CN106959341A - 一种小样本容量的灌浆套筒密实性的超声波检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小样本容量的灌浆套筒密实性的超声波检测方法，首先对超声波首波路径进行论证；随后在施工工艺与施工条件不变的情况下，采集声速数据;接着将各测点的声速由大到小按顺序排列，即X ₁≥X ₂≥...≥X _n≥X _n+1...，将排在后面明显小的数据视为可疑，再将这些可疑数据中最大的一个（假定X _n）连同其前面的数据按计算出m _x及s _x，并按式计算出异常情况的判断值X ₀;将判断值X ₀与可疑数据的最大值X _n比较，当X _n不大于X ₀时，则X _n及排列于其后的各数据均为异常值，并且去掉X _n，再用X ₁‑X _n‑1进行计算和判别，直至判不出异常值为止；当X _n大于X ₀时，应再将X _n+1放进去重新计算和判别。本发明提高了检测效率。

Description

一种小样本容量的灌浆套筒密实性的超声波检测方法

技术领域

本发明涉及灌浆套筒密实性的检测领域，特别是小样本容量(n<30)的灌浆套筒密实性的超声波检测方法。

背景技术

随着社会经济的发展，人们对建筑节能和居住环境等日益关注，装配式建筑的推广成了大势所趋。但是其连接质量问题仍存在技术不成熟、设备不完善、理论依据不充分等问题，而连接方式中的湿法连接主要采用灌浆套筒连接。灌浆套筒连接利用无收缩灌浆料作为粘结材料来连接钢筋以确保荷载传递的连续性。套筒通常采用铸造工艺或机械加工工艺制造，灌浆料以水泥为基本材料，配以细骨料，以及混凝土外加剂和其他材料组成的干混料，加水搅拌后具有良好的流动性、早强、高强、微膨胀等性能。

装配式建筑的套筒灌浆质量属于暗箱，在实际施工中影响梁筋连接套筒灌浆质量的因素不易控制，往往部分套筒存在顶部脱空缺陷，因此施工中如何检测套筒灌浆质量成为工程界普遍关注的问题。近十年来，国内也开始研究灌浆连接技术，但主要是力学性能方面的研究，对其施工或运营阶段的检测或监测却罕见报道。《福建省预制装配式混凝土结构技术规程》和《装配式混凝土结构技术规程》对套筒是否密实的质量检测并没有给出明确方法，而在具体的构件拼装施工中，施工人员很少关注套筒灌浆情况，且没有有效的检测手段，单凭施工人员或监理人员现场监督施工操作并不能判断灌浆是否密实。

国外已有的研究大部分是针对灌浆套筒连接的力学性能，对其施工或运营阶段的检测或监测却极为稀少，仅有的研究尚处于实验室探索阶段。国内类似的预应力管道压浆质量检测主要使用超声波法、冲击回波法、电磁法、雷达法和X射线法等。超声波法因其定向性好、穿透性强、清洁无污染、能够穿透被检测材料，在机械、航天等领域常用来对材料、焊缝等进行探伤和可靠性评定，是最有发展潜力的检测方法。而根据统计学抽样分布原理，若样本量较大时(n≥30)，可以采用正态分布来近似抽样分布；但是若样本量较少(n<30)，用正态分布来近似抽样分布可能会带来较大的误差，导致施工中检测的漏判、误判。因此研发一种样本量较少(n<30)的灌浆套筒密实性的检测方法显得极具意义,。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种样本量较少(n<30)的灌浆套筒密实性的超声波检测方法，包括以下步骤：

步骤S1：对超声波首波路径进行论证；

步骤S2：在施工工艺与施工条件不变的情况下，采集声速数据；

步骤S3：将各测点的声速由大到小按顺序排列，即X₁≥X₂≥...≥X_n≥X_n+1......，将排在后面明显小的数据视为可疑，再将这些可疑数据中最大的一个，假定X_n，连同其前面的数据按式(1)(2)计算出m_x及s_x，并按式(3)计算出异常情况的判断值X₀；

m_x＝∑X_i/n (1)

X₀＝m_x-t·s_x (3)；

步骤S4：将判断值X₀与可疑数据的最大值X_n比较，当X_n不大于X₀时，则X_n及排列于其后的各数据均为异常值，并且去掉X_n，再用X₁-X_n-1进行计算和判别，直至判不出异常值为止；当X_n大于X₀时，应再将X_n+1放进去重新计算和判别；

步骤S5：统计算出判断值后，在施工工艺与施工条件不变的情况下，将其作为判断其他套筒灌浆密实与否的标准。

所述步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S11：计算首波声时：

(1)绕射脱空区后透射灌浆料，首波沿套筒壁绕射再透射灌浆料到达接收探头时，首波声时计算如下：

其中，T₁为首波沿套筒壁绕射再透射灌浆料传播声时，单位为μs；t为套筒壁厚度，单位为mm；v_s为超声波在套筒中传播速度，单位为km/s；v_c为超声波在灌浆料中传播速度，单位为km/s；L_AC为套筒壁AC弧长，单位为mm；L_CB为透射距离CB长度，单位为mm；

(2)透射脱空区后透射灌浆料

有脱空时,首波沿径向透射，首波声时计算如下：

其中，T₂为首波沿径向传播声时，单位为μs；D为套筒外径，单位为mm；d为钢筋直径，单位为mm；v_a为超声波在空气中传播速度，单位为km/s；x为脱空厚度，单位为mm；

(3)沿套筒壁环向传播

有脱空时,首波沿套筒壁环向传播到达接收探头时,首波声时计算如下：

其中，T₃为首波沿套筒壁环向传播声时，单位为μs；

步骤S12：进行脱空情况首波路径论证；

步骤S13：灌浆密实首波声时计算：

套筒灌浆密实，首波沿连接发射探头和接收探头的直线传播，首波声时计算如下：

其中，T₄为首波沿沿连接发射探头和接收探头的直线传播传播声，单位为μs；

步骤S14：进行灌浆密实首波路径的论证；

步骤S15：脱空情况声时与密实情况声时比较。

与现有技术相比本发明的技术方案在样本量较少(n<30)的概率判缺法在减少抽样工作量的同时又不会降低缺陷判别效果，提高了检测效率。

附图说明

图1为灌浆不密实首波可能路径(1)。

图2为灌浆不密实首波可能路径(2)。

图3为灌浆不密实首波可能路径(3)。

图4为灌浆密实首波可能路径(4)。

图5为灌浆密实首波可能路径(5)。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

本实施例提供了一种样本量较少(n<30)的灌浆套筒密实性的超声波检测方法，包括以下步骤：

步骤S1：对超声波首波路径进行论证；

步骤S2：在施工工艺与施工条件不变的情况下，采集声速数据；

步骤S3：将各测点的声速由大到小按顺序排列，即X₁≥X₂≥...≥X_n≥X_n+1......，将排在后面明显小的数据视为可疑，再将这些可疑数据中最大的一个(假定X_n)连同其前面的数据按式(1)(2)计算出m_x及s_x，并按式(3)计算出异常情况的判断值(X₀)；

m_x＝∑X_i/n (1)

X₀＝m_x-t·s_x (3)

步骤S4：将判断值(X₀)与可疑数据的最大值(X_n)比较，当X_n不大于X₀时，则X_n及排列于其后的各数据均为异常值，并且去掉X_n，再用X₁-X_n-1进行计算和判别，直至判不出异常值为止；当X_n大于X₀时，应再将X_n+1放进去重新计算和判别；

步骤S5：统计算出判断值后，在施工工艺与施工条件不变的情况下，可将其作为判断其他套筒灌浆密实与否的标准。

进一步地，所述步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S11：灌浆不密实首波路径如附图1-3，计算公式如下:

(1)绕射脱空区后透射灌浆料

有脱空时,首波可能沿路径1传播,如图1所示，即首波沿套筒壁绕射再透射灌浆料到达接收探头。首波声时计算如下：

其中，T₁为首波沿路径1传播声时(μs)；t为套筒壁厚/mm；v_s为超声波在套筒中传播速度/(km/s)；v_c为超声波在灌浆料中传播速度/(km/s)；L_AC为套筒壁AC弧长/mm；L_CB为透射距离CB长度/mm。

(2)透射脱空区后透射灌浆料

有脱空时,首波可能沿路径2传播,如图2所示，即沿径向透射。首波声时计算如下：

其中，T₂为首波沿路径2传播声时(μs)；D为套筒外径/mm；d为钢筋直径/mm；v_a为超声波在空气中传播速度/(km/s)；x为脱空厚度/(mm)；t、v_s、v_c与(4)式相同。

(3)沿套筒壁环向传播

有脱空时,如图3所示首波可能沿路径3传播，即沿套筒壁环向传播到达接收探头。此时,首波声时计算如下：

其中，T₃为首波沿路径3传播声时(μs)；t、v_s、D与(5)式相同。

步骤S12：进行脱空情况首波路径论证；

步骤S13：灌浆密实首波可能路径如附图4-5：

套筒灌浆密实，首波可能沿路径4或路径5传播，如图4和图5所示。此时，路径4首波声时计算如下：

其中，T₄为首波沿路径4传播声时(μs)；D、t、v_s、v_g、v_c、d与步骤S11相同。

步骤S14：进行灌浆密实首波路径的论证；

步骤S15：脱空情况声时与密实情况声时比较。

具体的，在本实施例中，首先对表1所示4种型号套筒进行首波路径的论证，得出结论：灌浆密实时首波沿径向直线传播，有脱空时首波绕射脱空区后透射灌浆料，且有脱空缺陷的声时均大于灌浆密实声时。以发射、接收探头间的距离作为传播距离，传播距离固定的情况下，根据t＝s/v，声时增大，声速就减小。

表1 4种型号套筒的尺寸参数

人工灌注灌浆密实的套筒51个，不同程度脱空的套筒9个，灌浆套筒均养护28天。

(1)采用沿套筒横截面径向(直径方向)对测法采集声速，表2序号1-51为灌浆密实声速值，序号52-54为90％体积密实声速值，序号55-57为70％体积密实声速值，序号58-60为50％体积密实声速值。

表2声速表

表3统计的声速个数n与对应的λ值

实际应用中预先并不知道哪些测值是异常值，所以用混杂了灌浆不密实声速的60个测值(表2所示)来统计计算判断值，此时根据步骤S3、S4首先对明显的可疑值予以剔除，得到一试算的判断值。然后进行判断、取舍并反复计算，最后才能得到正式的判断值。

表4重新排列后声速表

(1)表2数据重新排列后如表4，序号52_60声速值明显可疑，根据式(10)(11)算出序号1-52声速平均值m_x＝4.780km/s、标准差s_x＝0.128；查表3得分位值λ＝2.07，根据式(12)算得X₀＝4.515km/s；

(2)序号1-52声速值可疑数据最大值3.902km/s小于X₀，则序号52-60声速值为异常值；

(3)计算序号1-51声速平均m_x＝4.797km/s、标准差s_x＝0.031；查表3得分位值λ＝2.06，根据式(12)算得异常情况判断值X₀＝4.733km/s；序号1-51声速值均大于X₀，判不出异常值，停止计算，则此时X₀为最终声速判断值。

表2灌浆密实套筒声速均大于4.733km/s，灌浆不密实套筒声速均小于4.733km/s，因此利用本发明可以在套筒灌浆密性度未知时，不对套筒破坏的情况下，评价套筒接头是否密实。

从人工灌注的51个密实套筒和9个脱空套筒中采集20个声速值，序号1-17为灌浆密实声速值，序号18-20为脱空声速值，用混杂了灌浆不密实声速的20个测值(表5所示)来统计计算判断值。

表5声速表

表6重新排列后声速表

表7统计的声速个数n与对应的t分布上分位值

注：β取0.02，表示反复抽样多次，得到的100个声速值区间中出现异常值的区间有2个。

(1)表5数据重新排列后如表6，序号18-20声速值明显可疑，根据式(10)(11)算出序号1-18声速平均值m_x＝4.740km/s、标准差s_x＝0.212；查表7得分位值t＝2.26，根据式(13)算得X₀＝4.281km/s；

(2)序号18-20声速值可疑数据最大值3.902km/s小于X₀，则序号18-20声速值为异常值；

(3)计算序号1-17声速平均值m_x＝44.796km/s、标准差s_x＝0.030；查表7得t＝2.27，根据式(13)算得X₀＝4.728km/s；序号1-17声速值均大于X₀，判不出异常值，停止计算，则此时X₀为最终声速判断值。

表8对比表

对比如表8，可见样本容量前者比后者多2倍的情况下，统计算得判断值极为接近，前者为完全密实理论声速的0.970倍，后者为0.969倍，因此样本量较少(n<30)的概率判缺法在减少抽样工作量的同时又不会降低缺陷判别效果，提高了检测效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种小样本容量的灌浆套筒密实性的超声波检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：对超声波首波路径进行论证；

步骤S2：在施工工艺与施工条件不变的情况下，采集声速数据；

步骤S3：将各测点的声速由大到小按顺序排列，即X₁≥X₂≥...≥X_n≥X_n+1......，将排在后面明显小的数据视为可疑，再将这些可疑数据中最大的一个，假定X_n，连同其前面的数据按式(1)(2)计算出m_x及s_x，并按式(3)计算出异常情况的判断值X₀；

m_x＝∑X_i/n (1)

$s_x=\sqrt{({\mathrm{\&Sigma;Xi}}^2-n\&CenterDot;m_x^2)/(n-1)}---\left(2\right)$

X₀＝m_x-t·s_x (3)；

步骤S4：将判断值X₀与可疑数据的最大值X_n比较，当X_n不大于X₀时，则X_n及排列于其后的各数据均为异常值，并且去掉X_n，再用X₁-X_n-1进行计算和判别，直至判不出异常值为止；当X_n大于X₀时，应再将X_n+1放进去重新计算和判别；

步骤S5：统计算出判断值后，在施工工艺与施工条件不变的情况下，将其作为判断其他套筒灌浆密实与否的标准。

2.根据权利要求1所述的一种小样本容量的灌浆套筒密实性的超声波检测方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S11：计算首波声时：

(1)绕射脱空区后透射灌浆料，首波沿套筒壁绕射再透射灌浆料到达接收探头时，首波声时计算如下：

$T_1=\frac{2t}{v_s}+\frac{L_{AC}}{v_s}+\frac{L_{CB}}{v_c}---\left(4\right)$

其中，T₁为首波沿套筒壁绕射再透射灌浆料传播声时，单位为μs；t为套筒壁厚度，单位为mm；v_s为超声波在套筒中传播速度，单位为km/s；v_c为超声波在灌浆料中传播速度，单位为km/s；L_AC为套筒壁AC弧长，单位为mm；L_CB为透射距离CB长度，单位为mm；

(2)透射脱空区后透射灌浆料

有脱空时,首波沿径向透射，首波声时计算如下：

$T_2=\frac{2t}{v_s}+\frac{D-2t-d-x}{v_c}+\frac{x}{v_a}---\left(5\right)$

其中，T₂为首波沿径向传播声时，单位为μs；D为套筒外径，单位为mm；d为钢筋直径，单位为mm；v_a为超声波在空气中传播速度，单位为km/s；x为脱空厚度，单位为mm；

(3)沿套筒壁环向传播

有脱空时,首波沿套筒壁环向传播到达接收探头时,首波声时计算如下：

$T_3=\frac{2t+0.5\mathrm{\&pi;}(D-2t)}{v_s}---\left(6\right)$

其中，T₃为首波沿套筒壁环向传播声时，单位为μs；

步骤S12：进行脱空情况首波路径论证；

步骤S13：灌浆密实首波声时计算：

套筒灌浆密实，首波沿连接发射探头和接收探头的直线传播，首波声时计算如下：

$T_4=\frac{2t}{v_s}+\frac{D-2t-d}{v_c}+\frac{d}{v_g}---\left(7\right)$

其中，T₄为首波沿沿连接发射探头和接收探头的直线传播传播声，单位为μs；

步骤S14：进行灌浆密实首波路径的论证；

步骤S15：脱空情况声时与密实情况声时比较。