CN111175322A - 基于x射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法 - Google Patents

基于x射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于X射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法，先固定数字成像板，然后在构件背面寻找其中心点的投影点并做好标记；架设X射线机，X射线机发射口中心大致对准标记点；安装定位环，测量定位环中心到构件底部的距离l1；拍摄受检区图像并识别图像，在图像中绘制一条经过定位环中心的水平辅助线，比较图像中定位环、浆料面和连接钢筋端部的高度，基于比较的结果决定测量l2或l3(l2、l3分别为连接钢筋端部、浆料面至水平辅助线的垂直距离)；对l2或l3进行修正并计算有效锚固长度h，以此判断浆锚搭接连接的质量。本发明解决了浆锚管只能局部投影又缺少尺寸参照点而无法精确测量钢筋有效锚固长度的问题，提高了检测精度。

Description

基于X射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法
技术领域
本发明涉及装配式建筑技术领域，具体涉及一种基于X射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法
背景技术
浆锚搭接连接是装配式混凝土结构竖向构件的连接形式之一，是在预制混凝土构件中预留孔道，在孔道中***需搭接的钢筋，并灌注水泥基灌浆料而实现的钢筋搭接连接方式。连接钢筋的有效锚固长度是影响浆锚搭接连接质量的主要因素，而有效锚固长度则是由灌浆饱满度和浆锚管内连接钢筋***深度共同决定的。但是，现阶段国内的施工技术水平较低，现场施工人员的素质也参差不齐，经常造成灌浆不饱满、连接钢筋***深度不足的情况，导致浆锚搭接连接质量存在安全隐患，在一定程度上阻碍了装配式混凝土结构的推广与发展。
目前，浆锚搭接连接的质量检测主要参照套筒灌浆连接的相关检测方法。X射线数字成像检测技术因其成像结果清晰、对被检构件无破损或微破损以及能在成像结果上直接进行测量等特点，已成为被业内认可的套筒灌浆连接质量检测方法之一。公开号为CN106872499A的中国专利公开了一种灌浆套筒试件的缺陷检测装置及检验方法，采用工业X射线机对灌浆套筒试件进行照射，由数字影像板得到投影图像文件，再对投影图像文件进行参数分析，即可得到套筒灌浆试件的缺陷宽度和缺陷面积等精确信息。该方法能对灌浆套筒试件的缺陷面积和缺陷位置等进行精确计算，且能够避免对灌浆套筒试件造成损坏。
公开号为CN109781752A的中国专利公开了一种用于检测套筒灌浆缺陷的X射线数字成像增强与定量识别方法，采用便携式X射线机对套筒灌浆缺陷进行检测，在成像结果上套筒内钢筋两侧的灌浆区中间部位绘制两条贯穿套筒的竖向辅助线，计算两侧竖向辅助线上的灰度曲线，根据灰度值变化识别灌浆缺陷界面；当灌浆缺陷位于套筒出浆孔端部，则测量套筒出浆口底部到灌浆缺陷界面的距离；当灌浆缺陷位于套筒中部，则测量两个灌浆缺陷界面之间的距离。该方法成像清晰且能准确测量灌浆缺陷的大小。
但是，能否将X射线法直接应用到浆锚搭接连接质量的检测还有待商榷。由于套筒灌浆连接和浆锚搭接连接的受力机理不同，导致其所需的连接钢筋锚固长度差别较大，通常情况下套筒灌浆连接钢筋锚固长度仅需达到8d(d为连接钢筋直径)，而针对浆锚搭接连接《装配式混凝土建筑技术标准》GB/T 51231-2016中规定其钢筋有效锚固长度不应小于1.2laE(laE为抗震锚固长度)，通常要达到700mm左右，因此灌浆套筒和浆锚管在构造上的差别较大。灌浆套筒的尺寸小、精度高，鉴于数字成像板的长、宽约为400mm，在使用X射线法进行检测时，常规型号的半灌浆套筒能全长投影在数字成像板上，可将套筒本身作为参照物，便于计算其内部缺陷尺寸；对于常规型号的全灌浆套筒能将其一半以上长度投影在数字成像板上，利用套筒内部已知位置的构造作为参照点，如限位挡卡、灌浆口及出浆口等，同样能准确计算套筒内部缺陷尺寸。而浆锚管的长度较大，检测时，浆锚管只能局部投影在数字成像板上，且浆锚管尺寸精度较差，其内部也无可作为已知参照点的构造特征，也就无法准确计算浆锚管内部的灌浆料界面高度及连接钢筋***深度。
因此，亟需研发一种基于X射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于X射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法，能够准确地测量浆锚搭接中连接钢筋的有效锚固长度，以此判断浆锚搭接连接的质量，检测效率高、检测结果可靠。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于X射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法，包括以下步骤：
S1.固定数字成像板，数字成像板固定在构件灌浆操作面，所述灌浆操作面为构件正面，数字成像板覆盖浆锚管的上部，且数字成像板的上边缘高于浆锚管的顶部；
S2.制作标记点，寻找数字成像板的中心点在构件背面的投影点，并做好标记；
S3.架设X射线机，X射线机架设在构件背面，X射线机发射口处安装激光对准器，打开激光对准器，调整X射线机的位置，使得激光投射点在标记点30mm范围内；
S4.在构件背面安装定位环，将定位环粘贴在激光投射点处，测量定位环中心到构件底部的距离l1；
S5.拍摄受检区图像，设置X射线机的参数，启动X射线机进行拍摄，拍摄结果实时显示在计算机上，并对图像质量进行增强处理，得到成像结果；
S6.图像识别，识别图像中定位环、浆料面和连接钢筋端部的位置，在成像结果上绘制一条经过定位环中心的水平辅助线，对浆料面高度和连接钢筋端部高度进行比较，若浆料面高于连接钢筋端部，则在成像结果上测量连接钢筋端部至水平辅助线的垂直距离l2，当连接钢筋端部高于水平辅助线时l2为正，反之则为负；若连接钢筋端部高于浆料面，则在成像结果上测量浆料面至水平辅助线的垂直距离l3，当浆料面高于水平辅助线时l3为正，反之则为负；
S7.浆锚搭接连接质量评定，对l2和l3乘以修正系数β进行修正：
Figure BDA0002361557090000031
式中：
f—X射线机发射口到被测物体的垂直距离；
F—X射线机发射口到数字成像板的垂直距离；
l2所对应的连接钢筋区段的实际长度L2＝l2×β，l3所对应的灌浆料区段的实际长度L3＝l3×β，当浆料面高于连接钢筋端部时，此时有效锚固长度h＝l1+L2；当连接钢筋端部高于浆料面时，此时有效锚固长度h＝l1+L3，当有效锚固长度h≥L时(其中L为设计锚固长度)，浆锚搭接连接质量符合要求，其余长度为不符合要求。
进一步的，在S1中，采用钢筋扫描仪确定浆锚管的位置，调节数字成像板位置，使浆锚管与数字成像板垂直方向的中心线位置相对应，数字成像板上边缘高于出浆口50mm-100mm，所述数字成像板的长、宽均不小于300mm。
进一步的，在S2中，使用激光测距仪测量数字成像板中心点到构件顶部及两侧的距离尺寸，并在构件背面通过距离尺寸找到相对应的位置，做好标记点。
进一步的，在S3中，X射线机的发射口至构件表面500mm-700mm，同时，应确保X射线机的发射口与构件表面保持平行。
进一步的，在S4中，所述定位环为中心开孔的圆环，材质为金属，定位环厚度为3mm-5mm，内径为3mm-5mm，外径为8mm-10mm。
进一步的，在S5中，将X射线机的管电压设置为250kV-290kV，管电流设置为2mA-3mA，曝光时间设置为2s-4s。
进一步的，在S6中，根据图像中浆锚管内的灰度值变化来确定浆料面的位置；根据定位环、连接钢筋的原始形状及灰度值变化，识别图像中定位环、连接钢筋端部所在的位置。
本发明的有益效果：
本发明通过在X射线机发射口中心的投射点上设置定位环，定位环在成像结果中的投影点即为图像的放大原点，根据修正系数(由X射线机发射口到被测物体的距离和焦距的比值确定)和已知高度的放大原点可以精确推算浆料面和连接钢筋端部的实际高度，解决了浆锚管只能局部投影在数字成像板上且浆锚管内无明显固定尺寸参照点的情况下无法精确测量连接钢筋有效锚固长度的问题，本方法检测效率高、检测结果可靠。
附图说明
图1是本发明的使用时的结构示意图；
图2是本发明的X射线机和定位环的配合结构示意图；
图3是本发明对应的构件截面示意图；
图4是本发明的浆锚管采用“梅花形”布置的结构示意图；
图5是本发明的一实施例中的截面结构示意图；
图6是本发明的另一实施例中的截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1至图5所示，本发明的基于X射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法的一实施例，构件111主要包括内部设置的浆锚管2，浆锚管采用“梅花形”布置，参照图4所示，以及伸入浆锚管内的下层剪力墙连接钢筋112，下层剪力墙连接钢筋使用HRB400热轧带肋钢筋，直径为14mm，抗震等级按三级算，抗震锚固长度laE为518mm，此时设计锚固长度L不应小于1.2laE(1.2laE＝621.6mm)；浆锚管上设置有延伸至构件表面的灌浆管113和出浆管114，灌浆施工时，浆料115从灌浆管灌入，待出浆管内的浆料成股流出后，停止灌浆，封堵构件表面出浆口116和灌浆口117，待浆锚管内的浆料凝结硬化后对浆锚搭接连接质量进行检测。
具体包括以下步骤：
首先固定数字成像板1，数字成像板固定在构件的灌浆操作面上，灌浆操作面为构件正面，采用钢筋扫描仪确定浆锚管的位置，调节数字成像板位置，使浆锚管与数字成像板垂直方向的中心线位置相对应，数字成像板与灌浆操作面平行贴合在一起，数字成像板覆盖浆锚管2的上部，且数字成像板的上边缘高于浆锚管的顶部，保证成像时能够得到测算所需要的图像，具体为数字成像板上边缘高于出浆口50mm-100mm，数字成像板的长、宽均不小于300mm。
然后制作标记点，使用激光测距仪测量数字成像板中心点到构件顶部及两侧的距离尺寸，并在构件背面通过距离尺寸找到相对应的位置，即为数字成像板的中心点在构件背面的投影点，进行标识，做好标记点。
随后架设X射线机3，X射线机架设在构件背面，X射线机的发射口至构件表面500mm-700mm，并确保X射线机的发射口与构件表面保持平行；在X射线机发射口处安装激光对准器4，打开激光对准器，调整X射线机的位置，使得激光投射点在标记点30mm范围内。
为了方便后续测量计算，在构件背面安装定位环5，将定位环粘贴在激光投射点处，测量定位环中心到构件底部的距离l1，得到l1为550mm；定位环为中心开孔的圆环，材质为金属，定位环厚度为3mm-5mm，内径为3mm-5mm，外径为8mm-10mm，金属材质能够在成像时，留影在图像上，此处即为图像的放大原点，成像结果中除放大原点以外其他部件的高度位置、尺寸均经过一定比例的缩放。
安装结束后即可拍摄受检区图像，设置X射线机的参数，将X射线机的管电压设置为250kV-290kV，管电流设置为2mA-3mA，曝光时间设置为2s-4s，启动X射线机进行拍摄，拍摄结果实时显示在计算机上，并对图像质量进行增强处理，得到成像结果；
在成像结果中进行图像识别，根据图像中浆锚管内的灰度值变化来确定浆料面的位置；根据定位环、连接钢筋的原始形状及灰度值变化，识别图像中定位环、连接钢筋端部所在的位置，在成像结果的图像上绘制一条经过定位环中心的水平辅助线A，对浆料面高度和连接钢筋端部高度进行比较并测量尺寸；
比较测量的方法如下：若浆料面高于连接钢筋端部，则在成像结果上测量连接钢筋端部至水平辅助线的垂直距离l2，当连接钢筋端部高于水平辅助线时l2为正，反之则为负；若连接钢筋端部高于浆料面，则在成像结果上测量浆料面至水平辅助线的垂直距离l3，当浆料面高于水平辅助线时l3为正，反之则为负；
在图5中，可以看到浆料面高于连接钢筋端部，且连接钢筋端部高于水平辅助线，因此在成像结果上测量连接钢筋端部到水平辅助的垂直距离l2，l2取正值，得到结果为l2＝120mm。
最后进行浆锚搭接连接质量评定，根据X射线法的原理，成像结果上l2的长度经过了一定比例的放大，需要对l2乘以修正系数β进行修正：
Figure BDA0002361557090000071
式中：
f——X射线机发射口到被测物体的垂直距离；
F——X射线机发射口到数字成像板的垂直距离。
l2所对应的连接钢筋区段的实际长度L2＝l2×β，由于浆料面高于连接钢筋端部，此时有效锚固长度h＝l1+L2；通过试验前的测量数据及构件尺寸信息可以得到X射线机发射口到被测物体的垂直距离f为650mm，X射线机发射口到数值成像板的垂直距离F为800mm，修正系数β为0.81；因此有效锚固长度h＝l1+L2＝550mm+(120×0.81)＝647mm，有效锚固长度h＞L(其中L为设计锚固长度)，浆锚搭接连接质量符合要求。
在另一实施例中，X射线机发射口到被测物体的垂直距离f为600mm，X射线机发射口到数值成像板的垂直距离F为750mm，修正系数β为0.8；测量定位环至构件底部的距离l1为546mm；在图6中，可以看到此时连接钢筋端部高于浆料面，且浆料面低于水平辅助线，因此只需在成像结果上测量浆料面至辅助线的垂直距离l3即可，且l3取负值，得到的结果为l3＝-80mm。因此有效锚固长度h＝l1+L3＝546mm+(-80×0.8)＝482mm。h＜L，所以浆锚搭接连接质量不符合要求。
综上所述，本申请通过定位环可以标记出经过放大原点的辅助线，通过辅助线能够快速的在成像结果中测量到有效尺寸距离，通过有效尺寸距离的快速换算，能够精确测得浆锚管内连接钢筋的有效锚固长度，检测效率高、检测结果可靠。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种基于X射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.固定数字成像板，数字成像板固定在构件灌浆操作面，所述灌浆操作面为构件正面，数字成像板覆盖浆锚管的上部，且数字成像板的上边缘高于浆锚管的顶部；
S2.制作标记点，寻找数字成像板的中心点在构件背面的投影点，并做好标记；
S3.架设X射线机，X射线机架设在构件背面，X射线机发射口处安装激光对准器，打开激光对准器，调整X射线机的位置，使得激光投射点在标记点30mm范围内；
S4.在构件背面安装定位环，将定位环粘贴在激光投射点处，测量定位环中心到构件底部的距离l1；
S5.拍摄受检区图像，设置X射线机的参数，启动X射线机进行拍摄，拍摄结果实时显示在计算机上，并对图像质量进行增强处理，得到成像结果；
S6.图像识别，识别图像中定位环、浆料面和连接钢筋端部的位置，在成像结果上绘制一条经过定位环中心的水平辅助线，对浆料面高度和连接钢筋端部高度进行比较，若浆料面高于连接钢筋端部，则在成像结果上测量连接钢筋端部至水平辅助线的垂直距离l2，当连接钢筋端部高于水平辅助线时l2为正，反之则为负；若连接钢筋端部高于浆料面，则在成像结果上测量浆料面至水平辅助线的垂直距离l3，当浆料面高于水平辅助线时l3为正，反之则为负；
S7.浆锚搭接连接质量评定，对l2和l3乘以修正系数β进行修正：
Figure FDA0002361557080000021
式中：
f—X射线机发射口到被测物体的垂直距离；
F—X射线机发射口到数字成像板的垂直距离；
l2所对应的连接钢筋区段的实际长度L2＝l2×β，l3所对应的灌浆料区段的实际长度L3＝l3×β，当浆料面高于连接钢筋端部时，此时有效锚固长度h＝l1+L2；当连接钢筋端部高于浆料面时，此时有效锚固长度h＝l1+L3，当有效锚固长度h≥L时(其中L为设计锚固长度)，浆锚搭接连接质量符合要求，其余长度为不符合要求。
2.如权利要求1所述的基于X射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法，其特征在于，在S1中，采用钢筋扫描仪确定浆锚管的位置，调节数字成像板位置，使浆锚管与数字成像板垂直方向的中心线位置相对应，数字成像板上边缘高于出浆口50mm-100mm，所述数字成像板的长、宽均不小于300mm。
3.如权利要求1所述的基于X射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法，其特征在于，在S2中，使用激光测距仪测量数字成像板中心点到构件顶部及两侧的距离尺寸，并在构件背面通过距离尺寸找到相对应的位置，做好标记点。
4.如权利要求1所述的基于X射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法，其特征在于，在S3中，X射线机的发射口至构件表面500mm-700mm，同时，应确保X射线机的发射口与构件表面保持平行。
5.如权利要求1所述的基于X射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法，其特征在于，在S4中，所述定位环为中心开孔的圆环，材质为金属，定位环厚度为3mm-5mm，内径为3mm-5mm，外径为8mm-10mm。
6.如权利要求1所述的基于X射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法，其特征在于，在S5中，将X射线机的管电压设置为250kV-290kV，管电流设置为2mA-3mA，曝光时间设置为2s-4s。
7.如权利要求1所述的基于X射线数字成像技术的浆锚搭接连接质量检测方法，其特征在于，在S6中，根据图像中浆锚管内的灰度值变化来确定浆料面的位置；根据定位环、连接钢筋的原始形状及灰度值变化，识别图像中定位环、连接钢筋端部所在的位置。
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