可抽离式的钢筋套筒内灌浆体密实度动态测试装置的制作方法

本实用新型属于测量领域，具体涉及一种建筑工程中一种可抽离式的钢筋套筒内灌浆体密实度动态测试装置。

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用钢筋套筒节点连接，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(impactecho-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。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种可抽离式的钢筋套筒内灌浆体密实度动态测试装置。

本实用新型所采用的具体技术方案如下：

一种可抽离式的钢筋套筒内灌浆体密实度动态测试装置，其包括刚性预压构件、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；所述的伸缩调节件包括预压力施加板和锁定件；所述传力棒与预压力施加板刚性连接固定，预压力施加板通过至少一个锁定件与刚性预压构件构成相对间距可调节的锁定，且间距调节方向与所述传力棒轴向一致；所述伸缩调节件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。

作为优选，所述的刚性预压构件为一个盖状的中空钢构件，其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。

进一步的，所述的预压力施加板上开设有一个通孔，通孔位置固定有一个限位螺母，所述传力棒的棒体中部位置外攻螺纹，传力棒穿过所述预压力施加板上的通孔后旋入限位螺母中，棒体上的螺纹与所述限位螺母构成驱动传力棒轴向移动的螺纹配合。

作为优选，动态测试装置中还包括测力锤或自动冲击器，用于敲击传力棒端部，造成冲击力。

作为优选，所述的钢筋套筒连接结构中，套筒外壁上的溢浆孔和注浆孔均外露于墙体表面；所述的传力棒端部穿过溢浆孔或注浆孔后进入套筒内部，支顶于钢筋表面。

作为优选，所述的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。

作为优选，所述的振动传感器为应变片，应变片贴合固定于传力棒的平坦表面处。

作为优选，还包括传感器固定架，所述传感器固定架包括刚性连接的传感器托盘和螺母，传感器固定架通过螺母套在传力棒的外攻螺纹段上，传感器托盘用于安装位移传感器、加速度传感器或速度传感器。

作为优选，所述的锁定件为由一对螺栓和螺母组成的锁扣，预压力施加板和刚性预压构件上均开设有与螺栓匹配的螺孔，螺栓依次旋入预压力施加板上和刚性预压构件的螺孔中构成螺纹配合，螺母拧于螺栓的端部。

进一步的，所述的锁定件有两个，对称设置在预压力施加板和刚性预压构件的两端。

本实用新型相对于现有技术(例如cn209460091u)而言，具有以下有益效果：

a)由原来刚性预压构件的盖状中空钢构件为一体，演变成刚性预压构件的盖状中空钢和预压力施加板两个部分，预压力施加板负责固定传力棒，而刚性预压构件负责固定于待检测的钢筋套筒连接结构所在的墙体上，这样就可以制作多个刚性预压构件，事先在多个带测点上安装；在完成某个测点的检测之后，解开锁扣形成可抽离部分的组装，就可以直接在已经固定好的刚性预压构件的待测点上，安装上可抽离部分的组装，通过锁扣施加预压力，使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，增加检测效率；

b)在现有技术中，通过刚性预压构件中间的调节件，使传力棒施加预压力支顶于钢筋套筒内的钢筋表面上，由于需要控制预压力，则需要在调节件施加扭矩，很容易导致本来已经把刚性预压构件固定在待测物外的墙上，由于固定不牢，很容易使刚性预压构件脱落，然后需重新固定；而在现有技术中的装置不能将核心组件抽离，并在下一个待测点重新安装固定，由此导致测试效率大大的降低。而本实用新型中，可以单独通过锁扣等锁定件施加调整的扭矩由于锁扣已经分为两个部分，需拧紧锁扣的扭矩降低一半；另外，由于锁扣可以设置在整个装置的边缘位置，因此要对锁扣施加扭矩拧紧时，整个装置能提供的抗剪切能力更加的大；

c)本实用新型中刚性预压构件和预压力施加板两个部分，都开设有槽孔；传力棒支顶于待检测的钢筋套筒连接结构的钢筋上，但是传力棒不能碰壁的，否则影响检测精度；而开设槽孔的好处是，即使刚性预压构件安装时偏差较大，还可以通过锁扣部分调节位置，因此不会产生由于刚性预压构件安装不到位需要重新拆下刚性预压构件的问题，并且重新安装上去时可以避免传力棒侧边碰壁；

d)本实用新型可利用锁扣进行辅助间距调整，更有利于精确、方便地控制传力棒所施加的预压力大小；

e)在现有技术中，振动传感器其实为一种贴片式传感器，是贴在全光圆面上，由于传力棒直径非常的小(5～10mm)，这很容易使贴片式传感器需要弯折，最后要么贴坏，要么测量精度不符合要求；而本实用新型中，振动传感器(这里指应变片)可以贴在传力棒的平坦表面，且能使测量精度增加；

f)相比于现有技术中的传力棒，新装置的传力棒可以在端部设置六角柄，该位置可以使用套筒扳手对传力棒施加扭矩，以方便满足检测时的调整需求；

g)相对于现有技术中只有一个振动传感器，在本实用新型中，可以通过传感器固定架进一步设置加速度传感器等多种振动传感器，可以积分加速度值至速度或者是位移，以提高检测的准确性。

附图说明

图1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2为刚性预压构件的结构示意图；

图3为预压力施加板的结构示意图；

图4为应变片的结构示意图；

图5为传力棒的结构示意图；

图6为锁扣的结构示意图；

图7为传感器固定架的结构示意图；

图8为可抽离部分的组装示意图；

图9为可抽离部分装入刚性预压构件后的结构示意图；

图10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11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12：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实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型提出的可抽离式的钢筋套筒内灌浆体密实度动态测试装置，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20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25密实度进行定量检测，消除工程施工隐患。灌浆体25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20裸露，或者灌浆过程中出现空腔造成钢筋20外的灌浆体25固化后出现空洞。

虽然通过锤击预压式测试套筒连接结构注浆密实度的装置及方法(cn201811592823.2)中的检测装置，也能实现，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25密实度，而该专利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11的传力棒16在检测完毕后无法快速拆卸。因此，本实用新型中，设计了一种更适用于工程上批量检测的可抽离式的钢筋套筒内灌浆体密实度动态测试装置，下面详细描述其结构。

如图1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、振动传感器、锁扣17、传力棒16。本实用新型中的振动传感器可以为应变片11、位移传感器、加速度传感器9和速度传感器中的一种或多种组合，下面先以应变片11(straingauge)为例说明其具体实现方式。

如图2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。

当然，刚性预压构件6也可以采用其他的形式，例如直筒状形式，也可以是从外部向传力棒16施加压力的设备，只要能够为传力棒16提供一个或多个刚性的支撑点即可。

如图5所示，传力棒16优选设计成多段式结构，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，以便于插入套筒内部，支顶于钢筋20表面。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用于与预压力施加板4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。

为了保证本实用新型的检测能够顺利进行，在钢筋套筒连接结构浇筑时，套筒外壁上的溢浆孔和注浆孔均应当外露于墙体表面。检测时，传力棒16端部可以穿过溢浆孔或注浆孔后进入套筒内部，支顶于钢筋20表面。但考虑到测量的准确性，优选传力棒16优选穿过溢浆孔后进入套筒内部，支顶于钢筋20表面。

如图3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，本实用新型中，在传力棒通孔3上同轴焊接一个限位螺母8，传力棒16的外攻螺纹段12与限位螺母8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。当然，限位螺母8也可以不直接焊接，而是在预压力施加板4两侧表面各贴合放置一个两个限位螺母8，使传力棒16同时穿过两个限位螺母8实现固定。另外，在预压力施加板4上的槽孔1与刚性预压构件6上的槽孔1需要保持一一对应，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，可用于穿过传感器数据线，或是用于定位。

如图4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6所示，锁扣17由一对螺栓和螺母8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，或是预压力施加板4的小孔2中，且分别与两个槽孔1构成螺纹配合，螺母8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。本实施例中，为了保持整体受力均衡，预压力施加板4上和刚性预压构件6上均在两端分别开设一个槽孔1，两侧各通过一个锁扣17进行间距调整。进一步的，由于锁扣17设置在整个装置的边缘位置，因此要对锁扣17施加扭矩拧紧时，整个装置能提供的抗剪切能力也相对更大。

当然，本实用新型中的振动传感器除了应变片11之外，也可以采用其他能够感应振动信号的传感器，这些传感器可以通过传感器固定架10进行辅助安装。如图7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(accelerometer)、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。

本实用新型中，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28(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。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。在本实用新型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11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11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。

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8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9所示，两端的槽孔1利用锁扣17进行固定，如图10所示。如图11所示，数据采集系统可以包括小信号/低噪声放大器28和上位机31，振动传感器连接小信号/低噪声放大器28、信号采集仪30后，与上位机31通信连接。采集的原始信号为模拟信号，经小信号/低噪声放大器28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。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。

当然，数据采集系统并非本实用新型的关键，其具体配置应当以实际采用的振动传感器为准，可选择厂家推荐的型号和接线方式。

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12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别称就是图11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16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，可以使用锤子或是自动冲击装置，对该装置27施加冲击力33。但是，作为优选，使用自动冲击装置施加冲击力33，这样就可以施加多次同样冲击能量的冲击力33，并将同时采集信号，可减小误差。

基于本实施例中的检测装置27，本实用新型可以提供一种优选的可抽离式的钢筋套筒内灌浆体25密实度动态测试方法，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8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、将如图8所示的可抽离部分的组装装置，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11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、重复步骤5多次，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，通过上位机31的编程及数据处理，可得到所需要的信号，从信号表示可定量判定钢筋套筒连接灌浆密实度。

另外需要注意的是，根据前述内容所述，虽然此处以应变片11作为振动传感器进行说明，但事实上，加速度传感器9、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实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型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，均落在本实用新型的保护范围内。