CN111075119B - 一种用于装配式建筑节点质量监测用的灌浆套筒、监测装置、监测系统、方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于装配式建筑节点质量监测用的灌浆套筒、监测装置、监测系统、方法及应用；其技术要点在于，在套筒本体的侧面开设有：排浆口以及注浆口，注浆口设置于排浆口的下方；在排浆口以及注浆口之间的套筒本体内侧设置有竖向延伸的埋置内槽；采用密实度结果监测+使用过程监测监控的方法，来保证装配式建筑的使用安全性。采用一种用于装配式建筑节点质量监测用的灌浆套筒、监测装置、监测系统、方法及应用，能够有效的提高装配式建筑的建筑质量。

Description

一种用于装配式建筑节点质量监测用的灌浆套筒、监测装置、 监测系统、方法及应用

技术领域

本发明涉及建筑施工管理及质量监测领域，更具体地说，尤其涉及一种用于装配式建筑节点质量监测用的灌浆套筒、监测装置、监测系统、方法及应用。

背景技术

文献1：聂东来,贾连光,杜明坎,刘明.(2014)."超声波对钢筋套筒灌浆料密实性检测试验研究."混凝土,No.09,pp:120-123.

文献2：高润东,李向民,王卓琳,张富文,许清风.(2017)."基于预埋钢丝拉拔法的套筒灌浆饱满度检测技术研究."施工技术,Vol.46,No.17,pp:1-5.

文献3：张富文,李向民,高润东,许清风,王卓琳.(2017)."便携式X射线技术检测套筒灌浆密实度研究."施工技术,Vol.46,No.17,pp:6-9+61.

文献4：陈文龙,李俊华,严蔚,孙彬.(2018)."基于压电阻抗效应的套筒灌浆密实度识别试验研究."建筑结构,Vol.48,No.23,pp:11-16.

文献5：蒋俣,孙正华,付磊,魏晓斌,吴波.(2018)."冲击回波法检测装配式混凝土结构浆锚搭接灌浆饱满度的应用研究."建筑结构,Vol.48,No.23,pp:28-32.

文献6：孙彬,毛诗洋,王霓,张晋峰,顾盛.(2018)."预成孔法检测装配式结构套筒灌浆饱满度的试验研究."建筑结构,Vol.48,No.23,pp:7-10.

文献7：发明专利：一种结合BIM应用的套筒灌浆方法.201811639454.8.

文献8：发明专利：一种装配式桥梁盖梁节点灌浆密实度检测方法，CN110455677A，通过结合BIM技术与孔道灌浆检测，针对装配式桥梁施工质量需求，通过检测现场装配式桥梁的灌浆密实度，结合预警系统，为现场施工提供现场指导，实现监测自动化、数据处理可视化，使监测结果实时服务于施工质量管理决策。该申请对盖梁构件灌浆饱和度进行灌浆饱和度检测，随工程施工实时进行，并将检测结果实时上传至信息平台，导入至对应轴号的BIM 模型中，实现基于BIM模型的检测技术。

基于上述文献1-8，可以发现目前针对装配式建筑节点质量监测的技术主要包括超声波、预埋钢丝拉拔、便携式X射线、压电阻抗效应、预成孔法、冲击回波法、BIM技术辅助等技术方法，以实现节点套筒内灌浆密实度的监测。但是，现有的监测技术容易受到外部环境的干扰，且应用场景具有局限性，在实际工程应用中普适性不高。另外，现有的基于BIM技术应用的精细化建模并计算套筒灌浆体积，但该技术无法对大量的漏浆现象进行分析，漏浆的体积不能量化，真正的监测难以实现。

另外，装配式建筑后期使用过程中，其安全性如何监测，有鲜有学者对此问题进行研究。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于装配式建筑节点质量监测用的灌浆套筒、监测装置、监测系统、方法及应用。

一种用于装配式建筑节点质量监测用的灌浆套筒，其包括：套筒本体，在套筒本体的侧面开设有：排浆口(4)以及注浆口(8)，注浆口(8)设置于排浆口(4)的下方；在排浆口(4)以及注浆口(8)之间的套筒本体内侧设置有竖向延伸的埋置内槽(5)。

一种用于装配式建筑节点质量监测装置，包括前述的灌浆套筒、阻尼振动传感器(1)、牵引绳(2)、外伸电缆(3)、应变传感器(6)；将应变传感器(6)利用牵引绳导引贴入套筒内壁的埋置内槽(5)内，并将内部力学性能长期监测的外伸电缆出口设在注浆口。

进一步，阻尼振动传感器(1)包括：杆状物、端部芯片、圆锥形胶塞；杆状物穿过圆锥形胶塞，且置于圆锥形胶塞的一侧；圆锥形胶塞与排浆口的大小适配，且其直径大的一侧在排浆口的外侧，直径小的一侧在排浆口的内侧，以堵住排浆口；阻尼振动传感器(1)的端部芯片伸入到套筒内部，用于探测浆料饱满度。

进一步，埋置内槽(5)的长度大于应变传感器(6)的长度。

一种装配式建筑节点质量监测系统，包括：若干前述的质量监测装置；

还包括：数据采集与传输系统、数据库、建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统、显示系统、预警系统；

其中数据采集与传输系统用于采集阻尼振动传感器与应变传感器的数据、以及将上述数据传递给数据库，数据采集与传输系统的输出端与数据库的输入端连接；

数据库用于存储数据采集与传输系统采集的数据；

显示系统用于显示建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统的计算结果，建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统的输出端与显示系统的输入端连接；

建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统的输出端与预警系统的输入端连接，预警系统用于显示是否预警。

进一步，建筑质量水平计算系统将每个阻尼振动传感器传递而来的数据x₁、x₂、x₃……x_N进行计算，进而得到建筑物的质量水平值,具体方式如下：

首先，计算平均值μ以及标准差σ：

计算下式，s代表预警值，一般取180；

根据下面的判断条件进行是否报警：

Y₂<0.85时进行预警。

进一步，建筑质量水平计算系统将计算得到的Y₂、以及密实度质量水平评价结果传递到显示系统；

当触发报警条件时，建筑质量水平计算系统传递信号给预警系统，预警系统进行预警；当不触发报警条件时，建筑质量水平计算系统不传递信号给预警系统，预警系统不进行预警。

进一步，建筑质量水平变动监测系统将每个应变传感器实时传递而来的数据，进行分析，具体如下：

第j个应变传感器，其隔m时刻采集一次数据得到的数据序列为：C_j，1、C_j，2、C_j，3……、C_j，_u、C_j，u+1……，计算结果Z_j，u为第u次与第u+1次之间的监测结果的增长比例，即下式：

根据下面的判断条件进行是否报警：

LCL＝-0.05,UCL＝0.05。

建筑质量水平变动监测系统将t-Z_j的控制图进行数据展示，显示系统将t-Z_j的控制图进行显示。

一种装配式建筑节点质量监测系统的应用，采用前述的装配式建筑节点质量监测系统对建筑物整体进行监测；

根据预警结果，来决定下一步如何处理：

若建筑物整体密实度质量水平优或者良，可不对能量值高于180以上的进行处理；

若建筑物整体密实度质量水平差，则需要对那些能量值高于180以上的套筒以及 上述套筒所在的墙体的其他套筒重新进行灌浆；

然后再重新测量，直至满足Y₂大于等于0.85；在重新测量时，只针对前次能量值高 于180 套筒进行测量，计算时，这些重新测量的套筒将其前次的数据代替重新计算Y₂。

进一步，前述的建筑物整体是建筑物的某一个墙体、或者某一层墙体，或者是整个建筑物的全部墙体。

基于前述的装配式建筑节点质量监测系统的监测方法，包括以下步骤：

S1，建筑物内的钢筋连接套筒采用实施例1的套筒，且在上述套筒内安装阻尼振动传感器与应变传感器；

S2，设置以及安装数据采集与传输系统；

S3,将各个套筒中的阻尼振动传感器与应变传感器的数据传输到数据库中，数据库将上述数据进行存储；

S4:数据库将上述数据传递到建筑质量水平计算系统，建筑质量水平变动监测系统；

S5:建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统将计算的结果传递给显示系统，即将节点质量监测结果输出；

S6:建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统将计算的结果传递给预警系统，预警系统进行预警处置。

本申请的优点在于：

第一，本申请采用了“密实度结果监测+使用过程监测”相结合的方法，阻尼振动传 感器是结果监测，一般是在灌浆初凝前测量，用来确定灌浆的质量；而应变传感器是过程监 测，一般是初凝后进行测量(初凝前也进行测量，但是应用价值不大)，用来确定建筑物的健 康安全(其是一个长期性的监测)。

即虽然基于阻尼振动传感器，对装配式建筑的连接套筒的密实度进行监测评价， 但是，这一单项数据仍然不能保证后期的质量；因此，必须要结合应变传感器，其作为初凝 后的主要监测指标，若建筑装配式墙体发生倾斜等问题，其必然会反应在应变传感器上(其 并未查看墙体外侧变化，而是直观的测量其内部应变，结果更准确)。

第二，在上述基本构思下，需要同时设置阻尼振动传感器和应变传感器(以往的设 计不需要设置应变传感器，即没有设置应变传感器的需求)，针对这一新的需求，对灌浆套 筒进行了二次设计：以注浆口和排浆口为两点，在其之间开槽(即埋置内槽)。

第三，上述埋置内槽的设计可以避免阻尼振动传感器与外伸电缆同时处于排浆口而造成空间堵塞。

第四，浆料从注浆口进入，由下至上，会给传感器一个正向的压力，使其更加牢固地贴于内槽中。

第五，注浆口为靠近地面一侧，方便后续的供电、数据采集等。

第六，选择注浆口-排浆口一侧开槽可以最大限度地减少对套筒施工的影响。

第七，提出了大数据处理的方法，通过若干传感器的布置与数据采集，进行统计方法分析，并设定标准值为180，计算正态分布概率曲线下的包络面积(更为准确的是修正公式)，及为量化的整层质量水平值，并设定了衡量参数；

例如，针对某一个大型墙体而言，其需要20个以上的套筒，其中6个进行监测，其中，有监测结果为：44、89、181、172、199、134时，Y₂＝0.78(修正公式计算为0.79)，其虽然只有2个套筒不合格，但是仍然需要进行补灌(主要针对测量为181、199及其邻近的套筒)。

而如果不采用本申请的方法，无法确定是否需要补灌(表面上看是有2/3的合格，1/3的不合格)。

本申请的大数据处理方法，一般是针对建筑墙体、同层的所有墙体、整个建筑物的所有墙体，均进行分析。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是实施例1的灌浆套筒的三维设计图。

图2是实施例1的灌浆套筒的竖向设计图。

图3是实施例1的灌浆套筒的横截面设计图。

图4是实施例1的传感器布置示意图。

图5是实施例1的阻尼振动传感器的设计示意图。

图6是实施例1的套筒-钢筋连接示意图。

图7是实施例2的监测方法的示意图。

图8是实施例2的监测系统的示意图。

图9是整体质量水平的实例图。

图10是建筑质量水平变动监测系统计算结果的预警实例图。

图1-10中的附图标记说明如下：

阻尼振动传感器1、牵引绳2、外伸电缆3、排浆口4、埋置内槽5、应变传感器6、浆料流动线路7、注浆口8、圆锥形胶塞9。

具体实施方式

实施例1,如图1-3所示，一种用于装配式建筑节点质量监测用的灌浆套筒，其包括：套筒本体，在套筒本体的侧面开设有：排浆口4以及注浆口8，注浆口8设置于排浆口4的下方；在排浆口4以及注浆口8之间的套筒本体内侧设置有竖向延伸的埋置内槽5。

如图4所示，一种灌浆套筒中的传感器埋设方法，包括：阻尼振动传感器1、牵引绳2、外伸电缆3、应变传感器6；将应变传感器6利用牵引绳导引贴入套筒内壁的槽内，并将内部力学性能长期监测的外伸电缆出口设在注浆口。

阻尼振动传感器1包括：杆状物、端部芯片、圆锥形胶塞9；杆状物穿过圆锥形胶塞，且置于圆锥形胶塞的一侧；圆锥形胶塞与排浆口的大小适配(直径大的一侧在排浆口的外侧，直径小的一侧在排浆口的内侧)，以堵住排浆口。

埋置内槽5的长度a，大于应变传感器6的长度。

埋置内槽5的宽度b与应变传感器6的宽度适配(若传感器为圆形，即与其直径适配)。

阻尼振动传感器1的端部芯片伸入到套筒内部，用于探测浆料饱满度。

上述设计的优点在于：

(1)为了进一步缩小套筒内的占用空间、避免在钢筋插入式造成损害，对套筒结构进行二次设计。以注浆口和排浆口为两点，在其之间开槽，参数为：宽度b按照所埋置传感器的宽度设定，深度为传感器的厚度(若套筒壁厚满足正常施工的要求)。

(2)埋置操作设计：其优势包括：第一、可以避免阻尼振动传感器与外伸电缆同时处于排浆口而造成空间堵塞；第二、浆料从注浆口进入，由下至上，会给传感器一个正向的压力，使其更加牢固地贴于内槽中；第三、注浆口为靠近地面一侧，方便后续的供电、数据采集等；第四、选择注浆口-排浆口一侧开槽可以最大限度地减少对套筒施工的影响。

如图6所示，套筒用于钢筋-钢筋连接。

实施例2：上述的灌浆套筒用于建筑物的连接时，能够对建筑节点质量进行精细化监测。

一种基于密实度分析的装配式建筑节点质量监测方法，采用如实施例1所述的套筒、传感器埋设方案：

(1)采用实施例1的传感器埋设方法实现了数据的无损采集，保证了质量水平分析结果的准确性。借助现有的阻尼振动传感器和改进的光纤传感器(应变传感器)，通过将其埋置在节点套筒内，实现灌浆过程的实时监测，如发现不饱满的问题及时报警。具体为若能量值高于180，则认为需要进行二次补灌，并进行复测，达到合格值为止。

(2)基于大数据的分析技术。通过若干传感器的布置与数据采集，进行统计方法分析，并设定标准值为180，计算正态分布概率曲线下的包络面积，及为量化的整层质量水平值，并将95％设定为衡量参数。

(3)力学性能数据的统计分析，采用了环比分析法，实现了对质量水平变化的监测，并将±5％作为波动的上下限，实现质量水平波动的预警。

一种装配式建筑节点质量监测系统，包括：若干实施例1的套筒(优选的，占到总的 套筒数量的50％以上)，套筒内安装设置有阻尼振动传感器与应变传感器；

还包括：数据采集与传输系统、数据库、建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统、显示系统、预警系统；

其中数据采集与传输系统用于采集阻尼振动传感器与应变传感器的数据、以及将上述数据传递给数据库，数据采集与传输系统的输出端与数据库的输入端连接；

数据库用于存储数据采集与传输系统采集的数据；

显示系统用于显示建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统的计算结果，建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统的输出端与显示系统的输入端连接；

建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统的输出端与预警系统的输入端连接，预警系统用于显示是否预警。

建筑质量水平计算系统将每个阻尼振动传感器传递而来的数据x₁、x₂、x₃……x_N(阻尼振动传感器得到的数据为能量值)进行计算，进而得到建筑物的质量水平值,具体方式如下：

首先，灌浆套筒的质量符合正态分布，计算平均值μ以及标准差σ：

因此，所有的灌浆套筒的质量符合下式：

通过区间0≤x≤180(能量值大于180为不合格)的积分，能够对其整体的密实度质量水平进行监控预警：

或者

根据下面的判断条件进行是否报警：

Y₂<0.85时进行报警；

并且建筑质量水平计算系统将计算得到的Y₂、以及密实度质量水平评价结果传递到显示系统；

当触发报警条件时，建筑质量水平计算系统传递信号给预警系统，预警系统进行预警；当不触发报警条件时，建筑质量水平计算系统不传递信号给预警系统，预警系统不进行预警。

工程人员根据预警结果，来决定下一步如何处理：

若建筑物整体密实度质量水平优或者良，可不对能量值高于180以上的进行处理；

若建筑物整体密实度质量水平差，则需要对那些能量值高于180以上的套筒以及 上述套筒周围的其他套筒重新进行灌浆、分析漏浆的原因等；(若该墙体的监测套筒均不合格，那么该墙体的套筒全部补灌)。

然后再重新测量，直至满足Y₂大于等于0.85(说明大部分的灌注套筒均已满足要求)。

上述采用数据，说明如下，例如某建筑物，有4面墙体，每面墙体安装了4个套筒监测设备，第一次振动阻尼传感器计算结果如下：

第一面墙体	210	80	66	90
					第二面墙体	220	190	230	189
第三面墙体	79	192	221	189
					第四面墙体	99	204	188	177

计算的Y₂(修正公式计算)，得Y₂＝0.71

然后，针对第一面墙体、第二面墙体、第三面墙体、第四面墙体重新进行补灌；

再次测量结果如下：

计算的Y₂(修正公式计算)，得Y₂＝0.99；说明补灌后该层建筑物的墙体合格。

建筑质量水平变动监测系统将每个应变传感器实时传递而来的数据，进行分析，具体如下：

第j个应变传感器，其隔m时刻采集一次数据得到的数据序列为：C_j，1、C_j，2、C_j，3……、C_j，u、C_j，u+1……，计算结果Z_j，u为第u次与第u+1次之间的监测结果的增长比例，即下式：

根据下面的判断条件进行是否报警：

建筑质量水平变动监测系统将t-Z_j的控制图进行数据展示，显示系统将t-Z_j的控制图进行显示。

本专利依托课题，已经在北京市中建门头沟项目进行了安装应用，取得了良好的效果。

如图9所示，给出了整体质量水平的示意图。

如图10所示，以C1监测点为例，设定目标值为0.00，以UCL＝0.05，LCL＝-0.05，作为预警值。

采用上述监测系统监测的方法是：

S1，建筑物内的钢筋连接套筒采用实施例1的套筒，且在上述套筒内安装阻尼振动传感器与应变传感器；

S2，设置以及安装数据采集与传输系统；

S3,将各个套筒中的阻尼振动传感器与应变传感器的数据传输到数据库中，数据库将上述数据进行存储；

S4:数据库将上述数据传递到建筑质量水平计算系统，建筑质量水平变动监测系统；

S5:建筑质量水平计算系统，建筑质量水平变动监测系统将计算的结果传递给显示系统，即将节点质量监测结果输出；

S6:建筑质量水平计算系统，建筑质量水平变动监测系统将计算的结果传递给预警系统，预警系统进行预警处置。

需要说明的是：实施例2中的Y2计算公式，更为严谨的做法是：

举例说明两者的区别，

某建筑单层楼具有5面墙体，在每面墙体中均安装2个实施例1的监测设备，测量结果如下时：

20,22,21,26,33,55,22,21,18,172。

上述每个监测结果均小于180，说明每个测量值均符合要求。

实施例1计算的Y2＝0.81(不合格)，这与事实不符。

而采用修正的Y2＝0.998(合格)，与事实相符。

当然，实际的监测结果一般以正态分布结果为主，

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (4)

1.一种装配式建筑节点质量监测系统，包括：若干监测装置；其特征在于，

所述的监测装置，包括灌浆套筒、阻尼振动传感器(1)、牵引绳(2)、外伸电缆(3)、应变传感器(6)；将应变传感器(6)利用牵引绳导引贴入套筒内壁的埋置内槽(5)内，并将内部力学性能长期监测的外伸电缆出口设在注浆口；

所述灌浆套筒，其包括：套筒本体，在套筒本体的侧面开设有：排浆口(4)以及注浆口(8)，注浆口(8)设置于排浆口(4)的下方；在排浆口(4)以及注浆口(8)之间的套筒本体内侧设置有竖向延伸的埋置内槽(5)；

阻尼振动传感器(1)包括：杆状物、端部芯片、圆锥形胶塞；杆状物穿过圆锥形胶塞，且置于圆锥形胶塞的一侧；圆锥形胶塞与排浆口的大小适配，且其直径大的一侧在排浆口的外侧，直径小的一侧在排浆口的内侧，以堵住排浆口；阻尼振动传感器(1)的端部芯片伸入到套筒内部，用于探测浆料饱满度；

埋置内槽(5)的长度大于应变传感器(6)的长度；

还包括：数据采集与传输系统、数据库、建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统、显示系统、预警系统；

其中数据采集与传输系统用于采集阻尼振动传感器与应变传感器的数据、以及将上述数据传递给数据库，数据采集与传输系统的输出端与数据库的输入端连接；

数据库用于存储数据采集与传输系统采集的数据；

显示系统用于显示建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统的计算结果，建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统的输出端与显示系统的输入端连接；

建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统的输出端与预警系统的输入端连接，预警系统用于显示是否预警；

建筑质量水平计算系统将每个阻尼振动传感器传递而来的数据x₁、x₂、x₃……x_N进行计算，进而得到建筑物的质量水平值,具体方式如下：

首先，计算平均值μ以及标准差σ：

计算下式，s代表预警值，取180；

根据下面的判断条件进行是否报警：

判断条件为：

Y₂<0.85时进行预警。

2.如权利要求1所述的一种装配式建筑节点质量监测系统，其特征在于，建筑质量水平变动监测系统将每个应变传感器实时传递而来的数据，进行分析，具体如下：

第j个应变传感器，其隔m时刻采集一次数据得到的数据序列为：C_j，1、C_j，2、C_j，3……、C_j，u、C_j，u+1……，计算结果Z_j，u为第u次与第u+1次之间的监测结果的增长比例，即下式：

根据下面的判断条件进行是否报警：

其中，LCL＝-0.05,UCL＝0.05；

建筑质量水平变动监测系统将t-Z_j的控制图进行数据展示，显示系统将t-Z_j的控制图进行显示。

3.如权利要求2所述的一种装配式建筑节点质量监测系统，其特征在于，建筑质量水平计算系统将计算得到的Y₂、以及密实度质量水平评价结果传递到显示系统；

当触发报警条件时，建筑质量水平计算系统传递信号给预警系统，预警系统进行预警；当不触发报警条件时，建筑质量水平计算系统不传递信号给预警系统，预警系统不进行预警。

4.基于权利要求2所述的装配式建筑节点质量监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，建筑物内的钢筋连接套筒采用权利要求2中的套筒，且在上述套筒内安装阻尼振动传感器与应变传感器；

S2，设置以及安装数据采集与传输系统；

S3,将各个套筒中的阻尼振动传感器与应变传感器的数据传输到数据库中，数据库将上述数据进行存储；

S4:数据库将上述数据传递到建筑质量水平计算系统，建筑质量水平变动监测系统；

S5:建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统将计算的结果传递给显示系统，即将节点质量监测结果输出；

S6:建筑质量水平计算系统、建筑质量水平变动监测系统将计算的结果传递给预警系统，预警系统进行预警处置。

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