本发明涉及装配式建筑技术领域，具体涉及基于套筒表面激振的灌浆饱满度检测方法及系统。
背景技术
长期以来，我国建筑业主要采用现浇施工方式，从搭设脚手架、支设模板、绑扎钢筋到混凝土浇筑，大部分工作都在施工现场完成，劳动强度大，施工现场混乱，建筑材料消耗量大，现场产生建筑垃圾较多，对周围环境影响较大。随着劳动力成本不断上涨，以低廉劳动力价格为基础的现场施工生产方式正日益受到挑战，预制装配式施工方式越来越受到业界的关注。
套筒灌浆连接是装配式混凝土结构中钢筋连接的主要方式之一，因其具有施工简便、连接可靠等优点而广泛使用。套筒灌浆连接的原理是利用灌浆套筒内部键槽，再灌注高强度无收缩灌浆料，通过灌浆料、钢筋和灌浆套筒的协同作用实现钢筋连接。灌浆料在灌浆套筒内的饱满程度是影响钢筋连接性能的重要因素，工程中存在套筒灌浆不饱满的现象，故装配式结构施工安装需要配套的灌浆饱满度检测方法。
现有的套筒灌浆饱满度检测方法主要包括三大类：预埋检测方法、无损检测方法、局部破损检测方法。
预埋检测方法需在灌浆施工过程中预埋辅助装置，如预埋传感器、预埋拉拔钢丝等，后期通过对预埋装置的测试，评价内部灌浆情况。受钢筋位置的影响，当钢筋紧贴灌浆套筒内壁时，预埋装置可能无法伸入灌浆套筒内部；当浆料包裹传感器后再发生漏浆时，预埋传感器方法还存在误判的可能；另外，预埋的传感器不能重复使用，故预埋传感器方法的检测成本相对较高。
无损检测方法是事先不采取任何预埋措施，直接在混凝土表面通过超声波、冲击弹性波、x射线等检测内部缺陷。对于构件尺寸合适，且灌浆套筒呈单排或者梅花状布置时，x射线方法的检测效果比较好，因其有放射性，在工地现场使用存在一定的限制。由于检测对象的复杂性，采用超声波、冲击弹性波等无损检测方法，在混凝土表面检测到灌浆套筒内部灌浆缺陷的难度很大。
局部破损检测方法通常是对怀疑存在内部缺陷的灌浆套筒进行钻芯取样，直接切断灌浆套筒，检查内部缺陷，该方法破坏了钢筋连接，检测部位后期还需采取加固补强措施，工程上很少采用，只有当工程质量存在争议且无其他有效方法可用时才会考虑破损性检测。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于套筒表面激振的能够准确检测装配式结构的灌浆套筒内部灌浆情况的检测方法及检测系统。
根据本发明的一个方面，提供一种基于套筒表面激振的灌浆饱满度检测方法包括如下步骤：
在预制构件上设置检查口，该检查口能够露出灌浆套筒的外表面；
在所述灌浆套筒的外表面上布置加速度传感器和激振器，并将加速度传感器与信号采集分析装置连接；
启动激振器进行瞬时激振，并采集所述灌浆套筒外表面的加速度响应数据；
通过所述加速度响应数据分析判断所述灌浆套筒内部灌浆的缺陷情况。
优选地，在灌浆套筒的外表面沿灌浆套筒的长度方向布置两条平行测线，并沿竖向测线布置多个测点，两条测线分别用于布置激振器和加速度传感器；判断灌浆套筒内部灌浆的缺陷情况时，对所采集的数据信号进行处理，分析计算各测点处的振动持续时间和频谱特性参数，根据参数异常情况或者脱空阈值，对套筒灌浆饱满度进行识别判断，若有不饱满情况，分析给出不饱满的范围。
优选地，多个所述测点之间的间距为5～20mm。
优选地，所述检查口可为预留检查口，该预留检查口在预制构件浇筑混凝土前通过预埋可分离的垫块获得。
优选地，所述垫块的垫块厚度等于混凝土保护层厚度与套筒半径之和，和/或，所述垫块的宽度与灌浆套筒的直径相等。
优选地，所述检查口也可由工具剔凿混凝土保护层至灌浆套筒外表面获得。
优选地，所述脱空阈值通过对多个灌浆饱满的灌浆套筒样本进行激振，并根据振动持续时间或者振动频率的统计值得出。
根据本发明的另一个方面，提供一种基于套筒表面激振的灌浆饱满度检测系统，用于上述的检测方法，包括：
预制构件，内部设置有灌浆套筒，所述预制构件上设有检查口，所述检查口能够露出灌浆套筒的外表面；
激振器，用于激振灌浆套筒的外表面；
加速度传感器，用于采集灌浆套筒外表面的加速度响应数据；
信号采集分析装置，用于分析计算灌浆套筒外表面的振动持续时间和频谱特性参数。
优选地，所述检查口可为预留检查口，该预留检查口在预制构件浇筑混凝土前通过预埋可分离的垫块获得。
优选地，所述检查口也可由工具剔凿混凝土保护层至灌浆套筒外表面获得。
由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：
本发明检测方法通过设置检查口的形式，避免了混凝土保护层对测试信号的干扰，大幅提升了检测准确性，且操作步骤简单，具有良好的适用性，检测结果直观、可靠度高，能够对灌浆套筒内的灌浆情况进行准确判断。而且，本检测方法不会暴力破坏预制构件的结构，检测完毕后将检查口重新填满即可，在保证检测准确性的前提下，不会对预制构件的性能造成影响。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是本发明一实施方式检测方法中灌浆套筒的示意图；
图2是图1中预埋垫块的示意图；
图3是设置检查口并进行检测的示意图；
图4是显示图3检测过程中灌浆套筒内部有浆料时的俯视示意图；
图5是显示图3检测过程中灌浆套筒内部无浆料时的俯视示意图；
图6为典型灌浆套筒内有浆料时测试信号时程图；
图7为典型灌浆套筒内无浆料时测试信号时程图；
图8为典型灌浆套筒内有浆料时测试信号频谱图；
图9为典型灌浆套筒内无浆料时测试信号频谱图。
图中：1、垫块；2、激振器；3、加速度传感器；4、信号采集分析装置；5、灌浆套筒；6、灌浆口；7、出浆口；8、上部钢筋；9、下部钢筋；10、预制构件；11、检查口。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
如图1至图9所示，本发明实施方式公开了一种基于套筒表面激振的灌浆饱满度检测方法。本检测方法包括如下步骤：
在预制构件上设置检查口，该检查口能够露出灌浆套筒的外表面；
在所述灌浆套筒的外表面上布置加速度传感器和激振器，并将加速度传感器与信号采集分析装置连接；
启动激振器进行瞬时激振，并采集所述灌浆套筒外表面的加速度响应数据；
通过所述加速度响应数据分析判断所述灌浆套筒内部灌浆的饱满情况。
当对物体进行瞬时激励时，相当于对其施加冲量
对灌浆套筒表面进行机械激振，灌浆套筒表面局部发生振动，所检测部位的振动频率、持续时间等振动特性与灌浆套筒的材质、壁厚以及内部是否充满灌浆料有关，当灌浆套筒材质和壁厚恒定时，振动特性的差异主要与内部是否充满灌浆料有关。当灌浆套筒内壁缺少硬化灌浆料的支撑时，灌浆套筒局部振动特性将发生改变，据此判断所检部位内部是否有充满的灌浆料。在一个具体的实施例中，以同条件下充满灌浆料的灌浆套筒振动特性参数为标准值，当所检测部位的振动特性与标准值存在明显差异时，可判断此部位灌浆套筒内部未充满灌浆料；沿灌浆套筒轴向进行逐点测试，根据振动特性沿套筒长度方向的差异性分布，可进一步判断套筒灌浆不饱满的范围。
如图1所示，预制构件10的灌浆套筒5在灌浆口6注入灌浆料，这些浆料填满灌浆套筒5内部空间，将插入灌浆套筒5内的上部钢筋8和下部钢筋9连接起来，实现了预制构件10中的钢筋连接。
在预制构件10上设置检查口11，可在预制构件生产时预留垫块获得检查口11，或者后期通过工具剔凿混凝土保护层至灌浆套筒5的外表面获得检查口11。在本实施方式中，该检查口11为预留检查口，该预留检查口在预制构件10浇筑混凝土前通过预埋可分离的垫块1获得。当移除垫块1后，在预制构件10上形成的凹槽即为检查口11。
垫块1的具体尺寸可根据需求进行选择。较佳地，该垫块厚度等于混凝土保护层厚度与套筒半径之和，和/或，所述垫块的宽度与灌浆套筒的直径相等。该垫块的厚度是指图2中垫块的上部顶点和下部顶点之间的距离，也就是说垫块的厚度等于垫块1由外向内沿水平方向插入检查口时插入的最大深度。该垫块的宽度是图2中垫块左右两侧表面之间的距离，是将垫块2插入至检查口时，在水平方向测量所得的。
在本检测方法的实施方式示例中，在灌浆套筒5的外表面沿灌浆套筒5的长度方向设置两条平行测线，并沿竖向测线布置多个测点，两条测线分别用于布置激振器2和加速度传感器3。多个测点之间的间距可为5～20mm，本实施方式中测点间距为5mm。在本实施方式中的灌浆套筒5是竖直设置的，因而该灌浆套筒5的长度方向也就是竖直方向。这些测点中的起始测点位于所有测点中的最上方或最下方。在判断灌浆套筒内部灌浆的缺陷情况时，对所采集的数据信号进行处理，分析计算各测点处的振动持续时间和频谱特性参数，综合考虑振动持续时间和振动主频参数的异常，对套筒灌浆饱满度进行识别判断，若有不饱满情况，根据异常点的分布，分析给出灌浆不饱满的范围。
在本实施方式示例中，选取套筒内部无灌浆料和有灌浆料的两个测点的振动持续时间和频谱计算结果，参见图6至图9。
通过图6和图7中采集到的振动时程曲线，可确定测点处振幅衰减到一定程度时所需要经历的时间。为了能更好的说明套筒内部无灌浆料和有灌浆料对振动持续时间的影响，在本实施方式示例中，确定振动持续时间t0，使得t0时刻的振幅及其后续振幅a(t)均满足a(t)≤kamax(式中t≥t0)，其中，amax为最大振幅，k为振幅衰减系数，k取值范围为0.1～0.5。在本实施方式示例中，取k＝0.5，按照上述方法计算得到，套筒内部有灌浆料的测点振动持续时间t0为0.6ms；套筒内部无灌浆料的测点振动持续时间t0为2.6ms，可见，套筒内部有无灌浆料对振动持续时间t0的影响显著。
图8和图9分别是上述时程信号的频谱图。从频谱图中可以看出，本实施方式示例中套筒内部有灌浆料的主频小于内部无灌浆料的主频，与振动理论分析一致。因此，通过采用本方法分析套筒表面测点处的振动持续时间和振动主频，可准确分辨套筒内有无灌浆料，再综合各测点的测试结果，可确定灌浆饱满度。
本检测方法针对现有技术中的不足，通过设置检查口的形式，避免了混凝土保护层对测试信号的干扰，大幅提升了检测准确性，且操作步骤简单，具有良好的适用性，检测结果直观、可靠度高，能够对灌浆套筒内的灌浆情况进行准确判断。而且，本检测方法不会暴力破坏预制构件的结构，检测完毕后将检查口重新填满即可，在保证检测准确性的前提下，不会对预制构件的性能造成影响。
如图1至图5所示，本发明实施方式还公开了一种基于套筒表面激振的灌浆饱满度检测系统，用于上述的检测方法，该检测系统包括：
预制构件10，内部设置有灌浆套筒5，所述预制构件10上设有检查口，所述检查口能够露出灌浆套筒的外表面；
激振器2，用于激振灌浆套筒的外表面；
加速度传感器3，用于采集灌浆套筒外表面的加速度响应数据；
信号采集分析装置4，与所述加速度传感器3相连接，用于分析计算灌浆套筒外表面的振动持续时间和频谱特性参数。所述检查口为预留检查口，该预留检查口在预制构件浇筑混凝土前通过预埋可分离的垫块获得。或者，检查口由工具剔凿混凝土保护层至灌浆套筒外表面获得。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。