朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁需要課件請或二、磚石和砌體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測技術(shù)砌體結(jié)構(gòu)強度除廠受塊材和砂漿等材料強度的影響外，施工制作過程中砌筑工藝對砌體強度的實際影響也是——項不可忽略的重要因素。目前在對已建砌體結(jié)構(gòu)鑒定的現(xiàn)場檢測中，較多的是采用砌體原位軸心抗壓強度測定法，推定每一檢測單元的砌體抗壓強度標準值。（一）原位軸壓法原位軸壓法的實驗裝置由扁式液壓加載器、反力平衡架和液壓加載系統(tǒng)組成(圖18—6—15)，測試時先在砌體測試部位垂直方向按試件高度上下兩端各開鑿一個水平槽，將反力平衡架的反力板置于上槽孔，在下槽孔內(nèi)嵌入—扁式加載器，并用白平衡拉桿固定。通過加載系統(tǒng)對試件分級加載，直到試件受壓開裂破壞，求得砌體的極限抗壓強度。單個測點的槽間砌體抗壓強度為式中fuji——第i個測區(qū)第j個槽間砌體抗壓強度(MPa)；Nuji——第i個測區(qū)第j個槽間砌體的受壓破壞荷載值(N)；Aij——第i個測區(qū)第j個槽間砌體的受壓面積(mm2)。槽間砌體抗壓強度除以換算系數(shù)ζ1ij，這時第i個測區(qū)第j個測點的標準砌體的抗壓強度fmij按下式計算：式中原位軸壓法的無量綱強度換算系數(shù)ζ1ij為ζ1ij是測點墻體上部的壓應力σ0ij的函數(shù)，主要是考慮試件上部壓應力σ0和兩側(cè)砌體對被測試件約束影響的修正。測區(qū)砌體抗壓強度平均值為式中fmi——第i個測區(qū)的砌體抗壓強度平均值(MPa)；n1——測區(qū)測點數(shù)。（二）扁頂法扁頂法的實驗裝置是由扁式液壓加載器及液壓加載系統(tǒng)組成(圖18—6—16)。實驗時在待測砌體部位按所取試件的高度在上下兩端垂直于主應力方向沿水平灰縫將砂漿掏空，形成兩個水平空槽，并將扁式加載器的液囊放入灰縫的空槽內(nèi)。當扁式加載器進油時、液囊膨脹對砌體產(chǎn)生應力，隨著壓力的增強，試件受載增大，直到開裂破壞，由此求得槽間砌體的抗壓強度。槽間砌體抗壓強度除以強度換算系數(shù)ξ2ij為標準砌體的抗壓強度：式中扁頂法的強度換算系數(shù)為同樣可按公式(18—6—7)計算測區(qū)砌體抗壓強度平均值fmi。扁頂法除了可直接測量砌體強度外，當在被試砌體部位布置應變測點舉行應變量測時，尚可測量開槽釋放應力、砌體的應力一應變曲線、砌體原始主應力值和彈性模量?，F(xiàn)場實測時，以上兩種主意對于240mm墻體試件尺寸其寬度可與墻厚相等，高度為430mm(約7皮磚)；對于370mm墻體，寬度為240mm，高度為490mm(約8皮磚)。砌體原位軸心抗壓強度測定法是結(jié)構(gòu)在原始狀態(tài)下舉行檢測，砌體不受擾動，所以它可以全面考慮磚材和砂漿變異及砌筑質(zhì)量等對砌體抗壓強度的影響，這對于結(jié)構(gòu)改建、抗震修復加固、災害事故分析以及對已建砌體結(jié)構(gòu)的可靠性評定等尤為適用。此外，這種主意以局部破損應力作為砌體強度的推算根據(jù)，結(jié)果較為可靠。更因為它是一種半破損的實驗主意，對砌體所造成的局部損傷易于修復。采用原位軸壓法或扁頂法檢測砌體原位軸心抗壓強度時應鄭重遵照《砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標準》GB／T50315—2000的有關(guān)規(guī)定舉行實驗數(shù)據(jù)分析和強度推定。該《技術(shù)標準》還有原位單剪和原位單磚雙剪兩種主意，可直接測定工程現(xiàn)場的砌體抗剪強度，以及通過量測與砂漿強度有關(guān)物理參數(shù)間接推定砌體砂漿強度的推出法、回彈法和筒壓法等六種間接測定主意。間接測定主意的不足之處是不能綜合反映工程的材料質(zhì)量和工程質(zhì)量，使用時有一定的局限性，但其優(yōu)點是測試工作較容易，對砌體工程無損傷或損傷較少。三、鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)（一）鋼材強度測定對已建鋼結(jié)構(gòu)鑒定時，為了解結(jié)構(gòu)鋼材的力學性能，異常是鋼材的強度，普通采用表面硬度法間接判斷鋼材強度。表面硬度法主要是利用布氏硬度計測定(圖18—6—17)。測定時，錘擊硬度計縱軸頂部，由硬度計端部的鋼珠受壓時在鋼材表面和已知硬度標準試樣上的凹痕直徑，測得鋼材的硬度，并由鋼材硬度與強度的相關(guān)關(guān)系，經(jīng)換算得到鋼材的強度。式中HB、HS鋼材與標準試件的布氏硬度；dS、dB——硬度計鋼珠在鋼材和標準試件上的凹痕直徑；D——硬度計鋼珠直徑；f——鋼材的極限強度。測定鋼材的極限強度f后，可根據(jù)同種材料的屈強比計算得到鋼材的屈服強度。（二）超聲法檢測鋼材和焊縫缺陷超聲法檢測鋼材和焊縫缺陷其工作原理與檢測混凝土內(nèi)部缺陷相同，實驗時較多采用脈沖反射法。超聲波脈沖經(jīng)換能器發(fā)射進入被測材料傳揚時，當通過材料不同界面(構(gòu)件材料表面、內(nèi)部缺陷和構(gòu)件底面)時，會產(chǎn)生部分反射。在超聲波探傷儀的示波屏幕上分離顯示出各界面的反射波及其相對的位置，如圖18—6—18所示。由缺陷反射波與起始脈沖和底脈沖的相對距離可決定缺陷在構(gòu)件內(nèi)的相對位置。如材料完好內(nèi)部無缺陷時，則顯示屏上惟獨起始脈沖和底脈沖，不浮上缺陷反射波。例：1．以下四種非破損檢測主意中,哪一種是不當?shù)?（D）（A)用超聲波法測鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量和缺陷;（B)用拔出法測定混凝土強度等級;（C)用超聲儀回彈綜合法測混凝土強度等級;（D)用回彈法測定磚或砌筑砂漿的強度等級。2.目前在結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測中較多采用非破損和半破損實驗,(C)屬于半破損檢測主意。A.回彈法B.表面硬度法C.鉆芯法D.超聲法3．下列哪一種主意用于已建砌體結(jié)構(gòu)的可靠性評定較好?（C）（A)回彈法; （B)推出法;（C)原位軸壓法;（D)扁頂法。4．用超聲波法對鋼結(jié)構(gòu)舉行檢測時,主要用于檢測下列哪一項?（B）(A)鋼材的強度檢測;(B)勻質(zhì)性檢測;(C)鋼材銹蝕檢測;(D)內(nèi)部缺陷檢測。第七節(jié)結(jié)構(gòu)模型實驗結(jié)構(gòu)模型實驗中的模型試件，是模仿原型(真切結(jié)構(gòu))并按照一定比例關(guān)系復制而成的實驗代表物，它具有原型結(jié)構(gòu)的所有或部分特征。模型的設(shè)計制作與實驗是按照相似理論，用適當?shù)谋壤吆拖嗨撇牧现瞥膳c原型幾何相似的實驗對象，在模型上施加相似力系(或稱比例荷載)，使模型受力后重演原型結(jié)構(gòu)的實際工作，最后按照相似理論決定的相似判據(jù)收拾實驗結(jié)果，推算原型結(jié)構(gòu)的實際工作。一、相似定理（一）相似第一定理——相似現(xiàn)象的性質(zhì)兩個物理現(xiàn)象的相似，要求兩個現(xiàn)象具有相同物理性質(zhì)的變化過程，參加兩個現(xiàn)象中對應的同名物理量之間有固定的比例常數(shù)。按照牛頓運動定律，作用于結(jié)構(gòu)的慣性力對于原型結(jié)構(gòu)對于模型結(jié)構(gòu)式中F、m、l和t分離為慣性力、質(zhì)量，位移和時光。下標p與m分離表示原型和模型。因為要求各同名物理量之間有固定的比例常數(shù)則式中SF、Sm、Sl和St為慣性力、質(zhì)量，位移和時光的相似常數(shù)將公式(18—7—4)代人(18—7—3)得比較公式(18—7—2)與(18—7—6)得上式相似常數(shù)群為兩現(xiàn)象相似各相似常數(shù)之間需要滿意的一定關(guān)系，稱為模型與原型相似的相似指標，相似現(xiàn)象的相似指標等于1。由公式(18—7—4)和(18—7—7)可得寫成普通形式我們稱為相似判據(jù)，則公式(18—7—8)可寫成為由公式(18—7—7)和(18—7—10)說明相似第一定理。即相似現(xiàn)象的相似指標等于1，或相似判據(jù)相等。相似判據(jù)將兩個相似現(xiàn)象中的物理量關(guān)系決定下來，并可將在模型研究的結(jié)果推廣到原型結(jié)構(gòu)上去。相似第一定理說明相似現(xiàn)象的基本性質(zhì)，相似判據(jù)相等是模型和原型相似的須要條件。（二）相似第二定理——相似判據(jù)的決定1．方程式分析法研究現(xiàn)象的各物理量之間的關(guān)系可用方程式表達時，則可以用表達這一物理現(xiàn)象的方程式導出相似判據(jù)。一懸臂梁，在梁端作用一擴散荷載P在x截面處的彎矩為截面上的正應力為截面處的撓度為按照各物理量決定相似常數(shù)，如上面推導慣性力相似判據(jù)的主意可得下列各相似指標可得由此求得三個相似判據(jù)為當表達物理現(xiàn)象函數(shù)關(guān)系為微分方程式時，求相似判據(jù)的步驟是：①將微分方程中所有微分符號去掉；②任取其中的一項去除方程式中的其他各項；③所得的各項即為要求的相似判據(jù)。一單自由度系統(tǒng)在受強迫力作用后其動力平衡微分方程為：式中，m，c，K，x，t和P(t)分離為質(zhì)量，阻尼系數(shù)，彈簧常數(shù)，位移，時光和干擾力。同樣模型的微分方程為：當決定各物理量的相似常數(shù)Sm、Sc、Sk、Sx、St和SP并將(18—7—17)式中模型參數(shù)用原型參數(shù)與相似常數(shù)的乘積表示：比較公式(18—7—18)與(18—7—16)即得由此可得相似判據(jù)為：上列說明相似判據(jù)的形式變換僅與相似常數(shù)有關(guān)，而微分符號可不予考慮。2．量綱分析法與定理(1)量綱分析概述當研究的問題過于復雜而無法建立表示物理過程的方程式時，可用量綱分析法由量綱和睦的原理來推導相似判據(jù)。它不需要建立現(xiàn)象的方程式，而只要求決定有哪些物理量參加研究的對象，以及知道測量這些量的單位系統(tǒng)的量綱就可以舉行分析。被測量的物理量的種類稱為這個量的量綱。量綱只區(qū)別量的種類，而不區(qū)別同一量的不同量度單位，量綱實質(zhì)上就是物理量的廣義量度單位。同一類型的物理量，具有相同的量綱。現(xiàn)實世界是存在著眾多的物理量，我們可以按其性質(zhì)將這眾多的物理量分成基本物理量和導出物理量，用來表示基本物理量的量綱稱為基本量綱，表示導出物理量的量綱稱為導出量綱。例如在力學中人們?nèi)　伴L度”、“質(zhì)量”、“時光”為基本物理量，分離用[L]、[M]、[T]表示它們的量綱，則速度、加速度等為導出物理量，相應的量綱可以寫成[LT—1][LT—2]等，任何導出物理量的量綱都可以用基本物理量的量綱來表示，稱用基本量綱表示導出量綱的表達式為量綱公式。在物理學中，選用質(zhì)量的量綱[M]、長度的量綱[L]、時光的量綱[T]為基本量綱時，稱為質(zhì)量系統(tǒng)；在工程學中，則使勁的量綱[F]、長度的量綱[L]、時光的量綱[T]為基本量綱，稱為能力系統(tǒng)。這兩個系統(tǒng)對于結(jié)構(gòu)工程中常用物理量和物理常數(shù)的量綱表示主意見表18—7—1。任何殘破的物理方程式中，各項量綱必須相同，因為惟獨量綱相同的量才干夠相加、相減并用等號聯(lián)系起來，這就是“量綱和睦”，量綱和睦的原理是量綱分析法的基礎(chǔ)。(2)定理定理可以表述為：倘若一個物理現(xiàn)象可由n個物理量構(gòu)成的物理方程描述，n個物理量中有k個自立的物理量，即有k個基本物理量，則該物理現(xiàn)象也可以用這些量綱組成的(n—k)個無量綱群的關(guān)系式來描述，這些無量綱群可以作為該物理現(xiàn)象的相似判據(jù)。設(shè)某一物理現(xiàn)象的物理方程為：其中j1，j2…jk為該物理現(xiàn)象的k個基本物理量，其量綱可表示為［j1］，[j2］，…[jk］，其余(n—k)個導出物理的量綱為：，按照定理，可以把幾個物理量構(gòu)成的物理方程量綱化為(n—k)個無量綱群的關(guān)系式現(xiàn)用彈性結(jié)構(gòu)的幾何非線性問題來說明。結(jié)構(gòu)任一點應力的大小與作用的荷載P(擴散荷載)，結(jié)構(gòu)的幾何尺寸l、結(jié)構(gòu)材料的彈性模量E和泊松比ν有關(guān)，寫成普通的函數(shù)表達式為按照量綱和睦原理，可以建立應力與各影響量之間的量綱關(guān)系式各物理量的量綱為把式(18—7—26)代人式(18—7—25)得按照物理方程的量綱勻稱性，上述兩邊同類量的指數(shù)應相等，即解得將解代人量綱關(guān)系式將上式中的P/l2項移到左邊則得上式中c，d是不決定的指數(shù)，將都看作為一個量，則它們之間的關(guān)系式可寫成式中各項均是無量綱的，是式的無量綱化的關(guān)系式。令得這就是彈性結(jié)構(gòu)幾何非線性靜力問題的判據(jù)方程，式中1，2，3為相似判據(jù)，設(shè)計模型時應滿意相似條件即相似常數(shù)滿意相似指標這說明各相似常數(shù)不能隨意取，應滿意上面相似指標的要求。若模型與原型相似則由1m~1P可求得應力相似常數(shù)（三）相似第三定理——相似現(xiàn)象的充足和須要條件要使兩個現(xiàn)象相似，除了要求它們滿意幾何相似、有相同的物理關(guān)系表達式及由物理關(guān)系表達式求得的相同判據(jù)相等外，還要求能唯一地決定這一現(xiàn)象的(如邊界條件，初始條件等)條件也必須相似。我們稱這些能從同類性質(zhì)的現(xiàn)象中區(qū)別詳細現(xiàn)象的條件為單值條件，至此我們可以將相似第三定理表述為在幾何相似系統(tǒng)中如兩個現(xiàn)象由文字結(jié)構(gòu)相同的物理方程描述，且它們的單值條件相似(單值量對應成比例，且單值量的判據(jù)相等)，則兩個現(xiàn)象相似。二、模型設(shè)計結(jié)構(gòu)模型實驗按實驗目的的不同可分為：①彈性模型——為研究在荷載作用下結(jié)構(gòu)彈性階段的工作性能，用勻質(zhì)彈性材料制成與原型相似的結(jié)構(gòu)模型。②強度模型——為研究在荷載作用下結(jié)構(gòu)各個階段工作性能，包括直到破壞的全過程反應，用原材料或相似材料制成的與原型相似的結(jié)構(gòu)模型。模型設(shè)計按下列程序舉行：①按實驗目的挑選模型類型；②按相似原理用方程式分析法或量綱分析法決定相似判據(jù)；③決定模型的幾何比例，即定出長度相似常數(shù)Sl；④按照相似判據(jù)決定其他各物理量的相似常數(shù)；⑤設(shè)計和繪制模型的施工圖。由前推導相似判據(jù)過程可見，相似常數(shù)的個數(shù)是多于相似判據(jù)的數(shù)目，設(shè)計時除首先決定長度相似常數(shù)Sl外，普通按照可能條件再選定模型材料，亦即決定SE和Sσ，然后推導出其他物理量的相似常數(shù)。表18—7—2列出普通靜力實驗彈性模型的相似常數(shù)。當設(shè)計先決定SE和Sl時，其他物理量的相似常數(shù)都是SE和Sl的函數(shù)，或是等于1，如應變、泊松比和角變位等均為無量綱數(shù)，它們的相似常數(shù)Sε、Sν和Sβ均等于1。對于結(jié)構(gòu)動力實驗模型，除與表18—7—2靜力模型有關(guān)材料特性、幾何特性和荷載等物理量有相同的相似關(guān)系外，表18—7—3為有關(guān)動力性能物理量的相似關(guān)系。上述模型設(shè)計所得各物理量之間的相似關(guān)系均是在假定采用理想彈性材料的情況下推導求得的。實際上較多鋼筋混凝土或砌體結(jié)構(gòu)的強度模型要研究結(jié)構(gòu)非線性性能，因此對模型材料的相似要求更為鄭重，必須按實際情況建立相似關(guān)系。從表18—7—2可見SE=Sσ的關(guān)系，就是要求模型和原型結(jié)構(gòu)的應力應變關(guān)系曲線相似，這惟獨選用與原型結(jié)構(gòu)相同強度和變形的材料時才有可能。在靜力模型的相似關(guān)系中，當SE=Sσ=1時質(zhì)量密度Sρ=1／Sl，要求模型材料密度為原型材料的Sl倍。這事實上是沒有可能的。為此，當需考慮結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量和分量對結(jié)構(gòu)性能的影響時，需要在模型上施加附加質(zhì)量，滿意材料密度相似的要求。同樣在動力模型中，模擬慣性力，重力時也必須考慮模型和原型結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量密度的相似。由相似關(guān)系SE／(SgSρ)＝Sl，通常重力加速度相似常數(shù)Sg=1，則要求模型材料的彈性模量應比原型的小或密度比原型的大，實驗時也采用加附加質(zhì)量的主意，來彌補材料密度不足所產(chǎn)生的影響。三、模型材料（一）彈性模型材料當模型實驗的目的在于研究彈性階段的應力狀態(tài)，模型材料應盡可能與普通彈性理論的基本假定一致，即要求勻質(zhì)、各向同性、應力與應變成線性關(guān)系和固定的泊松比。模型材料可與原型材料不同，常用的有金屬(鋼、鋁合金)，塑料(環(huán)氧樹脂、有機玻璃等)、石膏等。1．金屬材料金屬的力學性能大都符合彈性理論的基本假定。常用的有鋼材和鋁合金，鋁合金允許有大的應變量，鋼和鋁合金的泊松比為0．30，比塑料更臨近混凝土的泊松比。金屬的彈性模量比塑料、石膏等都要高，要求實驗荷載大，模型加工制作較艱難。2．塑料制作模型的塑料種類無數(shù)，熱固性的有環(huán)氧樹脂，聚酯樹脂；熱塑性的如聚氯乙烯，有機玻璃。塑料作為模型材料的優(yōu)點是強度高而彈性模量低，容易加工。缺點是徐變較大，彈性模量受溫度變化的影響也大。有機玻璃是各向同性的勻質(zhì)材料，模型實驗中用得較多，因為徐變較大，實驗中要控制材料的應力。環(huán)氧樹脂塑料可在半流體狀態(tài)澆注成型，然后固化。如在環(huán)氧樹脂中參加鋁粉或其他填充料，可以改善和調(diào)節(jié)力學性能，以滿意材料的相似要求。3．石膏用石膏制作模型，其優(yōu)點是容易加工，成本較低，泊松比與混凝土十分臨近，彈性模量可以改變。其缺點是抗拉強度低，要獲得勻稱和準確的彈性模量比較艱難。可以在石膏內(nèi)摻人一定的摻合料和緩凝劑來改善材料的性能。石膏模型可用石膏漿注入尺寸確切的模子來制作，也有將石膏澆注成整塊后舉行機械加工。石膏也可用以大致地模擬混凝土的塑性工作，配筋的石膏模型常用來模擬鋼筋混凝土板殼的破壞形態(tài)。（二）強度模型材料倘若模型實驗的目的在于研究結(jié)構(gòu)的所有工作特性，包括超載向來到破壞，因為對模型材料模擬的要求越發(fā)鄭重，通常采用與原型極為相似的材料或原型徹低相同的材料來制作模型。1．水泥砂漿水泥砂漿曾被廣泛地用來作鋼筋混凝土板殼等薄壁結(jié)構(gòu)的模型。它的性能無疑與有大骨料的混凝土不同，但對照上述提到的幾種材料來看，它畢竟還是比較臨近混凝土的?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)細骨料含量和水灰比來改善和滿意力學性能的要求。2．微?；炷廖⒘；炷镣瑯邮怯杉毠橇?、水泥和水組成的專門用于結(jié)構(gòu)模型實驗的一種新型材料，又稱為模型混凝土。它是用