一、課程目標(biāo)
本實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、了解橋梁工程試驗(yàn)檢測(cè)的目的、內(nèi)容、依據(jù)，熟悉橋梁工程的材料、地基、樁基、橋梁上部結(jié)構(gòu)等的試驗(yàn)檢測(cè)以及橋梁荷載試驗(yàn)的基礎(chǔ)原理、操作方法和結(jié)果評(píng)定，掌握現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)手段，為社會(huì)培養(yǎng)具有高素質(zhì)試驗(yàn)檢測(cè)能力和水平的專門人才。
本課程根據(jù)《橋涵工程試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)》的主要內(nèi)容來(lái)設(shè)置試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)項(xiàng)目包括：
1、 通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生了解現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)，將已學(xué)的知識(shí)綜合得到運(yùn)用，實(shí)踐能力得到提高；
2、 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研能力，為他們將來(lái)的深造、科研和技術(shù)水平打下基礎(chǔ)。
二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、對(duì)應(yīng)學(xué)時(shí)數(shù)、具體試驗(yàn)場(chǎng)地、目的、主要儀器
1.回彈法測(cè)定混凝土強(qiáng)度
時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí)
目的：通過(guò)回彈儀對(duì)混凝土表面彈擊后的回彈值來(lái)推算混凝土的強(qiáng)度值
場(chǎng)地：路橋檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室
儀器：回彈儀
檢測(cè)方法和步驟如下：
（1）選擇符合下列規(guī)定的測(cè)區(qū)
① 每一結(jié)構(gòu)或構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)不應(yīng)少于10個(gè)，對(duì)某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的構(gòu)件，其測(cè)區(qū)數(shù)量可適當(dāng)減少，但不應(yīng)少于5個(gè)；
② 相鄰兩測(cè)區(qū)的間距應(yīng)控制在2m以內(nèi)，測(cè)區(qū)離構(gòu)件端部或施工縫邊緣的距離不宜大于0.5m，且不宜小于0.2m。
③ 測(cè)區(qū)應(yīng)選在使回彈儀處于水平方向檢測(cè)混凝土的澆筑側(cè)面。當(dāng)不能滿足這一要求時(shí)，可使回彈儀處于非水平方向檢測(cè)混凝土構(gòu)件的澆筑側(cè)面、表面或底面。
④ 測(cè)區(qū)宜選在構(gòu)件的兩個(gè)對(duì)稱可測(cè)面上，也可選在一個(gè)可測(cè)面上，且應(yīng)均勻分布。
⑤ 測(cè)區(qū)的面積不宜大于0.04m2。
⑥ 檢測(cè)面應(yīng)為原狀混凝土表面，并應(yīng)清潔、平整。
⑦ 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的測(cè)區(qū)應(yīng)標(biāo)有清晰的編號(hào)，必要時(shí)應(yīng)在記錄紙上描述測(cè)區(qū)布置示意圖和外觀質(zhì)量情況。
（2）回彈值測(cè)量
將彈擊桿頂住混凝土的表面，輕壓儀器，松開(kāi)按鈕，彈擊桿徐徐伸出。使儀器對(duì)混凝土表面緩慢均勻施壓，待彈擊錘脫鉤沖擊彈擊桿后即回彈，帶動(dòng)指針向后移動(dòng)并停留在某一位置上，即為回彈值。繼續(xù)頂住混凝土表面并在讀取和記錄回彈值后，逐漸對(duì)儀器減壓，使彈擊桿自儀器內(nèi)伸出，重復(fù)進(jìn)行上述操作，即可測(cè)得被測(cè)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的回彈值。操作中注意儀器的軸線應(yīng)始終垂直于混凝土構(gòu)件的檢測(cè)面，緩慢施壓，準(zhǔn)確讀數(shù)，快速?gòu)?fù)位。
測(cè)點(diǎn)宜在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)均勻分布，相鄰兩測(cè)點(diǎn)的凈距不宜小于20mm。測(cè)點(diǎn)不應(yīng)在氣孔或外露石子上，同一測(cè)點(diǎn)只應(yīng)彈擊一次。每一測(cè)區(qū)應(yīng)記取16個(gè)回彈值，每一測(cè)點(diǎn)的回彈值讀數(shù)估讀至l。
（3）碳化深度值測(cè)量
回彈值測(cè)量完畢后，應(yīng)在有代表性的位置上測(cè)量碳化深度值，測(cè)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)的30％，取其平均值為該構(gòu)件每測(cè)區(qū)的碳化深度值。當(dāng)碳化深度值大于2.0mm時(shí)，應(yīng)在每一測(cè)區(qū)測(cè)量碳化深度值。
碳化深度值測(cè)量方法：采用適當(dāng)?shù)墓ぞ咴跍y(cè)區(qū)表面形成直徑約15mm的孔洞，其深度應(yīng)大于預(yù)估混凝土的碳化深度。孔洞中的粉末和碎屑應(yīng)除凈，并不得用水擦洗。同時(shí)，采用濃度為1％的酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處，碳化部分不變色，未碳化部分顏色將變?yōu)樽霞t。當(dāng)已碳化與未碳化界線清楚時(shí)，再用深度測(cè)量工具測(cè)量已碳化與未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距離，測(cè)量不應(yīng)少于3次，取其平均值。每次讀數(shù)精確至0.5mm。
3．回彈值計(jì)算
（1）計(jì)算測(cè)區(qū)平均回彈值
從該測(cè)區(qū)的16個(gè)回彈值中剔除3個(gè)最大值和3個(gè)最小值，余下的10個(gè)回彈值取平均值。
（2）非水平方向檢測(cè)混凝土澆筑側(cè)面時(shí)，應(yīng)按式（1-1）修正：
（1-1）
式中：——非水平狀態(tài)檢測(cè)時(shí)測(cè)區(qū)的平均回彈值，精確至0.1；
——非水平狀態(tài)檢測(cè)時(shí)回彈值修正值，可根據(jù)檢測(cè)角度查相應(yīng)表格。
（3）水平方向檢測(cè)混凝土澆筑頂面或底面時(shí)，應(yīng)按式（1-2）修正:
（1-2）
式中：、——水平方向檢測(cè)混凝土澆筑表面底面時(shí)，測(cè)區(qū)的平均回彈值，精確至0.1；
、——混凝土澆筑表面、底面回彈值的修正值。
當(dāng)檢測(cè)時(shí)回彈儀為非水平方向且測(cè)試面為非混凝土的澆筑側(cè)面時(shí)，應(yīng)先對(duì)回彈值進(jìn)行角
度修正，再對(duì)修正后的值進(jìn)行澆筑面修正。
4．混凝土強(qiáng)度值計(jì)算
（1）測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度值計(jì)算
結(jié)構(gòu)或構(gòu)件第i個(gè)測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值，根據(jù)每一測(cè)區(qū)的回彈平均值及碳化深度值，查閱全國(guó)統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線得出，當(dāng)有地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線或?qū)Ｓ脺y(cè)強(qiáng)曲線時(shí)，混凝土強(qiáng)度換算值應(yīng)按地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線或?qū)Ｓ脺y(cè)強(qiáng)曲線換算得出。表中未列入的測(cè)區(qū)強(qiáng)度值可用內(nèi)插法求得。對(duì)于泵送混凝土還應(yīng)符合下列規(guī)定：
① 當(dāng)碳化深度值不大于2.0mm時(shí)，每一測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值應(yīng)按表1-1修正。
② 當(dāng)碳化深度值大于2.0mm 時(shí)，可采用同條件試件或鉆取混凝土芯樣進(jìn)行修正。
表1-1 泵送混凝土測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的修正值
|
碳化深度值
|
|
抗壓強(qiáng)度值（MPa）
|
|
0；0.5；1.0
|
（MPa）
|
≤40.0
|
45.0
|
50.0
|
55.0～60.0
|
|
K（MPa）
|
+4.5
|
+3.0
|
+1.5
|
0.0
|
|
1.5；2.0
|
（MPa）
|
≤30.0
|
35.0
|
40.0～60.0
|
|
K（MPa）
|
+3.0
|
+1.5
|
0.0
|
（2）混凝土強(qiáng)度計(jì)算
結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度平均值可根據(jù)各測(cè)區(qū)的混凝土強(qiáng)度換算值計(jì)算。當(dāng)測(cè)區(qū)數(shù)為10個(gè)及以上時(shí)，應(yīng)計(jì)算強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。平均值及標(biāo)準(zhǔn)差公式如下：
（1-3）
（1-4）
2.超聲法檢測(cè)混凝土
時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí)
目的：通過(guò)超聲法對(duì)混凝土的強(qiáng)度、裂縫（與直接觀測(cè)法比較）、缺陷進(jìn)行檢測(cè)。
場(chǎng)地：路橋檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室
儀器：超聲波混凝土檢測(cè)儀、裂縫顯微鏡
淺裂縫檢測(cè)方法和步驟如下：
當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土開(kāi)裂深度小于或等于500mm時(shí)，進(jìn)行淺裂縫檢測(cè)。測(cè)前準(zhǔn)備和要求如下：
（1） 對(duì)檢測(cè)面的要求：測(cè)區(qū)混凝土表面應(yīng)清潔、平整。換能器應(yīng)通過(guò)耦合劑與結(jié)構(gòu)表面接觸。需要檢測(cè)的裂縫中，不得充水或充泥漿。
（2） 測(cè)點(diǎn)間距：普測(cè)的測(cè)點(diǎn)間距宜為200~500mm（平測(cè)法例外），對(duì)出現(xiàn)可疑數(shù)據(jù)的區(qū)域，應(yīng)加密布點(diǎn)進(jìn)行細(xì)測(cè)。
（3） 換能器頻率選擇：可參照表1-2，根據(jù)測(cè)距來(lái)選擇換能器的頻率。
表1-2 換能器頻率選擇
|
測(cè)距（cm）
|
選用換能器頻率（kHz）
|
最小橫截面尺寸（cm）
|
|
10～20
|
100～200
|
10
|
|
20～100
|
50～100
|
20
|
|
100～300
|
50
|
20
|
|
300～500
|
30～50
|
30
|
|
>500
|
20
|
50
|
①平測(cè)法
當(dāng)結(jié)構(gòu)的裂縫部位只有一個(gè)可測(cè)表面，可采用平測(cè)法。平測(cè)時(shí)應(yīng)在裂縫的被測(cè)部位以不同的測(cè)距同時(shí)按跨縫和不跨縫布置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行聲時(shí)測(cè)量。
a） 不跨縫聲時(shí)測(cè)量：將T、R換能器置于裂縫同一側(cè)，以兩個(gè)換能器內(nèi)邊緣間距l/等于100mm、150mm、200mm、250mm……分別讀取聲時(shí)值，繪制時(shí)—距坐標(biāo)圖，求出不跨縫平測(cè)的混凝土聲速值v。
b）跨縫聲時(shí)測(cè)量：將T、R 換能器分別置于以裂縫為軸線的對(duì)稱兩側(cè)，兩換能器中心連線垂直于裂縫走向，以l/=100mm、150mm、200mm、250mm……分別讀聲時(shí)值，同時(shí)觀察首波相位的變化。裂縫深度可按下式計(jì)算：
（1-5）
4.應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)
時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí)
目的：通過(guò)應(yīng)變片、應(yīng)變計(jì)等檢測(cè)橋梁應(yīng)力變化。
場(chǎng)地：路橋檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，室外現(xiàn)場(chǎng)
儀器：應(yīng)變片、應(yīng)變計(jì)、動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變儀
電阻應(yīng)變片的粘貼：是應(yīng)變電測(cè)技術(shù)中一個(gè)很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，粘貼質(zhì)量的好壞直接影響測(cè)量的結(jié)果。因此，粘貼時(shí)應(yīng)掌握下列技術(shù)環(huán)節(jié)：
（1）選片：用放大鏡對(duì)應(yīng)變片進(jìn)行檢查，保證無(wú)破損。
（2）定位：先初步畫出貼片位置，用砂輪機(jī)將貼片位置打磨平整，畫出測(cè)點(diǎn)的縱、橫中心及貼片方向。
（3）貼片：用酒精（或丙酮）將貼片位置清洗干凈，在應(yīng)變片背面均勻涂抹膠水，放在測(cè)點(diǎn)上，調(diào)整應(yīng)變片的位置，使其準(zhǔn)確定位。在應(yīng)變片上覆蓋小片玻璃紙，用手指輕輕滾壓，擠出多余膠水和氣泡。用手指輕按1～2min，待膠水初步固化后即可松手。
（4）干燥固化：氣溫較高，相對(duì)濕度較低的短期試驗(yàn)，可自然干燥，時(shí)間一般1～2d。人工干燥是待自然干燥12h后，用紅外線烘烤，避免驟熱，烘干到絕緣電阻符合要求時(shí)為止。
（5）應(yīng)變片的防護(hù)：在應(yīng)變片引線端貼上接線端子，把應(yīng)變片引線和連接導(dǎo)線分別焊在接線端子上，然后立即涂防護(hù)層，以防止應(yīng)變片受潮和機(jī)械損傷。
電阻應(yīng)變測(cè)量的溫度補(bǔ)償：溫度補(bǔ)償?shù)木唧w方法是在電橋的BC臂上接一個(gè)與測(cè)量片R1（簡(jiǎn)稱工作片）同樣阻值的溫度補(bǔ)償應(yīng)變片R2（簡(jiǎn)稱補(bǔ)償片）。測(cè)量應(yīng)變片R1貼在受力構(gòu)件上，它既受到應(yīng)變作用又受到溫度作用，故R1是由兩部分組成。即：△R1=△Rε+△Rt。補(bǔ)償片R2貼在一個(gè)與試件材料相同并置于試件附近，具有同樣溫度變化條件但不承受外力作用的小試塊上,它只有△R2=△Rt的變化。此時(shí)，電橋?qū)蔷€上的電流計(jì)的反應(yīng)為△R1-△R2=△Rε，測(cè)得結(jié)果僅是試件受力后產(chǎn)生的應(yīng)變值，溫度效應(yīng)所產(chǎn)生的應(yīng)變就消除了。
熟悉靜態(tài)應(yīng)變儀的使用：
1、接線：將應(yīng)變片兩引線接入接線面板的Eg、Vi+ 端子上，以通道編號(hào)為序，依次接入全部測(cè)量應(yīng)變片。補(bǔ)償應(yīng)變片接入每排的左端Eg、Vi+ 端子上（每排可以接入10個(gè)測(cè)點(diǎn)，共用1個(gè)補(bǔ)償片）。所有連線必須牢固可靠，建議與端子連接用焊錫焊牢。
2、聯(lián)機(jī)：用USB電纜將計(jì)算機(jī)USB接口與DH3816數(shù)據(jù)采集箱USB輸入口相連。開(kāi)啟機(jī)箱電源，打開(kāi)計(jì)算機(jī)。
3、軟件控制
（1）在計(jì)算機(jī)桌面上點(diǎn)擊“DH3816（Usb）靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)”；
（2）點(diǎn)擊“操作/查找機(jī)箱”；
（3）點(diǎn)擊“文件/新建測(cè)試項(xiàng)目”；
（4）點(diǎn)擊“參數(shù)設(shè)置/機(jī)箱特性設(shè)置”，設(shè)置起始測(cè)點(diǎn)號(hào)，結(jié)束測(cè)點(diǎn)號(hào)；
（5）點(diǎn)擊“參數(shù)設(shè)置/電橋及試件參數(shù)”，設(shè)置應(yīng)變片靈敏系數(shù)，彈性模量，泊松比；
（6）點(diǎn)擊“操作/平衡操作”；
（7）點(diǎn)擊“操作/單次采樣”，在試驗(yàn)狀態(tài)欄中，輸入工況。
4、加載、數(shù)據(jù)采集
施加荷載，采集應(yīng)變數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“操作/單次采樣”，在試驗(yàn)狀態(tài)欄中，輸入工況；依次直至試驗(yàn)結(jié)束。
5、文件格式轉(zhuǎn)換
點(diǎn)擊“文件/文件格式轉(zhuǎn)換”，將應(yīng)變測(cè)試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 .TXT或 .XLS文件格式。
4. 橋梁位移測(cè)量
時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí)
目的：利用測(cè)量手段，對(duì)橋梁各控制斷面的位移變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
場(chǎng)地：室外現(xiàn)場(chǎng)
儀器：激光撓度儀
橋梁撓度測(cè)量是橋梁檢測(cè)的重要組成部分, 是橋梁安全性評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。橋梁的撓度與橋梁的承載能力及抵御地震等動(dòng)荷載的能力有密切的關(guān)系。因此, 橋梁動(dòng)、靜撓度測(cè)量對(duì)于橋梁承載能力檢測(cè)和橋梁的防震減災(zāi)有著重要的意義。
通過(guò)激光撓度儀的演示和操作，使學(xué)生了解和掌握橋梁結(jié)構(gòu)截面撓度測(cè)量的光學(xué)方法：它是建立在一個(gè)激光發(fā)射器和一個(gè)連接在目標(biāo)上的光電接收器的基礎(chǔ)之上，操作者從接收器給出一道安全、可見(jiàn)的激光束并將其鎖定在一個(gè)穩(wěn)定的位置上，接收器可以接收識(shí)別光學(xué)目標(biāo)反射回的光束并以每秒100次的頻率精確測(cè)量出該目標(biāo)的點(diǎn)位。具體方法：在橋塔架設(shè)一個(gè)自準(zhǔn)直激光器，橋梁的待測(cè)截面設(shè)置接收屏，利用數(shù)碼攝像機(jī)拍攝接收屏接收到的動(dòng)靜態(tài)激光光斑圖像，通過(guò)標(biāo)定及圖像中心法處理，可以計(jì)算出所測(cè)截面的撓度。
