一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒及其制作方法与流程

本发明涉及一种钢筋连接设备及其制作方法，尤其是一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒及其制作方法。

背景技术

随着我国建筑业产业化的快速发展，装配式混凝土结构以建造周期短、现场施工作业量少、节能环保等优点成为建筑业产业化发展的主要方向。在装配式混凝土结构中，预制构件的连接质量直接影响着混凝土建筑结构的安全度，因此预制构件的连接技术，尤其是预制构件受力钢筋的连接技术越来越受到人们的关注。

预制构件受力连接可靠是保证装配式结构安全及满足抗震性能的关键，也是装配式结构能否推广应用的关键问题。目前，国内外预制装配结构中的钢筋连接最主要的方式是钢筋套筒灌浆连接：在预制混凝土构件内预埋的金属套筒中插入钢筋并灌注水泥基灌浆料，通过拌合物硬化形成整体并实现传力的钢筋对接连接简称套筒连接。

钢筋套筒灌浆连接作为装配式结构的关键技术适用性更广：它是由特别设计生产加工的套筒、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。套筒灌浆连接具有性能可靠、适用性广、安装简便等优点。但是，施工时如何保证灌浆的质量，一直以来是一个令人不安的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒，它在工程施工时监测灌浆的饱满度，同时在使用维护过程中可以根据需要随时监控预制拼装建筑关键受力点的承载情况，对建筑物的维护、保养及安全性提供可靠的依据，以解决已有技术存在的上述问题。本发明同时提供了该可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒的制作施工方法。

解决上述问题的技术方案是：一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒，包括带有空腔的灌浆套筒本体，所述灌浆套筒本体的两端均为钢筋插入端，所述灌浆套筒本体的一端口设置有密封环，其另一端口设置有密封端盖，所述密封端盖与灌浆套筒本体采用螺纹连接；所述灌浆套筒本体位于密封环一端的侧面上设置有灌浆口，所述灌浆套筒本体位于密封端盖一端的侧面上设置有出浆口；所述灌浆套筒本体中部还分别设置有定位销和对中销；该预制拼装灌浆套筒还包括有光纤光栅传感器和解调仪；所述光纤光栅传感器设置在出浆口一侧，所述光纤光栅传感器通过引出电缆与解调仪电路连接。

进一步，在加工灌浆套筒本体端部螺纹的边缘处开设1～3圈的小槽ⅰ，至少一个所述光纤光栅传感器封装在小槽ⅰ内与灌浆套筒本体耦合成一个整体。

进一步，所述小槽ⅰ的深度的取值范围在0.5mm～2mm之间，所述小槽ⅰ的宽度的取值范围在0.5mm～5mm之间。

进一步，所述光纤光栅传感器设置在加工灌浆套筒本体端部螺纹形成的退刀槽处或是设置在密封端盖底部。

进一步，所述密封端盖底部开设1~3圈的小槽ⅱ，并在小槽ⅱ的一端设置有开口；至少一个所述光纤光栅传感器耦合在小槽ⅱ内并封装，各所述光纤光栅传感器的引出线放置在开口处。

进一步，所述小槽ⅱ的深度为h，h的取值范围为：0.5mm≤h≤2mm，所述小槽ⅱ的宽度为d，d的取值范围为：0.5mm≤d≤5mm；所述开口的宽度为d1，d1的取值范围为：8mm≤d1≤16mm。

进一步，所述引出电缆穿过出浆口引出灌浆套筒本体外与解调仪连接。

进一步，所述灌浆口上安装有灌浆管，灌浆管的顶部配置有相适应的管堵；所述出浆口上安装有出浆管，所述出浆管的顶部配置有相适应的管堵。

相关的另一技术方案是：一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒的制作方法，它是安装制作上述的一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒的方法；其包括以下步骤：

a、备料：准备好制作灌浆套筒本体所用的圆钢；

b、安装制作灌浆套筒本体所用的对应的滚压工装；

c、滚压成型灌浆套筒本体；

d、按技术要求对灌浆套筒本体、密封环和密封端盖均进行车槽、车孔加工；

e、焊接灌浆口和出浆口；

f、将光纤光栅传感器经清洁，粘结在安装槽内并将引线焊接在出浆口一侧；

g、焊接光纤光栅传感器的引线、封装光纤光栅传感器、保护引线；

h、安装密封环及密封端盖；

i、安装定位销和对中销；

j、引出电缆防护。

由于采取上述结构，本发明之一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒及其制作方法具有以下有益效果：

本发明提供了一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒，它在工程施工时监测灌浆的饱满度，同时在使用维护过程中可以根据需要随时监控预制拼装建筑关键受力点的承载情况，以及环境温湿度的变化，对建筑物的维护、保养及安全性提供可靠的依据。本发明使用光纤光栅传感器作为检测元件具有以下优点：1、损耗低、抗电磁干扰、耐腐蚀、信号传输距离长；2、体积小，植入灌浆套筒结构内部形成光纤传感网络，保证监测效果，不影响正常施工工艺，保证了施工的质量，并可对使用情况进行实时监控，更大的保证使用的安全性。

下面结合附图和实施例对本发明之一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒及其制作方法的技术特征作进一步说明。

附图说明

图1是本发明之一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒的内部结构示意图；

图2是本发明之一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒的外部结构示意图；

图3是本发明之一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒的使用状态示意图；

图4是灌浆套筒本体端部具有退刀槽时安装光纤光栅传感器的示意图；

图5是光纤光栅传感器安装在密封端盖底部的示意图（开设有1圈小槽ⅱ）；

图6是安装有光纤光栅传感器的密封端盖剖视图；

图7是密封端盖底部开设有2圈小槽ⅱ的示意图；

图8是密封端盖底部开设有3圈小槽ⅱ的示意图；

图9是制作可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒的工艺流程图；

图10是可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒施工安装的示意图。

图中：

1-钢筋，2-密封环，3-灌浆管口，31-灌浆管，4-灌浆套筒本体，5-灌浆料，6-定位销，7-对中销，8-出浆口，81-出浆管，9-管堵，10-引出电缆，11-光栅传感器，12-密封端盖，13-解调仪，14-退刀槽，15-小槽ⅱ，16-开口；m1-侧模板，m2-端模板。

具体实施方式

实施例一：

一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒，包括带有空腔的灌浆套筒本体4,所述灌浆套筒本体4由普通圆钢滚压而成，所述灌浆套筒本体4的两端均为钢筋1插入端，所述灌浆套筒本体4的一端口设置有密封环2，其另一端口设置有密封端盖12，所述密封端盖12与灌浆套筒本体4采用螺纹连接；所述灌浆套筒本体4位于密封环2一端的侧面上设置有灌浆口3，所述灌浆套筒本体4位于密封端盖12一端的侧面上设置有出浆口8；所述灌浆套筒本体4中部还分别设置有定位销6和对中销7；该预制拼装灌浆套筒还包括有光纤光栅传感器11和解调仪13；所述光纤光栅传感器11设置在出浆口一侧，所述光纤光栅传感器11通过引出电缆10与解调仪13电路连接。所述引出电缆10穿过出浆口8引出灌浆套筒本体4外与解调仪13连接。

作为本发明更进一步的改进，所述灌浆口3上安装有灌浆管31，灌浆管31的顶部配置有相适应的管堵；所述出浆口8上安装有出浆管81，所述出浆管81的顶部配置有相适应的管堵9。

根据灌浆套筒本体4端部结构，所述灌浆套筒本体4端部是指与密封端盖12进行螺纹连接的端部，所述光纤光栅传感器11可以选择安装在以下几种不同的位置：

安装位置1：

所述光纤光栅传感器11安装在灌浆套筒本体4端部螺纹的边缘处开设的小槽ⅰ内。

当灌浆套筒本体4端部螺纹加工没有退刀槽时，在完成灌浆套筒本体4机加工后，在加工灌浆套筒本体4端部螺纹的边缘处，即在螺纹底部以下位置大约0~10mm，根据需要开设1-3圈的小槽ⅰ，所述小槽ⅰ的深度的取值范围在0.5mm～2mm之间，所述小槽ⅰ的宽度的取值范围在0.5mm～5mm之间。经清洁处理后，将光纤光栅传感器11用特种粘结材料粘结或焊接牢固后，封装使光纤光栅传感器11与灌浆套筒本体4耦合成为一个整体，将引线接入引出电缆10延长引出出浆管81。所述光纤光栅传感器11的数量至少为一个，有时候担心有损坏可以安装多个备用。

安装位置2：

所述光纤光栅传感器11安装在加工灌浆套筒4端部螺纹形成的退刀槽14处。

当灌浆套筒本体4端部螺纹加工有退刀槽14时，退刀槽这里密封端盖12的螺纹是扭不进去的，所以正好利用这个空间预埋或者镶嵌光纤光栅传感器11，在退刀槽底部位置直接用特种粘结材料粘结封装光纤光栅传感器与灌浆套筒4耦合成一个整体，焊接引线封装后引出出浆管。

安装位置3：所述光纤光栅传感器11安装在密封端盖12底部。

在密封端盖12底部根据需要加车1-3圈小槽ⅱ15（参见图5至图8），所述小槽ⅱ15的深度为h，h的取值范围为：0.5mm≤h≤2mm，所述小槽ⅱ的宽度为d(d=r2-r1)，d的取值范围为：0.5mm≤d≤5mm；并在小槽ⅱ15一端设置有开口16；所述开口的宽度为d1，d1的取值范围为：8mm≤d1≤16mm。将光纤光栅传感器11耦合在小槽ⅱ15内后密封，将引出线引致一端开口16，经清洁、粘结、焊接、封装引出电缆10。所述光纤光栅传感器11的数量至少为一个。

实施例二：

一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒的制作方法，它是安装制作实施例一所述的一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒的方法；其包括以下步骤：

a、备料：准备好制作灌浆套筒本体所用的圆钢；

b、安装制作灌浆套筒本体所用的对应的滚压工装；

c、滚压成型灌浆套筒本体4；

d、按技术要求对灌浆套筒本体4、密封环2和密封端盖12均进行车槽、车孔加工；

e、焊接灌浆口3和出浆口8；

f、将光纤光栅传感器11经清洁，粘结在安装小槽内并将引线焊接在一侧；

g、焊接光纤光栅传感器的引线、封装光纤光栅传感器、保护引线；

h、安装密封环2及密封端盖12；

i、安装定位销6和对中销7；

j、引出电缆10防护。

所述步骤d中，车孔是指所有必须要车或钻的孔。按技术要求对灌浆套筒本体4车槽例如车退刀槽14、小槽ⅰ等，车孔例如车放置对中销7预留孔和定位销6预留孔等；对密封环2车孔例如车放置钢筋的预留孔；对密封端盖12车槽例如车小槽ⅱ15（有必要的时候开小槽ⅱ，如果有退刀槽或小槽ⅰ就不需要），车孔例如车放置钢筋的预留孔。

所述步骤f中，所述光纤光栅传感器或是粘结在步骤d中的退刀槽14内或是粘结在步骤d中的小槽ⅰ内或是粘结在步骤d中的小槽ⅱ15内。

所述步骤i、步骤h中，密封环2、密封端盖12、对中销7、定位销6分别与灌浆套筒本体4都是采用螺纹连接，对中销7、定位销6可以是市场有销售够长度的螺杆，或者特制长螺杆也可以。安装时，将密封环2旋入灌浆套筒本体4中，旋到不动，然后将对中销7、定位销6分别旋到头即安装完成。如果使用粘胶，直接用粘结胶涂上密封环2与灌浆套筒本体4的接触面，直接用粘结胶涂上对中销7及定位销6的表面，然后插入相对应的预留孔，检查表面平整完成安装。

在工程施工时将以上制作的可监控钢筋灌浆套筒引线接长引出混凝土，形成固定的集线箱，施工灌浆时接上解调仪后检测灌浆是否饱满可满足施工监测及后期使用节点受力等变化的监测。

当钢筋灌浆套筒连接头施工灌浆时接上解调仪测量其数据变化，当灌浆压力范围满足≥0.05mpa，即可认为已经灌注饱满。

使用本发明之可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒进行钢筋套筒灌浆连接时，按照图10进行施工安装，所述灌浆套筒本体4竖直放置，所述灌浆口3位于出浆口8的下方。检查安装牢固后浇筑混凝土，强度达到技术要求，将端模板、侧模板及管堵拆掉，将灌浆管口接入灌浆口，将搅拌好的灌浆料5，开动灌浆泵，当出浆管流出正常的灌浆料5后，用管堵堵住出浆口，当灌浆料接触顶部并充满时，继续灌浆，随着灌浆料的压力增大，直到压力≥0.05mpa后，停止灌浆，视为灌浆饱满。

光纤光栅传感器工作原理：

当光纤光栅所处温度、应力、应变或其它物理发生变化时，光栅的周期或纤芯折射率将发生变化，从而使反射光的波长发生变化，通过测量物理量变化前后反射光波长的变化，就可以获得待测物理量的变化情况。光纤光栅传感器具有抗电磁干扰，尺寸小、重量轻，耐温性能好。复用能力强、传输距离远、耐腐蚀、高灵敏度、无源器件、易变形等优点。

本发明利用光纤光栅传感器的特点及优势，根据设计将光纤光栅传感器镶嵌在密封端盖12内表面（即密封端盖12底部开设的小槽ⅱ15内）或灌浆套筒本体4端部螺纹的边缘处开设的小槽ⅰ内或加工灌浆套筒4端部螺纹形成的退刀槽14处，灌浆料从下往上灌注，施工时光纤光栅传感器所处的位置为灌浆料到达最高端，检测到最高端充满灌浆料并有压力，则表示已经灌满。在后期的营运过程中，如果需要进行环境及应力变化情况的监测，可直接接上解调仪进行测量。

因此本发明的一种可监控灌浆饱满度及应力变化的预制拼装灌浆套筒连接头，有效解决了预制构件受力钢筋连接灌浆的饱满度的技术难题以及使用过程中关键节点的受力变化情况，对装配式混凝土结构安全提供可靠的技术保障。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明创造作了详尽的描述，但在本发明创造的基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明创造精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明创造要求保护的范围。