u P S Ⅰ Ⅱ Ⅲ 典型的 P-S 曲线 平板载荷试验试验设备 2 、测试设备 承压板 ： 园形或方形刚性承压板，尺寸应大于最大颗粒的 10 倍。一般采用 2500 － 5000㎝ 2 。 加荷装置： 重物加荷、千斤顶加荷。 沉降量测装置： 百分表、水准仪、位移传感器等。 加载方式 平板载荷试验现场检测图片 平板载荷试验现场图片 3 、测试方法 （ 1 ）试验位置的选择 ①选择有代表性的地点进行试验 ②土层均匀时，可在基底标高处进行试验 ③土层性质随深度变化时，在不同深度试验 （ 2 ）试坑宽度 承压板直径的 4-5 倍，至少 3 倍。 （ 3 ）超荷载影响 应使承压板 埋深与宽度之比 和基础埋深与宽度之比相等。 4 、加荷方式 （ 1 ）分级维持荷载沉降相对稳定法（常规慢速法） 分级加荷： 按等荷载增量均衡施加 荷载增量： （ 1/8 － 1/10 ） P u 或 （ 1/4 － 1/5 ） P cr 沉降观测： 每加一级荷载，自加荷开始时间间隔 10 、 10 、 10 、 15 、 15 分钟后，以后每隔 30 分钟 观测一次承压板沉降 沉降稳定标准： 连续 2 小时内每小时沉降量不超过 0.1 ㎜ ，或连续 1 小时内，每 30 分钟沉降量 不超过 0.05㎜ ，即可施加下一级荷载 （ 2 ）分级维持荷载沉降非稳定法（快速法） 分级加荷与慢速法相同，每加一级荷载按间隔 15 分钟 观测一次沉降，每级荷载维持 2 小时 ，即施加下一级荷载。 （ 3 ）等沉降速率法 控制承压板以一定的沉降速率沉降，测读与沉降相应所施加的荷载 。 5 、试验终止条件 进行到试验土层达到 破坏阶段 ，终止试验 （ 1 ）承压板周围出现隆起或破坏性裂缝； （ 2 ）荷载不变， 24 小时沉降速率保持不变或加速发展； （ 3 ）荷载增加很小，沉降急剧增大， P-S 曲线出现陡降阶段，或相对沉降超过 s/d （ d 为压板直径或边长） 0.06 ～ 0.08 。 6 、试验结果的应用 （ 1 ） 确定地基承载力 ①拐点法 取 第一拐点对应的荷载 p cr 为容许承载力，适用于拐点型 P-S 曲线或其它辅助型曲线可确定拐点的情况。 常用辅助曲线有： ② 相对沉降法 在经过校正后的 P-S 曲线上取 s/d 一定的比值 确定容许承载力（ d 为压板直径或边长）。 我国 《 建筑地基基础设计规范 》 （ GBJ7-89 ）规定：如承压板面积为 0.25 － 0.50㎝ 2 低压缩性土和砂土 ： s/d=0.01 － 0.015 中高压缩性土： s/d=0.02 ③ 极限荷载法 由 P-S 曲线上所得极限荷载除以安全系数得容许承载力 a 、第二拐点法 由 P-S 曲线或辅助曲线得第二拐 点 p u 对应得荷载为极限荷载。 b 、取 s/d=0.06 相应的荷载 为极限荷载。 P cr P u P S Ⅰ Ⅱ Ⅲ 典型的 P-S 曲线 （ 2 ）确定地基土的变形模量 取 P-S 曲线的直线段，用下式计算 B ：承压板直径，当为方形板时， ： P-S 曲线直线段的斜率。 当 P-S 曲线的直线段不明显时，可 用先前确定的地基承载力及相应的沉降量代入上式计算 。 四、标准贯入试验 标准贯入试验是用质量为 63.5±0.5kg 的穿心锤，以 76±2cm 的落距，将一定规格的标准贯入器打入土中 15cm ，再打入 30cm ，最后 30cm 的 锤击数 即为标准贯入击数 N 。 土的承载力高 ：标准贯入器打入土中的阻力就大，标准贯入击数 N 就大； 土的承载力低 ：标准贯入击数 N 就小。 1 、试验设备 标准贯入试验设备主要由贯入器（长 810mm ，内径 35mm ，外径 51mm ）、贯入探杆、穿心锤、锤垫、导向杆及自动落锤装置等组成。 标准贯入设备 标准贯入设备示意图 2 、试验方法 （ 1 ） 用钻机先钻到需要进行标准贯入试验的土层，清孔后，换用标准贯入器，并量得深度尺寸。 （ 2 ） 将贯人器垂直打人试验土层中， 先打入 15cm ，不计击数，继续打入土中 30 cm ，记录其锤击数即为标准贯人击数 N 。 若遇比较密实的砂层，贯入不足 30 cm 的锤击数己超过 50 击时，应终止试验，并记录实际贯人深度△ S 和累计击数 n ，按下式 换算成贯入 30cm 的击数 N : （ 3 ） 提出贯入器，将贯入器中土样取出，进行鉴别描述、记录，然后换成钻探工具继续钻进，至下一需要进行试验的深度，再重复上述操作， 一般可每隔 1.0 － 2.0m 进行一次试验 。 （ 4 ）在不能保持孔壁稳定的钻孔中进行试验时，应 下套管以保护孔壁 ，但试验深度必须在套管口 75cm 以下，或采用泥浆护壁。 （ 5 ）钻杆过长时，应对锤击数进行修正。 （ 6 ） 对于同一土层应进行多次试验，然后取锤击数的平均值。 3 ．试验结果应用 （ 1 ） 根据 N 估计砂土的密实度见下表。 （ 2 ） 根据 N 估计天然地基的容许承载力 [ σ 0 ] 见教材附表。 实测贯入击数 - 深度关系曲线 4.6 混凝土灌注桩检测 一、钻孔灌注桩检测 （一）基本要求 （ 1 ） 桩身混凝土所用原材料必须符合要求。 （ 2 ） 成孔后必须 清孔 ，测量孔径、孔深、沉淀层厚度等，符合规范要求后，方可灌注水下混凝土。 （ 3 ） 水下混凝土 应连续灌注 ，严禁有夹层和断桩。 （ 4 ） 嵌入承台的锚固钢筋长度不得低于设计规范规定的最小锚固长度要求 （ 5 ）进行 完整性检测 。 （ 6 ）凿除桩顶 松散的混凝土 。 （二）实测项目 （三）外观鉴定 （ 1 ） 桩的质量有缺陷，但经设计单位确认仍可用时，应减 3 分。 （ 2 ） 桩顶面应平整，桩柱连接处应平顺且无局部修补。不符合要求时减 1-3 分。 钻孔灌注桩钻孔图片 灌注混凝土施工图片 泥浆池 二、泥浆性能指标检测 （一）泥浆性能要求 一般由 水、粘土（或膨润土）和添加剂 按适当配合比例配制而成。 正循环回转钻孔： 是 用高压泥浆通过钻机的空心钻杆，从钻杆底部射出 ，同时钻头钻进，将土层搅松成为钻渣，被泥浆包裹浮悬，随着泥浆上升而溢出流到井外的泥浆溜槽，经过沉淀池净化，泥浆再循环使用。泥浆不仅有固壁和润滑作用，还要携带钻渣上升外排，故对泥浆的质量要求较高。 反循环回钻钻孔： 是通过砂石泵的抽吸作用，在钻杆内腔形成负压，在孔内液柱和大气压的作用下，孔壁与环状空间的冲洗液流向孔底， 将钻头切削下来的钻渣带进钻杆内腔 ，再经过砂石泵排至地面沉淀池内；沉淀钻渣后，冲洗液流向孔内，形成反循环。 二、泥浆性能检测 1 、相对密度 泥浆同 4℃ 时同体积的水的质量比，采用 泥浆相对密度计 测定。 测定方法：将要量测的泥浆装满泥浆杯，加盖并洗净从小孔溢出的泥浆，然后置于支架上，移动游码，使杠杆呈水平状态 ( 即水平泡位于中央 ) ，读出游码左侧所示刻度，即为泥浆的相对密度 γ x 。 2 、粘度 η 粘 度是液体或混合液体运动时各分子或颗粒之间产生的内摩 阻 力。 用工地 标准漏斗 粘 度计 测定。 测定方法： 用两端开口量杯分别量取 200mL 和 5 00mL 泥浆，通过滤网滤去大砂粒后，将泥浆 700mL 均注入漏斗 。 然后使泥浆从漏头流出，流满 500mL 量杯所需时间 (s) ，即为所测泥浆的强度。 校正方法： 漏斗中注入 700mL 清水，流出 500ml 所需时间应是 15s ，其偏差如超过 ± 1s ，测量泥浆 粘 度时应校正。 3 、静切力 用浮筒切力计测定 测定方法： 将约 500ml 泥浆搅匀后，立即倒入切力计中，将切力筒沿刻度尺垂直向下移至与泥浆接触时，轻轻放下，当它自由下降到静止不动时，读出 浮筒上泥浆面所对的刻度即为泥浆的初切力 。 取出切力筒，擦净粘着的泥浆，用棒搅动筒内泥浆后，静止 10min ，用上述方法量测，所得即为泥浆的 终切力 。其单位均为 Pa 。 静切力： 泥浆胶粒和水的相互作用，在静置状态，形成网状结构。要使它流动必须施加外力，当这种力克服了泥浆内部的磨擦阻力时，泥浆就会从静置状态开始流动。 促使泥浆流动所需要的最低极限的单位面积的力，为静切力 。 4 、含砂率 含砂率是泥浆内所含的砂和粘土颗粒的体积百分比。用 含砂率计 测定。 测定方法 ：把调好的泥浆 50mL 倒进含砂率计，然后再倒 进清水，将仪器口塞紧摇动 1min ，使泥浆与水混合均匀 。再将仪器竖直静放 3min ， 仪 器下端沉淀物的体积 ( 由仪器 刻度上读出 ) 乘以 2 即得含砂率。 5 、胶体率 胶体率是泥浆静止后，其中呈悬浮状态的粘土颗粒与水分离的程度。反映泥浆中土粒保持悬浮状态的性能。 测定方法： 将 100ml 泥浆倒入 100ml 的量杯中，用玻璃片盖上，静置 24h 后，量杯上部泥浆可能澄清为水，测量其体积，即为胶体率。 如实测澄清为水的体积为 5ml 则胶体率为 95 ％。 6 、失水率和泥皮厚度 失水率是指泥浆在钻孔内受内外水头压力差的作用在一定时间内渗入地层的水量。 测定方法： 用一张 12cm×12cm 的滤纸，置于水平玻璃板上，中央画一直径 3cm 的圆，将 2mm 的泥浆滴人圆圈内， 30min 后，测量 湿圆圈的平均直径减去泥浆摊平的直径 (mm) ，即为失水率 。 用游标卡尺测出 泥皮与滤纸的总厚度后减去滤纸的厚度即为泥皮厚度。 7 、酸碱度 用 PH 值表示 测定方法： 可取一条 pH 试纸放在泥浆面上， 0.5s 后拿后来与标淮颜色相比．即可读出 pH 值。 三、 基桩完整性检测 桩身混凝土的完整性检测 桩的承载力检测 一、基桩完整性检测方法分类 钻芯取样法 反射波法 超声脉冲检验法 1 ．钻芯取样法 用地质钻机在桩身上沿长度方向钻取芯样，通过对芯样的观察和测试确定桩的质量。 灌注桩的检测内容 基桩完整性的检测方法 2 ．反射波法 用小锤（手锤、力棒等）在桩顶进行竖向激振，使桩身内产生应力波，应力波沿着桩身向下传播， 在桩身波阻抗发生变化的界面将产生反射波。 经接收、放大等处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息。据此计算桩身波速，判断桩身完整性和混凝土强度等级。 桩基完整性测定仪 3 ．超声脉冲检验法 超声法原理示意图 二、 反射波法 1 ．基本原理 首先假定桩为 一维线弹性细长杆件 ，并且桩身材料 各向同性 。 当桩嵌于土体中时，受到桩周土的阻尼影响，桩的动力特性满足一维波动方程，即 当桩身波阻抗发生变化时，在下行波 F d 、 v d 的作用下，上行反射波 F u 、 v u 将分别为： 上式中 Z 为桩身波阻抗，按下式计算： 式中： E —— 桩身动弹性模量； A —— 桩身截面面积； c —— 波速； ρ —— 桩身材料密度。 （ 1 ）完整摩檫桩 在桩底界面处有 A 2 = A 1 ， ρ 2 ＜ ρ 1 ， c 2 ＜ c 1 ，则 Z 2  Z 1 ， Z 1 － Z 2  0 。 则 v u = （ Z 1 － Z 2 ） / （ Z 2 + Z 1 ） v d  0 ， 即 v u 与 v d 同向。表现在 实测速度曲线上反射波与入射波同向起跳。 （ 2 ）完整端承桩 对于桩身完整的端承桩，在桩底界面处有 A 2 = A 1 ， ρ 2 ＞ ρ 1 ， c 2 ＞ c 1 ，则 Z 2 ＞ Z 1 ， Z 1 － Z 2 ＜ 0 。 则 v u = （ Z 1 － Z 2 ） / （ Z 2 + Z 1 ） v d ＜ 0 即 v u 与 v d 反向。 表现在实测速度曲线上反射波与入射波反向起跳。 （ 3 ）桩身缩径 当桩身缩颈时，在缩颈界面处有 A 2  A 1 ， ρ 2 = ρ 1 ， c 2 = c 1 ，则 Z 2  Z 1 ， Z 1 － Z 2  0 。 则 v u = （ Z 1 － Z 2 ） / （ Z 2 + Z 1 ） v d  0 ， 即 v u 与 v d 同向。 表现在实测速度曲线上反射波与入射波同向起跳。 （ 4 ）桩身松散 当桩身松散时，在缺陷界面处有 A 2 = A 1 ， ρ 2  ρ 1 ， c 2  c 1 ，则 Z 2  Z 1 ， Z 1 - Z 2  0 。 则 v u = （ Z 1 － Z 2 ） / （ Z 2 + Z 1 ） v d  0 ， 即 v u 与 v d 同向， 表现在实测速度曲线上反射波与入射波同向起跳。 （ 5 ）桩身夹泥 在缺陷界面处有 A 2 = A 1 ， ρ 2  ρ 1 ， c 2  c 1 ， 则 Z 2  Z 1 ， Z 1 - Z 2  0 。 则 v u = （ Z 1 － Z 2 ） / （ Z 2 + Z 1 ） v d  0 ， 即 v u 与 v d 同向。 表现在实测速度曲线上反射波与入射波同向起跳。 （ 6 ）桩身扩径 当桩身扩颈时，在扩颈界面处有 A 2 ＞ A 1 ， ρ 2 = ρ 1 ， c 2 = c 1 ， Z 2 ＞ Z 1 ， Z 1 － Z 2 ＜ 0 。 则 v u = （ Z 1 － Z 2 ） / （ Z 2 + Z 1 ） v d ＜ 0 ， 即 v u 与 v d 反向。 表现在实测速度曲线上反射波与入射波反向起跳。 2 ．基桩完整性的识别与判断 （ 1 ）桩身完整性分类 根据反射波的特征，可以把桩身质量分为四类： I 类 ： 桩身结构完整； II 类 ：桩身结构轻微缺陷； III 类 ：桩身结构严重缺陷； Ⅳ 类 ：断桩 （ 2 ）基本判断 ﹟ 桩身 缩径、夹泥、松散 等缺陷反映在实测速度曲线上， 反射波与入射波同向起跳 ， 而 桩身扩径 反映在实测速度曲线上 反射波与入射波反向起跳 。 ﹟ 在实测速度曲线 0 － 2 L / c 时段内： 当出现反射波与入射波同向起跳时，就表明桩身存在缺陷（缩径、夹泥或松散）； 当出现反射波与入射波反向起跳时，就表明桩身扩径。 （ 3 ）深入分析 ①缩颈后再扩颈时的曲线形态 缺陷处曲线先产生正反射波，然后出现负反射。 ②扩颈后再缩颈时的曲线形态 缺陷处曲线先产生负反射波，然后出现正反射。 ③ 缩颈的二次及多次反射的曲线形态 缺陷处曲线先产生正反射波，然后在间隔从桩头到缺陷位置的时间产生第二次正反射，第三次正反射 … 。 ④扩颈的二次及多次反射的曲线形态 扩颈处曲线先产生负反射波，然后在间隔从桩头到缺陷位置的时间产生第二次正反射， … 第三次负反射 … 负正反射间隔出现。 ⑤ 同一位置相同缺陷程度，在不同桩侧土阻力作用时的曲线特征 当桩侧土阻力较大时，反射波的峰值明显减小。 ⑥相同缺陷程度但处于不同位置，在相同桩侧土阻力作用时的曲线特征 所处位置越深，反射波的峰值越小。 （ 4 ）缺陷位置的判断 根据桩底反射波到达桩顶的时间 t ，可以计算出 应力波在桩身内传播的平均波速 c ： 式中： l —— 桩长， m ； t —— 桩底反射波到达时间， s 。 当缺陷反射时间 t ′ 时， 缺陷部位距桩顶的距离 l ′ 为： 3 ．仪器设备及要求 （ 1 ）仪器宜由传感器和放大、滤波、记录、处理、监视系统以及激振设备和专用附件组成。 （ 2 ）传感器可选用宽频带的 速度型 或 加速度型 传感器。 速度型传感器灵敏度应大于 300mv/cm/s ，加速度型传感器灵敏度应大于 100mv/g 。 （ 3 ）击振设备，一般采用 尼 龙锤或尼龙力棒 。 4 ．现场检测及注意事项 （ 1 ）被测桩应 凿去浮浆，桩头平整 ，安装传感器的部位应适当打磨。 桩顶露出钢筋过长时应予以截断。 （ 2 ）检测前应对仪器设备进行检查，性能正常方可使用。 （ 3 ）每个检测工地均应进行 激振方式和接收条件的选择试验， 确定最佳激振方式和接收条件。 （ 4 ）激振点宜选择在 桩头中心部位 ，传感器应稳固地安置在桩头上，对于大直径的桩可安置两个或多个传感器。 （ 5 ）当随机干扰较大时，可 采用信号增强方式 ，进行多次重复激振与接收。 （ 6 ）为提高检测的分辨率，应使用 小能量激振 ，并选用高截止频率的传感器和放大器。 （ 7 ）判别桩身浅部缺陷，可同时采用横向激振和水水平速度型传感器接收，进行辅助判定。 （ 8 ）每一根被检测的单桩均应 进行二次及以上重复测试。 反射波法的实测曲线 三、声波透射法 基本原理 声波透射法原理示意图 1 ．判断桩内缺陷的基本物理量 （ 1 ）声时值 （ 2 ）波幅（或衰减 ） （ 3 ）接收信号的频率变化 （ 4 ）接收波形的畸变 ﹟ 检测时探头在声测管中逐点测量各深度的声时、波幅、接收频率及波形等。 ﹟ 绘制 “声时 - 深度曲线”、“波幅 - 深度曲线” 及 “接收频率变化率 - 深度曲线” 等，供分析使用。 超声检测仪 2 ．钻孔灌注桩超声脉冲检测法主要设备 声波检测仪： 应具有实时显示和记录接收信号的时程曲线以及频率测量或频谱分析功能。 换能器： # 径向振动式，沿径向无指 向性。 # 谐振频率应为 30-50KHz # 水密性应满足在 1MPa 水 压下不渗水。 3 ．现场检测 （ 1 ）预埋声测管应符合下列规定 桩径 D≤0.8m 时应埋设 2 根； 桩径在 1.0 ＜ D≤2.0m 时应不少于 3 根； 桩径 D ＞ 2.0m 时应不少于 4 根。 ﹟ 声波检测管宜采用 钢管、塑料管或钢质波纹管 ，其内径应比换能器外径大 10-20mm 。 ﹟ 管的下端应封闭，上端应高出桩顶 30-50cm ，并加盖以防止异物掉入管内。 ﹟ 检测管可焊接或绑扎在钢筋笼的内侧， 检测管之间应相互平行。 （ 2 ）现场检测前应先测定声波检测仪发射至接收系统的 延迟时间 t 0 ，并应按下式计算 声时修正值 t ′ （ 3 ）发射与接收换能器 以相同标高或保持固定高差，同步升降， 测量点距应不大于 25cm 。 （ 4 ）一根桩有多根检测管时，应将 每 2 根检测管编为一组， 分组进行测试 。 （ 5 ）在桩身质量可疑的测点周围，应采用加密测点，或采用斜测、扇形扫测等进行复测 。 （ 6 ）在同一检测剖面的 检测过程中， 声波发 射电压和仪器设置参 数应保持不变 。 4 ．检测数据处理与判定 （ 1 ）声速法（概率法） ①将同一检测剖面各测点的声速值 v i 由大到小依次排序，即 v 1 ≥ v 2 ≥…≥ v i ≥…≥ v n － k ≥…≥ v n － 1 ≥ v n 式中： v —— 声速测量值； n —— 检测剖面测点数； k —— 逐一去掉上式 v i 序列尾部最小数值的数据个数。 ② 当去掉最小数值的数据个数为 k 时，对包括 v n － k 在内余下数据 v 1 - v n － k 按下列公式计算 异常判断值 v 0 ： ③ 当 v n － k ≤ v 0 时， v n － k 及其以后的数据均为异常， 去掉 v n － k 及其以后的异常数据； 再用数据 v 1 - v n － k － 1 并重复上述计算步骤，直到 v i 序列中余下的全部数据满足： v 0 即为声速的异常判断临界值 v c 。 ﹟ 所有小于等于 v c 的数据均为异常数据 ，所对应的测点位置即为缺陷部位。 当检测剖面 n 个测点的声速值普遍偏低且离散性很小时，宜采用 声速低限值 判据： 式中： v i —— 第 i 测点声速， km/s v L —— 声速低限值， km/s ； （ 2 ）斜率法（ PSD 判据） 声时值（ t ）与随深度（ h ）关系： t=f （ h ） 在缺陷部位处，令 为 加大声时差值在判据中的权数 ，判据可写成： PSD 判据 ：声时 - 深度曲线相邻两点之间的斜率与声时差值之积。 声波透射法的实测曲线 （ 3 ）波幅法 当桩身内存在缺陷时，不仅表现为声速的变化，波幅也会发生明显的变化 CECS21 ： 2000 中规定用波幅测值判断缺陷时，也应按声速值一样进行 概率法 的临界值计算。 JGJ106-2003: 中则规定波幅异常时的临界值判据按下式计算： 4.7 基桩承载力检测 静荷载试验 桩的动测方法。 （一）竖向抗压静载试验 试验目的： 用来确定单桩承载力 及 荷载与位移的关系 ，对于预制桩也可用来 校核动力公式的准确 性 。 试验方法 ：通常采用慢速维持荷载法 基桩承载力的检测方法 基桩静载试验 基桩静载试验 1 ． 试验前的淮备工作 凿除桩头、消除负摩阻力等。 2 ． 试验加载装置 ： 一般采用油压 千 斤顶加载。 反力装置 ： （ 1 ） 锚桩承载梁反力装置 锚桩采用 4 根或 6 根 锚桩与试桩的中心间距 ： ≥ 5d （试桩直径 d ≤800m ） ≥ 4m （ d ＞800mm ） （ 2 ） 压重平台反力装 置 ﹟ 压重不得小于 预估最大试验荷载的 1.2 倍 ﹟ 试桩中心至压重平台支承边缘的距离同试桩中心至锚桩中心的距离 （ 3 ） 锚桩压重联合反力装置 3 ． 测量位移装置 测量仪器： 百分表或电子位移计 布置方式 ：对称安装在桩的 2 个直径方向； 安装要求 : 基准架应有足够的刚度和稳定性 ; 基准梁的一端在其支承 上应 可以自由移动 ; 基准桩应埋入地基表面以下一定深度 ; 基准桩中心与试桩、锚桩中心之间的距离应符 合规定 。 4 ． 加载方法 （ 1 ） 加载重心应与试桩轴线相一致。 （ 2 ） 加载分级 ： 每级加载量为预估最大荷载的 1/10 － 1/15 。 当桩的下端埋入巨粒土、粗 粒 土以及坚硬的粘质土时 ， 第一级可 按 2 倍 的分级荷载加载。 （ 3 ） 预估最大荷载 ： 对施工检验性试验 ， 一般可采用设计荷载的 2.0 倍。 5 ． 沉降观测 （ 1 ） 下沉 未达稳定 不得进行下一级加载。 （ 2 ） 观测时间 ： 每级加载完毕后 ， 每隔 15min 观测一次 ； 累计 1h 后 ， 每 30min 观测一次。 6 ． 稳定标准 巨粒土、砂类土、坚硬粘质土 : 0.1mm/30min 半坚硬的细粒土 : 0.1 mm/1h 7 ． 加载终止及极限荷载取值 （ 1 ） S 总 ≥ 40mm S i ≥5S i-1 极限荷载 :P i-1 （ 2 ） S 总 ≥ 40mm S i 24h 未稳定 极限荷载 :P i-1 （ 3 ） 巨粒土、密实砂类土以及坚硬的粘质土 ： S 总 ≤ 40mm ， 但荷载已大于或等于 设计荷 载设计规定的安全系数 ， 加载即可终止。 极限荷载 : P i （ 4 ） 施工过程中的检验性试验 ： 一般加载应继续到桩的 2 倍的设计荷载 为止。 （ 5 ） 极限荷载的确定 ： 荷载 - 沉降曲线 （ P - s 曲线 ） 沉降 - 时间曲 线（ s-t 曲线） s -lg t 曲线 s-lg P 曲线（单对数法） 8 ． 桩的卸载和回弹量观测 （ 1 ） 卸载分级 ： 每级卸载量为两个加载级的荷载值。 每级荷载卸载后 ， 应观测桩顶回弹量。 回弹稳定后 ， 再卸下一级荷载。 回弹稳定标准与下沉稳 定 标准相同。 （ 2 ） 卸载到零后 ， 至少在 2h 内每 30min 观测一次 。 9 ． 试验记录 静压试验曲线 （二）高应变动力试桩法简介 ﹟ 定义： 指所有能使桩土间产生永久变形（或较大动位移）的动力检测桩基承载力的方法，这类方法要求给桩土系统施加较大能量的瞬时荷载，以保证桩土间产生较大的相对位移。 ﹟ 分类： CASE 法 CAPWAP 法 静动法 ﹟ CASE 法：波动方程半经验解析解法 CAPWAP ：波动方程拟合分析法； 高应变试桩激发锤及导向架 ﹟ 基本方法：用重锤冲击桩顶，在冲击荷载下桩身瞬时 动应变的峰值达到或接近静载试验至极限承载力时的静应变值， 桩土体系进入充分的非弹性工作阶段，桩和桩周土之间出现瞬时的剪切破坏模式，从而充分激发桩周土对桩的全部阻力作用。 利用对称安装于桩顶两侧的 加速度计和特制工具式应变计 记录冲击波作用下的加速度与应变，并通过长线电缆传输给桩基动测仪。然后采用不同的软件求得相应承载力和基桩质量完整性指数。 §4.8 水泥混凝土结构无破损检测 混凝土无损检测 : 在不破坏混凝土结构的前提下，在混凝土结构原位上对其强度或缺陷直接定量检测的技术。 一、混凝土无损检测技术的分类 （ 1 ） 检测结构混凝土强度值； （ 2 ） 检测结构混凝土的内部缺陷； （ 3 ） 检测几何尺寸，如钢筋位置、保护层厚度等； （ 4 ） 结构混凝土质量的匀质性检测和控制； （ 5 ） 建筑热工、隔声、防水等物理特性的检测。 二、常用无损检测方法简介 1 、回弹法 回弹法是采用回弹仪的弹簧驱动重锤，通过弹击杆弹击混凝土表面，以重锤反弹回来的距离作为强度相关指标来推算混凝土强度。 基本原理 ：利用混凝土强度与表面硬度之间的关系，通过一定动能的重锤冲击混凝土表面，用表面硬度值来推定混凝土强度。 2 、超声脉冲法 超声仪发射超声脉冲波，测量接收波的参数 ( 声速、振幅、频率等 ) ，根据声学参数的大小及变化、判断混凝土内部质量情况。 3 、脉冲回波法（应力波法） 4 、磁测法 5 、雷达反射法 6 、射线法 7 、综合法 三、回弹法测定混凝土的抗压强度 （一）适用范围 对常规检验方法的一种补充； 回弹法检测混凝土结构 厚度不得小于 100mm ，温度不应低于 10℃ 。 回弹法测定路面混凝土强度 （二）检测仪器 1 、检测器具 混凝土回弹仪 酚酞酒精溶液，浓度 1% ； 钢砧； 下提式砂轮； 其它：卷尺、钢尺、毛刷等。 （三）检测技术 1 、测区布置 （ 1 ）单个检测：适用于单个结构 或构件的检测，应在构件上 均匀 布置测区 ，且不少于 10 个。 (2) 批量检测 ： 适用于混凝土强度等级、原材料、配合比、养护条件、龄期等基本一致的构件。 抽检数量： 不得少于同批构件 总数的 30 ％， 且构件数量不得少于 10 件，每个构件测区数不少于 10 个。 抽检构件时，应随机抽取并使所选构件具有代表性。 （ 3 ） 对某一方向尺寸小于 4.5m 且另一方向尺寸小于 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。 （ 4 ）每一结构或构件的测区应符合下列要求。 ① 测区应布置在混凝土 浇筑方向的侧面 。 ②测区应均匀分布，相邻两测区的间距不宜大于 2m ； 测区距离构件边缘的距离不宜大于 0.5m ，且不小于 0.2m 。 ③测区宜避开钢筋密集区 和预埋铁件。 ④测区的 面积不宜大于 0.04m 2 ，每一测区宜测 16 个测点，相邻两测点 间距不宜小于 3cm 。 梁柱测区布置示意图 ⑤ 测试面应清洁、平整、干燥。 ⑥结构或构件上的测区应注明编号，并记录测区所处的位置和外观质量情况。 2 、回弹值测定 尽量使仪器处于水平方向测试混凝土浇筑的侧面，当采用非水平方向时，应对回弹值进行修正。 测试方法： 将回弹仪的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，使仪器对混凝土表面缓慢均匀施压，待弹击锤脱钩冲击弹杆后即回弹，带动指针向后移动并停留在某一位置上，即为回弹值。 现场测试混凝土回弹值 混凝土回弹值测试 仪器的轴 线应始终 垂直于构件混凝土侧面 。同一测区应记取 16 个回弹值。 3 、混凝土碳化深度的测定 回弹值测量完毕后，应在有代表性的位置上测定碳化深度，测点数不少于构件测区数的 30 ％，取平均值作为该构件的碳化深度值。 测定方法： 采用适当的工具 在测区表面形成约 15mm 的孔洞 ，其深度应大于混凝土的碳化深度，清除洞内的粉末和碎屑，采用 浓度为 1 ％的酚酞酒精精溶液 滴在孔洞内壁的边缘处， 碳化部分变色 ，测量交界面到混凝土表面的垂直距离，即为碳化深度值。 （四）数据处理 1 、回弹值计算 （ 1 ） 水平方向测试构件侧面时 ，从测区的 16 个回弹值中剔除 3 个最大值和 3 各最小值，取余下的数据计算平均值： （ 2 ） 非水平方向测试构件 时，按下式修正： （ 3 ）水平方向检测 混凝土浇筑面顶面或底面 时，按下式修正： （ 4 ）非水平方向测定浇筑混凝土的顶面或底面时，应 先对回弹值进行角度修正，然后按角度修正后的回弹值进行浇筑面修正 。 2 、碳化深度值计算 每一测区的平均碳化深度值，按下式计算： 平均碳化深度值≤ 0.4mm ，按无碳化深度处理； 平均碳化深度值 ≥ 6 mm ，按平均碳化深度为 6mm 计算 3 、混凝土强度计算 （ 1 ）根据每一测区的回弹平均值 R m ，及平均碳化深度值 d m ，查教材附表确定； （ 2 ）由各测区强度平均值计算结构或构件混凝土强度 平均值及标准 差。 （ 3 ）被测结构或构件的 混凝土强度推定值 按下式确定： 1 ）当结构或构件测区数少于 10 个时： 2 ）当测区强度值中出现小于 10MPa 时，该构件强度推定值为小于 10MPa ； 3 ）当结构或构件测区数不少于 10 个或按批量检测时，按下式计算： （ 4 ）对按批量检测的构件，当该批构件的强度标准差出现下列情况之一时， 该批构件全部按单个构件检测 ： ①当该批构件混凝土强度平均值小于 25MPa 时， ②当该批构件混凝土强度平均值不小于 25MPa 时， 四、超声法检测混凝土缺陷 混凝土构件质量缺陷判据： 声时（或声速）、波幅、频率（主频） 等。 1 ．仪器设备 （ 1 ）超声波仪 （ 2 ）换能器 换能器分类： 厚度振动式、径向振动式 ﹟ 厚度振动式换能器的频率宜选用 20 － 250kHz ； 径向振动式换能器的频率宜选用 20 － 60kHz 。 2 ．超声波检测仪的检定 一般采用标准棒标定 超声波仪 超声波仪 超声法现场检测混凝土缺陷 3 ．混凝土结合面质量检测 混凝土结合面 系指前后两次浇筑间隔时间大于 3h 的混凝土之间所形成的接触面 。 ﹟ 被测部位及测点应满足： （ 1 ）测试前应查明结合面的位置及走向，明确被测部位及范围。 （ 2 ）构件的被测部位应具有使声波 垂 直或斜穿结合面的 测试条件。 ﹟ 检测方法： 对测法 斜测法 ﹟ 布置测点时应注意 ： （ 1 ）使测试范围 覆盖全部结合面或有怀疑的部位 ； （ 2 ）各对 T-R 1 、 T-R 2 换能器连线的 倾斜角及测距应相等 ； （ 3 ）测点的间距宜为 100 － 300mm 。 ﹟ 结果处理 ①采用概率法； ②当测点数无法满足统计法判断时： 将 T-R 2 的声学参数与 T-R 1 进行比较，若 T-R 2 的声学参数比 T-R 1 显著低时 ，则该测点判为异常测点； 4 ．混凝土表面损伤层检测 适用于因冻害、高温或化学侵蚀等所引起的 混凝土表面损伤厚度 的检测。 被测部位及测点的确定应满足以下要求： （ 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点； （ 2 ）构件被测表面应平整并处于自然干燥状态，且无接缝和饰面层。 ﹟ 测试方法 ①测试时 T 换能器应耦合保持不动 ，然后将 R 换能器依次耦合在间距为 300mm 的测点 1 、 2 、 3 、 …… 位置上读取相应的声时值 t 1 、 t 2 、 t 3 … ，并测量每次 T 、 R 换能器之间的距离 l 1 、 l 2 、 l 3 … 。 ②每一测位的 测点数不得少于 6 个 ，当构件的损伤层厚度不均匀时，应适当增加测区数。 换能器布置 声时 - 测距关系曲线 ﹟ 结果处理 绘制 “时 - 距”坐标图 ，可以得到声速改变所形成的转折点。 损伤混凝土 未损伤混凝土 损伤层厚度： 其中 5 ．混凝土不密实区和空洞检测 ﹟ 被测部位应满足以下要求： ①被测部位应 具有一对（或两对）相互平行的测试面； ② 测试的范围应大于有怀疑的区域 ，还应与同条件的正常混凝土进行对比，且对比测点数不应少于 20 。 （ 1 ）测试方法 ①当构件具有两对互相平行的测试面时可采用 对测法 ②当构件只有一对相互平行的测试面时可采用 对测和斜测相结合 的方法 对测法 斜测法 ③ 当测距较大时，可采用 钻孔或预埋管测法 （ 2 ）数据处理及判断 异常数据的判定方法为 概率法。 （ 3 ）空洞尺寸估算方法 根据 l h / l 值和（ t h － m ta ） / m ta ×100% 值，可查表查得空洞半径 r 与测距 l 的比值，再计算空洞大致尺寸。 如被测部位 只有一对可供测试的表面 ，只能按空洞位于测距中心考虑，空洞尺寸可按下式算： 5 ．裂缝深度检测 检测前应先将裂缝中的 积水或泥浆等夹杂物清理干净。 （ 1 ）单面平测法 当结构的裂缝部位 只有一个可测表面 ，估计裂缝深度又不大于 500mm 时，可采用单面平测法。 平测时应在裂缝的被测部位，以不同的测距， 按跨缝和不跨缝布置测点 进行检测。 ① 不跨缝声时测量 ：将 T 和 R 换能器置于裂缝同一侧，以两个换能器内边缘间距（ l′ ）等于 100 、 150 、 200 、 250mm…… 分别读取声时值（ t i ），绘制“时 - 距”坐标图 声时与测距之间的回归直线方程 时 - 距图 跨缝测量 每测点 超声波实际传播的距离 应为： 不跨缝平测的 混凝土声速值 v （ km/s ）为： 或 式中： l n ′ l 1 ′ —— 第 n 点和第 1 点的测距， mm ； t n 、 t 1 —— 第 n 点和第 1 点读取的声时值， μs ； b —— 回归系数。 ② 跨缝的声时测量 ： 将收、发换能器分别置于 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 、 250mm 、 300mm…… 分别读声时值。 ③平测法的裂缝深度可按下式计算： （ 2 ）双面斜测法 当结构的裂缝部位 具有两个相互平行的测试表面时 ，可采用双面穿透斜测法检测。 根据波幅、声速和主频的突变，可以判定裂缝深度以及是否在所处断面内贯通。 平面图 立面图 （ 3 ）钻孔对测法 适用于 大体积混凝土，预计深度在 500mm 以上 的裂缝检测。 4.9 桥梁结构应变电测技术 电阻应变测量原理： 将电阻应变片粘贴在被测构件上，当构件变形时， 应变片与构件一起变形 ， 致使应变片的电阻值发生相 应的变化；通过电阻应变测 量装置，可将这种变化测量 出来，换算成应变值或输出 与应变成正比的模拟电信号 ，用记录仪器记录下来或直 接存入计算机进行处理，得 到所需要的应力应变值。 一、电阻应变计 ﹟ 基本组成 ：由敏感栅（金属丝）、基底及引出线三部分组成。 1 ．工作原理 金属电阻丝的电阻 R 与长度 L 和截面积 A 有如下关系： 当拉伸（或压缩）变形很小时，相应的电阻变化可由上式取对数再微分后得： dA 表示金属丝变化时，由泊松效应引起的横截面积的改变。对于圆形或矩形截面都有： μ 为材料的泊松比，带入上式得： 或 令 上式变成 或 K 称为金属丝的 灵敏度 ﹟ 它表示 单位应变所造成的相对电阻变化 ， 它反映了金属丝材料电阻的效应。 ﹟ K 是 一个由 金属丝材料本身确定的系数 ， 它与金属丝材料的成分、工艺等有关系。 ﹟ 各种材料的灵敏系数 可 由实验测定 ，一般在 1.9-2.3 之间。 2 ．电阻应变计的分类 绕 丝式应变片 ： 敏感元件是丝栅电阻丝 箔 式应变片 ： 敏感元件是通过光刻技术、腐蚀工 艺制成的一种很簿的金属 箔 栅 。 3 ．电阻应变计的 选用 （ 1 ）标距 当结构材料为 匀质 （如钢材） 或局部 应力集中梯度比较大时 宜选用小标距应变片 ； 当结构材料为 非匀质 （ 如混凝土 ） 或应变梯度小又均匀时 可选用大标距应变片 （对 混凝土标距 L ≮4-5 倍最大 集 料直径 ） 。 （ 2 ）种类 箔 式应变片适用于各种场合 ； 当 大量使用应变片 ， 环境条件比较好 时， 从经济上考虑 ， 也 可 选用丝式胶基或纸基 片 。 钢构件 ： 2mm × 3mm （ B × L ） 或 2mm × 6mm 的 箔 式应 变片 ； 混凝土结构 ： 10mm × （ 80-100 ） mm （ B × L ） 的丝 式胶基片或纸基 片 。 4 ． 电阻应变片的粘贴 和 连接 （ 1 ） 电阻应变片的选片 ① 先检查电阻应变片的外观质量 ； ② 用惠斯顿电桥 测定应变片的电阻值 ， 其准确度应达到 0.1Ω 。 工作片与补偿片之间的电阻值之差不宜大于 0.20Ω 以免桥臂阻值不能调平衡。 （ 2 ） 试件的表面处理 ① 钢 （ 或其他金属 ） 试件 ：除锈、抛光、擦洗 ② 混凝土试件 ：磨平后用环氧树脂胶涂刮一层并干燥，再用细铁砂纸将表面磨平，最后用无水酒精棉花擦净贴片处。 （ 3 ） 粘贴应变片 ①选用 502 胶 作为胶黏剂； ② 贴片时 ， 先看清应 变 片的 位置、方向 。 把 502 胶水滴在应变片粘贴面 上（ 注意应变片的正反面 ）， 片子贴上去以后 ， 盖上一张塑料薄膜 ， 用 大 拇指轻轻按住片子 ， 挤出汽泡和多余的胶水。 （ 4 ） 应变片的干燥处理和质量检查 ① 应变片粘贴后必须使粘贴剂充分干燥 。 ﹟ 自然干燥 ： 当温度大于 15 ℃ ， 相对湿度低于 60% 时 ， 可用自然干燥 ， 干燥时间一般需要 24h ﹟ 人工干燥 ： 用红外灯泡或电吹风烘烤 ， 温度一般控制在 50 ℃ 以下 ， 干燥时间一般只需 1h 。 ② 应变片的粘贴质量 检查 ﹟ 检查 粘贴层的好坏 ， 几何位置是否正确、粘贴层是否有气泡、引出线是否完好等。 ﹟ 检查 试件与应变片引出线之间的绝缘度 （≥ 100M Ω ，测量时间较长时应 ≥ 200M Ω ） （ 5 ） 应变片的防潮处理 短期防潮 ： 可 采用普通凡士林或市售 703 胶等。 长期防潮 ： 一 般 采用环氧树脂配固化剂 ， 也可将石蜡 （ 70% ） 和松 香（ 30% ） 加热熔化后使用。 （ 6 ） 应变片的导线连接 二、 电阻应变仪及数据采集系统 电阻应变仪： 电阻应变片的专用放大仪器，一般由测量电路、放大器、相敏检波器、和电源等部分组成。 测量电路 的作用是将应变片的电阻变化转化为电压或电流的变化，这种转化是通过 惠斯顿电桥 实现的。 1 ． 惠斯顿电桥 （ 1 ）惠斯顿电桥 原理 当 B 、 D 开路时 ， B 、 D 之间的 电位差 ： 当 V out =0 ， 电桥处于平衡状态 ， 得 R 1 ·R 3 =R 2 ·R 4 桥路中任何一个电阻的变化都会使电桥失去平衡 （ V out ≠0 ） 如果各臂阻值分别都发生了变化 ， R 1 变 成了 R 1 +△R 1 ， R 2 变成了 R 2 +△R 2 ， … ， 将它们代入 上 式 , 得 将 上 式展开 ， 注意到 R 1 R 3 =R 2 R 4 ， 略去二次项和非线性误差项 ， 可得 如果 R i 是 电阻应变计 ， 则上式可写成： 由式 可以看出： 电桥的输出电压与相邻两臂的电阻变化率之差 ， 或相对两臂的电阻变化率之和成正比。 即 相对之和 ， 相邻之差 。 （ 2 ） 惠斯顿电桥 温度补偿 方法 ① 补偿方法 ： 用一片和工作片阻值、灵敏系数和电阻温度系数都相同的应变片 ， 把它贴在一块与被测件材料相同而不受力的试件上 ， 并使它们处于同一温度场 ， 电桥连接时使工作片和补偿片处在 相邻 桥臂中 ， 这 样温 度变化就不会造成电桥的输出电压。 ② 补偿片可采用 单点补偿多点 的办法 ③ 温度补偿 也 可使用 温度自补偿应变 片来完成 。 （ 3 ） 惠斯顿电桥 桥路组合 1/4 桥 半桥 全桥 例 1 试测 下 图所示构件表面由弯矩引起的应变。 2 ． 电阻应变仪 电阻应变仪是一种专用应变测量放大器。 三个功 能： 第一 ， 装有几个电桥补充电阻 （ 以适用于 1/4 桥和半桥测量 ） 并提供电桥电源 ； 第二 ， 能把微弱的电信号放大 第三 ， 把放大后的信号变换显示出来或送给后续设备 。 3 ．动、静态数据采集系统 （ 1 ） 静态数据采集系统 （ 3 ） 动态应变数据采集系统 4.10 桥梁荷载试验 静载试验 动载试验 一、桥梁荷载试验的目的 1 ． 检验桥梁设计与施工的质量 2 ． 判断桥梁结构的实际承载能力 3 ． 验证桥梁结构设计理论和设计方法 4 ． 桥梁结构自振特性及结构受动力 荷 载作用产生的动态反应的测试研究 载荷试验的类型 二、 桥梁现场试验的准备工作 准备工作 ： 试验前期准备 、 现场准备 1、前期准备工作 资料收集、试验方案拟定、仪器配套以及相应的结构计算等。 （ 1 ） 资料收集 收集内容：书面技术文件、现场踏勘资料 结构的设计资料 结构的施工资料 ① 书面资料 ② 现场资料 对实桥结构和周围环境进行现场踏勘，了解结构物的技术状况，及桥上及两端的通行情况。 ③ 了解现场试验时主管单位可能提供的配合情况。 如交通管制、加载车辆的供给等。 2 ．试验方案的拟定 现场试验方案应包括： （ 1 ） 试验对象概况 （ 2 ） 试验目的和要求 （ 3 ） 试验内容 静载试验主要 包括以 下 内容 ： ① 结构控制 截 面的挠度或变位 ； ② 结构控制截面最大应力 （ 或应变 ）； ③ 受试验荷载影响的桥梁支座、墩台的位移与转角 ， 塔柱和结构连结部分的变位 ； 根据实际需要 ， 可增加以下测试内容 ： ① 沿 桥 长轴线的挠度分布曲线 ； ② 结构构件的实际应变分布图形 ； ③ 支点附近结构斜截面的主拉应力 ； ④ 钢筋混凝土结构裂缝的出现和扩展 ； ⑤ 其他次 要 结构构件的受力反应 。 桥梁现场动载试验 ， 一般考虑对结构控制 截 面的动应变和动挠度进行测量 。 （ 4 ）试验准备采取的方法和步骤 包括荷 载的考虑、测点布置、仪器选用以及具体的测试步骤 等 ， 并列出一张试验程序 （ 工况 ） 表 ① 荷载 试验 荷载效率 （ η ） 一般 1.05≥ η ≥0.85 一般选用载重车辆 加载，说明 车辆的种类、吨位、数量以及要求的轴重等 。 确定荷载大小和加载方式后 ， 编制加载细则 ，应 具体到每个工况。 ② 测点和测站布置 根据 各种桥梁体系的受力特点 ，及 测试技术的可行性 选择测点和测站的位置 。 a. 梁桥 简支梁 主要 ： 跨中挠度和截面应力 （ 或应 ）， 支 点沉降。 附加 ： 跨径四分点的挠度、支点斜截面应 力 。 连续梁 主要 ： 跨中挠度 ， 跨中和支点截面应力 。 附加 ： 跨径 1 /4 处的挠度和截面应力 （ 或 应变 ）， 支点截面转角、支点沉降 和支点斜截面应力。 测点布置示意图 ③ 选用仪器设备 列出试验仪器设备的型号、测量精度、数量等。 应变仪 挠度仪 超声仪 回弹仪 ④ 试验步骤 一般可列一张工况流程表 ， 列清楚试验的工况序号、加载方式 （ 纵向、横向怎么布置 ， 荷载如何分级 ） 、测读内容、时间间隔等内容。 （ 5 ） 参加试验的人员安排 （ 6 ） 安全措施 （ 7 ） 其他 拟定方案时应 进行必要的理论计算 3 ． 仪器准备 （1） 选择适于现场环境条件、便于携带 、测量精度及量程适合的仪器设备； （ 2 ）对所用仪器及导线等进行 配套测试 ，保证仪器设备质量完好。 现场调试应变仪 三、桥梁现场荷载试验 现场荷载试验通常以 静载试验为主，辅以动载试验 。 准备阶段 荷载试验阶段 数据处理阶段 静载试验 1 ． 现场准备 （ 1 ） 荷载准备 ① 落实车辆型号、数量。 ② 落实载重物。 ③ 车辆过秤。 ④ 记录每辆车的车号、轴距、轮距和轴重指标 ； ⑤ 分批编号。 ⑥ 对准备做动载试验的车辆。 （ 2 ） 测点布置 ①应变测量准备 a ． 放样。 b ． 贴应变片。 c ． 检查绝缘度。 d ． 敷设测量导线 。 e ． 调试仪器 ， 检查 测点。 f ． 防潮 处理。 应变片粘贴 贴片位置示意 ② 变位测点准备 包括挠度、支座位移、桥塔水平位移等 。常用仪器有挠度仪、连通管、水准仪、百分表等。 （ 3 ） 其他准备 ① 桥上画停车线 ② 裂缝 处， 画格子线 ③交通管制； ④ 夜间照明 。 桥上布置的加载车位置 对于新建桥梁 ， 在初读数之前往往要进行预压 （ 一般以部分重车在桥上缓行几次 ） 。 2. 加载 按桥上划定的停车线布置荷载 ， 要安排专人指挥车辆停靠。 3. 稳定后读数 4. 卸载读零 试验过程中 主要工况至少 应 重复 1 次 ，并密切关注 几个控制点数据的情况 ， 发现问题要重新加载测试。 （ 2 ） 动载试验 目的 ： 测定桥梁结构在车辆动力作用下的挠度和应变 加载方式： a ． 跑车 b ． 刹车 c ． 跳车 （ 跨越障碍物 ） 四、 试验数据整理 1 ． 静载试验数据整理 （ 1 ） 荷载 整理实际荷载的载重、加载工况等 。 ① 制作实际载重明细表 ②绘制荷载纵横向（包括对称和偏心）布置图 （ 2 ） 挠度 实测值和计算值 均 画成曲线并放在一起 ， 或列 表比较 。 挠度数据整理中 ， 还要考虑支座变位的影响 。 实测挠度曲线 实测挠度应满足： ①试验荷载作用下，各主要控制断面测点挠度的实测值与计算值的比值应不大于 1 ； ② 由挠度的实测值和试验加载效率外推的各主要控制断面测点的挠度值不超过 “ 桥规 ” 规定的允许值。 （ 3 ） 应力和应变 ① 实测应变的修正 当应变片的灵敏度系数K≠ 2 ，或导线电阻过大不能忽略时，应对实测应变值进行修正，一般可由数据采集系统自动修正。 ② 应力、应变的换算 混凝土的实际弹性模量的取值方法： a 、 用实际试块 （ 回弹仪或超声波仪器 ） 测到的数据 b 、 取“桥规”给出的混凝土弹 模 值。 ③ 实测 值 与计算 值 的比较 ﹟ 控制截面应力的计算： 钢结构或预应力 混 凝土结构 采用弹性阶段的计算方法。 钢筋混凝土结构 ， 可根据断面内力的大小 ， 采用相应的计算方法。 ﹟ 断面应力的计算值和实测值应列在同一张表内并作成图 ， 以便比较。 （ 4 ） 裂缝 裂缝图应按试验过程 中 裂缝的实际开展情况进行测绘 。 2 ． 动载试验数据整理 （ 1 ） 动应变 （ 2 ） 动挠度 （ 3 ）动态增量 应力动态增量： 挠度动态增量： （ 4 ） 影响线 荷载 （ 车辆 ） 缓慢匀速行驶过桥时 ， 测量桥上动挠度曲线或某一断面测点的动应变 ， 可得该测量断面上变形或内力的影响线。