基于壓電材料的鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量阻抗法監(jiān)測(cè)施工工法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于壓電材料的鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量阻抗法監(jiān)測(cè)施工工法，依據(jù)PZT基片工作原理，對(duì)智能骨料和PZT反應(yīng)器進(jìn)行多截面、多層次布置。本發(fā)明施工工法解決了目前鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢測(cè)方法停留于試驗(yàn)階段，實(shí)用性差的問(wèn)題，有利于數(shù)據(jù)的采集及對(duì)比分析；實(shí)現(xiàn)一次施工同時(shí)檢測(cè)多種混凝土構(gòu)件質(zhì)量指標(biāo)，如混凝土填充密實(shí)度和管壁混凝土界面粘結(jié)質(zhì)量；且利用阻抗法對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，操作簡(jiǎn)單且檢測(cè)準(zhǔn)確度高；物料可再次回收，利用率高；檢測(cè)可與工程同步進(jìn)行，不會(huì)影響上部主體結(jié)構(gòu)的施工，減少工期成本的投入，可實(shí)時(shí)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)；特別適用于評(píng)定鋼管混凝土構(gòu)件的混凝土澆筑質(zhì)量和界面粘結(jié)質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】基于壓電材料的鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量阻抗法監(jiān)測(cè)施工工法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)測(cè)施工工法，特別涉及一種基于壓電材料、能一次施工同時(shí)檢測(cè)鋼管混凝土構(gòu)件的混凝土填充密實(shí)度以及鋼管界面的粘結(jié)質(zhì)量、可在線應(yīng)用的施工工法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)超高層建筑建設(shè)正處于快速發(fā)展期。鋼管混凝土柱以其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能在超高層建筑中的應(yīng)用日益廣泛，且鋼管混凝土構(gòu)件的截面越來(lái)越大。這類大截面鋼管混凝土柱的鋼管內(nèi)壁往往會(huì)布置一定數(shù)量的原有隔板和豎向加勁肋，原有隔板與鋼管交接部位以下的混凝土無(wú)法直接有效振搗，混凝土終凝后是否會(huì)出現(xiàn)不密實(shí)現(xiàn)象，甚至空洞或者脫空成為普遍擔(dān)憂的問(wèn)題。再者，鋼管內(nèi)大體積混凝土產(chǎn)生的水化熱大，核心混凝土的收縮是否會(huì)導(dǎo)致核心混凝土與鋼管壁之間界面剝離，有外包的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與鋼管外壁之間界面是否剝離，成為另一個(gè)需要關(guān)注的問(wèn)題。
[0003]基于壓電材料的檢測(cè)原理可以簡(jiǎn)單的概括為，通過(guò)信號(hào)源產(chǎn)生一定頻率和幅值的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)埋設(shè)在混凝土內(nèi)部一定位置的封裝好的智能骨料以及鋼管混凝土構(gòu)件或鋼管外表面一定位置的PZT基片，通過(guò)PZT的反壓電效應(yīng)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波將在結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部以及各界面?zhèn)鞑?，通過(guò)埋設(shè)在混凝土內(nèi)部一定位置的封裝好的智能骨料以及鋼管混凝土構(gòu)件或鋼管外表面一定位置的PZT基片來(lái)測(cè)量該位置的應(yīng)力波，由于應(yīng)力波在混凝土中傳播時(shí)，如果存在微裂縫或者混凝土的非密實(shí)區(qū)域或者空洞或者界面剝離等缺陷時(shí)，會(huì)造成 應(yīng)力波能量傳播的損失，通過(guò)分析該應(yīng)力波的特性的變化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土質(zhì)量的檢測(cè)以及混凝土性能隨時(shí)間的變化情況以及混凝土與鋼管粘結(jié)界面的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。
[0004]利用壓電材料的反壓電效應(yīng)，將PZT基片用水泥包裹，做成智能材料，預(yù)埋在鋼管混凝土構(gòu)件內(nèi)部，在信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下作為激發(fā)器；利用壓電材料的正壓電效應(yīng)，將PZT基片粘貼在鋼管混凝土構(gòu)件外表面或鋼管外壁上，作為接收信號(hào)的傳感器。檢測(cè)內(nèi)部核心區(qū)混凝土澆筑質(zhì)量時(shí)，采用智能骨料發(fā)射信號(hào)，另一個(gè)智能骨料接收信號(hào)的方法；檢測(cè)鋼管內(nèi)壁與內(nèi)部核心混凝土界面粘結(jié)質(zhì)量時(shí)，采用智能骨料發(fā)射信號(hào)，粘結(jié)在鋼管外壁上的PZT基片接收信號(hào)的方法；檢測(cè)鋼管外壁與外包鋼筋混凝土界面粘結(jié)質(zhì)量時(shí)，采用粘貼在鋼管外壁上的PZT基片發(fā)射信號(hào)，貼置在鋼管混凝土構(gòu)件外表面的PZT基片接收信號(hào)的方法。采用基于小波包信號(hào)分析的方法對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行分析，評(píng)定內(nèi)部混凝土澆筑質(zhì)量和界面粘結(jié)質(zhì)量。PZT的檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)混凝土的水化反應(yīng)過(guò)程以及混凝土缺陷以及鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土與鋼管的界面結(jié)合性能或者剝離進(jìn)行有效檢測(cè)。
[0005]目前對(duì)于鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)測(cè)施工工法停留于試驗(yàn)階段，實(shí)際應(yīng)用中實(shí)用性比較差；簡(jiǎn)單的預(yù)埋PCT傳感器和智能骨料，檢測(cè)準(zhǔn)確度低；一般是針對(duì)單一指標(biāo)的檢測(cè)方法，在實(shí)施其他檢測(cè)方法的時(shí)候需拆除原施工PCT部件并重新進(jìn)行施工，物料回收率低，浪費(fèi)嚴(yán)重，利用率低。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于壓電材料的鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量阻抗法監(jiān)測(cè)施工工法，解決目前鋼管混凝土構(gòu)件檢測(cè)停留于試驗(yàn)階段、實(shí)際應(yīng)用中實(shí)用性差的問(wèn)題，同時(shí)解決現(xiàn)有監(jiān)測(cè)方法只針對(duì)單一指標(biāo)、若檢測(cè)其他指標(biāo)需重新布置施工、物料回收率低、利用率低的問(wèn)題；還解決現(xiàn)有技術(shù)只用一種方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率低的問(wèn)題和不能應(yīng)用于在線監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種基于壓電材料的鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量阻抗法監(jiān)測(cè)施工工法，包括如下步驟:
步驟一、制定檢測(cè)方案，確定需要檢測(cè)的質(zhì)量指標(biāo)和相應(yīng)的檢測(cè)方法；
步驟二、選擇檢測(cè)截面:確定要檢測(cè)的鋼管混凝土構(gòu)件及部位，沿鋼管的長(zhǎng)向方向，間隔相同距離選取原有隔板處或結(jié)構(gòu)變換處的橫截面作為檢測(cè)截面；
步驟三、鋼管預(yù)處理:預(yù)先在距所檢測(cè)截面Im處的管壁上預(yù)留30mm的排氣孔，在鋼管的內(nèi)壁焊接用于固定智能骨料的焊接鋼板，使原有隔板和焊接鋼板在鋼管截面上平行排列且均勻環(huán)繞檢測(cè)截面一周，且以檢測(cè)截面的中心點(diǎn)形成一一對(duì)應(yīng)；將檢測(cè)截面處鋼管外壁的油漆打磨掉，用磨砂紙磨平；
步驟四、選擇PZT基片:依據(jù)待測(cè)量鋼管的規(guī)格、原有隔板和焊接鋼板的排布密度大小選擇PZT基片面積；
步驟五、制作PZT反應(yīng)器:用無(wú)水酒精擦干PZT基片，待干燥后，在PZT基片表面涂硅膠防水層做防水處理，將PZT基片一端與屏蔽導(dǎo)線焊接連接，屏蔽導(dǎo)線的另一端連接BNC接頭，即為PZT反應(yīng)器；
步驟六、制作智能骨料:用混凝土制作包埋體，所述包埋體為圓柱形或方形水泥塊，將步驟五制作的PZT反應(yīng)器的基體部分封存于包埋體中，屏蔽導(dǎo)線及BNC接頭露在包埋體外面，即做成智能骨料；
步驟七、布置PZT反應(yīng)器和智能骨料:在步驟二選好的檢測(cè)截面上，用AB膠將智能骨料固定于原有隔板或焊接的焊接鋼板上并綁扎牢固，在鋼管外側(cè)一一對(duì)應(yīng)布置PZT反應(yīng)器，鋼管內(nèi)的屏蔽導(dǎo)線從鋼管壁上預(yù)留的排氣孔導(dǎo)出，并貼緊內(nèi)壁固定，鋼管外的屏蔽導(dǎo)線按各檢測(cè)截面分別歸類綁扎并牢固固定于鋼管外壁上，最后將所有智能骨料、PZT反應(yīng)器以及屏蔽導(dǎo)線進(jìn)行編號(hào)；
步驟八、連接外部檢測(cè)設(shè)備:依據(jù)檢測(cè)指標(biāo)的不同對(duì)安裝布置完成的PZT反應(yīng)器和智能骨料進(jìn)行分類，分類方式如下:
1)阻抗法檢測(cè)鋼管混凝土構(gòu)件內(nèi)的混凝土填充密實(shí)度時(shí)，選擇鋼管內(nèi)間隔的智能骨料作為激發(fā)器連接波動(dòng)，與之在截面內(nèi)中心對(duì)稱的其他智能骨料作為傳感器連接高頻信號(hào)采集系統(tǒng)，采集數(shù)據(jù)；
2)阻抗法檢測(cè)鋼管混凝土構(gòu)件混凝土鋼管內(nèi)界面的粘結(jié)質(zhì)量時(shí)，將內(nèi)部全部智能骨料作為激發(fā)器連接波動(dòng)，對(duì)應(yīng)鋼管外壁的PZT反應(yīng)器作為傳感器連接高頻信號(hào)采集系統(tǒng)，采集數(shù)據(jù)；
將作為激發(fā)器的PZT反應(yīng)器或智能骨料的BNC接頭與波動(dòng)連接，作為傳感器的PZT反應(yīng)器或智能骨料的BNC接頭與高頻信號(hào)采集系統(tǒng)相連接，高頻信號(hào)采集系統(tǒng)經(jīng)過(guò)高壓放大器后與電腦分析終端相連接； 步驟九、混凝土灌注施工:向鋼管內(nèi)灌注混凝土 ；
步驟十、數(shù)據(jù)采集:啟動(dòng)阻抗分析儀、高頻信號(hào)采集系統(tǒng)、高壓放大器和電腦分析終端，進(jìn)行常規(guī)預(yù)熱、系統(tǒng)自檢并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置后，選擇發(fā)生器信號(hào)函數(shù)類型，通過(guò)波動(dòng)對(duì)激發(fā)器進(jìn)行信號(hào)刺激，通過(guò)高頻信號(hào)采集系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，并在不同采集日期進(jìn)行多次數(shù)據(jù)采集，選擇頻段為100KHz-400KHz和10000KHz-12000KHz多次掃頻，采集不同傳感器7在不同頻段的阻抗圖形，并在不同采集日期進(jìn)行多次數(shù)據(jù)采集；
步驟十一、數(shù)據(jù)分析:結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，分析所得阻抗圖形的吻合度，以及在不同頻段的均方根偏差值，通過(guò)比較相同截面不同頻段的阻抗圖形和均方根誤差值，可以得到同一截面測(cè)點(diǎn)的阻抗信號(hào)在不同頻段變化趨勢(shì)，判斷鋼管混凝土柱界面粘結(jié)狀況；
步驟十二、利用波動(dòng)法對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證:將檢測(cè)系統(tǒng)中的阻抗分析儀改為任意函數(shù)發(fā)生器，采集數(shù)據(jù)并結(jié)合已有技術(shù)分析結(jié)果，與之前阻抗法結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)原結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，所述任意函數(shù)發(fā)生器為掃頻信號(hào)發(fā)生器和正弦信號(hào)發(fā)生器，分別采集數(shù)據(jù)。
[0008]作為上述權(quán)利要求的解釋或補(bǔ)充，所述步驟三中的鋼管為圓柱形或方形，所述圓柱形鋼管在每個(gè)檢測(cè)截面上的原有隔板和焊接鋼板共6個(gè)，所述方形鋼管每個(gè)檢測(cè)截面上的原有隔板和焊接鋼板每條邊上2個(gè)，共8個(gè)。
[0009]作為上述權(quán)利要求的解釋或補(bǔ)充，所述步驟七中在布置鋼管外壁的PZT反應(yīng)器時(shí)，用沾有酒精的棉花將待安裝位置的鋼管外壁擦拭干凈，然后抹上一層薄薄的環(huán)氧樹脂，然后再粘貼安裝PZT反應(yīng)器。
[0010]作為上述權(quán)利要求的解釋或補(bǔ)充，所述步驟七中在布置PZT反應(yīng)器時(shí)，所述鋼管混凝土構(gòu)件是外包鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，除鋼管壁上的PZT反應(yīng)器和鋼管內(nèi)部的智能骨料外，在每個(gè)檢測(cè)截面的最外表面上的對(duì)應(yīng)位置也安裝PZT反應(yīng)器，用于檢測(cè)鋼管外壁的界面粘結(jié)質(zhì)量，外表面的PZT反應(yīng)器、鋼管壁上的PZT反應(yīng)器和鋼管內(nèi)部對(duì)應(yīng)的智能骨料三者連成一條通過(guò)該橫截面中心的直線。
[0011]作為上述權(quán)利要求的解釋或補(bǔ)充，所述步驟八中，所述鋼管混凝土構(gòu)件是外包鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，阻抗法檢測(cè)外包鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼管外界面的粘結(jié)質(zhì)量時(shí)對(duì)PZT反應(yīng)器和智能骨料進(jìn)行分類的方法是，把鋼管外壁的PZT反應(yīng)器作為激發(fā)器連接波動(dòng)，對(duì)應(yīng)貼置在鋼管混凝土構(gòu)件外表面的PZT反應(yīng)器作為傳感器連接高頻信號(hào)采集系統(tǒng)。
[0012]作為上述權(quán)利要求的解釋或補(bǔ)充，所述步驟十中數(shù)據(jù)采集時(shí)，阻抗法檢測(cè)設(shè)置波動(dòng)為掃頻信號(hào)發(fā)生器和正弦信號(hào)發(fā)生器，分別采集數(shù)據(jù)。
[0013]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于:本發(fā)明提供了一種基于壓電材料的鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量阻抗法監(jiān)測(cè)施工工法，解決了目前鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢測(cè)方法停留于試驗(yàn)階段，實(shí)用性差的問(wèn)題，有利于數(shù)據(jù)的采集及對(duì)比分析；實(shí)現(xiàn)一次施工同時(shí)檢測(cè)多種混凝土構(gòu)件質(zhì)量指標(biāo)，如混凝土填充密實(shí)度和管壁混凝土界面粘結(jié)質(zhì)量；且利用波動(dòng)法對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，操作簡(jiǎn)單且檢測(cè)準(zhǔn)確度高；物料可再次回收，利用率高；檢測(cè)可與工程同步進(jìn)行，不會(huì)影響上部主體結(jié)構(gòu)的施工，減少工期成本的投入，可實(shí)時(shí)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)；特別適用于評(píng)定鋼管混凝土構(gòu)件的混凝土澆筑質(zhì)量和界面粘結(jié)質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:圖1是本發(fā)明鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量阻抗法監(jiān)測(cè)施工工法的工藝流程圖；
圖2是本發(fā)明鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量阻抗法監(jiān)測(cè)施工工法的設(shè)備連接原理圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例1圓柱形鋼管內(nèi)部智能骨料5的布置示意圖；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例1圓柱形鋼管內(nèi)部布置的智能骨料5的A-A剖面示意圖；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例1圓柱形鋼管外PZT反應(yīng)器4的布置示意圖；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例1圓柱形鋼管外壁上布置的PZT反應(yīng)器4的B-B剖面示意圖；
圖7是本發(fā)明實(shí)施例2方形的外包鋼筋混凝土鋼管結(jié)構(gòu)13中的智能骨料5和PZT反應(yīng)器4的布置示意圖。
[0015]附圖標(biāo)記:1 一鋼管、2 —原有隔板、3 —焊接鋼板、4 - PZT反應(yīng)器、5 —智能骨料、
6-激發(fā)器、7-傳感器、8-波動(dòng)、9-高頻信號(hào)采集系統(tǒng)、10-高壓放大器、11-電腦分析終端、12-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、13-外包鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、14-檢測(cè)截面。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖3~6，實(shí)施例1選取了 2根18米高分三段吊裝的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)柱作為檢測(cè)對(duì)象。分別檢測(cè)鋼管內(nèi)部混凝土的填充密度及鋼管內(nèi)壁的界面粘結(jié)質(zhì)量；在此柱上選取三個(gè)檢測(cè)截面1、I1、111，每個(gè)截面沿環(huán)向方向布置6個(gè)PZT智能骨料5，在鋼管壁外對(duì)應(yīng)位置粘貼6個(gè)PZT片。
[0017]如圖1為本發(fā)明鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量阻抗法監(jiān)測(cè)施工工法的工藝流程圖，如圖所示，一種基于壓電材料的鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量阻抗法監(jiān)測(cè)施工工法，包括如下步驟:
步驟一、制定檢測(cè)方案，利用阻抗法檢測(cè)鋼管混凝土構(gòu)件的混凝土填充密實(shí)度和鋼管界面粘結(jié)質(zhì)量；
步驟二、選擇檢測(cè)截面14:確定要檢測(cè)的鋼管I混凝土構(gòu)件及部位，沿鋼管高度方向，間隔相同距離選取與管壁垂直、原有隔板2處或結(jié)構(gòu)變換處的截面作為檢測(cè)截面14 ;本實(shí)施例用鋼管混凝土構(gòu)件吊裝高度7m，管徑為Φ=1.0m，鋼管壁厚度為t=20mm，該段鋼構(gòu)件上沿高度方向選取三個(gè)檢測(cè)位置，分別命名為截面I、截面II、截面III ；
步驟三、鋼管I預(yù)處理:預(yù)先在距所檢測(cè)截面141m處的管壁上預(yù)留30mm的排氣孔，在鋼管I內(nèi)壁焊接用于固定智能骨料5的焊接鋼板3，所有原有隔板2和焊接鋼板3在鋼管截面上平行排列且均勻環(huán)繞截面一周，且以檢測(cè)截面14幾何形狀中心點(diǎn)為中心形成一一對(duì)應(yīng),將檢測(cè)截面14處鋼管外壁的油漆打磨掉，用磨砂紙磨平；
步驟四、選擇PZT基片:依據(jù)待測(cè)量鋼管的規(guī)格、原有隔板和焊接鋼板的排布密度大小選擇PZT基片面積； 步驟五、制作PZT反應(yīng)器4:據(jù)測(cè)量范圍選擇使用的PZT基片面積，選擇使用的PZT基片面積，采用？21'-54型1011111^10臟壓電陶瓷片；用無(wú)水酒精擦干PZT基片，待干燥后，在PZT基片表面涂硅膠防水層做防水處理，將PZT基片一端與屏蔽導(dǎo)線焊接連接，屏蔽導(dǎo)線7的另一端連接BNC接頭；
步驟六、制作智能骨料5:用混凝土制作包埋體，為圓柱形直徑30mm,高30mm或方形20mmX 20mmX 40臟，將步驟四制作的PZT反應(yīng)器45的基體部分封存于包埋體中，屏蔽導(dǎo)線及BNC接頭露在包埋體外面；
步驟七、布置PZT反應(yīng)器4和智能骨料5:在步驟二選好的檢測(cè)截面14上，用AB膠將智能骨料5固定于原有隔板2或焊接的焊接鋼板3上并綁扎牢固，在鋼管外側(cè)一一對(duì)應(yīng)布置PZT反應(yīng)器4，鋼管內(nèi)屏蔽導(dǎo)線從鋼管壁上預(yù)留的排氣孔導(dǎo)出，并貼緊內(nèi)壁固定，鋼管外的屏蔽導(dǎo)線按各檢測(cè)截面14分別歸類綁扎并牢固固定于外壁，將所有智能骨料5和PZT反應(yīng)器4對(duì)應(yīng)的屏蔽導(dǎo)線進(jìn)行編號(hào)；參見圖3?6，圓柱形鋼管內(nèi)原有隔板2和焊接鋼板3共6個(gè)，在每個(gè)檢測(cè)截面14沿環(huán)向方向均勻布置6個(gè)智能骨料5，且以檢測(cè)截面14幾何形狀中心點(diǎn)為中心形成一一對(duì)應(yīng)，共18個(gè)，在鋼管內(nèi)壁焊接80 X 20mm的焊接鋼板3，智能骨料5固定于臨時(shí)焊接的鋼板或橫隔板上，從上而下編號(hào)分別為S1-S6、S7-S12、S13-S18。在鋼管外側(cè)一一對(duì)應(yīng)布置PZT反應(yīng)器4，用沾有酒精的棉花將檢測(cè)截面14上與內(nèi)部智能骨料5對(duì)應(yīng)的鋼管外壁擦拭干凈，然后抹上一層薄薄的環(huán)氧樹脂，一方面可使PZT片與鋼管壁保持絕緣，另外一方面可以保證PZT片與鋼管壁的接觸面光滑；待固定后在表面涂上一層環(huán)氧樹脂膠，以防止潮濕環(huán)境的影響及剝落，每個(gè)檢測(cè)截面14上布置6個(gè)PZT片作為傳感器7用于檢測(cè)鋼管與核心混凝土之間的界面粘結(jié)情況，粘貼在鋼管外壁作為傳感器7的PZT片編號(hào)分別為 P1-P6, P7-P12, P13-P18 ；
步驟八、連接外部檢測(cè)設(shè)備:依據(jù)試驗(yàn)方案對(duì)安裝布置完成的PZT結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，阻抗法檢測(cè)鋼管混凝土構(gòu)件內(nèi)的混凝土填充密實(shí)度時(shí)，選擇鋼管內(nèi)間隔的智能骨料5作為激發(fā)器6連接波動(dòng)8，與之在截面內(nèi)中心對(duì)稱的其他智能骨料5作為傳感器7連接高頻信號(hào)采集系統(tǒng)9 ;阻抗法檢測(cè)鋼管混凝土構(gòu)件混凝土鋼管內(nèi)界面的粘結(jié)質(zhì)量時(shí)，將內(nèi)部全部智能骨料5作為激發(fā)器6連接波動(dòng)8，對(duì)應(yīng)鋼管外壁的PZT反應(yīng)器4作為傳感器7連接高頻信號(hào)采集系統(tǒng)9 ;分類完成后將作為激發(fā)器6的PZT結(jié)構(gòu)的BNC接頭與波動(dòng)8連接，與作為傳感器7的PZT結(jié)構(gòu)的BNC接頭與高頻信號(hào)采集系統(tǒng)9相連接，高頻信號(hào)采集系統(tǒng)9經(jīng)過(guò)高壓放大器10后與電腦分析終端11相連接，如圖2所示；
步驟九、鋼管內(nèi)灌注混凝土 ；
步驟十、數(shù)據(jù)采集:啟動(dòng)阻抗分析儀、高頻信號(hào)采集系統(tǒng)、高壓放大器和電腦分析終端，進(jìn)行常規(guī)預(yù)熱、系統(tǒng)自檢并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置后，選擇發(fā)生器信號(hào)函數(shù)類型，通過(guò)波動(dòng)對(duì)激發(fā)器進(jìn)行信號(hào)刺激，通過(guò)高頻信號(hào)采集系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，并在不同采集日期進(jìn)行多次數(shù)據(jù)采集，選擇頻段為100KHz-400KHz和10000KHz-12000KHz多次掃頻，采集不同傳感器7在不同頻段的阻抗圖形，并在不同采集日期進(jìn)行多次數(shù)據(jù)采集；
步驟十一、數(shù)據(jù)分析:結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，分析所得阻抗圖形的吻合度，以及在不同頻段的均方根偏差值，通過(guò)比較相同截面不同頻段的阻抗圖形和均方根誤差值，可以得到同一截面測(cè)點(diǎn)的阻抗信號(hào)在不同頻段變化趨勢(shì)，判斷鋼管混凝土柱界面粘結(jié)狀況；
其中，對(duì)應(yīng)不同監(jiān)測(cè)指標(biāo)，步驟十和步驟十一在實(shí)施中的具體方法如下:
I)選擇頻段為100KHz-400KHz和10000KHz-12000KHz多次掃頻，采集不同傳感器7在不同頻段的阻抗圖形，發(fā)現(xiàn)各傳感器7的阻抗圖形基本吻合，變化很??；
2 )分析不同傳感器7在不同頻段的均方根偏差值，發(fā)現(xiàn)不同傳感器7的損傷指標(biāo)值均很小，低于5%。通過(guò)比較相同截面不同頻段的阻抗圖形和均方根誤差值，可以得到同一截面測(cè)點(diǎn)的阻抗信號(hào)在不同頻段變化趨勢(shì)不大，即鋼管混凝土柱界面粘結(jié)狀況未見異常和明顯差異。
[0018]步驟十二、利用波動(dòng)法對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證:將檢測(cè)系統(tǒng)中的阻抗分析儀8改為任意函數(shù)發(fā)生器，采集數(shù)據(jù)并結(jié)合已有技術(shù)分析結(jié)果，與之前結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)原結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，所述任意函數(shù)發(fā)生器為掃頻信號(hào)發(fā)生器和正弦信號(hào)發(fā)生器，分別采集數(shù)據(jù)。
[0019]如圖7，實(shí)施例2選取了方形的外包鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)13，除檢測(cè)鋼管內(nèi)部混凝土的填充密度及鋼管內(nèi)壁的界面粘結(jié)質(zhì)量外，還檢測(cè)鋼管外壁的界面粘結(jié)質(zhì)量，此類方形鋼管混凝土構(gòu)件的施工大多采取先將多個(gè)建筑層的鋼管焊接安裝就位，用自密實(shí)免振搗混凝土先澆筑鋼管內(nèi)混凝土，待外包結(jié)構(gòu)鋼筋及模板工程驗(yàn)收合格后，才澆筑鋼管外的外包混凝土，形成錯(cuò)層施工。
[0020]外包鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)13的鋼管內(nèi)部混凝土的填充密度及鋼管內(nèi)壁的界面粘結(jié)質(zhì)量的監(jiān)測(cè)方法同圓形鋼管，其智能骨料5和PZT反應(yīng)器的排布方式有所不同，在每個(gè)檢測(cè)面的每條邊上均勻布置2個(gè)智能骨料5，每個(gè)截面設(shè)置8個(gè)，在鋼管截面上平行排列且均勻環(huán)繞截面一周，且以檢測(cè)截面14幾何形狀中心點(diǎn)為中心形成一一對(duì)應(yīng)，共24個(gè)，對(duì)智能骨料5進(jìn)行編號(hào)，從上而下編號(hào)依次為A1-A8、A9-A18、A19-A24 ;管壁外PCT布置方法同圓柱形鋼管布置，編號(hào)分別為B1-B8、B9-B18、B19-B24 ;其中，A1-A8及B1-B8主要用于檢測(cè)鋼管內(nèi)壁與核心混凝土的粘結(jié)性能，B1-B8及C9-C16主要用于檢測(cè)鋼管外壁與外包混凝土的粘結(jié)性能，A1-A8檢測(cè)核心混凝土的質(zhì)量。如圖7所示,外包鋼筋混凝土 13結(jié)構(gòu)1218外表面的的PZT反應(yīng)器4對(duì)應(yīng)鋼管壁上PZT反應(yīng)器4安裝，編號(hào)分別為C1-C8、C9-C18、C19-C24。
[0021]在進(jìn)行外包鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)13的鋼管外壁的界面粘結(jié)質(zhì)量的檢測(cè)時(shí)，在每個(gè)檢測(cè)截面的最外表面上的對(duì)應(yīng)位置也安裝PZT反應(yīng)器7，用于檢測(cè)鋼管外壁的界面粘結(jié)質(zhì)量，外表面的PZT反應(yīng)器7、鋼管壁上的PZT反應(yīng)器7和鋼管內(nèi)部對(duì)應(yīng)的智能骨料5三者連成一條直線，該直線通過(guò)鋼管檢測(cè)截面14的幾何中心。
[0022]對(duì)于鋼管混凝土柱的鋼管與混凝土的界面粘結(jié)情況，阻抗法的結(jié)果表明，鋼管混凝土柱內(nèi)部混凝土自身均勻性好，各檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)內(nèi)部混凝土未見明顯的缺陷；對(duì)于鋼管混凝土柱的鋼管與混凝土的界面粘結(jié)情況，不同頻道下的粘貼于鋼管壁的PZT以及嵌入式PZT智能骨料5的機(jī)電耦合抗阻法的測(cè)量結(jié)果均表明，各檢測(cè)時(shí)間段內(nèi)鋼管混凝土柱內(nèi)混凝土與鋼管壁之間粘結(jié)性能良好，未出現(xiàn)明顯的界面剝離現(xiàn)象；對(duì)于鋼管混凝土柱的鋼管與混凝土的界面粘結(jié)情況，阻抗法與波動(dòng)法結(jié)果得到的結(jié)論相互吻合，各檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)內(nèi)部混凝土未見明顯的缺陷。
[0023]在中國(guó)發(fā)明專利公開文件，CN102507655A中公開了一種小波包技術(shù)分析，用于依據(jù)PZT技術(shù)檢測(cè)鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量事進(jìn)行高頻信號(hào)數(shù)據(jù)分析和相應(yīng)的結(jié)果評(píng)估方法，由于這種技術(shù)已經(jīng)充分公開，所以本發(fā)明對(duì)數(shù)據(jù)處理和結(jié)果評(píng)估部分未做贅述。
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓電材料的鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量阻抗法監(jiān)測(cè)施工工法，包括如下步驟: 步驟一、制定檢測(cè)方案，確定需要檢測(cè)的質(zhì)量指標(biāo)和相應(yīng)的檢測(cè)方法； 步驟二、選擇檢測(cè)截面(14):確定要檢測(cè)的鋼管混凝土構(gòu)件及部位，沿鋼管的長(zhǎng)向方向，間隔相同距離選取原有隔板(2)處或結(jié)構(gòu)變換處的橫截面作為檢測(cè)截面(14)； 步驟三、鋼管(I)預(yù)處理:預(yù)先在距所檢測(cè)截面(14) Im處的管壁上預(yù)留30mm的排氣?L，在鋼管(I)的內(nèi)壁焊接用于固定智能骨料(5)的焊接鋼板(3)，使原有隔板(2)和焊接鋼板(3)在鋼管截面上平行排列且均勻環(huán)繞檢測(cè)截面(14)一周，且以檢測(cè)截面(14)的中心點(diǎn)形成--對(duì)應(yīng)；將檢測(cè)截面(14)處鋼管外壁的油漆打磨掉，用磨砂紙磨平； 步驟四、選擇PZT基片:依據(jù)待測(cè)量鋼管(I)的規(guī)格、原有隔板(2)和焊接鋼板(3)的排布密度大小選擇PZT基片面積； 步驟五、制作PZT反應(yīng)器(4):用無(wú)水酒精擦干PZT基片，待干燥后，在PZT基片表面涂硅膠防水層做防水處理，將PZT基片一端與屏蔽導(dǎo)線焊接連接，屏蔽導(dǎo)線的另一端連接BNC接頭，即為PZT反應(yīng)器； 步驟六、制作智能骨料(5):用混凝土制作包埋體，所述包埋體為圓柱形或方形水泥塊，將步驟五制作的PZT反應(yīng)器(4)的基體部分封存于包埋體中，屏蔽導(dǎo)線及BNC接頭露在包埋體外面，即做成智能骨料； 步驟七、布置PZT反應(yīng)器(4)和智能骨料(5):在步驟二選好的檢測(cè)截面(14)上，用AB膠將智能骨料(5)固定于原有隔板(2)或焊接的焊接鋼板(3)上并綁扎牢固，在鋼管外側(cè)一一對(duì)應(yīng)布置PZT反應(yīng)器(4)，鋼管內(nèi)的屏蔽導(dǎo)線從鋼管壁上預(yù)留的排氣孔導(dǎo)出，并貼緊內(nèi)壁固定，鋼管外的屏蔽導(dǎo)線按各檢測(cè)截面(14)分別歸類綁扎并牢固固定于鋼管外壁上，最后將所有智能骨料(5)、PZT反應(yīng)器(4)以及屏蔽導(dǎo)線進(jìn)行編號(hào)； 步驟八、連接外部檢測(cè)設(shè)備:依據(jù)檢測(cè)指標(biāo)的不同對(duì)安裝布置完成的PZT反應(yīng)器(4)和智能骨料(5)進(jìn)行分類，分類方式如下: 1)阻抗法檢測(cè)鋼管混凝土構(gòu)件內(nèi)的混凝土填充密實(shí)度時(shí)，選擇鋼管內(nèi)間隔的智能骨料(5)作為激發(fā)器(6)連接阻抗分析儀(8)，與之在截面內(nèi)中心對(duì)稱的其他智能骨料(5)作為傳感器(7)連接高頻信號(hào)采集系統(tǒng)(9)，采集數(shù)據(jù)； 2)阻抗法檢測(cè)鋼管混凝土構(gòu)件混凝土鋼管內(nèi)界面的粘結(jié)質(zhì)量時(shí)，將內(nèi)部全部智能骨料(5)作為激發(fā)器(6)連接阻抗分析儀(8)，對(duì)應(yīng)鋼管外壁的PZT反應(yīng)器(4)作為傳感器(7)連接高頻信號(hào)采集系統(tǒng)(9)，采集數(shù)據(jù)； 將作為激發(fā)器(6)的PZT反應(yīng)器(4)或智能骨料(5)的BNC接頭與阻抗分析儀(8)連接，作為傳感器(7)的PZT反應(yīng)器(4)或智能骨料(5)的BNC接頭與高頻信號(hào)采集系統(tǒng)(9)相連接，高頻信號(hào)采集系統(tǒng)(9)經(jīng)過(guò)高壓放大器(10)后與電腦分析終端(11)相連接；步驟九、混凝土灌注施工:向鋼管(I)內(nèi)灌注混凝土 ； 步驟十、數(shù)據(jù)采集:啟動(dòng)阻抗分析儀(8)、高頻信號(hào)采集系統(tǒng)(9)、高壓放大器(10)和電腦分析終端(11)，進(jìn)行常規(guī)預(yù)熱、系統(tǒng)自檢并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置后，選擇發(fā)生器信號(hào)函數(shù)類型，通過(guò)阻抗分析儀(8)對(duì)激發(fā)器(6)進(jìn)行信號(hào)刺激，通過(guò)高頻信號(hào)采集系統(tǒng)(9)收集數(shù)據(jù)，選擇頻段為100KHz-400KHz和10000KHz-12000KHz多次掃頻，采集不同傳感器7在不同頻段的阻抗圖形，并在不同采集日期進(jìn)行多次數(shù)據(jù)采集； 步驟十一、數(shù)據(jù)分析:結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，分析所得阻抗圖形的吻合度，以及在不同頻段的均方根偏差值，通過(guò)比較相同截面不同頻段的阻抗圖形和均方根誤差值，可以得到同一截面測(cè)點(diǎn)的阻抗信號(hào)在不同頻段變化趨勢(shì)，判斷鋼管混凝土柱界面粘結(jié)狀況；
步驟十二、利用波動(dòng)法對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證:將檢測(cè)系統(tǒng)中的阻抗分析儀(8)改為任意函數(shù)發(fā)生器，采集數(shù)據(jù)并結(jié)合已有技術(shù)分析結(jié)果，與之前阻抗法結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)原結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，所述任意函數(shù)發(fā)生器為掃頻信號(hào)發(fā)生器和正弦信號(hào)發(fā)生器，分別采集數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電材料的鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量阻抗法監(jiān)測(cè)施工工法，其特征在于:所述步驟三中的鋼管(I)為圓柱形或方形，所述圓柱形鋼管在每個(gè)檢測(cè)截面(14)上的原有隔板(2)和焊接鋼板(3)共6個(gè)，所述方形鋼管每個(gè)檢測(cè)截面(14)上的原有隔板(2)和焊接鋼板(3)每條邊上2個(gè)，共8個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電材料的鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量阻抗法監(jiān)測(cè)施工工法，其特征在于:所述步驟七中在布置鋼管外壁的PZT反應(yīng)器(4)時(shí)，用沾有酒精的棉花將待安裝位置的鋼管外壁擦拭干凈，然后抹上一層薄薄的環(huán)氧樹脂，然后再粘貼安裝PZT反應(yīng)器(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電材料的鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量阻抗法監(jiān)測(cè)施工工法，其特征在于:所述步驟七中在布置PZT反應(yīng)器(4)時(shí)，所述鋼管混凝土構(gòu)件是外包鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(13)，除鋼管壁上的PZT反應(yīng)器(4)和鋼管內(nèi)部的智能骨料(5)外，在每個(gè)檢測(cè)截面(14)的最外表面上的對(duì)應(yīng)位置也安裝PZT反應(yīng)器(4)，用于檢測(cè)鋼管外壁的界面粘結(jié)質(zhì)量，外表面的PZT反應(yīng)器(4)、鋼管壁上的PZT反應(yīng)器(4)和鋼管內(nèi)部對(duì)應(yīng)的智能骨料(5)三者連成一條通過(guò)該橫截面中心的直線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電材料的鋼管混凝土構(gòu)件質(zhì)量阻抗法監(jiān)測(cè)施工工法，其特征在于:所述步驟八中，所述鋼管混凝土構(gòu)件是外包鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(13)，阻抗法檢測(cè)外包鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(13)的鋼管外界面的粘結(jié)質(zhì)量時(shí)對(duì)PZT反應(yīng)器(4)和智能骨料(5)進(jìn)行分類的方法是，把鋼管外壁的PZT反應(yīng)器(4)作為激發(fā)器(6)連接阻抗分析儀(8)，對(duì)應(yīng)貼置在鋼管混凝土構(gòu)件外表面的PZT反應(yīng)器(4)作為傳感器(7)連接高頻信號(hào)采集系統(tǒng)(9)。
【文檔編號(hào)】G01N27/02GK103675030SQ201310591236
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】羅曉生, 李婉琴, 孫維振, 徐永東, 李曉, 顏庭韻, 馬永紅 申請(qǐng)人:中建二局第一建筑工程有限公司