《土木工程结构试验与检测（论文）6000字》

土木工程结构试验与检测摘要土木工程检测是对老旧土木工程安全性评价的重要手段。老旧土木工程在设计时由于考虑的土木工程通行压力小于现今实际土木工程通行压力，因此多数老旧土木工程在服役期内出现了开裂、变形过大甚至坍塌的病害，极大地威胁了群众的生命安全。土木工程检测是通过进行理论分析结合实测数据的方法对土木工程的服役状态给予评价，进一步指导土木工程的加固和维修工程。实测数据是指荷载试验中测得的静力响应与动力响应，同时需要对土木工程进行外观检测。关键词：土木工程；结构试验；检测目录TOC\o"1-3"\h\uHYPERLINK\l_Toc21318一、工程概况 PAGEREF_Toc21318\h4HYPERLINK\l_Toc21401（一）工程介绍 PAGEREF_Toc21401\h4HYPERLINK\l_Toc24830（二）工程设计实测资料 PAGEREF_Toc24830\h4HYPERLINK\l_Toc25568二、桥梁试验量测仪器及量测方法 PAGEREF_Toc25568\h5HYPERLINK\l_Toc6009（一）试验测仪器的量测要求 PAGEREF_Toc6009\h5HYPERLINK\l_Toc20388（二）混凝土结构检测内容 PAGEREF_Toc20388\h6HYPERLINK\l_Toc22323（三）试验目的和要求 PAGEREF_Toc22323\h6HYPERLINK\l_Toc30086（四）动载试验量测仪器及量测方法 PAGEREF_Toc30086\h6HYPERLINK\l_Toc27639（五）静载试验量测仪器及测试方法 PAGEREF_Toc27639\h7HYPERLINK\l_Toc785三、桥梁结构混凝土的无损检测 PAGEREF_Toc785\h7HYPERLINK\l_Toc17007（一）桥梁结构混凝土强度试验 PAGEREF_Toc17007\h7HYPERLINK\l_Toc23171（二）桥梁结构混凝土裂缝的无损检测 PAGEREF_Toc23171\h9HYPERLINK\l_Toc9005四、现场验证 PAGEREF_Toc9005\h10HYPERLINK\l_Toc7213（一）桥梁钢筋混凝土结构物 PAGEREF_Toc7213\h10HYPERLINK\l_Toc26401（二）桥梁无钢筋混凝土结构物 PAGEREF_Toc26401\h12HYPERLINK\l_Toc6045（三）试验小结 PAGEREF_Toc6045\h13HYPERLINK\l_Toc30866参考文献 PAGEREF_Toc30866\h14

引言当今社会在不断进步，经济在不断发展，各地的建筑工程施工进行的热火朝天。建筑工程的发展也带动了其相关行业的快速发展，而人们对建筑工程施工质量要求的不断提高的同时，对于其相关行业产品质量的要求也在相应的提高，特别是建筑施工材料的质量问题，严重影响着建筑工程质量的提高。在今天，混凝土在施工过程中出现不同程度、不同形式的裂缝，这是一个相当普遍和常见的现象，并且在大体积混凝土施工中表现尤为突出。混凝土便因其耐久性高、整体性好、抗压强度高的优点，广泛应用于建筑工程的各个领域：高层建筑、桥梁工程、港口和海洋工程以及特种结构等各个领域。但是混凝土又有自重大、抗裂性差的特点，特别是抗裂性差，使用维护不当会严重影响混凝土结构的耐久性，造成了很多的损失从理论上讲，所有结构或构件在应力作用下都会产生变形，因此在设计中结构计算时，都需要计算构件的最大变形和整体结构的沉降量，使之控制在结构的正常使用状态所容许的范围内。随着我国桥梁建设规模的不断扩大，专业的知识、专业的设备、专业的检测机构和专业的技术人员等成为我国桥梁工程试验检测行业发展的基础力量，是工程质量检验的必要手段，目前已成为了高技术行业，使其在控制（检验）桥梁工程质量方面起到重要的作用。找出不同影响因素对试验检测活动的影响程度，从而有针对性的进行试验检测质量控制，对桥梁工程建设质量起到一定的控制作用。一、工程概况（一）工程介绍铁路桥梁桩基项目位于北京区北地块内。设计合理使用年限50年；地基基础设计等级：乙级。结构安全等级为二级：低级安全等级为二级：桩基设计等级为乙级。静压预制桩，桩断面为0.25m×0.25m，桩长为21.0m(不含桩尖)，主筋采用4Ф14，单桩设计承载力为450KN，混凝土等级为C35，桩端持力层为细砂层，设计桩顶标高为-1.4m。场地地下水位埋深0.9至1.17之间，相应标高3.15至3.40之间，丰水期（5到8月），枯水期（1到2月），水位变化1.0m。场地内水对基础混凝土有微腐蚀性，当水位交替时，对混凝土中钢筋有弱腐蚀性，地下水位对钢结构有弱腐蚀性。桥梁部分由于建设年限较长，已不能满足现况荷载要求，损坏较严重，因此通过此次新建进一步提高道路及桥梁的使用功能。表1-1土重度γ表层号土层名称一般层底埋藏度(m)厚度（m）土重度γ(kPa/m)①填土1.31.318.2②褐黄一灰黄色粉质粘土3.32.017.8③灰色淤泥质粉质粘土4.61.317.6④灰色砂质粉土夹粉质粘土5.91.317.3⑤粉砂夹粉土115.117.3（二）工程设计实测资料由于基本建设和桩基技术的快速发展，经济、高效、环保、简便的静压预制桩加固地基技术工艺日益为大家所接受和采用。表1-2单桩竖向抗压静载荷试验结果桩号桩长（m）桩径（㎜）最大试验荷载（KN）最大试验荷载下桩顶沉降（㎜）残余变形（㎜）单桩竖向极限承载力（KN）极限承载力下桩顶沉降（㎜）49#11.04φ50038409.792.27不小于384099#8.30φ50038409.602.40不小于3840169#14.84φ500384010.451.63不小于3840216#24.38φ500384021.444.78不小于3840本工程地质条件较差，场地埋深15.0m以上大都为软土层，含水率较高，基本为流塑性土，压缩性高，且④-1饱和砂(粉)土、⑤粉砂夹粉土为中等液化土，表层土地基承载力仅为2-3t/m2，为防止桩机沉陷、跑偏，增大地基受力面积[]，本工程桩基工程采用YZY-500型静力压桩机进行设计。即使如此，有时仍需卸载后才能跑机，极大影响了设计速度。土质构成主要包括：人工成因耕植土；第四纪滨海相沉积土层，主要由软弱土组成，游泥层厚度419米；冲洪积形成的土层，主要由粘性土及砂土组成；残积成因的砂质粘性土或碌质粘性土；基岩为燕山期花岗岩。二、桥梁试验量测仪器及量测方法（一）试验测仪器的量测要求桥梁检测对仪器的要求包括以下几个方面：（1）仪器的量程、准确度、灵敏度要根据检测的要求合理选用，仪器工作性能要稳定，抗干扰能力良好，在野外检测时这一点显得尤为重要。（2）仪器使用方便，安装快捷，适应性强。（3）仪器结构简单，经久耐用。（4）仪器轻巧，自重轻、体积小，便于野外桥梁检测时携带。（5）仪器的多用途，所使用的仪器应具有多种用途。（6）使用安全。包括仪器本身不易损坏，不会危及操作人员的人身安全。量测仪器的某些性能之间经常是互相矛盾的，如精度高的仪器，其量程较小；灵敏度高的，其适应性较差。因此在选用仪器时，应避繁就简，根据试验的要求来选用合适的仪器，灵活运用。（二）混凝土结构检测内容（1）检测混凝土外观质量与缺陷；（2）检测主要结构构件混凝土强度；（3）当主要结构构件或有防渗要求的结构出现破坏结构整体性或影响工程安全运用的裂缝时，应检测裂缝的分布、宽度、长度和深度，必要时检测钢筋的锈蚀程度，分析裂缝产生的原因；（4）当承重结构荷载超过原设计荷载标准而产生明显变形时，应检测结构的应力和变形值；（5）当主要结构构件表面发生锈胀裂缝或剥蚀、磨损、保护层破坏较严重时，应检测钢筋的锈蚀程度，必要时应检测混凝土的碳化深度和钢筋保护层厚度；（6）当结构因受侵蚀性介质作用而发生腐蚀时，应测定侵蚀性介质的成分、含量，并检测结构的腐蚀程度。（三）试验目的和要求桥梁工程检测是判定桥梁结构承载能力和使用条件、检验设计和施工质量的重要手段之一。桥梁工程检测主要包括现场静载试验、现场动载试验和桥梁结构无损检测，本课的试验主要包括：（1）现场静载、动载的演示性模拟试验；（2）桥梁结构无损检测试验。通过试验教学熟悉和掌握桥梁工程检测的主要理论基础和技术要求，能够在相关指导下进行试验的组织安排和实施，能够具体进行关键试验设备的操作，并完成试验任务。（四）动载试验量测仪器及量测方法振动量测传感器：电磁式测试系统在桥梁的动力测试中应用较为普遍，这类系统通过仪器的组合变换可测位移、速度和加速度。电磁式测试系统的特点是输出信号强、灵敏度高、稳定性好、传感器输出阻抗低、长导线的影响较小，因此抗干扰性能好。本论文的研究重点；下部结构试验进行较多的试验即静力测桩试验，主要是为了测知桩基的承载能力而设的试验项目。在实际工作中，根据不同的试验目的和条件，静载试验又可分为破坏性试验和非破坏性试验，大部分生产鉴定试验均为非破坏性试验；组成桥梁的主要构件试验或者是全桥整体试验；可以是实桥现场试验或者是桥梁结构模型的室内试验。（1）应力应变测点的布设应力应变测点的布设应能测出内力控制截面的竖向、横向应力分布状态。每个截面的竖向。点沿高度应不少于5个测点，包括上下缘和截面突变处，应能说明平截面假定横向截面应变测点应布。设在截面横向应力可能分布较大的部位，横桥向设置一般不小于三处，以控制最大应力的分布和确定荷载的横向分布状况。（2）裂缝观测点的选取荷载试验前应对全桥裂缝情况详细检查，重点应对试验孔详细检查，并根据实际情况选择一定数量的有代表性的裂缝，进行编号，分别量测裂缝在加载前后的宽度、长度及位置，观测其随荷载发展变化情况。（五）静载试验量测仪器及测试方法桥梁变形量测应能确切反映桥梁的变形程度或变形趋势，并依此作为确定作业方法和检验质量的基本要求。由于量测精度直接影响到量测成果的可靠性，同时也涉及到量测方法和仪器设备等，因此，确定合理的精度是很重要的。由于电阻应变仪应变量测的高效率、易操作其精确性加上其可以远距离的操纵和自动记录，因此其广泛用于桥梁现场荷载试验的应变量测。但不可否认其贴片、焊线、封片等工作常常在几米乃至几十米的高空进行，难度比较大，质量很难保证率低，而且测量值受环境温度和环境湿度影响很大，经常有些测点的测量值漂移很大，测量数据可信度低。而HJ型系列应变测量传感器克服了电阻应变仪的缺点，而兼具电阻应变仪的优点，将会逐步推广使用。三、桥梁结构混凝土的无损检测（一）桥梁结构混凝土强度试验（1）测区布置取一个混凝土构件作为评定混凝土强度的最小单元，至少取10个测区。对长度小于3m，高度低于0.6m的构件，其测区数量可适当减少，但不应少于5个。相邻测区间距不宜大于2m。（2）回弹值测量测试时回弹仪应始终与测面相垂直，并不得打在气孔和外露石子上。每一测区的两个测面用回弹仪各弹击8点，如一个测区只有一个测面，则需测16个点。同一测点只允许弹击一次，测点宜在测面范围内均匀分布，每一测点的回弹值读数准确至一度，相邻两测点的净距一般不小于20mm，测点距构件边缘或外露钢筋、钢板的间距不得小于30mm。测试回弹值时，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。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，带动指针向后移动并停留在某一位置上，即为回弹值。操作中注意仪器的轴线应始终垂直于构件混凝土的表面。（3）构件的碳化深度测量完成回弹测量后，测量构件的碳化深度，用冲击钻在测区表面开直径为15mm的孔洞，其深度应大于混凝土的碳化深度。清除洞中的粉末和碎屑后(注意不能用液体冲洗孔洞)，立即用1％的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，碳化部分的混凝土不变色，而未碳化部分的混凝土会变成紫红色，然后用钢尺测量出碳化深度值，应准确至0.5mm。一般一个测区选择1—3处测量混凝土的碳化深度值，当相邻测区的混凝土质量或回弹值与它基本相同时，那么该测区的碳化深度值也可代表相邻测区的碳化深度值，一般应选不少于构件的30％测区数测量碳化深度值。（4）桥梁结构混凝土强度试验数据整理当回弹仪水平方向测试混凝土浇筑侧面时，应从每一测区的16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，取余下的10个回弹值的平均值作为该测区的平均回弹值，计算公式为：Rm=∑Ri/10式中：Rm—测区平均回弹值，精确至0.1；Ri—第i个测点的回弹值。回弹法测强曲线是根据回弹仪水平方向测试混凝土试件侧面的试验数据计算得出的，当回弹仪非水平方向检测混凝土浇筑侧面时，应按下列公式修正：Ra=Rm+Ra式中：Ra—修正后的测区回弹值；Ra—测试角度为的回弹修正值，按教科书中表5-3采用。当水平方向检测混凝土浇筑顶面或底面时，应按下列公式修正：Ra=Rm+(Rta+Rba)式中：Rta、Rba—测顶面、底面时的回弹修正值，按教科书中表5-4采用；根据测试回弹值和碳化深度值换算成被测构件测区的混凝土抗压强度值。（二）桥梁结构混凝土裂缝的无损检测深裂缝是指混凝土结构物表面开裂深度在500mm以上的裂缝。如图所示，在裂缝两侧分别钻测试孔A、B。应在裂缝一侧多钻一个较浅的孔C，测试无缝混凝土的声学参数，供对比判别之用。测试孔应满足下列要求：孔径应比换能器直径大5～l0mm；孔深应至少比裂缝预计深度深700mm，经测试如浅于裂缝深度，则应加深测试孔；对应的两个测试孔，必须始终位于裂缝两侧，其轴线应保持平行；两个对应测试孔的间距宜为2m，同一结构的各对应测孔间距应相同；孔中粉末碎屑应清理干净。图3-1混凝土裂缝深度测试仪SCE-CDT检测时应选用频率为20～40kHz的径向振动式换能器，并在其接线上做出等距离标志(一般间隔100～500mm)。测试前要先向测试孔中注满清水作为耦合剂，然后将T、R换能器分别置于裂缝两侧的对应孔中，以相同高程等间距从上至下同步移动，逐点读取声时、波幅和换能器所处的深度。图3-2测试孔测裂缝深度以换能器所处深度d与对应的波幅值A绘制d～A坐标图，随着换能器位置的下移，波幅逐渐增大，当换能器下移至某一位置后，波幅达到最大并基本稳定，该位置所对应的深度便是裂缝深度dc。四、现场验证（一）桥梁钢筋混凝土结构物图3-3现场测试场景图3-4钻孔验证图3-5验证结果比较图（裂缝深度比较）图3-6验证结果比较图（离散程度比较）表3-3裂缝深度相对误差一览表（钢筋混凝土）表面波法传播时间差法/相位反转法平均相对误差5.38%（与实际的裂缝深度基本一致）-58.57%（比实际的裂缝深度浅很多）离散性数值28.35%26.22%深度分布相对误差小偏浅根据验证试验的结果，可以得到如下结论：（1）表面波法基本上可以准确地测试出裂缝的深度，经验证的最大测试深度为100cm；（2）采用P波初始时间的方法（如传播时间法，相位反转法）则过浅地测试了裂缝深度。该类方法的最大测试深度一般不超过20cm，往往测试了钢筋保护层厚度。（二）桥梁无钢筋混凝土结构物图3-7钻孔验证场景图3-8钻孔结果各测试方法的验证结果及离散程度如表3-3～3-3-4，图3-9～3-10所示。图3-9无筋混凝土中的验证结果图3-10裂缝深度测试相对误差一览（无筋混凝土）表3-4验证结果一览表面波法传播时间差法相对误差-4.94%（与实际的裂缝深度基本一致）-40.33%（比实际的裂缝深度浅很