CN111272867B - 一种钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，其包括预压构件、传力棒、伸缩调节件、振动传感器和数据采集系统；所述传力棒为一条刚性棒体，其通过伸缩调节件安装在刚性预压构件上；所述的刚性预压构件用于将传力棒固定于钢筋套筒连接结构所在的墙体上，所述伸缩调节件固定于刚性预压构件上，用于控制传力棒沿垂直墙体方向移动，使传力棒端部紧密支顶于待检测的钢筋套筒内的钢筋表面上；所述的振动传感器固定于传力棒上，所述数据采集系统用于采集振动传感器的感应信号；所述的对钢筋套筒连接的灌浆密实度进行定量的分析，可以使用时域信号得到峰宽比，或是频域信号的最大幅值对应的频率，作为定量分析的标准。

Description

一种钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法
技术领域
本发明属于测量领域，具体涉及一种建筑工程中一种钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法。
背景技术
装配式建筑结构作为一种新兴的绿色环保节能型建筑方式，其优点众多，得到了国内外相关人员的广泛关注，代表了建筑业技术进步的方向。预制构件现场连接的质量控制对于保证装配式建筑能够安全正常使用至关重要，但目前工程中尚缺乏有效的检测手段，因此急需研究开发装配式结构现场连接质量的检测与评估方法来实现对其施工过程中和施工完成后的质量控制和质量检测。
预制构件的现场拼接常采钢筋套筒节点连接，而这些连接结构一旦出现问题，将发生较大的安全事故，后果不堪设想。对于钢筋套筒节点连接来讲，连接质量好坏取决于套筒内的注浆是否饱满和密实。因此需要一种合理可靠的钢筋套筒注浆密实度定量检测方法，对装配式建筑关键节点进行连接质量检测，从而避免发生安全事故。
目前来说，测试钢筋套筒连接的灌浆密实度，从现有的文献和专利来看，主要有电阻测试法、钢丝拉拔法、带阻尼的振动传感器法、冲击回波法、超声波法。在引述的电阻测试法、钢丝拉拔法和带阻尼的振动传感器法中，都需要进行预埋，不能进行随机检测，况且这种预埋构件有可能在预埋后已经损坏，无法进行测试。其二，因为进行试验需要预埋，出于成本的要求，不可能进行大量的试验，所以可靠性有待考证。
在钢筋套筒连接的灌浆密实度的测试中，动态测试方式是最具有应用潜力的，而其中冲击回波法(Impact Echo-Test，IET)就占了大多数，其次是超声波法。对于IET，预埋在结构构件里的套筒而言，冲击面和反射面的距离过短，导致入射和反射的P波会叠加，最后的结果就是无法直接辨认出来缺陷位置及程度，或是直接把显示缺陷的时域波段都淹没掉了。
而对超声波法，也是需要在套筒外的墙面施加固定频率的持续振动，然后超声传感器接收，也是基于入射波以及反射波(或透射波)进行分析，由于套筒与钢筋之间空腔尺寸相对于超声波波长较小，也是会出现对缺陷无法分辨的问题。
所以，目前套筒灌浆体密实度的检测，还没有一个能在工程实践中行之有效的方案。本文正是基于这一背景，提出了一种新的方法，即通过专门装置上的传力棒，对钢筋施加一定的预压力，然后在传力棒上的端部，施加一个冲击力(可采用锤击方法)。由于传力棒施加了一定的预压力，所以在钢筋受冲击产生振动后，钢筋振动可传递到传力棒上，借助于传力棒上安装的应变片，可采集到来自钢筋水平振动的振动信息。对采集到的振动信号进行时域信号和频域信号的分析，可以分析得到钢筋套筒连接的灌浆密实程度。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测装置及其方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，其包括如下步骤：
S1：将刚性的传力棒支顶于待检测钢筋套筒连接结构内的钢筋表面，并保持两者之间始终具有预压力；所述传力棒上固定有与传力棒同步振动的振动传感器，所述振动传感器为应变片、位移传感器、加速度传感器和速度传感器中的一种或多种组合；
S2：对套筒结构内的钢筋施加沿传力棒轴向的冲击力，使钢筋和传力棒同步振动，通过所述振动传感器采集该冲击力下传力棒的振动感应信号；
S3：从所述振动感应信号中获取特征指标的参数值，特征指标为时域指标或频域指标中的一个或多个组合；
所述时域指标包括：从所述振动感应信号的时域信号中获取的波形曲线中第N个半波的幅值、任意高度处的峰宽和任意高度处的峰宽比，N＝1或2；
所述频域指标包括：从所述振动感应信号的频域信号曲线中，获取的最大幅值所对应的响应频率；
S4：根据S3中获取的所述参数值，基于不同灌浆体密实度对应的特征指标参数值阈值区间，确定待检测钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度。
作为第一方面的优选，所述的半波优选为峰波或谷波。
作为第一方面的优选，所述的传力棒优选垂直支顶于套筒结构内的钢筋表面。
作为第一方面的优选，所述的振动传感器为应变片、位移传感器、速度传感器和加速度传感器。
作为第一方面的优选，所述的振动感应信号优选为应变片采集的电信号经过放大、滤波去噪后得到的时域信号。进一步的，所述的滤波去噪优选为包括维纳滤波、卡尔曼滤波、带阻滤波器、低通滤波器中的一种或多种。
作为第一方面的优选，所述的振动传感器为加速度传感器，所述的振动感应信号为将加速度传感器采集到的加速度进行积分后获得的速度信号。
作为第一方面的优选，所述的特征指标为从所述振动感应信号的时域信号中获取的波形曲线中第1个半波的半高峰宽比。
作为第一方面的优选，所述的时域指标的获取方法为：
对所述振动传感器采集到的电信号进行放大后，再通过滤波器去除扰动杂波和噪音，得到时域信号；从时域信号的波形曲线中，获取第1个半波的幅值、半高峰宽和半高峰宽比中一个或多个，作为时域指标。
进一步的，所述去除扰动杂波和噪音的滤波器由维纳滤波、卡尔曼滤波器、带阻滤波器和低通滤波器组成，放大后的电信号先经过维纳滤波，再经过卡尔曼滤波器进行平滑，然后经过带阻滤波器对工频干扰的频率进行抑制，最后经过截止频率为3000Hz的低通滤波器滤除高频信号。
作为第一方面的优选，所述的频域指标的获取方法为：
对所述振动感应信号的时域信号进行傅里叶变换，得出FFT功率谱，然后在功率谱中截取出频率和幅值的频域图，从频域图中得到最大振动幅值所对应的频率，作为频域指标。
作为第一方面的优选，所述不同灌浆体密实度对应的特征指标参数值阈值区间确定方法如下：
利用型号参数相同的若干待检测的钢筋套筒连接结构，分别注入不同密实度的灌浆体，按照S1～S3所述的方法针对每一种灌浆体密实度获取特征指标的多组参数值，对特征指标的参数值阈值分布进行统计学分析，得到每种灌浆体密实度对应的特征指标参数值阈值区间。
进一步的，所述不同灌浆体密实度对应的特征指标参数值阈值区间确定过程中，每次检测施加于传力棒上的预压力保持一致。
作为第一方面的优选，所述的特征指标有多个，根据每个特征指标确定待检测钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度判断结果，然后综合所有特征指标的灌浆体密实度判断结果得出最终的灌浆体密实度判断结果。
作为第一方面的优选，所述的灌浆体密实度检测方法在套筒内灌浆体固化后进行。进一步的，固化时间优选为至少为24～48h。
作为第一方面的优选，所述的传力棒从套筒的溢浆孔插入套筒内，或是从套筒的注浆孔插入套筒内，或是使用传力棒顶到套筒外壁。
作为第一方面的优选，所述的特征指标为时域信号的波形曲线衰减因子，所述衰减因子获取方法如下：针对所述振动感应信号的时域信号，对其波形曲线正方向的波峰点或者负方向的波谷点进行拟合，拟合公式为A·-wt，将拟合得到的参数w作为波形曲线衰减因子。
第二方面，本发明提供了一种钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，该方法基于钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测装置实现，灌浆体密实度检测装置包括刚性预压构件、传力棒、伸缩调节件、振动传感器和数据采集系统；所述传力棒为一条刚性棒体，其通过伸缩调节件安装在刚性预压构件上；所述的刚性预压构件用于将传力棒固定于钢筋套筒连接结构所在的墙体上，所述伸缩调节件固定于刚性预压构件上，用于控制传力棒沿垂直墙体方向移动，使传力棒端部紧密支顶于待检测的钢筋套筒内的钢筋表面上；所述的振动传感器固定于传力棒上，所述数据采集系统用于采集振动传感器的感应信号。
所述检测方法步骤如下：
S1：将刚性预压构件固定于待检测的钢筋套筒连接结构所在的墙体上，通过所述伸缩调节件将传力棒固定于墙体上，且使传力棒端部紧密支顶于钢筋套筒内的钢筋表面，两者之间始终具有预压力；
S2：对传力棒施加沿传力棒轴向的冲击力，使钢筋和传力棒同步振动，并采集该冲击力下所述振动传感器感应到的原始电信号，原始电信号通过经小信号/低噪声放大器放大和滤波器滤除噪声后，通过模数转换器采样转化为数字信号并存储于数据采集系统中；
S3：对数据采集系统中存储的放大后电信号进行维纳滤波以增强目标频率；
S4：然后将维纳滤波后的电信号输入卡尔曼滤波器中，按照S41～S46步骤进行平滑滤波，其中：
S41：针对放大后电信号中的第i个采样点xi，以第i个采样点为中心设置大小为N的滤波窗口，得到该滤波窗口中所有采样点构成的向量Datai；设定初始电信号预测幅值
Figure BDA0002402650560000051
其中，
Figure BDA0002402650560000052
为当前滤波窗口中所有采样点的平均值，
Figure BDA0002402650560000053
表示向量Datai中第j个采样点的信号值，j∈[1,N]；
S42：观测噪声的协方差矩阵
Figure BDA0002402650560000054
S43：计算卡尔曼增益
Figure BDA0002402650560000055
其中，H为观测矩阵，上标T表示转置；
S44：计算第i个采样点滤波后输出的电信号幅值：
Figure BDA0002402650560000056
式中：
Figure BDA0002402650560000057
表示第i个采样点xi的采样值；
S45：在进行下一个采样点的滤波前，更新电信号预测幅值
Figure BDA0002402650560000058
Figure BDA0002402650560000059
其中Q为状态转移协方差矩阵；同时使i＝i+1；
S46：依次针对放大后电信号中的剩余采样点，不断重复步骤S42～步骤S45，完成卡尔曼滤波；
S5：将卡尔曼滤波后的信号数据进行数字滤波，其过程是将信号先输入带阻滤波器，对工频干扰的频率进行抑制，然后经过截止频率为3000Hz的低通滤波器滤除高频信号，得出新的时域信号数据；
S6：从所述新的时域信号数据中，获取波形曲线上第N个半波的幅值、任意高度处的峰宽和任意高度处的峰宽比；其中N＝1或2；
S7：对所述新的时域信号数据进行傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)，得到FFT功率谱，然后在功率谱中截取出频率和幅值的频域图，从频域图中得到最大响应频率，所述最大响应频率为频域图中最大振动幅值所对应的频率；
S8：以所述幅值、所述峰宽、所述峰宽比和所述最大响应频率中的任意一个或多个为特征指标，根据S6或S7步骤中确定的特征指标的参数值，基于不同灌浆体密实度对应的特征指标参数值阈值区间，确定待检测钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度。
作为第二方面的优选，所述的特征指标优选为波形曲线上第1个半波的半高峰宽比。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
1.本发明的钢筋套筒连接结构灌浆体密实度的检测装置及方法，可用于对注浆完成后的钢筋套筒节点的灌浆体进行密实度进行定性及定量的判定，且可以对不同的套筒连接钢筋质量进行抽样检查以及可重复性试验，试验做完后都能进行回收，对于建筑工程的现场连接节点质量检测具有重大的实用价值。
2.本发明中针对套筒内灌浆体密实度的定量检测，优化得到了多个从信号曲线上获取的特征指标，进而简化了信号曲线的对比，便于实现方法的自动化。
3.本发明中可以采用多种振动传感器组合使用，相比于只采用应变片一个单独的传感器，本发明可以将不同传感器下得到的判定结果进行相互比较验证。
附图说明
图1为两种振动信号曲线的示意图；
图2为改进的钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测装置示意图；
图3为刚性预压构件的结构示意图；
图4为预压力施加板的结构示意图；
图5为应变片的结构示意图；
图6为传力棒的结构示意图；
图7为锁扣的结构示意图；
图8为传感器固定架的结构示意图；
图9为可抽离部分的组装示意图；
图10为可抽离部分装入刚性预压构件后的结构示意图；
图11为可抽离部分与刚性预压构件通过锁扣锁定后的结构示意图；
图12为改进的钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测装置检测状态示意图；
图13为4组不同密实度梯度注浆下的钢筋套筒连接结构与检测装置检测状态示意图；
图14为灌浆后不同时间的试件抗压强度；其中，-------为拟合线，×为同条件养护下的试验结果，◇为蒸汽养护下的试验结果；
图15为无注浆的套筒模型在各密实度梯度下的信号结果；其中，图15(a)、图15(b)、图15(c)、图15(d)分别为时域图、FFT功率谱、频域图，和位移、速度及加速度信号；
图16为1/3饱和注浆的套筒模型在各密实度梯度下的信号结果；其中，图16(a)、图16(b)、图16(c)、图16(d)分别为时域图、FFT功率谱、频域图，和位移、速度及加速度信号；
图17为2/3饱和注浆的套筒模型在各密实度梯度下的信号结果；其中，图17(a)、图17(b)、图17(c)、图17(d)分别为时域图、FFT功率谱、频域图，和位移、速度及加速度信号；
图18为完全饱和注浆的套筒模型在各密实度梯度下的信号结果；其中，图18(a)、图18(b)、图18(c)、图18(d)分别为时域图、FFT功率谱、频域图，和位移、速度及加速度信号；
图19为灌浆体固化24小时后不同注浆密实度对应的最大响应频率参数值正态分布图；N代表为样本采集数，下同；
图20为灌浆体固化24小时后不同注浆密实度对应的幅值参数值正态分布图；
图21为灌浆体固化24小时后不同注浆密实度对应的半高峰宽参数值正态分布图；
图22为灌浆体固化24小时后不同注浆密实度对应的半高峰宽比参数值正态分布图；
图23为灌浆体固化48小时后不同注浆密实度对应的最大响应频率参数值正态分布图；
图24为灌浆体固化48小时后不同注浆密实度对应的幅值参数值正态分布图；
图25为灌浆体固化48小时后不同注浆密实度对应的半高峰宽参数值正态分布图；
图26为灌浆体固化48小时后不同注浆密实度对应的半高峰宽比参数值正态分布图；
图27为三种钢筋套筒连接结构形式。
图中：槽孔1、小孔2、传力棒通孔3、预压力施加板4、中心孔5、刚性预压构件6、传感器托盘7、螺母8、加速度传感器9、传感器固定架10、应变片[Strain Gauge]11、外攻螺纹段12、六角柄13、变截面过渡段14、细杆段15、传力棒16、锁扣17、翼脚18、螺纹孔19、钢筋20、排浆接头21、灌浆接头22、混凝土23、盖子24、灌浆体25、钻孔26、检测装置27、小信号/低噪声放大器28、信号采集仪30、上位机31、配套数据线32、冲击力33。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明提出的一种钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，所针对的对象是钢筋套筒连接结构。常见的钢筋套筒连接结构中，一般是在两条钢筋之间通过连接套筒进行连接，而套筒内部进行混凝土灌浆加固。由于套筒连接结构注浆之后，套筒内有可能存在注浆密实度不足的问题，从而使抗拉承载力比设计值偏低，影响套筒连接结构的安全正常使用，因此需要提供一种检测装置对钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度进行定量检测，消除工程施工隐患。灌浆体密实度不足的表现形式为：灌浆量不足或者漏浆导致部分钢筋裸露，或者灌浆过程中出现空腔造成钢筋外的灌浆体固化后出现空洞。
实施例1
在申请人前期提供的方案中，提供了一种锤击预压式测试套筒连接结构注浆密实度的装置及方法，其具体技术方案参见CN201811592823.2的中国发明专利。在该装置中，外部钢结构预压构件底部四周固定于待检测的钢筋套筒连接结构所在的墙体上；外部钢结构预压构件的盖体上开设通孔，且通孔位置固定有一个螺母；传力棒为一条刚性棒体，且棒体中部位置外攻螺纹，传力棒穿过所述盖体上的通孔后旋入螺母中，棒体上的螺纹与所述螺母构成驱动传力棒上下移动的螺纹配合；传力棒底部紧密支顶于待检测的钢筋套筒连接结构的注浆实体上；动态信号采集传感器贴合于传力棒上；测力锤用于敲击传力棒端部。通过该装置来实现装配式结构钢筋套筒现场连接质量检测，对套筒内注浆密实度完成定量分析。
由上述技术方案可以看出，该灌浆体密实度检测装置和方法，能够基于锤击振动下信号随时间的变化曲线确定实际的灌浆体密实度所在区间。但在实际的检测过程中，肉眼对比两条变化曲线的难度是很大的，因此需要进一步对上述检测方法进行完善，使得定量化确定灌浆体密实度更加简单、可行。
因此，本发明在前述的灌浆体密实度检测方法基础上，提供了一种进一步改进的钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，其主要改进了振动感应信号曲线的特征提取方式，使得能够从曲线中提取处代表套筒内灌浆体密实度的特征指标，以特征指标的检测值来判断灌浆体密实度。需要注意的是，该方法并不需要基于前述实施例所述的检测装置进行，而是可以采用任意满足方法步骤说明的装置。
下面详细说明该改进的检测方法的具体实现。在本发明中，基于钢筋套筒连接灌浆密实度直接冲击振动检测方法试验(CN209460091U)，改进的钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，其步骤如S1～S4所示：
S1：将刚性的传力棒支顶于待检测钢筋套筒连接结构内的钢筋表面，并保持两者之间始终具有预压力，检测过程中不会出现脱离。两者之间保持预压力的方式可以是多样的，不做限定。同样的，传力棒上固定有与传力棒同步振动的振动传感器，振动传感器为应变片、位移传感器、加速度传感器和速度传感器中的一种或多种组合。为了保证检测信号的准确性，传力棒最好垂直支顶于套筒结构内的钢筋表面，使钢筋的径向振动会沿传力棒的轴向传导，进而被振动传感器检测到。
S2：对套筒结构内的钢筋施加沿传力棒轴向的冲击力，使钢筋和传力棒同步振动，通过传力棒上固定的振动传感器采集该冲击力下传力棒的振动感应信号。由于套筒结构内的钢筋外围包裹有混凝土灌浆体，因此待灌浆体固化时钢筋与灌浆体是一体的，钢筋会与灌浆体同步振动。灌浆体的密实度会直接影响钢筋的振动特性，因此振动传感器检测到的振动感应信号中实际上会带有灌浆体的密实度信息，从其振动感应信号中可以根据后续方法进一步提取与灌浆体密实度相关的特征指标值。需要注意的是，该冲击力下传力棒的振动感应信号是指以该冲击力对钢筋造成的振动传递到振动传感器为起始点，由振动传感器检测到的时域信号。
在本步骤中，具体的振动感应信号是随着所采用的振动传感器变化而变化的。假如，振动传感器采用应变片，那么振动感应信号为应变片采集的电信号经过放大、滤波去噪后得到的时域信号。另外，假如振动传感器为加速度传感器，那么振动感应信号为将加速度传感器采集到的加速度进行积分后获得的速度信号。假如振动传感器为速度传感器，那么振动感应信号直接采用其感应到的速度信号。再者，振动传感器也可以是位移传感器，振动感应信号直接采用其感应到的位移信号。
S3：由于钢筋的振动是连续的，因此振动传感器检测到的振动感应信号实际上也是一系列离散点组成的波形曲线，该信号是一种时域信号，振动幅值随时间的变化而变化。从振动感应信号的波形曲线中，可以提取特征指标的参数值。在本发明中，经过研究发现，能够反映灌浆体密实度的特征指标分为时域指标和频域指标两类，下面分别详细叙述。
本发明所说的时域指标包括3种，即从振动感应信号的时域信号中获取的波形曲线中第N个半波的幅值、任意高度处的峰宽和任意高度处的峰宽比，N＝1或2。此处，半波是指位于横坐标轴一侧且跨度为半个周期的波。N＝1或2，表明可以是时域信号中的首个半波或者第二个半波。需要注意的是，由于振动传感器的接线方式不同，其检测到的第N个半波可能表现为位于横坐标轴上方的峰波，也可能表现为位于横坐标轴下方的谷波，两者均可视为半波。如图1a)所示，展示了波形曲线中首个半波为峰波的情况，此时第二个半波为谷波，这两个半波都可以用于提取特征指标。如图1b)所示，展示了波形曲线中首个半波为谷波的情况，此时第二个半波为峰波，这两个半波也都可以用于提取特征指标。本发明中，为了便于描述，谷波的波宽度也称为峰宽，幅值与峰宽的比值也称为峰宽比。本发明中，第N个半波的峰宽比(Peak Width Ratio)计算公式如下：
Figure BDA0002402650560000101
对于一个半波而言，其幅值也就是最大振幅是固定的，但其峰宽在不同的高度处是不同的。上述所说的任意高度处的峰宽是指半波的任意高度处的半波峰宽。而任意高度处的峰宽比则是指半波的幅值与任意高度处的半波宽度之比，也就是将上述计算公式中的分母改为相应高度处的半波的峰宽。例如，半波峰宽＝幅值/半高峰宽。
本发明所说的频域指标指最大响应频率，即从振动感应信号的频域信号曲线中，获取的最大幅值所对应的响应频率。
上述时域指标的获取方法为：
对振动传感器采集到的电信号进行放大后，再通过滤波器去除扰动杂波和噪音，得到时域信号；从时域信号的波形曲线中，即可获取3种时域指标。
上述频域指标的获取方法为：
对振动感应信号的时域信号进行傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)，得出FFT功率谱，然后在功率谱中截取出频率和幅值的频域图，从频域图中得到最大振动幅值所对应的频率，记为最大响应频率，将其作为频域指标。
本发明中，3种时域指标和1种频域指标均可以作为特征指标，用于反应灌浆体密实度。在实际检测过程中，可以选择其中一种或多种组合。
S4：由于上述特征指标的参数值实际上带有套筒结构内灌浆体密实度的信息，因此就可以根据S3中从振动感应信号获取的特征指标的参数值，来确定待检测钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度。具体确定时，需要调用预先足尺试验所获得的不同灌浆体密实度对应的特征指标参数值阈值区间。
由于不同的型号参数的钢筋、套筒、注浆混凝土均会影响特征指标反映出的参数值，因此调用的特征指标参数值阈值区间也是需要基于与待检测的钢筋套筒连接结构相同的钢筋套筒连接结构，通过足尺试验获取的。下面提供一种，不同灌浆体密实度对应的特征指标参数值阈值区间确定方法，具体如下：
利用型号参数相同的若干待检测的钢筋套筒连接结构，分别注入不同密实度的灌浆体，按照S1～S3中所说的方法针对每一种灌浆体密实度获取特征指标的多组参数值。每一种灌浆体密实度中，每个特征指标的参数值所需的样本量应当满足统计学的要求，使其能够准确反映这种灌浆体密实度下特征指标参数值的分布区间。当获取到这些参数值后，即可对特征指标的参数值阈值分布进行统计学分析，得到每种灌浆体密实度对应的特征指标参数值阈值区间。基于这些阈值区间，即可根据S3中从振动感应信号获取的特征指标的参数值，判断该参数值落在哪个阈值区间，进而将该阈值区间对应的灌浆体密实度作为待检测的钢筋套筒连接结构内灌浆体密实度的判断结果，由此实现了灌浆体密实度的定量检测。
在预先足尺试验过程中，具体设置的灌浆体密实度梯度组数可以调整，例如可以设置4组不同密实度梯度注浆，分别为无注浆、1/3饱和注浆、2/3饱和注浆、完全饱和注浆。当然若对定量检测的精度要求较高，则可以设置更多的梯度。
另外，足尺试验时，在不同灌浆体密实度对应的特征指标参数值阈值区间确定过程中，每次检测施加于传力棒上的预压力应当尽量保持一致。同时，实际检测时，其预压力也与前期的足尺试验中所用的预压力一致。
本发明中，特征指标一共具有4种，包括3种时域指标和1种频域指标，其都可以在一定程度上反应钢筋外包裹的灌浆体密实度。假如特征指标同时采用多个，那么需要根据每个特征指标确定待检测钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度判断结果，然后综合所有特征指标的灌浆体密实度判断结果得出最终的灌浆体密实度判断结果。一般来说，可以选择所有特征指标的判断结果中出现次数最多的那个灌浆体密实度作为最终的结果，当然也可以设置各特征指标的权重系数综合确定。
从实际测试结果来看，在本发明中，振动传感器优选采用应变片，而特征指标则优选采用从振动感应信号的时域信号中获取的波形曲线中第1个半波的半高峰宽比。此处半高峰宽比是指该半波的一半峰值高度处的半波宽度，即通过峰高的中点作平行于峰底的直线，此直线与半波两侧相交交点之间的距离。由于信号曲线实际上为离散点组成的，因此实际操作时也可以采用最接近两个交点的两个离散采样点的横坐标之差。
本发明中，振动传感器采集到的原始电信号较为微弱，因此一般需要经过放大处理，一般可以采用小信号/低噪声放大器(小信号放大器或低噪声放大器，具体根据需要选择)进行放大。采集的原始信号为模拟信号，经小信号/低噪声放大器放大后，需要通过模数转换器采样转化为数字信号存储于数据采集装置中。数据采集装置一般采用与传感器配套的信号检测仪器。另外，可能存在较多的扰动以及噪音，因此需要通过滤波器去除扰动杂波和噪音。滤波去噪包括维纳滤波、卡尔曼滤波、带阻滤波器、低通滤波器中的一种或多种。在本发明的一种较佳滤波方式中，滤波器由维纳滤波、卡尔曼滤波器、带阻滤波器和低通滤波器组成，放大后的电信号先经过维纳滤波，再经过卡尔曼滤波器进行平滑，然后进行数字滤波，其过程是将信号先输入带阻滤波器对工频干扰的频率(本实施例中设为40Hz～60Hz)进行抑制，然后经过截止频率为3000Hz的低通滤波器滤除高频信号。经过该组合滤波器的滤波处理后，应变片采集的电信号中有效信息能够得到最大程度的体现，便于特征指标的提取。当然假如应变片采集的电信号本身基本没有噪声或者扰动，那么滤波过程可以去除，若原始信号值足够大，放大过程也可以省略。或者假如数据采集装置或者应变片配套的下位机中本身带有放大或滤波，也可以直接采用其输出的电信号作为振动感应信号，无需进行额外的放大或滤波处理。
另外，不同灌浆体密实度对应的特征指标参数值阈值区间也可以事先通过大量试验，直接形成不同结构参数的阈值查找表。通过查表法，在知道套筒型号、使用的灌浆体强度、钢筋直径及钢筋长度等参数下，查找得到适用的阈值区间。
另外，还可以通过对比试验，在现场模拟出已知灌浆体密实度梯度的对比试验。完成对比试验以后，通过有限元方法(Finite Element Method，FEM)进行计算，把对比试验和FEM方法进行拟合，然后改变不同条件的套筒型号、使用的灌浆体强度、钢筋直径及钢筋长度下，通过试验得出新的一组使用FEM形成的对比试验的数据，就可以通过现场检测的结果，定性及定量的判定套筒连接钢筋的密实度。
实施例2
上述实施例1中展示了本发明中改进的钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法的构思，其所依赖的检测装置形式可以多样。虽然其也可以通过CN201811592823.2的中国发明专利中记载的检测装置来实现，但是在实际工程中，通常需要批量检测许多钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度，而实施例1中检测装置的刚性预压构件是直接固定在墙壁上的，这会导致带有应变片的传力棒在检测完毕后无法快速拆卸。因此，本发明中，设计了一种更适用于工程上批量检测的钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测装置，下面详细描述其结构。
如图2所示，该灌浆体25密实度检测装置27包括预压力施加板4、传感器固定架10、刚性预压构件6、应变片11、锁扣17、传力棒16。
如图3所示，刚性预压构件6为一个盖状的中空钢构件，可由钢板压制成型，底部通过直角向外翻折形成一个固定平面，使其能够贴合待安装的墙体表面。刚性预压构件6上开有槽孔1、小孔2、中心孔5和翼脚18，槽孔1在两端各开设一个；小孔2在两端各开设两个；传力棒通孔3用于供传力棒16穿过。刚性预压构件6通过粘结剂或者膨胀螺栓等固定件与墙体连接固定。顶盖上的中心孔5是为了让固定在传力棒施16上的传感器固定架10通过。顶盖上的槽孔1是为了能使锁扣17通过预压力施加板4上的槽孔1，达到对传力棒16施加预压力的作用。顶盖上的小孔2用于定位或者穿过传感器数据线。刚性预压构件6可通过翼脚18上的小孔2，使用钉子或是螺丝在待测墙面上进行固定，或是使用胶在待测面上进行固定，或是两者兼施。
如图6所示，传力棒16呈多段式结构，依次划分为外攻螺纹段12、六角柄13、变截面过渡段14、细杆段15，整条传力棒16由钢材料一体成型。其中细杆段15的外径应当小于套筒的溢浆孔，以便于插入套筒中。变截面过渡段14上有一块平坦的表面，上面贴有应变片11。其外攻螺纹段12用于与刚性预压构件6安装配合，同时也用于装配传感器固定架10，而六角柄13用于施拧传力棒16。
如图4所示，预压力施加板4为一块刚性板，采用钢材制成。预压力施加板4上面开设有与刚性预压构件6对应的槽孔1、小孔2及传力棒通孔3。传力棒通孔3是为了能通传力棒16，本发明中，在传力棒通孔3上同轴焊接一个限位螺母，传力棒16的外攻螺纹段12与限位螺母构成螺纹配合，通过旋转六角柄13，可以调节传力棒16沿自身轴向前后伸缩。预压力施加板4上的槽孔1与刚性预压构件6上的槽孔1一一对应，用于安装锁扣17。预压力施加板4上的小孔2与刚性预压构件6上的小孔2一一对应，部分用于穿过传感器数据线，部分用于定位。
如图5所示，应变片11呈平面状，可以直接贴在变截面过渡段14的平坦表面。
如图7所示，锁扣17由一对螺栓和螺母组成，螺栓能够旋入预压力施加板4上和刚性预压构件6的对应槽孔1中，且分别与两个槽孔1构成螺纹配合，螺母拧于螺栓的端部。由此，通过螺栓即可在实现预压力施加板4上和刚性预压构件6锁定的同时，保证其相对间距可调节，且间距调节方向与传力棒16轴向一致。
如图8所示，传感器固定架10是由包括传感器托盘7、螺母8和小孔2在内所组成的刚性物体。传感器固定架10通过螺母8套在传力棒16的外攻螺纹段12上。通过传感器托盘7上左右各有小孔2，可以安装除加速度传感器9、速度传感器，或是位移传感器，传感器固定架10可以安装或是拆卸附在上面的传感器，可安装单个，或是两个或以上的传感器。应变片11、加速度传感器9、速度传感器或位移传感器，输出的是电信号，使用前需要对传感器进行标定，得出需要的物理量。
把预压力施加板4、传感器固定架10、应变片11、传力棒16结合在一起，就形成了如图9所示的可抽离部分，此时尚未安装刚性预压构件6和锁扣17。后续可以将该可抽离部分装入刚性预压构件6中，如图10所示，两端的槽孔1利用锁扣17进行固定，如图11所示。如图12所示，以传感器固定架10上安装加速度传感器9为例，使用相应的配套数据线32，对传力棒16上的应变片11及加速度传感器9对应的接上小信号/低噪声放大器28，然后再将其接到信号采集仪30上，最后在把上位机31也接上，构成信号检测通路。振动传感器的信号采集仪30与上位机31之间通过有线或者无线方式通信连接，振动感应数据存储在上位机31中。上位机31一般采用电脑。在待检测的钢筋套筒连接结构所在的墙面上，通过AB胶或者膨胀螺栓将刚性预压构件6上的翼脚18牢固的固定在墙面上。再把图9所示的可抽离部分穿过刚性预压构件6的中心孔5中，然后利用锁扣17进行锁定，形成完整的检测装置27。在实际使用时，可通过旋转传力棒16实现其端部位置相对于墙面的进出深度调整，适应于不同的墙体表面高度，同时也配合锁扣17的间距调整，使得传力棒16底部紧密支顶于待检测的钢筋套筒连接结构内的钢筋20表面。
需要注意的是，本实施例中可以适用于该检测装置27的钢筋套筒连接结构形式多样。如图27所示，其形式一是半灌浆连接钢筋套筒(a)，包括螺纹孔19、钢筋20、排浆接头21、灌浆接头22；形式二是灌浆结构装置的预留孔浆锚搭接结构(b)，包括钢筋20、排浆接头21、灌浆接头22、混凝土23；形式三是全灌浆连接钢筋套筒(c)，钢筋20、排浆接头21、灌浆接头22、盖子24。此处，排浆接头21、灌浆接头22别称就是实施例1中的溢浆孔、注浆孔，含义相同。假如套筒外壁上的排浆接头21不外露于墙体表面；从墙体表面朝套筒外壁钻设一条接头电钻钻孔26，钻孔26穿透排浆接头21，传力棒端部穿过钻孔26后，支顶于套筒的钢筋20上。
上述检测装置27中，刚性预压构件6可以批量固定在待测连接钢筋套筒的墙面上，做完一个墙面的检测之后，可以通过锁扣17解除锁定，然后刚性预压构件6留在墙面上，将其余组件从刚性预压构件6上抽离，进行下一个测点的试验，以提高检测效率。
上述检测装置27安装完毕后，可以对传力棒16端部施加一个冲击力33，进而获取振动感应信号。此处，可以使用测力锤或者是自动冲击锤对该装置27施加冲击力33。
基于本实施例中的检测装置27，本发明可以提供一种优选的钢筋套筒连接结构内的灌浆体25密实度检测方法，其步骤如下：
步骤1、使用相应的配套数据线32，对传力棒16上的应变片11和加速度传感器9(如果有的话)，分别接上小信号/低噪声放大器28，然后再将其接到信号采集仪30上，最后与上位机31构成通信连接，然后打开小信号/低噪声放大器28和信号采集仪30。
步骤2、把已经带有应变片11的传力棒16、预压力施加板4等部件装配呈图9所示形态。
步骤3、在待测连接钢筋套筒的墙面上，进行定位，以匹配翼脚18上的两个小孔2，然后使用冲击钻，把混凝土23上已经定位好的记号，进行钻孔工作。从墙体表面朝套筒外壁钻设一条钻孔26，钻孔26穿透排浆接头21，检查并确定套筒内的钢筋20表面已经外露。接下来，通过刚性预压构件6上的翼脚18涂抹胶，然后通过翼脚18上的小孔2向墙壁内固定膨胀螺丝，使刚性预压构件6能够牢固的固定在待测的连接钢筋套筒所在的墙体上。
步骤4、将未安装刚性预压构件6和锁扣17的检测装置，安装到已就位的刚性预压构件6上，通过锁扣17，对预压力施加板4与刚性预压构件6进行固定，通过锁扣17以及传力棒16自身的顺时或是逆时针的转动，使传力棒16端部以具有预压力的形式紧密支顶在钢筋20表面，且可通过调节可控制预压力的幅值。
步骤5、安装好的检测装置27如图12所示，对传力棒16上的六角柄13，施加冲击力33。传力棒16上的应变片11和加速度传感器9感应到来自连接套筒里钢筋20的冲击波所反映的电信号，通过小信号/低噪声放大器28，使本来微弱的瞬间电信号，使之放大之后，再通过信号采集仪30，将瞬间微小的冲击波所反映的电信号记录下来，然后存储在上位机31里。
步骤6、重复进行多次步骤5采集到多组应变片11和加速度传感器9的振动感应信号，储存在上位机31里。再将上位机31中的数据，以MATLAB为平台，通过编程的方式，先把加速度传感器9所输出的加速度信号，把其积分为速度信号，然后对应变片11信号和加速度传感器9所得出的速度信号，两者均为带扰动的时域信号，分别进行维纳滤波、卡尔曼滤波、带阻滤波和低通滤波，以尽可能提取有效信号信息。
本实施例中，维纳滤波可采用维纳滤波语音增强方法(Wiener speechenhancement method)，以抑制噪声，增强目标频率。
维纳滤波后的电信号输入卡尔曼滤波器中，卡尔曼滤波采用了改进型卡尔曼滤波，已知采集的电信号，通过时间窗形成一个向量，然后
Figure BDA0002402650560000171
为输出的电信号幅值，而
Figure BDA0002402650560000172
为下一个点的电信号预测幅值，其算法步骤如S41～S46，其中：
S41：针对放大后电信号中的第i个采样点xi，以第i个采样点为中心设置大小为N的滤波窗口，得到该滤波窗口中所有采样点构成的向量Datai；设定初始电信号预测幅值
Figure BDA0002402650560000173
其中，
Figure BDA0002402650560000174
为当前滤波窗口中所有采样点的平均值，
Figure BDA0002402650560000175
表示向量Datai中第j个采样点的信号值，j∈[1,N]；
S42：观测噪声的协方差矩阵
Figure BDA0002402650560000176
S43：计算卡尔曼增益
Figure BDA0002402650560000177
其中，H为观测矩阵，上标T表示转置；
S44：计算第i个采样点滤波后输出的电信号幅值：
Figure BDA0002402650560000178
式中：
Figure BDA0002402650560000179
表示第i个采样点xi的采样值；
S45：在进行下一个采样点的滤波前，更新电信号预测幅值
Figure BDA00024026505600001710
其中Q为状态转移协方差矩阵；同时使i＝i+1；
S46：依次针对放大后电信号中的剩余采样点，不断重复步骤S42～步骤S45，完成卡尔曼滤波；
将卡尔曼滤波后的信号数据输入带阻滤波器，对40Hz～60Hz波段的工频干扰频率进行抑制；
最后带阻滤波后的信号再经过截止频率为3000Hz的低通滤波器，滤除非有效信息的高频信号，得出新的时域信号数据。
步骤7、从新的时域信号数据中，获取波形曲线上第N个半波的幅值、任意高度处的峰宽和任意高度处的峰宽比，其中N＝1或2。步骤8、对新的时域信号数据进行傅里叶变换，得到FFT功率谱，然后在功率谱中截取出频率和幅值的频域图，从频域图中得到最大响应频率，所述最大响应频率为频域图中最大振动幅值所对应的频率；
步骤9、以幅值、所述峰宽、所述峰宽比和所述最大响应频率中的任意一个或多个为特征指标，根据步骤7和8中确定的特征指标的参数值，基于不同灌浆体25密实度对应的特征指标参数值阈值区间，确定待检测钢筋套筒连接结构内的灌浆体25密实度。
本实施例中，N优选取1，特征指标优选为波形曲线上第1个半波的半高峰宽比。
为了证明本实施例中的上述检测方法的有效性，以单独的应变片作为振动传感器进行了足尺试验。足尺试验时，利用型号参数相同的若干待检测的钢筋套筒连接结构，分别注入不同密实度的灌浆体25，本实施例中设置4组不同密实度梯度注浆，表现形式为其套筒内灌浆体25的灌浆高度不同，分别为无注浆、1/3饱和注浆、2/3饱和注浆、完全饱和注浆，代表灌浆高度为0、1/3套筒内腔高度、2/3套筒内腔高度、灌满，分别如图13中的(a)～(d)所示。钢筋套筒连接结构内的注浆方法如下：
(1)套筒使用北京思达建茂JM钢筋半灌浆连接套筒，套筒型号为GT14，连接钢筋20使用HRB400，直径14的钢筋进行配置；
(2)使用钢筋套筒连接专用的洋灰，制作灌浆体25，制作过程如下：
a)计算好需要用到的灌浆体25的体积，称好相应的水和灰，先将所有的水放进去容器；
b)所有的水放进去容器后，先掺入70％的灰，大约搅拌2分钟；
c)搅拌后，再将剩下20％的灰掺入，搅拌均匀后，直到观察无聚集颗粒为止，然后大约静止5分钟后排气；
d)将搅拌好的灌浆体25，放如圆截锥试模并垫上钢化玻璃板，然后测试其流动性，满足300mm的塌落度；
e)一套试块试模能制作出3个40×40×160mm的矩形试块，在试块试模上涂抹硅油，使用8套试块试模制作出8组试块。每一组抗压和抗折强度都以3个矩形试块的平均值为准；
f)为保证灌浆体25的流动性，从洋灰和水掺入的时间算起，不能超过30分钟完成所有作业，否则将重新制作灌浆体25；
(3)使用手动灌浆枪，制作好的灌浆体25，从灌浆接头22开始灌，分别制备无注浆、1/3饱和注浆、2/3饱和注浆、完全饱和注浆的钢筋套筒连接结构模型。对于满灌浆的套筒，直到灌浆料从排浆接头21冒出后，停止灌浆作业，并且使用橡胶塞，对灌浆接头22及、排浆接头21进行封堵；而其他的套筒模型，将灌浆体25灌到预定高度后，停止灌浆，并且使用橡胶塞，对灌浆接头22及、排浆接头21进行封堵；
8组试块的制作，在灌浆后的24h、32h、48h、72h、8d、14d及28d，使用水泥抗压试验机对试件进行破坏性试验，得出相应的抗压强度，如图14所示。由此表明，灌浆体25注入套筒内24h后已达到将近50％强度，而48h后基本达到接近80％的强度，再往后强化速率降低。因此，考虑到效率和准确性的平衡，本发明各实施例的检测方法中，检测的时间均需要设置在套筒内灌浆体25固化后，且固化时间优选为24h～48h及以上，本实施例的试验中设置了24h和48h两组试验。
由铁质的锤子52对不同密实度梯度注浆的套筒内钢筋20进行冲击，然后由传力棒16上的应变片11得出的动态电信号结果，然后对其进行前述的维纳滤波、改进卡尔曼滤波、带阻滤波和低通滤波后，得到新的时域信号。之后对新的时域信号进行傅里叶变换得出的FFT功率谱，然后截取出频率(单位：kHz)和幅值(单位：mV)的频域图。其中无注浆、1/3饱和注浆、2/3饱和注浆、完全饱和注浆的模型的结果分别如图15～18所示，图15～18中(a)、(b)、(c)、(d)分别对应各梯度下新的时域信号经过平移后的动态时域图(a)、FFT功率谱(b)、频域图(c)，和位移、速度及加速度信号(d)。
通过标定(Calibrating)，得出应变片11的输出信号与荷载、输出信号与位移的传递函数，其传递函数为0.1392GPa/V和2.2880μm/V。其中，图15～18中(d)所示的图，是由应变片11得出来的应变，经过两次微分个别得到速度和加速度。通过这些图，可以发现，位移的峰值处，对应于速度的零点处；速度的峰值，对应于加速度的零点处。所以，位移、速度和加速度的波宽，是强相关性的。这些图说明，在位移、速度和加速度时，都可以使用峰宽比进行判定。而最大响应频率，也是可以通过应变片11、位移传感器、速度传感器和加速度传感器获得，峰宽比亦是如此。
此外，除了峰宽比和最大幅值所对应的响应频率可作为特征指标外，其实还可以用时域信号的波形曲线衰减因子作为特征指标。该衰减因子获取方法如下：针对振动感应信号的时域信号，对其波形曲线正方向或者负方向的峰值点进行拟合，拟合公式为A·e-wt，将拟合得到的参数w作为波形曲线衰减因子。需注意的是，在时域信号(可以是位移、速度或加速度的时域图)中，可以选择全部正方向的波峰点进行拟合，也可以选择负方向的波谷点进行拟合，两者得出的w基本接近。w越小，则衰减得越快。对于无灌浆的套筒，如图15～18(a)所示，其刚度越小，对其施加一个冲击力所造成的结果就是有持续不断的振动，也就是说信号衰减越慢，需要使用更多的时间来衰减。密实度越高的套筒，其衰减就越快。但是，在实际试验中，由于现场条件原因，有许多因素会造成试验结果的干扰。故衰减的这个值，只适合用在完全悬臂的钢筋20上，并不完全适用于钢筋套筒连接的定量分析。
由此，按照上述检测方法，即可针对每一种灌浆体25密实度获取到了特征指标的多组参数值。每一种灌浆体25密实度中，每个特征指标的参数值所需的样本量应当满足统计学的要求，使其能够准确反映这种灌浆体25密实度下特征指标参数值的分布区间。当获取到这些参数值后，即可对特征指标的参数值阈值分布进行统计学分析，得到每种灌浆体25密实度对应的特征指标参数值阈值区间。
在灌浆体25凝结固化24小时后，分别对不同注浆密实度的灌浆体25对应的套筒模型，共进行了431次试验并对其进行统计分析，得到了特征指标的参数值正态分布图。特征指标共具有4种，包括3种时域指标，以及1种频域指标，其中频域指标为频域信号曲线中获取的最大幅值所对应的响应频率，即最大响应频率，结果如图19所示；3种时域指标分别为波形曲线中第1个半波的幅值、半高峰宽和半高峰宽比，结果分别如图20～22所示。
在灌浆体25凝结固化48小时后，分别对不同注浆密实度的灌浆体25对应的套筒模型，共进行了554次试验并对其进行统计分析，得到了特征指标的参数值正态分布图。特征指标共具有4种，包括3种时域指标，以及1种频域指标，其中频域指标为频域信号曲线中获取的最大幅值所对应的响应频率，即最大响应频率，结果如图23所示；3种时域指标分别为波形曲线中第1个半波的幅值、半高峰宽和半高峰宽比，结果分别如图24～26所示。
基于这些阈值区间，即可根据实际检测过程中，从振动感应信号获取的特征指标的参数值，判断该参数值落在哪个阈值区间，进而将该阈值区间对应的灌浆体25密实度作为待检测的钢筋套筒连接结构内灌浆体25密实度的判断结果，由此实现了灌浆体25密实度的定量检测。
但从上述结果中可以发现，半高峰宽比相对于另外三种特征指标更具有优势，其在不同注浆密实度下的参数值分布区间具有更为显著的差异，因此能够更为准确的反应套筒内的注浆密实度。因此，本发明中特征指标首要推进波形曲线上第1个半波的半高峰宽比。当然，为了准确期间，可以组合更多的特征指标，并适当对各自的判定结果分配权重系数，以便于更准确的得到注浆密实度的判定结果。
另外需要注意的是，根据前述内容所述，虽然此处以应变片作为振动传感器进行说明，但事实上，加速度传感器、速度传感器、位移传感器均可以用于实现相同的功能，可以根据需要进行组合。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将刚性的传力棒支顶于待检测钢筋套筒连接结构内的钢筋表面，并保持两者之间始终具有预压力；所述传力棒上固定有与传力棒同步振动的振动传感器，所述振动传感器为应变片、位移传感器、加速度传感器和速度传感器中的一种或多种组合；
S2：对套筒结构内的钢筋施加沿传力棒轴向的冲击力，使钢筋和传力棒同步振动，通过所述振动传感器采集该冲击力下传力棒的振动感应信号；
S3：从所述振动感应信号中获取特征指标的参数值，特征指标为时域指标或频域指标中的一个或多个组合；
所述时域指标包括：从所述振动感应信号的时域信号中获取的波形曲线中第N个半波的幅值、任意高度处的峰宽和任意高度处的峰宽比，N＝1或2；
所述频域指标包括：从所述振动感应信号的频域信号曲线中，获取的最大幅值所对应的响应频率；
S4：根据S3中获取的所述参数值，基于不同灌浆体密实度对应的特征指标参数值阈值区间，确定待检测钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度。
2.如权利要求1所述的钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，其特征在于，所述的半波为峰波或谷波；所述的传力棒垂直支顶于套筒结构内的钢筋表面。
3.如权利要求1所述的钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，其特征在于，所述的振动传感器为应变片、位移传感器、速度传感器和加速度传感器；所述的振动感应信号为应变片采集的电信号经过放大、滤波去噪后得到的时域信号；所述的滤波去噪进一步为包括维纳滤波、卡尔曼滤波、带阻滤波器、低通滤波器中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，其特征在于，所述的振动传感器为加速度传感器，所述的振动感应信号为将加速度传感器采集到的加速度进行积分后获得的速度信号。
5.如权利要求1所述的钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，其特征在于，所述的特征指标为从所述振动感应信号的时域信号中获取的波形曲线中第1个半波的半高峰宽比。
6.如权利要求1所述的钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，其特征在于，所述的时域指标的获取方法为：
对所述振动传感器采集到的电信号进行放大后，再通过滤波器去除扰动杂波和噪音，得到时域信号；从时域信号的波形曲线中，获取第1个半波的幅值、半高峰宽和半高峰宽比中一个或多个，作为时域指标；
所述的滤波器由维纳滤波、卡尔曼滤波器、带阻滤波器和低通滤波器组成，放大后的电信号先经过维纳滤波，再经过卡尔曼滤波器进行平滑，然后经过带阻滤波器对工频干扰的频率进行抑制，最后经过截止频率为3000Hz的低通滤波器滤除高频信号；
所述的频域指标的获取方法为：
对所述振动感应信号的时域信号进行傅里叶变换，得出FFT功率谱，然后在功率谱中截取出频率和幅值的频域图，从频域图中得到最大振动幅值所对应的频率，作为频域指标。
7.如权利要求1所述的钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，其特征在于，所述不同灌浆体密实度对应的特征指标参数值阈值区间确定方法如下：
利用型号参数相同的若干待检测的钢筋套筒连接结构，分别注入不同密实度的灌浆体，按照S1～S3所述的方法针对每一种灌浆体密实度获取特征指标的多组参数值，对特征指标的参数值阈值分布进行统计学分析，得到每种灌浆体密实度对应的特征指标参数值阈值区间；
所述不同灌浆体密实度对应的特征指标参数值阈值区间确定过程中，每次检测施加于传力棒上的预压力保持一致；
所述的特征指标有多个，根据每个特征指标确定待检测钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度判断结果，然后综合所有特征指标的灌浆体密实度判断结果得出最终的灌浆体密实度判断结果。
8.如权利要求1所述的钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，其特征在于，所述的灌浆体密实度检测方法在套筒内灌浆体固化后进行，固化时间为不少于24～48h；所述的传力棒从套筒的溢浆孔插入套筒内，或是从套筒的注浆孔插入套筒内，或是使用传力棒顶到套筒外壁。
9.如权利要求1所述的钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，其特征在于，所述的特征指标为时域信号的波形曲线衰减因子，所述衰减因子获取方法如下：针对所述振动感应信号的时域信号，对其波形曲线正方向的波峰点或者负方向的波谷点进行拟合，拟合公式为A·e-wt，将拟合得到的参数w作为波形曲线衰减因子。
10.一种钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测方法，其特征在于，该方法基于钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度检测装置实现，灌浆体密实度检测装置包括刚性预压构件、传力棒、伸缩调节件、振动传感器和数据采集系统；所述传力棒为一条刚性棒体，其通过伸缩调节件安装在刚性预压构件上；所述的刚性预压构件用于将传力棒固定于钢筋套筒连接结构所在的墙体上；所述伸缩调节件固定于刚性预压构件上，用于控制传力棒沿垂直墙体方向移动，使传力棒端部紧密支顶于待检测的钢筋套筒内的钢筋表面上；所述的振动传感器固定于传力棒上，所述数据采集系统用于采集振动传感器的感应信号；
所述检测方法步骤如下：
S1：将刚性预压构件固定于待检测的钢筋套筒连接结构所在的墙体上，通过所述伸缩调节件将传力棒固定于墙体上，且使传力棒端部紧密支顶于钢筋套筒内的钢筋表面，两者之间始终具有预压力；
S2：对传力棒施加沿传力棒轴向的冲击力，使钢筋和传力棒同步振动，并采集该冲击力下所述振动传感器感应到的原始电信号，原始电信号为模拟信号经小信号/低噪声放大器放大后，通过模数转换器采样转化为数字信号并存储于数据采集系统中；
S3：对数据采集系统中存储的数字信号进行维纳滤波以增强目标频率；
S4：然后将维纳滤波后的电信号输入卡尔曼滤波器中，按照S41～S46步骤进行平滑滤波，其中：
S41：针对放大后电信号中的第i个采样点xi，以第i个采样点为中心设置大小为N的滤波窗口，得到该滤波窗口中所有采样点构成的向量Datai；设定初始电信号预测幅值
Figure FDA0002784206190000031
其中，
Figure FDA0002784206190000032
为当前滤波窗口中所有采样点的平均值，
Figure FDA0002784206190000033
表示向量Datai中第j个采样点的信号值，j∈[1,N]；
S42：观测噪声的协方差矩阵
Figure FDA0002784206190000041
S43：计算卡尔曼增益
Figure FDA0002784206190000042
其中H为观测矩阵，上标T表示转置；
S44：计算第i个采样点滤波后输出的电信号幅值：
Figure FDA0002784206190000043
式中：
Figure FDA0002784206190000044
表示第i个采样点xi的采样值；
S45：在进行下一个采样点的滤波前，更新电信号预测幅值
Figure FDA0002784206190000045
Figure FDA0002784206190000046
其中Q为状态转移协方差矩阵；同时使i＝i+1；
S46：依次针对放大后电信号中的剩余采样点，不断重复步骤S42～步骤S45，完成卡尔曼滤波；
S5：将卡尔曼滤波后的信号数据进行数字滤波，其过程是将信号先输入带阻滤波器，对工频干扰的频率进行抑制，然后经过截止频率为3000Hz的低通滤波器滤除高频信号，得出新的时域信号数据；
S6：从所述新的时域信号数据中，获取波形曲线上第N个半波的幅值、任意高度处的峰宽和任意高度处的峰宽比；其中N＝1或2；
S7：对所述新的时域信号数据进行傅里叶变换，得到FFT功率谱，然后在功率谱中截取出频率和幅值的频域图，从频域图中得到最大响应频率，所述最大响应频率为频域图中最大振动幅值所对应的频率；
S8：以所述幅值、所述峰宽、所述峰宽比和所述最大响应频率中的任意一个或多个为特征指标，根据S6或S7步骤中确定的特征指标的参数值，基于不同灌浆体密实度对应的特征指标参数值阈值区间，确定待检测钢筋套筒连接结构内的灌浆体密实度；
所述的特征指标为波形曲线上第1个半波的半高峰宽比。
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