CN111024506B - 适用于钢筋连接套筒灌浆脱空缺陷原位径向压缩检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适用于钢筋连接套筒灌浆脱空缺陷原位径向压缩检测方法，步骤是：获取施工现场使用的套筒和灌浆料，在无钢筋插入情况下，制作灌浆密实无缺陷的套筒试件，利用单轴压缩试验装置对套筒试件进行径向加载测试，分别测得密实套筒、无灌浆套筒的荷载P与位移S关系的平均值，通过数据处理和线性拟合方法，建立套筒试件的荷载P与位移S在弹性阶段的的数值模型，并得到密实套筒弹性阶段变形刚度Df和未灌浆套筒弹性阶段变形刚度Dv，现场实测灌浆套筒变形刚度Ds介于Df和Dv之间，则判定该测点处套筒存在灌浆缺陷。此种检测方法操作简单方便，能够判别并定位缺陷。

Description

适用于钢筋连接套筒灌浆脱空缺陷原位径向压缩检测方法
技术领域
本发明属于装配式混凝土结构工程连接质量检测技术领域，特别涉及一种钢筋连接用套筒灌浆脱空缺陷原位径向无损检测方法。
背景技术
装配式建筑混凝土结构的关键在于它的连接技术，其中钢筋套筒灌浆连接是应用比较受欢迎的一种方式。套筒灌浆接头是由专门加工的套筒、配套灌浆料和钢筋组装的组合体，在连接钢筋时通过注入快硬、无收缩灌浆料，依靠材料之间的黏结咬合作用连接钢筋与套筒。由于钢筋套筒灌浆连接具有施工方便、性能可靠、经济耐久等优势，能够较好地解决装配式混凝土结构的关键技术，是目前工程中纵向受力钢筋连接普遍采用的方式。
在建筑工程中，常用的检测钢筋连接灌浆套筒连接质量的检测方法有直接钻芯取样法、便携式X射线检测法、超声波法、冲击回波法等等。钢筋套筒连接构造复杂，目前国内外检测技术能够定性判断套筒是否存在脱空缺陷，但是定量结果与实际情况仍存在误差，无法精确判定。直接钻芯取样法为有损检测方法，且无法大量取样检测判断整个结构的连接质量；便携式X射线检测技术成像受设备放射性、套筒在预制剪力墙中的位置等影响，胶片成像清晰度受限；超声波法穿透性强，但采用正态分布进行统计学抽样抽样分布处理时需要大量样本，且定量判断连接质量还需要进一步研究；冲击回波法比超声波法穿透力更强，能够快速定性判断并定位脱空缺陷，但研究尚在实验室阶段，对于检测方法和评价体系还需要进一步研究。
因此，有必要开发一种简便有效的钢筋连接用套筒灌浆脱空缺陷原位径向压缩检测方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种适用于钢筋连接套筒灌浆脱空缺陷原位径向压缩检测方法，其操作简单方便，能够判别并定位缺陷。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种适用于钢筋连接套筒灌浆脱空缺陷原位径向压缩检测方法，基于钢筋连接套筒灌浆脱空缺陷原位径向压缩检测装置实现，所述检测装置包括检测部分和加载部分，其中，检测部分包括L型支撑、液压千斤顶、分体式LVDT位移传感器、夹具、数据线、铁芯连杆连接件、旋锁和皮管，其中，L型支撑固定在液压千斤顶前端，两者组成C型夹；LVDT位移传感器由夹具固定在液压千斤顶上，且分体式LVDT位移传感器的铁芯连杆与液压千斤顶的活塞杆之间由铁芯连杆连接件连接，铁芯连杆连接件与铁芯连杆之间完全固定，铁芯连杆还与LVDT 位移传感器内部铁芯相连；旋锁固定于千斤顶前端，用于固定铁芯连杆连接件，当铁芯连杆连接件被旋锁固定时，铁芯连杆连接件与活塞杆可相对滑移，当铁芯连杆连接件没有被旋锁固定时，铁芯连杆连接件与活塞杆的运动保持一致；加载部分包括数据线、皮管、LVDT位移数据显示仪、压力表和手动泵，其中，压力表固定于手动泵前端接口处；皮管连接手动泵和液压千斤顶；数据线连接数据显示仪和LVDT位移传感器；
所述检测方法包括如下步骤：
步骤一，密实套筒试件的制备与养护
获取施工现场使用的套筒和灌浆料，在无钢筋插入情况下，制作灌浆密实无缺陷的套筒试件；
步骤二，原位径向压缩检测试验确定套筒试件荷载P与位移S关系的数据
利用原位径向压缩检测装置对套筒试件进行径向加载测试，直至套筒破坏为止，分别测得密实套筒、无灌浆套筒的荷载P与位移S关系的平均值；
步骤三，通过套筒试件P与S关系的数据确定套筒构件灌浆密实和未灌浆两种状态下的变形刚度Df和Dv；
根据径向压缩试验在套筒试件压缩过程中的荷载P与位移S的实测数据，通过数据处理和线性拟合方法，建立套筒试件的荷载P与位移S在弹性阶段的的数值模型如下：
D＝P/S
其中，D为变形刚度，记录密实套筒变形刚度Df和未灌浆套筒变形刚度Dv。
步骤四，现场实测灌浆套筒变形刚度Ds介于Df和Dv之间，则判定该测点处套筒存在灌浆缺陷。
上述步骤一密实套筒试件的制备与养护包括：
(1.1)密实套筒试件制备：获取施工现场使用的套筒和灌浆料，在不插入钢筋的情况下，用橡胶塞密封套筒两端，然后使用注浆设备将搅拌好的灌浆料从注浆口注入，直到出浆口出溢出浆料，间隔30秒，重复从灌浆口注入灌浆料至少3次，保证灌浆密实，制成密实套筒试件；
(1.2)密实套筒试件养护：将制成的密实套筒试件置于自然条件下常温养护。养护期为1～3天，视施工现场规定养护期而定。
上述步骤二原位径向检测试验确定套筒试件荷载P与位移S关系的数据包括：
(2.1)套筒试件原位径向压缩检测准备：
在密实套筒试件养护期结束后，对密实套筒试件和未灌浆套筒试件进行检测准备，在套筒轴向中心部位标记径向加载点，使得加载路径穿过套筒中部横截面中心。
(2.2)套筒试件原位径向压缩检测过程：
将试件安放于上下加载压头之间，保证加载点与标记点重合。开动试验机连续而均匀的地加荷，加荷速度取每秒钟0.01～0.02MPa，直至试件破坏，检测结束，记录对应加荷过程的荷载P数据和位移S数据；重复测定至少三组以上密实套筒试件和未灌浆套筒试件，最后求出荷载P的平均值和位移S的平均值，各组误差在±15％之内。
上述步骤三通过线性拟合确定在弹性阶段密实套筒试件的变形刚度Df和未灌浆套筒试件的变形刚度Dv。
将测得的套筒试件的荷载P与位移S关系的数据平均值导入Origin软件中，并通过线性拟合，获得套筒试件的荷载P与位移S在弹性阶段的的数值模型如下：
D＝P/S
其中，D为变形刚度，记录密实套筒变形刚度Df和未灌浆套筒变形刚度Dv。
上述步骤四中现场检测套筒时，径向荷载加载点沿套筒轴向均匀分布，为灌浆口和出浆口之间长度的六分点，确认缺陷存在的轴向范围。
所述步骤四中现场检测灌浆套筒同一横截面时，沿环向每隔60度角再施加一次荷载，确认缺陷存在的环向范围。
上述液压千斤顶的本体高度为100-200mm，外径为40-60mm；L型支撑的长度为100-150mm，宽度为50-100mm，截面宽度为10-30mm，截面高度为 10-30mm。
上述L型支撑与液压千斤顶的活塞杆的相对面分别设有圆柱形压头。
上述夹具包括固定环及夹持部，其中，固定环套置在液压千斤顶上，而夹持部固定于固定环上，且夹持部具有供LVDT位移传感器穿过的通孔及用于调节通孔直径的调节部。
采用上述方案后，本发明是在套筒灌浆完毕养护期结束后，采用专用的钢筋连接套筒灌浆脱空缺陷原位径向压缩检测装置，在套筒多个位置施加径向集中荷载，当实测灌浆套筒变形刚度Ds介于Df和Dv之间，判定脱空缺陷的存在与位置。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
(1)本发明不需要预埋检测元件，不需要携带大型检测设备，专用的钢筋连接用套筒灌浆脱空缺陷原位径向压缩检测装置方便操作，简单易行，受现场环境影响少，数据结果精确性高；
(2)本发明通过现场测试荷载位移曲线与密实状态下套筒荷载位移曲线的对比，可以直观判别并定位脱空缺陷；
(3)本发明不需要大量样本作对照组。
附图说明
图1是本发明采用装置的三维视图；
图2是本发明采用装置检测部分的主视图；
图3是本发明采用装置检测部分的俯视图；
图4是本发明采用装置检测部分的左视图；
图5是本发明采用装置检测部分的剖面图；
图6是本发明采用装置检测部分在试验状态的三维视图；
图7是本发明采用装置检测部分在试验状态的主视图；
图8是本发明采用装置检测部分在试验状态的俯视图；
图9是本发明轴向检测点示意图；
图10是本发明环向检测点示意图；
图11是是本发明测试各套筒试件荷载位移曲线图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1至图8所示，是本发明提供检测方法所采用的一种钢筋连接套筒灌浆脱空缺陷原位径向压缩检测装置，包括检测部分A和加载部分B，其中数据的读取在加载部分B完成。检测部分A包括L型支撑1、液压千斤顶2、分体式 LVDT位移传感器3、LVDT位移传感器夹具4、数据线5、铁芯连杆连接件6、旋锁7、皮管8，其中，L型支撑1固定在千斤顶2前端，两者组成C型夹；LVDT 位移传感器3由夹具4固定在千斤顶2上；铁芯连杆301与活塞杆201之间由铁芯连杆连接件6连接；铁芯连杆301与LVDT位移传感器内部铁芯302相连；旋锁7固定于千斤顶2前端。加载部分B包括数据线5、皮管8、LVDT位移数据显示仪9、压力表10、手动泵11，其中，压力表10固定于手动泵11前端接口处；皮管8连接手动泵11和千斤顶2；数据线5连接数据显示仪9和LVDT位移传感器3；数据显示仪9的电源在图中未显示。
液压千斤顶2的本体高度为100-200mm(优选145mm)，外径为40-60mm (优选55mm)。
L型支撑1的长度为100-150mm(优选124mm)，宽度为50-100mm(优选 82.5mm)，截面宽度为10-30mm(优选20mm)，截面高度为10-30mm(优选24mm)。 L型支撑1内侧的圆柱形压头101和活塞杆201端部的圆柱形压头202一起对套筒施加横向荷载。圆柱形压头101和202的截面尺寸直径为3-5mm(优选4mm)，高度为3-5mm(优选4mm)。
分体式LVDT位移传感器3的长度为50-200mm(优选80mm)，分辨率为 0.1μm，精度为0.1％F.S。LVDT位移传感器3内部铁芯由铁芯连杆301固定，与 LVDT位移传感器3内壁不接触。
铁芯连杆连接件6与铁芯连杆301之间完全固定，而铁芯连杆连接件6与活塞杆201之间不完全固定，可发生滑移。
夹具4夹持LVDT位移传感器3的松紧程度可由螺丝401调节，在检测开始之前，可以将螺丝401拧松，然后调节LVDT位移传感器3的位置，使内部铁芯 302位于适当位置，最后拧紧螺丝401。
当铁芯连杆连接件6被旋锁7固定时，铁芯连杆连接件6不随活塞杆201移动，当铁芯连杆连接件6没有被旋锁7固定时，铁芯连杆连接件6与活塞杆201 的运动保持一致。
前述一种钢筋连接套筒灌浆脱空缺陷原位径向压缩检测装置的使用方法，包括以下步骤：
1)调节：检查旋锁7是否将铁芯连杆连接件6固定在千斤顶2端部，如果没有，则转动旋锁7使铁芯连杆连接件6固定，然后将螺丝401拧松，接着调节 LVDT位移传感器3的位置，使内部铁芯302位于适当位置，避免在检测过程中超出量程，最后拧紧螺丝401；
2)夹紧：摇动手动泵手柄1101，油压推动活塞杆201向前，待灌浆套筒C 被压头101和压头202夹紧而不易脱离时，停止摇动手柄1101；
3)读数：反向转动旋锁7，解除旋锁7对铁芯连杆连接件6的固定，然后读取LVDT位移数据显示仪9显示的数据，记为U1；
4)加载：摇动手动泵手柄1101，使压头101和压头202对灌浆套筒的荷载不断增加，当压力表上的压强达到指定数值时，停止摇动手柄1101；
5)读数：读取LVDT位移数据显示仪9显示的数据，记为U2；
6)卸载：检测完毕后，转动卸荷阀1102，使油回流，直至压力表10上示数为零，然后将活塞杆201归位，最后转动旋锁7，将铁芯连杆连接件6固定；
7)计算：灌浆套筒C在加载结束后发生的形变量记为U，U＝U2-U1。
在步骤2)中，对灌浆套筒C夹紧的力度不宜过大，只要压头101和压头202 接触到灌浆套筒C就可以停止加载。
在步骤3)和步骤5)中，应该等数据显示仪9的示数稳定后再读数。
如图9至图11所示，本发明提供一种适用于钢筋连接套筒灌浆脱空缺陷原位径向压缩检测方法，包括如下步骤：
步骤一，密实套筒试件的制备与养护
获取施工现场使用的套筒和灌浆料，在无钢筋插入情况下，制作灌浆密实无缺陷的套筒试件；
(1.1)密实套筒试件制备
获取施工现场使用的套筒和灌浆料，在不插入钢筋的情况下，用橡胶塞密封套筒两端，然后使用注浆设备将搅拌好的灌浆料从注浆口注入，直到出浆口出溢出浆料，间隔30秒，重复从灌浆口注入灌浆料至少3次，保证灌浆密实，制成密实套筒试件；
(1.2)密实套筒试件养护：将制成的密实套筒试件置于自然条件下常温养护。养护期为1～3天，视施工现场规定养护期而定。
步骤二，原位径向压缩检测试验确定套筒试件荷载P与位移S关系的数据
利用原位径向压缩检测装置对套筒试件进行径向加载测试，直至套筒破坏为止，分别测得密实套筒、无灌浆套筒的荷载P与位移S关系的平均值；
(2.1)套筒试件原位径向压缩检测准备：
在密实套筒试件养护期结束后，对密实套筒试件和未灌浆套筒试件进行检测准备，在套筒轴向中心部位标记径向加载点，使得加载路径穿过套筒中部横截面中心。
(2.2)套筒试件原位径向压缩检测过程：
将试件安放于上下加载压头之间，保证加载点与标记点重合。开动试验机连续而均匀的地加荷，加荷速度取每秒钟0.01～0.02MPa，直至试件破坏，检测结束，记录对应加荷过程的荷载P数据和位移S数据；重复测定至少三组以上密实套筒试件和未灌浆套筒试件，各组误差在±15％之内，最后求出荷载P的平均值和位移S的平均值，
步骤三，通过套筒试件P与S关系的数据确定套筒构件灌浆密实和未灌浆两种状态下的变形刚度Df和Dv；
将测得的套筒试件的荷载P与位移S关系的数据平均值导入Origin软件中，并通过线性拟合，获得套筒试件的荷载P与位移S在弹性阶段的的数值模型如下：
D＝P/S
其中，D为变形刚度，记录密实套筒变形刚度Df和未灌浆套筒变形刚度Dv。
步骤四，现场实测灌浆套筒变形刚度Ds介于和之间，则判定该测点处套筒存在灌浆缺陷。
径向荷载加载点沿套筒轴向均匀分布，如图1所示，为灌浆口和出浆口之间长度的六分点，确认缺陷存在的轴向范围。
现场检测灌浆套筒同一横截面时，沿环向每隔60度角再施加一次荷载，如图2所示，确认缺陷存在的环向范围。
实施例：
以GT20型半灌浆套为例，针对常见的套筒灌浆水平缺陷，设计测试试件，并用Abaqus有限元软件模拟。灌浆料以C80混凝土本构模型进行模拟，套筒与灌浆料、灌浆料与套筒间用Tie绑定约束，各套筒构件荷载位移曲线图见图11。
计算结果见表1：
表1套筒试件水平缺陷参数设置及其弹性阶段变形刚度
Figure BDA0002319289520000081
Figure BDA0002319289520000091
从表1中可以看出，套筒灌浆水平缺陷弹性阶段变形刚度在灌浆密实套筒与未灌浆套筒弹性变形刚度之间，说明原位径向压缩检测法理论上的可行性。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于钢筋连接套筒灌浆脱空缺陷原位径向压缩检测方法，其特征在于：基于钢筋连接套筒灌浆脱空缺陷原位径向压缩检测装置实现，所述检测装置包括检测部分和加载部分，其中，检测部分包括L型支撑、液压千斤顶、分体式LVDT位移传感器、夹具、数据线、铁芯连杆连接件、旋锁和皮管，其中，L型支撑固定在液压千斤顶前端，两者组成C型夹；LVDT位移传感器由夹具固定在液压千斤顶上，且分体式LVDT位移传感器的铁芯连杆与液压千斤顶的活塞杆之间由铁芯连杆连接件连接，铁芯连杆连接件与铁芯连杆之间完全固定，铁芯连杆还与LVDT位移传感器内部铁芯相连；旋锁固定于千斤顶前端，用于固定铁芯连杆连接件，当铁芯连杆连接件被旋锁固定时，铁芯连杆连接件与活塞杆可相对滑移，当铁芯连杆连接件没有被旋锁固定时，铁芯连杆连接件与活塞杆的运动保持一致；加载部分包括数据线、皮管、LVDT位移数据显示仪、压力表和手动泵，其中，压力表固定于手动泵前端接口处；皮管连接手动泵和液压千斤顶；数据线连接数据显示仪和LVDT位移传感器；
所述检测方法包括如下步骤：
步骤一，获取施工现场使用的套筒和灌浆料，在无钢筋插入情况下，制作灌浆密实无缺陷的套筒试件；
步骤二，利用原位径向压缩检测装置对套筒试件进行径向加载测试，直至套筒破坏为止，分别测得密实套筒、无灌浆套筒的荷载P与位移S关系的平均值；
步骤三，根据径向压缩试验在套筒试件压缩过程中的荷载P与位移S的实测数据，通过数据处理和线性拟合方法，建立套筒试件的荷载P与位移S在弹性阶段的数值模型如下：
D＝P/S
其中，D为变形刚度，从而得到并记录密实套筒变形刚度Df和未灌浆套筒变形刚度Dv；
步骤四，现场实测灌浆套筒变形刚度Ds介于Df和Dv之间，则判定该测点处套筒存在灌浆缺陷；
现场实测套筒时，径向荷载加载点沿套筒轴向均匀分布，为灌浆口和出浆口之间长度的六分点，确认缺陷存在的轴向范围；
现场检测灌浆套筒同一横截面时，沿环向每隔60度角再施加一次荷载，确认缺陷存在的环向范围。
2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤一的具体内容是：
首先制作密实套筒试件：获取施工现场使用的套筒和灌浆料，在不插入钢筋的情况下，用橡胶塞密封套筒两端，然后使用注浆设备将搅拌好的灌浆料从注浆口注入，直到出浆口出溢出浆料，间隔30秒，重复从灌浆口注入灌浆料至少3次，保证灌浆密实，制成密实套筒试件；
然后对密实套筒试件进行养护：将制成的密实套筒试件置于自然条件下常温养护，养护期为1～3天。
3.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于：所述步骤二的具体内容是：
首先，在密实套筒试件养护期结束后，对密实套筒试件和未灌浆套筒试件进行检测准备，在套筒轴向中心部位标记径向加载点，使得加载路径穿过套筒中部横截面中心；
然后，将试件安放于上下加载压头之间，保证加载点与标记点重合；开动试验机连续而均匀地加荷，加荷速度取每秒钟0.01～0.02MPa，直至试件破坏，检测结束，记录对应加荷过程的荷载P数据和位移S数据；重复测定至少三组密实套筒试件和未灌浆套筒试件，最后求出荷载P的平均值和位移S的平均值，各组误差在±15％之内。
4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤三中，将测得的套筒试件的荷载P与位移S关系的数据平均值导入Origin软件中，并通过线性拟合方法，获得套筒试件的荷载P与位移S在弹性阶段的数值模型。
5.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述检测装置的液压千斤顶的本体高度为100-200mm，外径为40-60mm；L型支撑的长度为100-150mm，宽度为50-100mm，截面宽度为10-30mm，截面高度为10-30mm。
6.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述检测装置中L型支撑与液压千斤顶的活塞杆的相对面分别设有圆柱形压头。
7.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述检测装置中的夹具包括固定环及夹持部，其中，固定环套置在液压千斤顶上，而夹持部固定于固定环上，且夹持部具有供LVDT位移传感器穿过的通孔及用于调节通孔直径的调节部。
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