CN109459166B - 预制装配式结构中高强螺栓连接节点的超声波检测方法 - Google Patents

Abstract

本案涉及一种预制装配式结构中高强螺栓连接节点的超声波检测方法，通过超声无损探伤仪在待检测的装配式结构连接节点处的拼接板进行超声检测，然后在拼接板上安装定压装置，再通过超声无损探伤仪在安装定压装置的拼接板上再次进行超声检测，计算两次测量的损耗差异率并对计算结果进行整理比较，以此来判定连接节点强度是否达标；本发明的预制装配式结构中高强螺栓连接节点的超声波检测方法，根据不同压力下超声波损耗率的变化，结合实践中对不同工况下超声波损耗率变化的标准临界值，两者相比较，即可对连接节点的连接质量做出较为准确的判断，操作简单高效，适应不同环境、不同型号的连接节点的检测，具有较好的应用前景。

Description

预制装配式结构中高强螺栓连接节点的超声波检测方法

技术领域

本发明属于工程测量领域，具体涉及一种预制装配式结构中高强螺栓连接节点的超声波检测方法。

背景技术

以钢结构为代表的预制装配式结构，已经在各行业中得到了广泛的应用，钢结构各组件之间的连接形式主要包括焊接、铆接、普通螺栓连接、高强螺栓连接、射钉或自攻螺栓连接等，受限于自身不足，铆接、射钉或自攻螺栓连接在钢结构中的运用越来越少，焊接、普通螺栓连接、高强螺栓连接成为中高端钢结构的主要连接方式；高强螺栓连接又分为摩擦型和承接型两种；钢结构安装完成后，需要进行质量检测和评估，其中，对于各连接节点的检测是重要一项。

对于焊接，通常采用X射线或超声波探伤方法进行检测；普通螺栓连接主要考量螺栓的数量和质量是否满足钢结构抗剪设计的要求；对于高强螺栓连接质量的评估方法有扭矩扳手法、伸长值法和超声波应力测量法，这些方法各有优缺点，且均采用检测高强螺栓轴力的方法间接推测节点板技术状态，但是由于高强螺栓连接主要是通过压紧的拼接板之间的摩阻力来传递节点力，其连接质量由节点板间压紧度决定，因此上述方法得出的节点板状态不准确。

超声波应力检测法，利用了超声波在钢材中的传输损失很小，在异质界面上会发生反射、折射等现象，不能通过气体固体界面，所以超声波传播到金属与缺陷的界面处时，会部分反射的特性。高强螺栓摩擦型连接为保证足够的摩擦力，常在连接节点板表面做增加粗糙度处理以增大摩擦力。因此，当节点板受压紧力贴合在一起时，微观结构凸起部分会和另一块节点板紧贴，凹下部分并没有与另一块节点板接触，这就使得节点板间一部分面积为固体-固体接触，另一部分面积未发生接触，间隙以空气填充。超声波无法通过节点板间的固体-空气界面，从而被反射回来，并会在节点板内形成多次反射。超声波在固体和固体连接处发生透射，在固体与空气边界处发生部分透射和部分反射，超声波在层板表面产生反射和透射，按照规定的表面粗糙程度和表面摩擦漆处理，高强螺栓紧固力越大，节点板间实际接触面积越大，透射波越多，反射回波能量越弱。

超声波应力检测法作为一种行之有效的检测方法，方便快捷，但在检测整体平整性较差的节点板时，往往存在较大的误差，难以满足高标准施工的检测要求。

申请号为CN201710481381.3的专利申请，公开了一种基于超声波的高强螺栓连接节点板压紧度检测方法，提出了高强螺栓节点板在施工和运行中技术状态的直接检测方法，使用便携式超声波无损探伤仪，检测过程只需一个超声探头，保证检测可实施性和检测速度的同时又满足了检测的精度；该方法存在的问题是，需要以高强螺栓未拧紧状态下的超声检测作为参照，但每一处节点板表面的粗糙度都不完全相同，不同节点板的超声检测结果也不同，因此，需要对每一处节点板在高强螺栓未拧紧状态下进行超声检测来作为各自的参照，在实际检测操作中，需要松开螺栓才能获得此类参数，故其应用性较差。

有鉴于此，有必要提出要一种方便快捷，且准确率较高的检测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于超声波和在不同压力下表现的预制装配式结构快速检测方法。

本发明的另一个目的是提供一种可修正和改善超声波应力检测不足的预制装配式结构检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种预制装配式结构中高强螺栓连接节点的超声波检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.通过超声无损探伤仪在待检测的装配式结构连接节点处的拼接板选择测量点进行超声检测，记录自然状态下的超声波损耗率a；

S2.在拼接板上安装定压装置，根据不同的检测要求，选择施加0-300KN的压力值；

S3.通过超声无损探伤仪在安装定压装置的拼接板上的所述测量点再次进行超声检测，记录附加压力状态下的超声波损耗率b；

S4.计算损耗差异率c=a/b*100%，将c值与标准值比较，如c值大于等于标准值，则判定为检测合格，如c值小于标准值，则判定为检测不合格；

其中，所述标准值根据不同的节点连接形式和施工要求来确定。

优选的是，所述定压装置为一U形钢块，其U形一边中部设有带内螺纹的通孔，通孔内设有匹配的螺母；另一边内壁与所述通孔相对位置设有带无线发射功能的压力传感器。

优选的是，所述S3中，所述U形钢块安装于拼接板侧边，并通过旋转螺母对拼接板施加压力，所述压力传感器将感受到的压力通过无线信号发送并显示到接收端；安装时，通过手工或机械旋转螺母，当压力传感器显示达到既定值时，停止旋转，并通过超声无损探伤仪对所述测量点进行检测；所述既定值为测量所需的0-300KN间的一个标准值。

优选的是，所述定压装置能对拼接板施加0-300KN压力。

优选的是，所述S1中，使用超声无损探伤仪在对拼接板进行超声检测时，在每个高强螺栓附近0-20cm范围内，由近及远的选择并标记2个或以上测量点进行测量，并求均值。

优选的是，所述S2中，所述定压装置分别先后或同时安装在每个高强螺栓附近的拼接板边缘。

优选的是，所述S3中，定压装置安装完成后，分别在相同力下对标记测量点进行测量，对于不同型号高强螺栓，不同连接形式的连接节点，分别采用不同的压力标准进行测量。

优选的是，所述S4中，在装配式结构连接节点处的拼接板几何中心点附近选择并标记1-2个测量点对超声波损耗率进行测量，得到自然状态下的超声波损耗率a′和附加压力状态下的超声波损耗率b′，计算中间点损耗差异率c′=a′/b′*100%，并计算c′各值的均值e和方差f；其中，每次安装定压装置都检测一次b′。

优选的是，所述S4中，对于摩擦型高强螺栓，以 c值≥99%，e值≥98.7%，f值≤0.002为合格；对于承接型高强螺栓， 以c值≥97.5%；e值≥97%，f值≤0.005为合格。

本发明的预制装配式结构中高强螺栓连接节点的超声波检测方法，根据不同压力下超声波损耗率的变化，结合实践中对不同工况下超声波损耗率变化的标准临界值，两者相比较，即可对连接节点的连接质量做出较为准确的判断，操作简单高效，适应不同环境、不同型号的连接节点的检测，具有较好的应用前景。

附图说明

图1为定压装置示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1

一种预制装配式结构中高强螺栓连接节点的超声波检测方法，包括如下步骤：

S1、通过超声无损探伤仪在待检测的装配式结构连接节点处的拼接板进行超声检测，计算得到自然状态下的超声波损耗率a；

S2、在拼接板上安装定压装置，根据不同的施工检测要求，选择施加不同的标准压力值；

S3、通过超声无损探伤仪在安装定压装置的拼接板上再次进行超声检测，计算得到附加压力状态下的超声波损耗率b；

S4、计算损耗差异率c=a/b*100%，并对计算结果进行整理比较，根据c值大小来判定连接节点强度是否达标。

高强螺栓紧固力越大，拼接板间实际接触面积越大，透射波越多，反射回波能量越弱；安装定压装置后，拼接板间的压力增大，拼接板间实际接触面积变大，透射波增多，反射回波能量减少，超声波损耗率变大，根据不同压力下超声波损耗率的变化，再结合实践中对不同工况下超声波损耗率变化的标准临界值，两者相比较，即可对预制装配式结构中高强螺栓连接节点的连接质量做出判断。

如图1所示，所述定压装置1为一U形钢块，其U形一边中部设有带内螺纹的通孔，通孔内设有匹配的螺母2；另一边内壁与所述通孔相对位置设有带无线发射功能的压力传感器3。通过相对设置的螺母和压力传感器，可准确感知定压装置对拼接板另外施加的压力大小，方便控制定压装置对拼接板施加较为准确的压力。

所述U形钢块安装于拼接板侧边，并通过旋转螺母对拼接板施加压力，压力传感器将感受到的压力通过无线信号发送并显示到接收端；安装时，通过手工或机械旋转螺母，当压力传感器显示达到既定值时，停止旋转，并对相应标记点进行检测；所述定压装置能对拼接板施加0-300KN压力。通过旋转螺母方便的控制施加的压力，一般的高强螺栓能够承受收的最大强度在600KN左右，要求定压装置能施加最大300KN的压力，不仅可满足测量要求，还使定压装置使用普通的材料和结构即可达到要求，方便安装和拆卸。

所述步骤S1中，使用超声无损探伤仪在对拼接板进行超声检测时，在每个高强螺栓附近0-20cm范围内，由近及远的选择并标记2个或以上测量点进行测量，并求均值，如此可减少误差，提高测量准确率。

所述步骤S2中，所述定压装置分别先后或同时安装在每个高强螺栓附近的拼接板边缘；用同一个定压装置依次安装在每个高强螺栓附近进行测量。也可采用多个定压装置以相同的压力同时安装在拼接板上，使拼接板各处受力均匀，然后采点测量；两种方法，前者适用于高强螺栓数量较少时分别对单个高强螺栓的检测，各螺栓检测合格，即可认为连接点合格；后者适用于高强螺栓数量较多时，对拼接板采点测量，在测量任务较大时，可采用此方法多人协作进行测量。

所述步骤S3中，定压装置安装完成后，分别在相同力下对标记测量点进行测量，对于不同型号高强螺栓，不同连接形式的连接节点，分别采用不同的压力标准进行测量。受空气温度、湿度，拼接板表面材料、粗糙程度，连接节点结构和连接类型，以及不同型号高强螺栓连接强度要求等的不同，测量前，检测人员应对不同的连接节点进行测试，得到每种连接节点合格的标准损耗差异率，以此作为比较的基准；如无条件对每种连接节点进行测试，可采用以下通用标准：对于摩擦型高强螺栓，优选c值≥99%，e值≥98.7%，f值≤0.002；对于承接型高强螺栓，优选c值≥97.5%；e值≥97%，f值≤0.005

在装配式结构连接节点处的拼接板几何中心点附近选择并标记1-2个测量点对超声波损耗率进行测量，得到自然状态下的超声波损耗率a′和附加压力状态下的超声波损耗率b′，计算中间点损耗差异率c′=a′/b′*100%，并计算c′各值的均值e和方差f；其中，每次安装定压装置都检测一次b′。对于拼接板几何中心附近点的检测，可防止各高强螺栓检测合格，但由于两拼接板表面部分内凹导致其中部接触面积不够，连接节点强度依然不合格的现象的发生。

实施例2

选一摩擦型高强螺栓连接节点，其拼接板四角处安装有M30*140型高强螺栓，在四角各高强螺栓附近和拼接板几何中心处附近，各标记出一个检测点并进行测量，分别记录其自然状态下的超声波损耗率a、a′，取一定压装置，将定压装置依次安装在四角各高强螺栓附近，每次安装均调整压力为100KN，定压装置安装在哪个高强螺栓附近，就测其附近标记检测点在附加压力状态下的超声波损耗率b ，以及拼接板几何中心处检测点在附加压力状态下的超声波损耗率b′，将测量结果输入统计表，计算损耗差异率c=a/b*100%，c′=a′/b′*100%，以及c′各值的均值e和方差f；若c和c′中有任一值小于99%，则应对该值所对应检测点击进行重新检测，确定不达标后，应重新对该高强螺栓进行安装；如c和c′合格，而e值小于98.7%，且f大于0.002，则应确认是否应该更换拼接板。

实施例3

选一承接型高强螺栓连接节点，其拼接板四角处安装有M30*140高强螺栓，在四角各高强螺栓附近和拼接板几何中心处附近，各标记出一个检测点并进行测量，分别记录其自然状态下的超声波损耗率a、a′，取四个定压装置，将定压装置分别安装在四角各高强螺栓附近，定压装置均调整压力为50KN，测每个标记检测点在附加压力状态下的超声波损耗率b ，以及拼接板几何中心处检测点在附加压力状态下的超声波损耗率b′，将测量结果输入统计表，计算损耗差异率c=a/b*100%，c′=a′/b′*100%，以及c′各值的均值e和方差f；若c和c′中有任一值小于97.8%，则应对该值所对应检测点击进行重新检测，确定不达标后，应重新对该高强螺栓进行安装；如c和c′合格，而e值小于97.1%，且f大于0.005，则应确认是否应该更换拼接板。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (5)

1.一种预制装配式结构中高强螺栓连接节点的超声波检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.通过超声无损探伤仪在待检测的装配式结构连接节点处的拼接板选择测量点进行超声检测，记录自然状态下的超声波损耗率a；S2.在拼接板上安装定压装置，根据不同的检测要求，选择施加0-300KN的压力值；S3.通过超声无损探伤仪在安装定压装置的拼接板上的所述测量点再次进行超声检测，记录附加压力状态下的超声波损耗率b；S4.计算损耗差异率c＝a/b*100％，将c值与标准值比较，如c值大于等于标准值，则判定为检测合格，如c值小于标准值，则判定为检测不合格；其中，所述标准值根据不同的节点连接形式和施工要求来确定；所述定压装置为一U形钢块，其U形一边中部设有带内螺纹的通孔，通孔内设有匹配的螺母；另一边内壁与所述通孔相对位置设有带无线发射功能的压力传感器；所述S3中，所述U形钢块安装于拼接板侧边，并通过旋转螺母对拼接板施加压力，所述压力传感器将感受到的压力通过无线信号发送并显示到接收端；安装时，通过手工或机械旋转螺母，当压力传感器显示达到既定值时，停止旋转，并通过超声无损探伤仪对所述测量点进行检测；所述既定值为测量所需的0-300KN间的一个标准值；

所述S4中，在装配式结构连接节点处的拼接板几何中心点附近选择并标记1-2个测量点对超声波损耗率进行测量，得到自然状态下的超声波损耗率a′和附加压力状态下的超声波损耗率b′，计算中间点损耗差异率c′＝a′/b′*100％，并计算c′各值的均值e和方差f；其中，每次安装定压装置都检测一次b′，所述S4中，对于摩擦型高强螺栓，以c值≥99％，e值≥98.7％，f值≤0.002为合格；对于承接型高强螺栓，以c值≥97.5％；e值≥97％，f值≤0.005为合格。

2.如权利要求1所述的预制装配式结构中高强螺栓连接节点的超声波检测方法，其特征在于，所述定压装置能对拼接板施加0-300KN压力。

3.如权利要求1所述的预制装配式结构中高强螺栓连接节点的超声波检测方法，其特征在于，所述S1中，使用超声无损探伤仪在对拼接板进行超声检测时，在每个高强螺栓附近0-20cm范围内，由近及远的选择并标记2个或以上测量点进行测量，并求均值。

4.如权利要求1所述的预制装配式结构中高强螺栓连接节点的超声波检测方法，其特征在于，所述S2中，所述定压装置分别先后或同时安装在每个高强螺栓附近的拼接板边缘。

5.如权利要求1所述的预制装配式结构中高强螺栓连接节点的超声波检测方法，其特征在于，所述S3中，定压装置安装完成后，分别在相同力下对标记测量点进行测量，对于不同型号高强螺栓，不同连接形式的连接节点，分别采用不同的压力标准进行测量。

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