CN108225225A - 钢管砼的脱空量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢管砼的质量检测领域，公开了一种钢管砼的脱空量测量方法，包括：步骤一，在所述钢管(1)外周壁上的密实位置和脱空位置分别设置加速度传感器(3)；步骤二，敲击所述钢管(1)，测量所述密实位置的振动频率F和所述脱空位置的振动频率f；步骤三，脱空量h＝((1/f‑1/F)/2)*(1/(1/v0‑1/v1))，其中，v1为应力波在混凝土(2)中的传播速度，v0为应力波在空气中的传播速度。通过上述技术方案，在钢管的外周壁设置加速度传感器并敲击钢管的外表面，可以测量内部的混凝土的脱空量，不需要破坏钢管砼的结构，适于质量检测，并且操作简单方便，操作效率相对较高。

Description

钢管砼的脱空量测量方法

技术领域

本发明涉及钢管砼的质量检测，具体地涉及一种钢管砼的脱空量测量方法。

背景技术

钢管砼为内部灌注有混凝土的钢管，在高层建筑工程中可以作为受压管柱的建筑构件，与钢梁和梁柱节点等共同构成建筑物的框架结构体系。

混凝土在凝固后不可避免地与钢管之间形成空隙，空隙的大小影响整体的质量，因此，需要对制成的钢管砼的空隙大小即脱空量进行检测，以筛选脱空量符合标准的钢管砼。

现有技术中检测钢管砼质量的方法有多种，但是多为工程技术人员凭经验进行分析的方法，如敲击识别声音的方法、取芯法等。目前应用最多的方法是超声波法，但由于钢管砼是钢材和砼结合的结构，超声波沿管直径方向穿越内部混凝土的能力较差，导致超声波信号很微弱，对脱空量的测量准确度较低，甚至超声波信号更倾向于在钢管中沿周向传递而不穿过内部的混凝土，从而导致测量精度出现明显偏差，另外，超声波法需要在钢管的两侧分别设置超声波发生装置和接收装置，例如在钢管上侧设置超声波发生装置，而在钢管砼下侧设置超声波接收装置，相应地需要支架、起重设备等将钢管砼支撑为悬空状态以允许安装超声波接收装置。可见，超声波法测试操作难度较大，并且准确度相对较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢管砼的脱空量测量方法，以解决脱空量测量难度大、精度低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种钢管砼的脱空量测量方法，其中，所述钢管砼包括钢管和填充在所述钢管中的混凝土，其中，所述钢管砼的脱空量测量方法包括：

步骤一，在所述钢管外周壁上的密实位置和脱空位置分别设置加速度传感器；

步骤二，在每个所述加速度传感器附近敲击所述钢管，以在所述钢管砼中产生沿直径方向往复传递的振荡应力波，通过对应的所述加速度传感器分别测量所述密实位置的振动频率F和所述脱空位置的振动频率f；

步骤三，所述钢管砼在所述脱空位置的脱空量h＝((1/f-1/F)/2)*(1/(1/v0-1/v1))，其中，v1为应力波在混凝土中的传播速度，v0为应力波在空气中的传播速度。

优选地，所述钢管砼在所述钢管水平延伸的情况下制成，所述钢管的顶部选定为所述脱空位置，所述钢管的侧部选定为所述密实位置。

优选地，所述脱空位置和所述密实位置的夹角为80-120度。

优选地，在步骤一中，分别在所述密实位置和所述脱空位置设置磁性底座，并且分别在所述磁性底座上设置所述加速度传感器。

优选地，在步骤一中，分别在所述密实位置和所述脱空位置涂覆耦合剂，将所述磁性底座分别放置在所述密实位置和所述脱空位置，并且按压所述磁性底座以挤出多余的所述耦合剂。

优选地，在步骤一中，分别在所述密实位置和所述脱空位置涂覆耦合剂，将所述加速度传感器分别放置在所述密实位置和所述脱空位置，并且按压所述加速度传感器以挤出多余的所述耦合剂。

优选地，在步骤二中，在与每个加速度传感器轴向相距3-5cm的位置敲击所述钢管。

优选地，在步骤二中，使用手锤敲击所述钢管。

优选地，通过改变所述手锤的锤头的敲击端面面积来调节产生的应力波的频率。

优选地，通过改变所述手锤的锤头的质量来调节产生的应力波的频率。

优选地，通过改变所述手锤的锤头的硬度来调节产生的应力波的频率。

优选地，在步骤二中，将所述密实位置的振动频率F与所述钢管砼的理论振动频率F0进行比较，如果F小于0.95F0，则表明所述钢管砼没有填充密实的混凝土，所述钢管砼不合格。

通过上述技术方案，只需要使用一个加速度传感器就可以测量内部的混凝土的脱空量，不需要破坏钢管砼的结构，适于质量检测，并且操作简单方便，操作效率相对较高。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式所述的钢管砼安装有加速度传感器的结构示意图。

附图标记说明

1 钢管 2 混凝土

3 加速度传感器

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种钢管砼的脱空量测量方法，其中，所述钢管砼包括钢管1和填充在所述钢管1中的混凝土2，其中，所述钢管砼的脱空量测量方法包括：

步骤一，在所述钢管1外周壁上的密实位置和脱空位置分别设置加速度传感器3；

步骤二，在每个所述加速度传感器3附近敲击所述钢管1，以在所述钢管砼中产生沿直径方向往复传递的振荡应力波，通过对应的所述加速度传感器3分别测量所述密实位置的振动频率F和所述脱空位置的振动频率f；

步骤三，所述钢管砼在所述脱空位置的脱空量h＝((1/f-1/F)/2)*(1/(1/v0-1/v1))，其中，v1为应力波在混凝土2中的传播速度，v0为应力波在空气中的传播速度。

钢管砼包括钢管1和填充在其中的混凝土2，由于混凝土在未凝固状态和凝固状态的密度存在差异，因此，凝固后的混凝土2体积缩小，如图1所示，混凝土2与钢管1之间存在间隙，该间隙沿直径方向的高度即为以上所述的脱空量h，显然，这样的间隙会影响钢管砼整体的强度，因此选用脱空量较小或是低于某一标准的钢管砼，这需要在基本不破坏钢管砼的情况下测量钢管砼的脱空量。

加速度传感器3可以用于感应测量加速度，敲击钢管1可以使得钢管砼中产生应力波，应力波使得钢管发生振动，即产生加速度，并且应力波可以在钢管砼中沿直径方向往复传递，其中，在所述脱空位置敲击钢管1外壁产生的应力波沿直径方向依次在钢管1、脱空间隙、混凝土2、钢管1中传递到另一侧，并且随后沿原路径返回到起点(即沿直径方向从钢管1的一侧传递到另一侧并返回)，完成一个传递循环，加速度传感器3可以感应应力波的振动，其中，两次应力波振动之间的时间即为一个传递循环的周期t，其倒数即为频率f，类似的，在所述密实位置敲击钢管1外壁产生的应力波沿直径方向依次在钢管1、混凝土2、钢管1中传递到另一侧，并随后沿原路径返回到起点，完成一个传递循环，加速度传感器3可以测量该传递循环的周期T，其倒数即为频率F。以所述脱空位置为起点的应力波传递循环和以所述密实位置为起点的应力波传递循环的主要区别在于，前者的应力波两次传递穿过长度为h的空气，而后者的应力波两次传递穿过长度为脱空量h的混凝土，其时间差为(h/v0)-(h/v1)，即(1/f-1/F)，因此，脱空量h＝((1/f-1/F)/2)*(1/(1/v0-1/v1))，当然该计算式也可以进一步优化为h＝|((1/f-1/F)/2)*(1/(1/v0-1/v1))|，即取等号右侧部分的绝对值，保证得到的脱空量为正数。其中，应力波在混凝土和空气中的传播速度可以分别通过测量得到，或者查阅相关的经验值确定。

关于加速度传感器3，当应力波传递到其安装位置时，使得加速度传感器3振动产生加速度，加速度传感器3可以测量该加速度，并且根据加速度传感器3的测量数据制作以时间为横轴、以加速度为纵轴的平面直角坐标，两个加速度峰值之间的时间即为以上所述的周期T、t。另外，如上所述，通过敲击钢管砼产生的应力波可以沿直径方向往复地振荡传递，因此可以仅在钢管砼的一侧设置单个加速度传感器3，也就是说并不需要在另一侧设置接收装置，也就不需要通过支架等装置将钢管砼悬空支撑，操作简单，通过单人即可完成，可以节省测量时间和测量成本。

在本方案中，不需要切割钢管砼即可测量其脱空量，检测钢管砼是否合格，保证产品质量，并且操作相对简单，提高了检测效率。

具体地，所述钢管砼在所述钢管1水平延伸的情况下制成，所述钢管1的顶部选定为所述脱空位置，所述钢管1的侧部选定为所述密实位置。在钢管1中填充混凝土2后，钢管1水平延伸放置，待混凝土2凝固后即可测量脱空量，由于重力作用，所述脱空位置形成在钢管1的顶部。另外，由于应力波沿直径方向往复振荡传递，所述密实位置的选定需要考虑相对一侧的密实情况，因此可以选定钢管1的侧部为所述密实位置，使得在应力波的整个振荡路径上均不存在混凝土脱空点。

优选的，所述脱空位置和所述密实位置的夹角为80-120度。该夹角是指，所述脱空位置与所述钢管砼的中心轴线的连线和所述密实位置与所述钢管砼的中心轴线的连线间的夹角。在确定所述脱空位置和所述密实位置时，可以先确定脱空位置，随后根据脱空位置来确定所述密实位置，即先找出存在未填充混凝土的位置，随后避开这样的位置，从而找出在直径方向上不穿过脱空位置的传递路径，以确定所述密实位置。

具体地，在步骤一中，分别在所述密实位置和所述脱空位置设置磁性底座，并且分别在所述磁性底座上设置所述加速度传感器3。加速度传感器3需要稳定地设置在钢管1的外壁上，避免敲击钢管1时加速度传感器3移动甚至脱离钢管1，使用磁性底座可以快速地将加速度传感器3吸附在钢管1的外壁上，并且便于拆卸，实现对所述钢管砼的脱空量的快速测量。

可选择地，在步骤一中，分别在所述密实位置和所述脱空位置涂覆耦合剂，将所述磁性底座分别放置在所述密实位置和所述脱空位置，并且按压所述磁性底座以挤出多余的所述耦合剂。所述耦合剂可以为黄油、胶水等，优选地使用黄油，可以将加速度传感器3稳定地粘接到所述密实位置和所述脱空位置，特别的，所述耦合剂可以填充地所述磁性底座和钢管1之间的缝隙中，避免磁性底座与钢管1之间出现空气，相应的，需要挤出多余的所述耦合剂，避免磁性底座与钢管1之间存在过厚、过多的所述耦合剂，因此可以更好地实现钢管1与所述磁性底座及加速度传感器3之间应力波的传递。

或者可选地，在步骤一中，分别在所述密实位置和所述脱空位置涂覆耦合剂，将所述加速度传感器3分别放置在所述密实位置和所述脱空位置，并且按压所述加速度传感器3以挤出多余的所述耦合剂。以上说明了通过磁性底座吸附连接的方式，此处，可以通过耦合剂直接连接加速度传感器3和钢管1，并且挤出二者之间多余的所述耦合剂，使得加速度传感器3更多地直接接触于钢管1，仅通过所述耦合剂填充二者之间不可避免的缝隙。

具体地，在步骤二中，在与每个加速度传感器3轴向相距3-5cm的位置敲击所述钢管1。在与加速度传感器3轴向间隔3-5cm的位置敲击钢管1的外表面，从而产生在沿所述钢管砼的直径方向的路径上往复传递的振荡应力波，振荡应力波每次到达敲击位置附近时，加速度传感器3可以测得明显的相对较大的加速度峰值，相邻的峰值之间的时间即为振荡应力波的振荡周期T和t，其倒数即为振荡频率F和f，因此，可以计算脱空量h。其中，敲击位置与加速度传感器3的位置可以轴向(或者说平行于所述钢管砼的轴向方向，即沿钢管砼的长度方向)对齐，尽量避免敲击位置与加速度传感器3在周向上形成间隔角度，保证应力波的振荡路径在脱空量h最大的直径上传递。

具体地，在步骤二中，使用手锤敲击所述钢管1。可以使用多种工具敲击钢管1的外壁，只要可以在所述钢管砼中产生振荡应力波即可，可以是棍状、块状等物体，优选地，可以使用手锤。

在敲击钢管1时，不同的敲击工具产生的应力波的频率也不同，应力波能否在钢管砼中振荡与应力波的频率相关，因此，需要调节产生的应力波频率，使得应力波能够在直径方向上振荡传递。

其中，通过改变所述手锤的锤头的敲击端面面积来调节产生的应力波的频率。所述手锤的锤头的敲击端面面积可以决定手锤与钢管1的接触面积大小，也就是说，通过改变手锤的锤头(更换具有不同敲击面积的锤头)与钢管1的接触面积大小来改变应力波的频率，其中，接触面积越小，产生的应力波的频率越高，接触面积越大，产生的应力波的频率越低。

另一方面，通过改变所述手锤的锤头的质量来调节产生的应力波的频率。通过改变敲击钢管1的手锤的锤头质量，也可以改变产生的应力波的频率，例如，可以改变锤头部分的重量，其中，锤头质量越大，产生的应力波的频率越低，锤头的质量越小，产生的应力波的频率越高。

又一方面，通过改变所述手锤的锤头的硬度来调节产生的应力波的频率手锤锤头的硬度可以通过选择不同种类的材料来改变，例如，可以使用尼龙锤、铁锤等，其中，锤头的硬度越低，产生的应力波的频率越低，手锤的硬度越高，产生的应力波的频率越高。

另外，在步骤二中，将所述密实位置的振动频率F与所述钢管砼的理论振动频率F0进行比较，如果F小于0.95F0，则表明所述钢管砼没有填充密实的混凝土，所述钢管砼不合格。根据钢管的材料及混凝土的型号，可以通过测量或根据经验数值确定应力波在钢管和混凝土中的传播速度、振动频率，从而根据钢管砼的具体尺寸推算出所要检测的钢管砼的理论振动频率F0，当振动频率F明显小于理论振动频率F0时，表明钢管砼存在明显的质量问题，不需要做脱空量的计算。另外，理论振动频率F0的确认也可以选择型号相同的且混凝土填充密实的合格钢管砼直接检测。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种钢管砼的脱空量测量方法，其特征在于，所述钢管砼包括钢管(1)和填充在所述钢管(1)中的混凝土(2)，其中，所述钢管砼的脱空量测量方法包括：

步骤一，在所述钢管(1)外周壁上的密实位置和脱空位置分别设置加速度传感器(3)；

步骤二，在每个所述加速度传感器(3)附近敲击所述钢管(1)，以在所述钢管砼中产生沿直径方向往复传递的振荡应力波，通过对应的所述加速度传感器(3)分别测量所述密实位置的振动频率F和所述脱空位置的振动频率f；

步骤三，所述钢管砼在所述脱空位置的脱空量h＝((1/f-1/F)/2)*(1/(1/v0-1/v1))，其中，v1为应力波在混凝土(2)中的传播速度，v0为应力波在空气中的传播速度。

2.根据权利要求1所述的钢管砼的脱空量测量方法，其特征在于，所述钢管砼在所述钢管(1)水平延伸的情况下制成，所述钢管(1)的顶部选定为所述脱空位置，所述钢管(1)的侧部选定为所述密实位置。

3.根据权利要求2所述的钢管砼的脱空量测量方法，其特征在于，所述脱空位置和所述密实位置的夹角为80-120度。

4.根据权利要求1所述的钢管砼的脱空量测量方法，其特征在于，在步骤一中，分别在所述密实位置和所述脱空位置设置磁性底座，并且分别在所述磁性底座上设置所述加速度传感器(3)。

5.根据权利要求4所述的钢管砼的脱空量测量方法，其特征在于，在步骤一中，分别在所述密实位置和所述脱空位置涂覆耦合剂，将所述磁性底座分别放置在所述密实位置和所述脱空位置，并且按压所述磁性底座以挤出多余的所述耦合剂。

6.根据权利要求1所述的钢管砼的脱空量测量方法，其特征在于，在步骤一中，分别在所述密实位置和所述脱空位置涂覆耦合剂，将所述加速度传感器(3)分别放置在所述密实位置和所述脱空位置，并且按压所述加速度传感器(3)以挤出多余的所述耦合剂。

7.根据权利要求1所述的钢管砼的脱空量测量方法，其特征在于，在步骤二中，在与每个加速度传感器(3)轴向相距3-5cm的位置敲击所述钢管(1)。

8.根据权利要求1所述的钢管砼的脱空量测量方法，其特征在于，在步骤二中，使用手锤敲击所述钢管(1)。

9.根据权利要求8所述的钢管砼的脱空量测量方法，其特征在于，通过改变所述手锤的锤头的敲击端面面积来调节产生的应力波的频率。

10.根据权利要求8所述的钢管砼的脱空量测量方法，其特征在于，通过改变所述手锤的锤头的质量来调节产生的应力波的频率。

11.根据权利要求8所述的钢管砼的脱空量测量方法，其特征在于，通过改变所述手锤的锤头的硬度来调节产生的应力波的频率。

12.根据权利要求1所述的钢管砼的脱空量测量方法，其特征在于，在步骤二中，将所述密实位置的振动频率F与所述钢管砼的理论振动频率F0进行比较，如果F小于0.95F0，则表明所述钢管砼没有填充密实的混凝土，所述钢管砼不合格。