高壓放大器在應(yīng)力波法套筒灌漿密實(shí)度檢測(cè)研究中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)名稱：高壓放大器在應(yīng)力波法套筒灌漿密實(shí)度檢測(cè)研究中的應(yīng)用

研究方向：無(wú)損檢測(cè)

測(cè)試目的：

鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)被廣泛應(yīng)用于裝配式建筑節(jié)點(diǎn)連接中，但灌漿不密實(shí)將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)失效的風(fēng)險(xiǎn)。因此，施工中對(duì)套筒灌漿的密實(shí)度檢測(cè)尤為重要。但由于套筒深埋于構(gòu)件內(nèi)，不易被檢測(cè)，施工中通常通過出漿孔的出漿情況來(lái)判斷灌漿是否密實(shí)，缺乏科學(xué)的檢測(cè)手段，因此套筒灌漿密實(shí)度的判斷面臨著重大的挑戰(zhàn)。

本章基于應(yīng)力波法的主動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，對(duì)鋼筋套筒灌漿連接接頭的不同密實(shí)度工況進(jìn)行試驗(yàn)研究，采用小波包能量法和希爾伯特黃變換法對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，選擇合適的特征參數(shù)，提出損傷指標(biāo)對(duì)套筒密實(shí)度進(jìn)行判定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明損傷指標(biāo)能否較準(zhǔn)確地表征灌漿的密實(shí)度，反映灌漿缺陷。同時(shí)，在試驗(yàn)的分析基礎(chǔ)上模擬分析了壓電傳感器在信號(hào)激勵(lì)情況下應(yīng)力波在鋼筋套筒灌漿連接接頭中的傳播情況，揭示應(yīng)力波傳播機(jī)理，將模擬的結(jié)果與試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證數(shù)值模擬的可靠性和準(zhǔn)確性。

測(cè)試設(shè)備：ATA-2022B高壓放大器、套筒和灌漿料、壓電陶瓷片、數(shù)據(jù)采集卡、裝有LabVIEW軟件的電腦以及測(cè)試試件。

實(shí)驗(yàn)過程：

為能有效識(shí)別套筒的灌漿密實(shí)度，本節(jié)設(shè)計(jì)不同灌漿水平的鋼筋套筒接頭本試驗(yàn)的試件模擬實(shí)際工程中水平連接的鋼筋套筒灌漿連接方式，共設(shè)計(jì)灌漿0%、30%、50%、70%和100%五種密實(shí)度工況，每種3個(gè)試件，鋼筋的直徑為20mm，長(zhǎng)度400mm，采用人工壓力注漿的方式。為保證鋼筋、套筒在注漿時(shí)能處同一中軸線上，不發(fā)生位置偏移，設(shè)計(jì)一固定裝置，放置套筒和鋼筋，用細(xì)鐵絲進(jìn)行固定。同時(shí)，為確保能準(zhǔn)確控制注漿的密實(shí)度，試驗(yàn)中采用控制橡膠塞高度和控制注漿體積雙控的方式進(jìn)行確定。橡膠塞放置于套筒的兩端，每個(gè)橡膠塞的厚度10mm，將橡膠塞剪去相應(yīng)的脫空面積，注漿時(shí)，灌漿料到達(dá)預(yù)設(shè)的橡膠塞高度。另外，事先量取注滿套筒腹腔水的體積，確定100%密實(shí)度所需的灌漿料體積，然后用量杯量取各個(gè)密實(shí)度工況的灌漿料體積，依次注入到各個(gè)套筒內(nèi)。通過雙控的方法，達(dá)到能準(zhǔn)確控制灌漿的密實(shí)度、減少誤差的目的。待套筒內(nèi)的灌漿料完全凝固后，將鋼筋套筒灌漿接頭試件置于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28天。

圖：傳感器制作過程

接著用PZT-5壓電陶瓷片來(lái)制作壓電傳感器。待試件養(yǎng)護(hù)28天后，進(jìn)行套筒灌漿密實(shí)度檢測(cè)試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過電腦上的LabVIEW軟件控制數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過電壓放大器后將信號(hào)放大，放大后的信號(hào)對(duì)PZT傳感器進(jìn)行激勵(lì)產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波會(huì)在套筒內(nèi)部發(fā)生衰減，衰減后的信號(hào)會(huì)被另一側(cè)的PZT傳感器所接收，最后信號(hào)會(huì)被數(shù)據(jù)采集卡所采集并在電腦上顯示。試驗(yàn)裝置及連接如下圖所示。

圖：試驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖：能量變化圖

從能量變化圖中可以看出，采用小波包能量方法和希爾伯特黃變換方法測(cè)得的小波包總能量值和希爾伯特能量峰值都與套筒灌漿密實(shí)度關(guān)系明顯。隨著灌漿密實(shí)度的增大，能量指標(biāo)減小，說明兩種信號(hào)處理方法均可適用于鋼筋套筒灌漿接頭的灌漿密實(shí)度的檢測(cè)。

圖：兩種信號(hào)處理方法的CI值

通過兩種方法的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)隨著灌漿密實(shí)度的提高，小波包總能量值和希爾伯特能量峰值均呈下降趨勢(shì)。并且希爾伯特能量峰值的下降斜率大于小波包總能量值。說明與小波包能量法相比，希爾伯特黃變換方法能較好地反映灌漿密實(shí)度與CI的關(guān)系。此外，與小波包能量方法相比，希爾伯特黃變換方法無(wú)需考慮基函數(shù)或分解的層數(shù)。因此，建議采用希爾伯特黃變換法檢測(cè)鋼筋套筒灌漿接頭的灌漿密實(shí)度。

安泰ATA-2022H電壓放大器：

圖：ATA-2022H高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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