土木工程测试基本原理与设备

第一章绪论•检测的目的与意义•桥梁检测的内容和依据•我国土木工程检测机构及现状第一节检测的目的与意义一、检测技术检测技术是以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论和技术为主要内容的一门应用技术学科。广义地讲，从信息科学角度考察，检测技术任务为：寻找与自然信息具有对应关系的种种表现形式的信号，以及确定二者间的定性、定量关系；从反映某一信息的多种信号表现中挑选出在所处条件下最为合适的表现形式，以及寻求最佳的采集、变换、处理、传输、存储、显示等的方法和相应的设备。•自动检测系统第一节检测的目的与意义被测量敏感元件电子测量电路输出单元二、土木工程检测1、大背景：•交通高速发展的需要•新技术新理论发展的需要第一节检测的目的与意义2、土木工程检测的任务和意义原型试验--生产鉴定性试验通过试验，掌握桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态，判定桥梁结构的承载能力和使用条件，检验设计与施工质量，提出桥梁养护、加固、改建、限载对策，有效地保证桥梁结构的安全使用。生产鉴定性试验也称之为桥梁检测，包括静载试验、动载试验、无损检测与长期监控测试四个方面。模型试验--研究性试验在专门的试验室内进行，利用特定的加载装置，以消除或减少外界因素的干扰影响，同时突出所要研究的主要因素，从而研究结构的受力行为，探索结构应力、应变的内在规律，为设计施工服务。第一节检测的目的与意义2、土木工程检测的任务和意义在桥梁试验中，原型试验存在费用高、期限长、测试环境多变等不利的影响因素，如对一些大型桥梁进行多因素的研究性试验，有时是难以实现的。因此，结合原型桥梁进行模型试验往往成为科技工作者的一种有效手段，可以更为方便全面地研究主要影响因素之间的关系，探索结构行为的普遍规律，推动新结构、新材料、新工艺的发展与应用。第一节检测的目的与意义2、土木工程检测的任务和意义意义：•施工质量控制和竣工验收评定工作中不可缺少的一个主要环节•加快工程程进度、降低工程造价、提高养护水平、推动工程施工技术进步，将起到极为重要的作用•工程设计参数、施工质量控制竣工验收评定、养护管理决策的主要依据。•对于推动和发展结构设计计算理论、解决生产实践中出现的疑难问题往往起到了重要的作用。第一节检测的目的与意义3、桥梁试验检测技术的分类•根据试验荷载作用的性质：静荷载试验动荷载试验•根据试验对结构产生的后果：破坏性试验非破坏性•根据试验持续时间的长短：长期试验短期试验•根据进行时期：成桥试验施工监控第一节检测的目的与意义第二节桥梁检测的内容和依据１、内容：•准备规划阶段•加载与观测阶段•分析总结阶段２、依据桥梁工程试验检测应以国家和交通部、铁道部颁市的有关公路／铁路工程的法规、技术标照、设计施工规范和材料试验规程为依据进行。规范标准的四个层次：•综合基础标准指导制定专业基础标准的国家统一标准。如《工程程结构可靠度没对统一标准》•专业基础标准指导专业通用标准和专业专用标准的行业统—标准。如《公路工程结构可靠度设计统一标准》•专业通用标准如《公路桥涵设计通用规范》•专业专用标准如《公路桥梁抗震设计规范》第二节桥梁检测的内容和依据•专业试验检测机构•大专院校设立的试验检测机构•勘察设计部门成立的试验检测机构•科研机构成立的试验检测部门•公路／铁路养护部门和施工企业组建的实验检测机构第三节我国土木工程检测机构及现状第二章桥梁结构试验的技术•检测仪器•应变电测技术•常用机测仪表的构造及使用方法•振动测量的传感器•量测技术、仪器设备、测试元件是桥梁结构试验的重要技术保障测试的内容：•作用力的大小•应力的分布及大小•结构的各种静态变形，包括水平位移、相对滑动、转角等•结构局部的损坏现象•结构的动力反应，包括动应力、自振特性、加速度、衰减特性等第一节检测仪器1、检测仪器的分类•按仪器的工作原理：机械式测试仪器、电测仪器、光学仪器、声学仪器、复合式仪器、伺服式仪器等•按仪器的用途：测力计、应变计、位移计、倾角仪、测振仪等•按测定的方法：平衡式和非平衡式•按结果的显示与记录方式：直读式、自动记录式、模拟式、数字式•按照仪器与结构的相对关系：附着式，接触式、手持式、摇测式第一节检测仪器2、仪器的性能指标•量程•最小刻度•灵敏度•准确度•误差•滞后第一节检测仪器３、桥梁检测对仪器的要求•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。•仪器使用方便,安装快捷,适应性强.•仪器结构简单,经久耐用,无论是外包装还是仪器本身结构,都应具有良好的防护装置,便于运输,不易损坏.•仪器轻巧，自重轻，体积小，便于野外桥梁检测时携带。•仪器的用途多，所使用的仪器具有多种用途。如应变仪，既可单点测量，也可多点测量，既可测应变也可测位移。•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。第一节检测仪器四、仪器的计量标定标定的意义•统一量值确保计量器具准确的重要措施•进行标准传递的重要形式•是为生产、科研、生活等提供计量保证的重要条件•实行国家监督的一种手段标定方式强制标定非强制标定第一节检测仪器•计量标定的特点•标定的目的是确保量值的统一，主要是评定量测仪器的计量性能，确定仪器的误差大小，准确程度、使用寿命、安全性能等。•标定的结论是要确定仪器是否合格，是否可以继续正常使用，是否达到国家计量标准。•标定具有法制性，标定证书在社会具有法律效力，标定的本身是国家对量测的一种监督，标定结果具有法律地位和效力。第一节检测仪器•桥梁检测需定期标定的常用仪器：•电子仪器的标定：超声波仪超声时间的标定，应变仪、应变计的标定，荷载传感器的标定。•光学仪器的标定：如精密水准仪、测距仪、激光扰度仪、倾角仪、读数显微镜等。第一节检测仪器•应变检测技术凭借安装在试件上的应变片将力学量转换成电阻变化，并用专门的仪器使其转换为电压、电流或功率输出，从而获得应变读数的测试方法.E第二节应变检测技术电阻应变片测量线路放大器显示仪器或记录仪Ruum•优点：•灵敏度高，测量速度快，测量结果精确、可靠。•易于实现测试过程中的全自动化数据采集、多点同步测量、远距离测量和遥控检测。•应变片标距小、粘贴方便。•质量轻。•适用范围广。•使用广泛。•操作方便，测试方法易于掌握。第二节应变检测技术•缺陷：•贴片工作量大•使用的导线多•易受温度和电磁场等的影响•不能重复使用第二节应变检测技术第二节应变检测技术第二节应变检测技术第二节应变检测技术第二节应变检测技术第二节应变检测技术第二节应变检测技术第二节应变检测技术•电阻应变片•电阻应变仪•应变测试方法•电阻应变测试技术的推广应用一、电阻应变片电阻应变测试中，将应变转化为电阻变化的传感元件。应用：测量应变、温度、压力、裂纹、制造各类传感器。第二节应变检测技术1、电阻应变片的工作原理电阻应变效应：导体或者半导体在机械变形（伸长或缩短）时，其电阻随其变形而发生变化的物理现象。第二节应变检测技术KRdR2、电阻应变片的构造敏感栅粘合剂基底引出线第二节应变检测技术3、应变片的技术指标•几何尺寸•电阻值•敏感系数•应变极限•绝缘电阻•最大允许电流•温度效应•零点漂移和蠕变•疲劳寿命第二节应变检测技术第二节应变检测技术4、应变片的分类•根据敏感元件金属应变片半导体应变片•根据基础材料纸基应变片胶基应变片金属片基应变片临时金属片基应变片•根据标局标距大标距应变片小标距应变片•根据敏感山栅形状单轴应变片应变花5、应变片的选用•标距•应变片电阻•灵敏系数•基底种类•敏感栅材料•试件的受力状态•测试精度•特殊环境或者有特殊要求第二节应变检测技术6、应变片的粘贴工艺粘结剂的选用粘贴工艺防护措施第二节应变检测技术•粘贴剂性能要求:粘结强度高,电绝缘性能好,化学稳定性及工艺性好等.此外,在特殊条件下应考虑特殊要求,如耐高温、耐老化、耐介质、耐疲劳等。桥梁检测中常用粘贴剂：快干胶环氧树脂第二节应变检测技术•粘贴工艺•检查分选•测点检查•粘贴•固化处理•粘贴质量检查•导线连接第二节应变检测技术•防护措施•防潮•防损第二节应变检测技术二、电阻应变仪在应变电测技术中,用于测量和鉴别测量电阻变化的专用仪器.分类:·静态电阻应变仪·动态电阻应变仪·静动态电阻应变仪第二节应变检测技术·静态电阻应变仪第二节应变检测技术第二节应变检测技术·动态电阻应变仪·静动态电阻应变仪第二节应变检测技术•电阻应变仪的组成第二节应变检测技术电源振荡器电桥放大器指示或记录仪滤波器相敏检波器1.电桥原理第二节应变检测技术Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４ＵＡＤＣＢΔＵＢＤ)(414321UKUBD２.平衡电桥原理第二节应变检测技术Rkr3３.温度补偿技术４.动态电阻应变仪５.应变测量防干扰技术•使用屏蔽导线•远离干扰源•缩短导线长度，合理选用导线面积•屏蔽接点接地良好•绝缘电阻应符合要求第二节应变检测技术三、应变测试方法选择不同的贴片和接桥方法消除非测试应力对测试应力的影响。１．测轴向应力２．测弯矩应力３．测剪应力第二节应变检测技术四、电阻应变测试技术的推广应用１．位移传感器•电阻式位移传感器•应变梁式位移传感器•差动变压器式位移传感器２．荷载传感器３．结构内应力测定•埋入式应力栓•埋入式差动电阻应变计•震动丝式应变计•钢筋计第二节应变检测技术•机械测试仪器与设备通过机械传动系统和指示机构来测定结构相应参数的仪器与设备.•测试对象荷载、位移、应变、挠度、转角、倾角、裂缝等•优点安装使用方便，迅速，读数准确可靠•缺点灵敏度不高，需搭设仪器支架，试验人员较多，观测读数费时，不便于自动记录和远程检测。第三节机械测试仪器与设备一、结构位移测量百分表（最小刻度：0.01mm量程：5/10mm）千分表(最小刻度：0.001mm量程：1/3mm)第三节机械测试仪器与设备1、百分表的构造第三节机械测试仪器与设备1、百分表的构造第三节机械测试仪器与设备1、百分表的构造第三节机械测试仪器与设备２、使用方法第三节机械测试仪器与设备３、注意事项•使用百分表或千分表时，只能拿取外壳，不要随意用力推拉测杆，避免大力撞击，以免造成齿轮系统损伤而影响精度。•磁性表座上的各个螺栓要拧紧，颈箍夹住百分表轴颈时，不可夹得太紧，否则会影响测杆的正常移动。•安装时，应将测杆顶住测点，使测杆与测面保持垂直。注意位移的大小和方向，调节测量，使百分表的初读数在适当的范围，防止当变形达到最大值时量测不够。•安装好百分表或千分表后，可用笔头轻轻敲击刻度盘玻璃，观察指针摆动情况。如果长指针轻微震动或在某一固定值小范围内摆动，说明百分表安装正常。•百分表和千分表用于测挠度与变位时，应注意位移的相对性，测杆移动的方向与量测的位移方向完全一致。测点表面要进行磨平和硬化处理，以减少误差。•百分表或千分表经过一段时间的使用或拆洗上油后，必须对其进行重新标定。第三节机械测试仪器与设备二、结构应变测量１、简易千分表应变仪第三节机械测试仪器与设备２、手持应变仪第三节机械测试仪器与设备２、手持应变仪第三节机械测试仪器与设备２、手持应变仪第三节机械测试仪器与设备三、结构转动变量测量１、杠杆式测角器２、水准管式倾角仪３、电子顷角仪第三节机械测试仪器与设备四、结构挠度测量１、张线式位移计２、联通管第三节机械测试仪器与设备２、联通管第三节机械测试仪器与设备五、力的测量六、裂缝宽度测量第三节机械测试仪器与设备第四节光栅传感仪器•光栅传感技术•静载试验的目的与内容•静载试验的程序•桥梁桩基静载试验•静载试验实例•第三章桥梁静载试验一、什么是静载试验•荷载试验对桥梁结构工作状态进行直接测试的一种鉴定手段。分为静载试验与动载试验•静载试验按照预定的实验目的与实验方案,将静止的荷载作用在桥梁的指定位置上,观察桥梁结构的静力位移,静力应变,裂缝等参量的试验项目,然后根据有关规范和规程的指标,判断桥梁结构在荷载作用下的工作性能及使用能力.第一节静载试验的目的与内容•桥梁静载试验分类•上部结构试验桥梁,拱桥,刚构桥,斜拉桥,悬索桥等上部结构体系的静载试验•下部结构试验桥墩,桥台,基础下部结构的