土木工程测试技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 概述,1.1 课程相关的学科及前期知识,（1）课程涉及的学科,土木工程,机械工程,信息学科：自动化、电子工程、计算机技术、人工智能、电路与系统（信号处理)。,2011.09,CSU,防灾科学与安全技术研究所,20011.09,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（2）课程的数学与信息技术基础,1、统计分析理论：回归分析、关联分析、,支持向量机（SVM）,2、灰色系统理论,3、小波分析：故障诊断、图像识别和重构,4、模糊数学,5、神经网络：BP、RBF、CMAC,6、遗传算法：免疫遗传算法,7、软测量技术,8、数据融合（信息融合）,2011.09,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1.2 课程主要内容及核心知识点,1、传感器技术基础及智能传感器,传统传感器、智能传感器、新型传感器 无线传感器网络,2、土木工程无损检测测试方法,回弹法、超声检测法、钻心法、拔出法,3、土木工程实用测试方法及应用,混凝土测温、,应变测量及应用、超声波测试原理及智能超声检测仪开发技术,4、先进测试数据处理方法,测试数据误差处理、回归分析；先进测试数据处理方法：神经网络、遗传算法等,2011.09,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1）半破损检测：拨出法、钻芯法,2）非破损检测（无损检测）：超声法、声表面波、射线法等。,1934年，提出金属脉冲声波探伤；,1949，英国的R.Jones,中国，杨叔子院士，钢丝绳探,伤，缆索探伤(中国索道）。电涡流检测：大型发,电机等旋转机械的探伤：飞机、汽车、电站设备（株,洲608所）,非金属探伤：混凝土、木材：NM系列超声检测分析,仪北京市政工程研究院康科瑞公司Koncrete,东方振动噪声研究所-应怀僬（INV）英雄卡泰,（2）缺陷的无损检测方法,1）超声脉冲法,2）脉冲回波法,3）雷达扫描法,4）红外热谱法,5）声发射技术,（3）针对其他性能的无损检测方法,1）共振法,2）敲击法,3）磁测法,4）电测法,5）微波吸收法,6）中子散射法,2011.09,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2011.09,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1.3.4 结构混凝土无损检测的研究动向,（1）仪器：智能化,（2）传感器：多样化,（3）检测系统：专用化、小型化、一体化、集约化,（4）无损检测结果评定：,1）按国家标准GBJ107-87（试件、试块）；,2）以统计方法为基础的抽样评定法则。,（5）缺陷检测判断,1）概率法判据,2011.09,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2）PSD判据（斜率与差值乘积）,湖南大学吴慧敏教授提出,3）NFP判据（多因素概率法）,4）多因素模糊综合判据,1.3.5 神经网络在土木工程中应用,（1）神经网络在土木工程中应用的可行性,神经网络的特点：,1）分布式存储信息：网络结构和连接权,2）自适应性：自学习、自组织、泛化和训练,3）并行性：每一神经元独立，各神经元并行,处理,2011.09,CSU,防灾科学与安全技术研究所,4）联想记忆功能,5）自动提取特征参数,6）鲁棒性（容错性）,土木工程应用可行性分析：,1）专家系统成为,工程设计,中必不可少的工具,但专,系统存在一些缺陷,神经网络的上述特点正好可阶级解决,这些问题;,2）在损伤诊断中通过损伤模式匹配和特征参数的自动,提取来成立复杂的非线性、不确定性问题。,2011.09,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（2）神经网络应用领域,1）结构分析与初步设计；,2）结构优化设计；,3）结构损伤检测和诊断；,4）结构控制；,5）科学决策；,6）结构材料与本构关系；,7）回归分析。,2011.09,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1.4 课程知识应用领域,（1）航空航天：飞机、航天器材的测试,（2）土木工程：测桥、测桩、混凝土测试、结构构件的力学性能测试,（3）机械工程：涟钢轧机振动测试（四连锟轧机）、三一重工混凝土泵输送机械臂应力应变、加速度、位移等的测试,（4）工业自动化测试：大型测试网络，基于工业以太网 Ethernet先进测试技术，DCS，FCS，测控一体化。,2011.09,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1.5 课程在土木工程中的地位,（1）土木工程防灾与安全学科群的概念,以防灾减灾工程及防护工程学科为核心二级学科，此外还包括边缘交叉学科消防工程二级学科以及桥梁与隧道工程、结构工程和岩土工程等土木工程领域传统的优势学科的安全与防灾研究方向。,（2）课程由来及发展,结构损伤测试技术（硕士）结构损伤测试与诊断（博士）土木工程测试技术（大土木工程专业）。1998年防灾减灾工程及防护工程硕士点成立以来，一直是该专业的学位课程，包括其后设立的消防工程专业所有硕士、博士以及工程硕士的培养方案都列入了该课程。,2011.09,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（3）课程建设的目标,针对大土木工程专业，今年新修订的研究生培养方案即是按此目标实行。,（4）教材编写规划,参考教材历史：,【1】吴慧敏编.结构混凝土现场检测新技术-混凝土非破损检测第二版，湖南大学出版社，1998,【2】新编混凝土无损检测技术编写组.新编混凝土无损检测技术（应用新规范），中国环境工业出版社，2002,【3】姜绍飞.基于神经网络的结构优化与损伤检测.科学出版,2002,【4】刘君华,.,智能传感器系统,.,西安电子科技大学出版社,1999,2011.09,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1.6 课程章节,第一章 综述,第二章 测试技术传感器基础,第三章 土木工程无损检测测试方法及仪器设备,第四章 结构混凝土强度的测试方法,第五章 混凝土缺陷的超声脉冲探伤及声发射诊断,第六章 混凝土测温技术,第七章 应变测量及应用,第八章 超声波测试原理及智能超声仪开发技术,第九章 结构损伤测试的数据处理方法,第十章 结构损伤测试实例,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,第二章,智能传感器技术基础,2.1传感器的基本原理,2.2智能传感器的特性,2.3土木工程测试传感器应用,2.4无线传感器网络,第二章,智能传感器技术基础,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2,.1,传感器的基本原理,2.1.1,传感器的定义,国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。,传感器的定义包含了下面四个方面的含意1：,（1）传感器是测量装置，能完成信号获取任务；,（2）它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；,（3）它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量,可以是气、光、电量，但主要是电量；,（4）输出输入有对应关系，且应有一定的精确度。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2,.1.2,传感器的结构,（1）敏感元件：指传感器中能直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一,物理量的部件；,（2）传感元件：指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部件；,（3）转换电路：指由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式，这一部件般称为测量转换电路。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2.1.3 传感器的应用模式,人们通常把传感器的应用划分为三种系统类型，分别是测量系统、开环控制系统和闭环控制系统。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2.2 智能传感器的特性,2.2.1 智能传感器概述,美国宇航局Langleg研究中心的Breckenridgc和Husson等人认为智能传感器需要具备下列条件4：,1）由传感器本身消除异常值和例外值，提供比传统传感器更全面、更真实的信息；,2）具有信号处理（例如包括温度补偿、线性化等）功能；,3）随机整定和自适应；,4）具有一定程度的存储、识别和自诊断功能；,5）内含特定算法并可根据需要改变。,智能传感器的主要特征就是敏感技术和信息处理技术的结合。,智能传感器是一个或多个敏感元件、微处理器、外围控制及通讯电路、智能软件系统相结合的产物。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,智能传感器的特点,：（1）使用简单（2）易于维护（3）精确,（4）适应性,智能传感器的应用价值,：,（1）使应用设计更简单。,（2）使应用成本更低。,（3）通过使用传感的标准协议接口，传感器工厂（含敏感元件）可以将精力集中在传感器侧的品质保障方面，不用向从前须为客户提供大量的辅助设计。任何满足此接口协议的传感器都可以迅速地进入到客户的设计中。,（4）客户可以采用平台技术，进行跨行业应用。,（5）搭建复合传感。基于通用的接口规范，传感器工厂或应用商可以轻易地完成新型的复合传感器设计、生产和应用。,（6）通用的数据接口允许第三方客户开发标准的支持设备，帮助客户或传感器工厂完成新产品的设计。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2.3 土木工程测试传感器应用,2.3.1 传感器的（应用）分类。,（详见书中表2-1 传感器的应用分类）,2.3.2 传感器的（应用）特性,。,当输入量为常量，或变化极慢时（如,温度、压力等,），这一关系称为静态特性；当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,静态特性,（可用y=f（x）函数式表示）技术指标：,（1）线性度。,（2）迟滞。,（3）重复性。,（4）灵敏度与灵敏度误差。,（5）分辨力与阈值。,（6）稳定性。,（7）温度稳定性。,（8）抗干扰稳定性。,（9）静态误差。,（10）精确度。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,动态特性,(可用时域法y(t)=f(x(t)函数式或频域法y(jw)=f(x(jw)表示)技术指标：,（1）数学模型与传递函数。,（2）动态响应（正弦和阶跃）。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,6.4.2传感器的（应用）选型,（1）与测量条件有关的因素,（2）与传感器有关的技术指标,（3）与使用环境条件有关的因素,（4）与购买和维修有关的因素,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2.4无线传感器网络,2.4.1 ZigBee无线通信协议,包括MAC层、路由、网络层、应用层等，其完整框图如下：,2.4.2 无线传感器的优点,（1）抗干扰能力强；,（2）安装使用方便；,（3）超低功耗；,（4）超强的设计能力，完全的自主知识产权，可按应用定制产品,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2.4.3无线传感器网络的组成概述,无线传感器网络由传感器节点、网关、网络协议、计算机采集处理软件等组成。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2.4.4无线传感器网络节点,分类：,外接传感器；内置传感器；无线加速度节点；无线应变节点；无线温度、湿度节点,原理框图,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2.4.5无线基站（网关）,接收传感器节点的数据，输入计算机分析存储；USB，以太网口，串口标准接口；INTERNET，GPRS/CDMA等远程传输；GPS绝对时间同步；多个基站同时使用，扩展带宽。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2.4.6无线传感器节点采集控制软件,（1）界面友好的WINDOWS采集控制软件；,（2）同时支持各种类型传感器节点；,（3）节点采集到的数据实现实时显示，分析和存储；UFF，CSV或其他通用文件格式输出；,（4）LABVIEW接口；,（5）校准数据等信息写入传感器节点；,（6）通讯质量，电池能量监测；,（7）无线节点内部程序升级；,（8）节点内部数据高速下载。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2.4.7无线传感器在土木工程测试领域的应用,（1）桥梁建筑物模态振动，应变，位移，温度测量；,（2）结构静态应变，位移测量；,（3）振动常规测量（飞机落振，汽车摩托车路面实验，包装跌落实验，火炮旋转震动测量，车辆舒适度测量）；,（4）旋转机械扭距，应变测量；,（5）混泥土浇灌温度监测；,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（6）航空发动机温度，扭矩，应变测量；,（7）地震监测；,（8）建筑物结构在线监测；,（9）工业机械结构在线监测；,（10）粮仓温度湿度监测；,（11）电力传输线温度监测；,（12）石油管道监测；,（13）运输实验等等。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,3.1,回弹法,3.2 超声检测法,3.3 钻心法,3.4 拔出法,第3章 土木工程无损检测测试,方法及仪器设备,第3章 混凝土测试方法,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,3.1,回弹法,3.1.1,概述,自从1948年瑞士施米特发明回弹仪，以及苏黎世材料试验所发表报告以来，回弹法的应用已有40多年的历史。虽然在这40年中其它无损检测方法不断出现，但由于回弹法仪器构造简单、操作简便、测试值在一定条件下与混凝土强度有较好的相关性、测试费用低廉等特点，至今它仍未失去现场应用的优越性，被国际学术界公认为混凝土无损检测的基本方法之一。,（1）原理,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,3.1.2,检测原理及特点,由于混凝土的抗压强度与其表面硬度之间存在某种相关关系，而回弹仪的弹击锤被一定的弹力打击在混凝土表面上，其回弹高度（通过回弹仪读得回弹值）与混凝土表面硬度成一定的比例关系。因此以回弹值反映混凝土表面硬度，根据表面硬度则可推求混凝土的抗压强度。,（,2,）,特点,用回弹法检测混凝土抗压强度，虽然检测精度不高，但是设备简单、操作方便、测试迅速，以及检测费用低廉，且不破坏混凝土的正常使用，故在现场直接测定中使用较多。,（1）类型,A、,回弹仪机芯主要零件的装配尺寸，包括弹击拉簧的工作长度、弹击锤的冲击长度以及弹击锤的起跳位置等。,B、主要零件的质量，包括拉簧刚度、弹击杆前端的球面半径、指针长度和摩擦力、影响弹击锤起跳的有关零件。,C、机芯装配质量，如调零螺钉、固定弹击拉簧和机芯同轴度等。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,3.1.3,回弹仪,测量回弹值使用的仪器为回弹仪。回弹仪的质量及其稳定性是保证回弹法检测精度的技术关键,。,（,2,）影响检测性能的因素,采用回弹法检测混凝土抗压强度，首先要满足技术规程中所规定的条件，同时必须注意回弹法使用的前提是要求被检测的混凝土内外质量基本一致，被检测构件表面光洁、平整、干燥。,（1）数据采集,（2）强度计算,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,3.1.4,检测方法,（,3,）异常数据分析,1）工程资料,2）测区回弹值,3）碳化深度,1）回弹值计算,2）回弹值修正,3）碳化深度计算,4）测强曲线应用,（4）强度推定,混凝土超声检测是混凝土非破损检测技术中的一个重要方面。用声学的方法检测结构混凝土可以追溯到30年代，那时以捶击作为振源，测量声波在混凝土中的传播速度，粗略地判断混凝土质量。目前所采用的这种超声脉冲法始于40年代后期。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,3.2,超声检测法,3.2.1,概述,（1）波与声波,1,）谐振动,2)波的产生与传播,（2）混凝土超声检测中应用的超声波,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,3.2.2,声学基础,1）,重复间断发射,2）脉冲超声波不具有单一频率而是所谓复频波,3.2.3,超声法检测混凝土强度的依据,3.2.4 超声法检测混凝土强度的技术途径,3.2.5 混凝土超声法测强的特点与技术稳定性,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（1）超声法的特点,（2）技术稳定性,3.2.6,检测仪器,C61,非金属超声波检测仪 混凝土超声波检测分析仪 超声波无损检测。,（1）用途,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1,）声波透射法检测基桩完整性；,2）超声法检测混凝土内部缺陷，如不密实区域、蜂窝空洞、结合面质量、表面损伤层厚度等；,3）超声-回弹综合法检测混凝土抗压强度；,4）超声法检测混凝土裂缝深度；,5）地质勘查、岩体、混凝土等非金属材料力学性能检测。,（2）依据规范,（3）性能特点,(4)技术指标,3.3.1,概述,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,3.3,钻心法,3.3.2,钻芯法的局限性,（1）钻芯时对结构造成局部损伤，因而对于钻芯位置的选择及钻芯数量等均受到一定限制，而且它所代表的区域也是有限的；,（2）钻芯机及芯样加工配套机具与非破损测试仪器相比，比较笨重，移动不够方便，测试成本也较高；,（3）钻芯后的孔洞需要修补，尤其当钻断钢筋时更增加了修补工作的困难。,3.3.3,芯样钻取,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（1）采用钻芯法检测结构混凝土强度前，宜具备下列资料：,1)工程名称（或代号）及设计、施工、监理、建设单位名称；,2)结构或构件种类、外形尺寸及数量；,3)设计混凝土强度等级；,4)成型日期，原材料（水泥品种、粗骨料粒径等）和混凝土试块抗压强度试验报告；,5)结构或构件质量状况和施工中存在问题的记录；,6)有关的结构设计图和施工图等。,（2）芯样宜在结构或构件的下列部位钻取：,1)结构或构件受力较小的部位；,2）混凝土强度质量具有代表性的部位；,3）便于钻芯机安放与操作的部位；,4）避开主筋、预埋件和管线的位置，并尽量避开其他钢筋；,5）当采用钻芯法修正无损检测方法时，钻芯位置应与无损检测方法相应的测区重合。,3.3.3,芯样钻取,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（3）钻取的芯样数量应符合下列规定：,1）钻芯确定单个构件的混凝土强度推定值时，有效芯样试件的数量不应少于3个；对于较小构件，有效芯样试件的数量不得少于2个。,2）对构件的局部区域进行检测时，应由要求检测的单位提出钻芯位置及芯样数量；,3）按批量检测时，芯样试件的数量应根据检测批的容量确定。,（4）钻取的芯样直径一般不宜小于骨料最大粒径的3倍，在任何情况下不得小于骨料最大粒径的2倍，且公称直径不应小于70mm。,（5）钻芯机就位并安放平稳后，应将钻机固定，以便工作时不致产生位置偏移。固定的方法应根据钻芯机构造和施工现场的具体情况，分别采用顶杆支撑、配重、真空吸附或膨胀螺栓等方法。,3.3.3,芯样钻取,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（6）采用三相电机的钻芯机在未安装钻头之前，就应先通电检查主轴旋转方向。当旋转方向为顺时针时，方可安装钻头。钻芯机主轴的旋转轴线，应调整到与被钻取芯样的混凝土表面相垂直。,（7）钻芯机接通水源、电源后，拨动变速钮调到所需转速。正向转动操作手柄使钻头慢慢接触混凝土表面，待钻头刃部入槽稳定后方可加压。进钻到预定深度后，反向转动操作手柄，将钻头提升到接近混凝土表面，然后停电停水。,（8）钻芯时用于冷却钻头和排除混凝土料屑的冷却水流量宜为 3 15L/min，出口水温不宜超过30。,（9）从钻孔中取出的芯样在稍微晾干后，应标上清晰的标记。若所取芯样的高度及质量不能满足规程的要求，则应重新钻取芯样。,3.3.3,芯样钻取,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（10）芯样在运送前应仔细包装，避免损坏。,（11）结构或构件钻芯后所留下的孔洞应及时进行修补，以保证其正常工作。,（12）工作完毕后，应及时对钻芯机和芯样加工设备进行维修保养。,3.3.4,芯样加工及技术要求,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,轴心抗拉强度,3.3.5,混凝土抗拉强度测试方法,（1）承受轴向拉力的芯样试件，可用建筑结构胶在试件两个端面粘贴特制的钢卡具，两个钢卡具的平面板部分应平行，拉杆部分应与芯样试件的轴线重合。,（2）芯样试件的轴心抗拉强度试验应符合下列规定：,（3）承受轴向拉力芯样试件的混凝土轴心抗拉强度可按下式计算：,f,t,cor,=,F,t,/,A,t,式中：,F,t,芯样试件抗拉试验测得的最大拉力(N)；,A,t,芯样试件抗拉破坏截面面积(mm,2,)。,3.3.6,劈裂抗拉强度,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（1）芯样试件劈裂抗拉强度试验的操作应符合现行国家标准普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081）中对立方体试块劈裂试验的规定，劈裂荷载可按下图所示的方式施加。,（2）芯样试件混凝土的劈裂抗拉强度可按下式计算：,f,cts,=0.637,F,spl,cor,/,A,ts,（3-5）,式中：,F,spl,cor,芯样试件劈裂抗拉试验测得的最大劈裂力(N)；,A,ts,芯样试件劈裂抗拉破坏截面面积(mm,2,),。,3.4.1,概述,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,3.4,拔出法,3.4.2,拔出法测强的影响因素,（1）钻孔与扩孔,（2）锚固与拔出,进行拔出法检测混凝土强度试验时,包括四个步骤,即钻孔、扩孔、锚固、拔出四个工艺过程,这四个过程有着密切的制约关系,前者直接影响后者的质量,以至影响最后检测准确程度。,3.4.3,拔出法测强技术的特点,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,通过大量的实践可归纳出拔出法检测混凝土强度有以下几个方面的特点:,（1）随机性强、快速、灵便对已成混凝土工程可随时在各部位进行质量检测且检测速度快、操作方便。,（2）直观、准确、可靠从拔出点局部破坏面上,可直接观察混凝土的骨料质量,砂浆密实度及其拌和浇捣好坏情况,能比较真实地反映混凝土结构或构件各部位的实际强度。且测,试灵敏度较高。,（3）减少了试件的制作量,有效地弥补了砼试件不真实反映工程质量的缺点。,（4）混凝土结构或构件表面局部破损(直径不大于100mm)但不会影响结构或构件的强度。当然,试验后,需用较高标号的水泥砂浆对试验点进行修补。,3.4.4,拔出法仪器设备,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,SFTQ-50/80,后装拔出法混凝土强度检测仪,（1）概述,（2）主要技术参数：,3.4.5,测强曲线的建立,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（1）基本要求,（2）试验规定,（3）分析计算,A、拔出用的混凝土试件每个应至少能进行3点拔出试验，对应每一拔出试件留置1组立方体试块，拔出试件和留置的立方体试块应采用同一盘混凝土，在振动台上同时振捣，同条件养护，试件和试块的养护条件与被测构件预期的养护条件基本相同，尽可能消除拔出试件、强度试块和被检测混凝土在制作和养护上的差异。,B、拔出试验点布置在混凝土浇捣方向的侧面，共布置3个点，同一试件的3个拔出力，取平均值为代表值。,C、拔出试验的强度代表值，按现行国家标准混凝土强度检验评定标准确定。,3.5.1,雷达法,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,3.5,其它测试方法,3.5.2,冲击回波法,3.5.3,红外成像法,3.5.4,超声波,CT,法,2007.01,CSU,防灾科学与安全技术研究所,3.6 常用仪器设备及规范,3.6.1 常用仪器设备,（1）HT225W（MTC850日本）型回弹仪特性：,配微电脑，可把弹击次数、回弹值、修正值、弹击,角度、回弹平均值、异常值剔除以及混凝土强度推算等,自动记录和显示。,（2）瑞士回弹仪系列型号,（3）日本回弹仪系列型号,2007.01,CSU,防灾科学与安全技术研究所,瑞士回弹仪系列型号,型号 冲击能量/J 弹击方式 适应范围,N 2.25 直射式 一般混凝土,NR 2.25 直射式 同N型，示值记录,L 0.75 直射式 小型、低刚度和胶凝材料,LR 0.75 直射式 同L 型，示值记录,LB 0.75 直射式,烧土制品和陶管连续质量控制,M 30 直射式,大体积、飞机跑道、高速路面,P 0.9 摆式 轻质材料(5-25MPa混凝土),PT 0.9 摆式 0.5-5MPa低强度胶凝制品,2007.01,CSU,防灾科学与安全技术研究所,日本回弹仪系列型号,型号 功能,ND-740 回弹值最小读数0.1度,数显式,ND-750 同ND-740,能对回弹值记录和处理,MTC-850 能自动记录和按程序处理回弹值及其平,均值、回弹修正值、弹击角度及指示强度,WS-200N 数显式,能将水平和角度测试的回弹值记,录和打印,测试和记录部分分离,无线传输,2007.01,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（4）国产数字式非金属超声仪,型号 厂家,SCY-2 湘潭市无线电厂,DS-1 湘潭自动化研究所,SC-2 天津建筑仪器厂,HCS-4 天津建筑仪器厂研究所,CTS-25 汕头超声电子仪器厂,HQY-901 北京计量科研所,JC-2 北京无线电三厂,共同特点：数显式，显示波形、游标手动判读声时，部,分带单片机，以SCY-2和CTS-25市场占有率最大,2007.01,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（5）国产数字式非金属超声仪,型号 厂家,CTS-35 汕头超声电子仪器厂,CTS-45 汕头超声电子仪器厂,2000-A 煤炭科学研究院,XY-A 扬州专用超声设备厂,NM系列 北京市政工程研究院（康科瑞）,武汉岩海,（6）国外厂家,PUNDIT英国C.N.S；V-meter美国JAMES；,58-E46/C意大利CONTROLS；TCP3芬兰FUGRO,2007.01,CSU,防灾科学与安全技术研究所,3.6.2 规程规范,（1）回弹法检测混凝土抗压强度技术规程,JGJ/T23-2001 或J115-2001,（2）超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程,CECS02：88,（3）钻芯法检测混凝土强度技术规程 CECS03：88,（4）后装拔出法检测混凝土强度技术规程 CECS69：94,（5）针贯入法检测混凝土强度技术规程 Q/JY23-2001,（6）回弹法检测高强混凝土强度技术规程 Q/JY17-2000,（7）超声法检测混凝土缺陷技术规程 CECS21：2000,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,第四章 结构混凝土强度测试方法,4.1 回弹法测强,4.2 超声法测强,4.3 超声回弹综合法测强,4.4 其它测强方法,4.5 半破损法,4.6 半破损法与非破损法的结合使用,第四章 结构混凝土强度测试方法,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,4.1 回弹法测强,4.1.1 回弹法基本原理。,回弹法是用一弹簧驱动的重锤，通过弹击杆(传力杆)，弹击混凝土表面，并测出重锤被反弹回来的距离，以回弹值(反弹距离与弹击锤冲击长度之比)作为与强度相关的指标，来推定混凝土强度的一种方法。由于测量在混凝土表面进行，所以应属于表面硬度法的一种。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,4.1.2 回弹法检测强度值的影响因素,（1）原材料的影响。水泥、细骨料、粗骨料、外加剂。,（2）成型方法。,（3）养护方法及温度,（4）碳化及龄期,（5）模板,（6）泵送混凝土,（7）混凝土表面缺陷,（8）混凝土结构中表层钢筋对回弹值的影响,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,4.1.3 回弹法测强曲线的建立,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,4.2 超声法测强,4.2.1 超声换能器,应用超声波检测混凝土，首先要解决的问题是如何产生超声波和接收经混凝土传播后的超声波，然后进行测量。解决这类问题通常采用能量转换方法，即运用最方便的能量电能，将它转化为超声能量，即产生出超声波。当超声波在混凝土中传播后，为了度量超声波的各声学参数，又将超声能量转化为最容易量测的量电量，然后经放大、处理，对电信号进行量测。这种将声能与电能相互转换的器具称换能器。,4.2.2 混凝土声学参数测量技术,目前在混凝土检测中所常用的声学参数为声速、振幅、频率以及波形，还有衰减系数。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,4.2.3 超声检测混凝土强度的主要影响因素,（1）横向尺寸效应,（2）温度和湿度的影响,（3）结构混凝土中钢筋的影响,（4）粗骨料品种、粒径和含量的影响,（5）水灰比及水泥用量的影响,（6）混凝土龄期和养护方法的影响,（7）混凝土缺陷与损伤对测强的影响,4.2.4 建立超声测强曲线的方法,校准曲线 地区性曲线 统一曲线,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,4.2.5 结构混凝土强度检测与推定,（1）测区选择,（2）测点布置,（3）结构混凝土强度的推定,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,4.3 超声回弹综合法测强,4.3.1 超声回弹综合法的基本依据,4.3.2 影响,R-N-C,关系的主要因素。,（1）水泥品种及水泥用量的影响,（2）碳化深度的影响,（3）砂子品种及砂率的影响,（4）石子品种、用量及石子粒径的影响,（5）测试面的位置及表面平整度的影响,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,4.3.3 超声回弹综合法检测的若干规定,（1）应用范围,（2）检测前的现场准备,（3）回弹值的测量与计算,（4）超声值的测量与计算,4.3.4,R-C-N,关系曲线,（1）,R-C-N,关系曲线的制订方法,（2）通用曲线的应用,（3）基准曲线的现场修正,4.3.5 结构或构件混凝土特征强度的推定,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,4.4 其它测强方法,4.4.1“超声射线”综合法,4.4.2“回弹砂浆声速碳化”综合法,4.4.3“声速衰减系数”综合法,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,4.5,半破损法,所谓结构混凝土强度的半破损检测方法，就是在不影响结构物总体使用性能的前提下，直接从结构物上取样进行强度试验，或直接在结构物的适当部位进行局部的破损性试验，然后，根据试验结果推算混凝土的强度值。,3.5.1 射入阻力法,3.5.2,构件边角咬切法,3.5.3 扳折法,3.5.4 拔出法,3.5.5 钻芯法,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,4.6,半破损法与非破损法的结合使用,把钻芯法与非破损法结合起来，利用芯样试验的直观和准确性，来校正非破损检测的推定值，同时，利用非破损测强方法的简便易行，可在结构物上普遍布置测点的特点，来减少钻芯的数量，无疑是一个好办法。,要将这两种方法结合起来，必须解决以下两个问题：,（1）如何用芯样的抗压试验值校正超声声速或回弹值与强度的关系；,（2）如何按声速或回弹值的离散程度确定应钻芯样的个数。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,第五章 混凝土缺陷的超声脉冲探伤及声发射诊断,5.1,概述,5.2混凝土裂缝深度的检测,5.3混凝土其它缺陷的检测,5.4混凝土损伤程度的声发射诊断,第五章,混凝土缺陷的超声脉冲探伤及声发射诊断,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,5.1,概述,5.1.1混凝土缺陷超声检测技术的发展,超声技术是一门以物理、电子、机械及材料为基础的、各行各业都要遇到的通用技术之一。超声技术是通过超声波产生、传播及接收的物理过程完成的。混凝土超声检测是混凝土非破损检测技术中的一个重要方面,。其发展如下：,（1）,20,世纪40年代末50年代初，由于技术限制，难以普遍用于工程实测,；,（2）,自70,年代末期以来，,随着科技进步,，现在超声脉冲检测技术已成为检测工程结构物质量的重要手段之一,；,混凝土缺陷超声检测技术分2类：,（1）机械波法：超声脉冲、冲击脉冲波和声发射等；,（2）穿透辐射法：X射线、射线和中子流等。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,5.1.2,超声波检测混凝土缺陷的原理,超声脉冲波检测结构混凝土缺陷的基本依据是：利用脉冲波在技术条件相同（指混凝土的原材料、配合比、龄期和测试距离一致）的混凝土中传播的时间（或速度）、接收波的振幅和频率等声学参数的相对变化，来判定混凝土的缺陷。,（1）检测依据：利用超声脉冲波在技术条件相同（原材料、配合比、龄期和测试距离一致）的混凝土中的传播时间、接收波的振幅和频率等声学参数的变化来判定混凝土的缺陷。快慢与密实程度有关。,（2）超声脉冲波遇到蜂窝、空洞或裂缝等缺陷，在缺陷的界面反射和散射，声能衰减，接收信号波幅降低，信号畸变。,（1）平面测试(用厚度振动式换能器),对测法,斜测法,单面平测法,（2）钻孔或预埋管测试(采用径向振动式换能器）,孔中对测,孔中斜测,孔中平测,（3）平面和钻孔混合测试(采用一个厚度振动和一个径向振动式换能器),2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,5.1.3,超声波检测混凝土缺陷的方法,超声法检测混凝土缺陷，同超声法检测混凝土强度一样，如不采取适当措施，必然给测试结果带来很大误差。试验和实践表明影响超声测缺的主要因素大致有以下几种：,（1）耦合状态的影响,（2）钢筋的影响,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,5.1.4,超声波检测混凝土缺陷的主要影响因素,（,3,）水分的影响,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,5.2,混凝土裂缝深度的检测,混凝土出现裂缝十分普遍，不少钢筋混凝土结构的破坏都是从裂缝开始的。因此，必须重视混凝土裂缝检查、分析与处理。混凝土除了荷载造成的裂缝外，更多的是混凝土收缩和温度变形导致的开裂，还有地基不均匀沉降引起的混凝土裂缝。不管何种原因引起的混凝土裂缝，一般都需要进行观察、描绘、测量和分析，并根据裂缝性质、原因、尺寸及对结构危害情况作适当处理。,过去传统方法多用注入渗透性较强的带色液体，再局部凿开观测，也有用跨缝钻取芯样进行裂缝深度观测。这些传统方法既费事又对混凝土造成局部破坏，而且检测的裂缝的深度很有限。,采用超声脉冲检测混凝土裂缝深度，既方便省事，又不受裂缝深度限制，而且可以进行重复检测，以便观查裂缝发展情况。,（1）平测法,当结构的被测部位只具有一个表面可供超声检测时，可采用平测进行裂缝深度检测，如混凝土路面、飞机跑道、洞穴建筑及其他大体积结构的浅裂缝检测。,第一步不跨缝声时测量。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,超声法检测混凝土裂缝深度，一般根据被测裂缝所处部位的具体情况，采用单面平测法，穿透斜测法或钻孔法。,第二步进行跨缝声时测量。,（2）斜测法,当结构物的裂缝部位具有一对相互平行的表面时，宜优先选用对穿斜测法。,这种检测方法较直观，测试结果较可靠，一般工业与民用建筑的混凝土构件裂缝检测多用此方法。,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,该方法是在保持T，R换能器连线的距离相等、倾斜角一致的条件下，进行过缝与不过缝检测，分别读取相应的声时、波幅和频率值。当T,R换能器的连线通过裂缝时、由于混凝土失去了连续性，在裂缝界面上产生很大衰减，接收到的首波信号很微弱，其波幅和频率与不过缝的测点相比较，存在显著差异。据此便可判定裂缝的深度及是否在裂缝所处截面贯通。,（3）钻孔测法,对于大体积混凝土裂缝检侧，一般不宜采用单面平测法，即使被测部位具有一对平行表面，测试灵敏度满足不了检测仪器要求，也不能在平行表面进行测试。一般是在裂缝两侧钻测试孔，用径向振动式换能器置于钻孔中进行测试。,测试方法,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,a,孔径应比所用换能器的直径大于,。,b,测孔深度应比所测裂缝深,。,c,对应的两个测孔应始终位于裂缝两测，且其轴线保持平行。,d,对应测孔的间距宜为,2m,左右，同一结构各对应测孔的间距应相同。,e,孔中的粉尘碎屑应清理干净。,f,横向测孔