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)生動手能力、了解橋梁工程試驗(yàn)檢測的目的、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)檢測以及橋梁荷載試驗(yàn)的基礎(chǔ)原理、操作方法和結(jié)果評定，掌握現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)檢測手段，為社會培養(yǎng)具有高素質(zhì)試驗(yàn)檢測能力和水平的專門人才。
本課程根據(jù)《橋涵工程試驗(yàn)檢測技術(shù)》的主要內(nèi)容來設(shè)置試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)項(xiàng)目包括：
1、 通過上述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生了解現(xiàn)代測試技術(shù)，將已學(xué)的知識綜合得到運(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、對應(yīng)學(xué)時數(shù)、具體試驗(yàn)場地、目的、主要儀器
1.回彈法測定混凝土強(qiáng)度
時數(shù)：3學(xué)時
目的：通過回彈儀對混凝土表面彈擊后的回彈值來推算混凝土的強(qiáng)度值
場地：路橋檢測實(shí)驗(yàn)室
儀器：回彈儀
檢測方法和步驟如下：
（1）選擇符合下列規(guī)定的測區(qū)
① 每一結(jié)構(gòu)或構(gòu)件測區(qū)數(shù)不應(yīng)少于10個，對某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的構(gòu)件，其測區(qū)數(shù)量可適當(dāng)減少，但不應(yīng)少于5個；
② 相鄰兩測區(qū)的間距應(yīng)控制在2m以內(nèi)，測區(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 測區(qū)應(yīng)選在使回彈儀處于水平方向檢測混凝土的澆筑側(cè)面。當(dāng)不能滿足這一要求時，可使回彈儀處于非水平方向檢測混凝土構(gòu)件的澆筑側(cè)面、表面或底面。
④ 測區(qū)宜選在構(gòu)件的兩個對稱可測面上，也可選在一個可測面上，且應(yīng)均勻分布。
⑤ 測區(qū)的面積不宜大于0.04m2。
⑥ 檢測面應(yīng)為原狀混凝土表面，并應(yīng)清潔、平整。
⑦ 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的測區(qū)應(yīng)標(biāo)有清晰的編號，必要時應(yīng)在記錄紙上描述測區(qū)布置示意圖和外觀質(zhì)量情況。
（2）回彈值測量
將彈擊桿頂住混凝土的表面，輕壓儀器，松開按鈕，彈擊桿徐徐伸出。使儀器對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，帶動指針向后移動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，即可測得被測構(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)件的檢測面，緩慢施壓，準(zhǔn)確讀數(shù)，快速復(fù)位。
測點(diǎn)宜在測區(qū)范圍內(nèi)均勻分布，相鄰兩測點(diǎn)的凈距不宜小于20mm。測點(diǎn)不應(yīng)在氣孔或外露石子上，同一測點(diǎn)只應(yīng)彈擊一次。每一測區(qū)應(yīng)記取16個回彈值，每一測點(diǎn)的回彈值讀數(shù)估讀至l。
（3）碳化深度值測量
回彈值測量完畢后，應(yīng)在有代表性的位置上測量碳化深度值，測點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于構(gòu)件測區(qū)數(shù)的30％，取其平均值為該構(gòu)件每測區(qū)的碳化深度值。當(dāng)碳化深度值大于2.0mm時，應(yīng)在每一測區(qū)測量碳化深度值。
碳化深度值測量方法：采用適當(dāng)?shù)墓ぞ咴跍y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?？锥粗械姆勰┖退樾紤?yīng)除凈，并不得用水擦洗。同時，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，再用深度測量工具測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．回彈值計算
（1）計算測區(qū)平均回彈值
從該測區(qū)的16個回彈值中剔除3個最大值和3個最小值，余下的10個回彈值取平均值。
（2）非水平方向檢測混凝土澆筑側(cè)面時，應(yīng)按式（1-1）修正：
（1-1）
式中：——非水平狀態(tài)檢測時測區(qū)的平均回彈值，精確至0.1；
——非水平狀態(tài)檢測時回彈值修正值，可根據(jù)檢測角度查相應(yīng)表格。
（3）水平方向檢測混凝土澆筑頂面或底面時，應(yīng)按式（1-2）修正:
（1-2）
式中：、——水平方向檢測混凝土澆筑表面底面時，測區(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)檢測時回彈儀為非水平方向且測試面為非混凝土的澆筑側(cè)面時，應(yīng)先對回彈值進(jìn)行角
度修正，再對修正后的值進(jìn)行澆筑面修正。
4．混凝土強(qiáng)度值計算
（1）測區(qū)混凝土強(qiáng)度值計算
結(jié)構(gòu)或構(gòu)件第i個測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值，根據(jù)每一測區(qū)的回彈平均值及碳化深度值，查閱全國統(tǒng)一測強(qiáng)曲線得出，當(dāng)有地區(qū)測強(qiáng)曲線或?qū)Ｓ脺y強(qiáng)曲線時，混凝土強(qiáng)度換算值應(yīng)按地區(qū)測強(qiáng)曲線或?qū)Ｓ脺y強(qiáng)曲線換算得出。表中未列入的測區(qū)強(qiáng)度值可用內(nèi)插法求得。對于泵送混凝土還應(yīng)符合下列規(guī)定：
① 當(dāng)碳化深度值不大于2.0mm時，每一測區(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，可采用同條件試件或鉆取混凝土芯樣進(jìn)行修正。
表1-1 泵送混凝土測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的修正值
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碳化深度值
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抗壓強(qiáng)度值（MPa）
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0；0.5；1.0
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（MPa）
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≤40.0
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45.0
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50.0
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55.0～60.0
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K（MPa）
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+4.5
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+3.0
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+1.5
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0.0
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1.5；2.0
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（MPa）
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≤30.0
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35.0
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40.0～60.0
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K（MPa）
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+3.0
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+1.5
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0.0
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（2）混凝土強(qiáng)度計算
結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的測區(qū)混凝土強(qiáng)度平均值可根據(jù)各測區(qū)的混凝土強(qiáng)度換算值計算。當(dāng)測區(qū)數(shù)為10個及以上時，應(yīng)計算強(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.超聲法檢測混凝土
時數(shù)：3學(xué)時
目的：通過超聲法對混凝土的強(qiáng)度、裂縫（與直接觀測法比較）、缺陷進(jìn)行檢測。
場地：路橋檢測實(shí)驗(yàn)室
儀器：超聲波混凝土檢測儀、裂縫顯微鏡
淺裂縫檢測方法和步驟如下：
當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土開裂深度小于或等于500mm時，進(jìn)行淺裂縫檢測。測前準(zhǔn)備和要求如下：
（1） 對檢測面的要求：測區(qū)混凝土表面應(yīng)清潔、平整。換能器應(yīng)通過耦合劑與結(jié)構(gòu)表面接觸。需要檢測的裂縫中，不得充水或充泥漿。
（2） 測點(diǎn)間距：普測的測點(diǎn)間距宜為200~500mm（平測法例外），對出現(xiàn)可疑數(shù)據(jù)的區(qū)域，應(yīng)加密布點(diǎn)進(jìn)行細(xì)測。
（3） 換能器頻率選擇：可參照表1-2，根據(jù)測距來選擇換能器的頻率。
表1-2 換能器頻率選擇
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測距（cm）
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選用換能器頻率（kHz）
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最小橫截面尺寸（cm）
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10～20
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100～200
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10
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20～100
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50～100
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20
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100～300
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50
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20
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300～500
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30～50
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30
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>500
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20
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50
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①平測法
當(dāng)結(jié)構(gòu)的裂縫部位只有一個可測表面，可采用平測法。平測時應(yīng)在裂縫的被測部位以不同的測距同時按跨縫和不跨縫布置測點(diǎn)進(jìn)行聲時測量。
a） 不跨縫聲時測量：將T、R換能器置于裂縫同一側(cè)，以兩個換能器內(nèi)邊緣間距l/等于100mm、150mm、200mm、250mm……分別讀取聲時值，繪制時—距坐標(biāo)圖，求出不跨縫平測的混凝土聲速值v。
b）跨縫聲時測量：將T、R 換能器分別置于以裂縫為軸線的對稱兩側(cè)，兩換能器中心連線垂直于裂縫走向，以l/=100mm、150mm、200mm、250mm……分別讀聲時值，同時觀察首波相位的變化。裂縫深度可按下式計算：
（1-5）
4.應(yīng)力應(yīng)變檢測
時數(shù)：3學(xué)時
目的：通過應(yīng)變片、應(yīng)變計等檢測橋梁應(yīng)力變化。
場地：路橋檢測實(shí)驗(yàn)室，室外現(xiàn)場
儀器：應(yīng)變片、應(yīng)變計、動靜態(tài)應(yīng)變儀
電阻應(yīng)變片的粘貼：是應(yīng)變電測技術(shù)中一個很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，粘貼質(zhì)量的好壞直接影響測量的結(jié)果。因此，粘貼時應(yīng)掌握下列技術(shù)環(huán)節(jié)：
（1）選片：用放大鏡對應(yīng)變片進(jìn)行檢查，保證無破損。
（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，相對濕度較低的短期試驗(yàn)，可自然干燥，時間一般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臂上接一個與測量片R1（簡稱工作片）同樣阻值的溫度補(bǔ)償應(yīng)變片R2（簡稱補(bǔ)償片）。測量應(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，電橋?qū)蔷€上的電流計的反應(yīng)為△R1-△R2=△Rε，測得結(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，以通道編號為序，依次接入全部測量應(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個測點(diǎn)，共用1個補(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電纜將計算機(jī)USB接口與DH3816數(shù)據(jù)采集箱USB輸入口相連。開啟機(jī)箱電源，打開計算機(jī)。
3、軟件控制
（1）在計算機(jī)桌面上點(diǎn)擊“DH3816（Usb）靜態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)”；
（2）點(diǎn)擊“操作/查找機(jī)箱”；
（3）點(diǎn)擊“文件/新建測試項(xiàng)目”；
（4）點(diǎn)擊“參數(shù)設(shè)置/機(jī)箱特性設(shè)置”，設(shè)置起始測點(diǎn)號，結(jié)束測點(diǎn)號；
（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)變測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 .TXT或 .XLS文件格式。
4. 橋梁位移測量
時數(shù)：3學(xué)時
目的：利用測量手段，對橋梁各控制斷面的位移變形進(jìn)行監(jiān)測。
場地：室外現(xiàn)場
儀器：激光撓度儀
橋梁撓度測量是橋梁檢測的重要組成部分, 是橋梁安全性評價的一項(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荷載的能力有密切的關(guān)系。因此, 橋梁動、靜撓度測量對于橋梁承載能力檢測和橋梁的防震減災(zāi)有著重要的意義。
通過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)截面撓度測量的光學(xué)方法：它是建立在一個激光發(fā)射器和一個連接在目標(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、可見的激光束并將其鎖定在一個穩(wěn)定的位置上，接收器可以接收識別光學(xué)目標(biāo)反射回的光束并以每秒100次的頻率精確測量出該目標(biāo)的點(diǎn)位。具體方法：在橋塔架設(shè)一個自準(zhǔn)直激光器，橋梁的待測截面設(shè)置接收屏，利用數(shù)碼攝像機(jī)拍攝接收屏接收到的動靜態(tài)激光光斑圖像，通過標(biāo)定及圖像中心法處理，可以計算出所測截面的撓度。
