CN111597736A - 一种装配式混凝土梁柱节点施工质量检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土施工质量检测技术领域，尤其是一种装配式混凝土梁柱节点施工质量检测方法，其步骤为：将至少8个加速传感器均布于预制梁两端端部至1/4区域内，通过力锤敲击法敲击预制梁除1/2点和1/4点外任一点，通过动态测试分析仪采集任一加速传感器的加速度信号和力锤的力脉冲信号，采集得到二阶测试频率f2测，分析得到二阶振型φ2(x)。建立有限元分析模型，计算出梁的二阶计算频率f2计。判断ε1＜f2测/f2计＜ε2，若是，则说明施工质量合格，否则执行下一步，判断点的二阶振型曲率δ(x)是否沿预制梁长度方向单调下降，若是，则说明施工质量不合格，否则执行下一步，判断
若是，则说明施工质量合格，否则施工质量不合格，本发明识别精度高。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土施工质量检测技术领域，具体领域为一种装配式混凝 土梁柱节点施工质量检测方法。
背景技术
预制装配式结构是采用工厂化生产结构构件，现场安装、连接，装配式 混凝土结构与现浇混凝土结构从形式上最明显区别是，构件分割预制造成的 拼缝处混凝土不连续和钢筋截断，节点的连接质量对钢筋混凝土构件和结构 的受力影响极为关键。
我国对装配整体式结构的要求是：达到与现浇结构同等性能。目前常用 的方法是套筒灌浆法浆锚法，这两种连接方法在实验室进行的受力试验中， 都表现出了良好的性能，所以连接节点施工质量的控制和检测成为装配式建 筑质量安全的关键环节。工程中针对这两种连接方式均无简便准确的施工质 量检测方法。
目前已有的检测手段有以下几种：
(1)预埋钢筋拔出法
在套筒上预留小孔，将钢筋预先放置在套筒的小孔中，待灌浆料达到一 定强度后，拔出钢筋，根据拔出力判断灌浆的密实度。
(2)超声波检测法
超声波检测的基本原理是：在结构的一个表面利用发射器激发超声波， 超声波经过混凝土传播到另一端的接收器，接收***记录超声波在混凝土结 构传播中的变化波动特性。当混凝土结构内部存在空洞或者不密实区域，超 声波会出现反射、折射、散射等，导致超声波的传播方向和路径发生变化， 利用首波的声时、频率和波形畸变的特征，确定混凝土结构的内部质量情况。
(3)冲击回波法
冲击回波法是利用击振器在被测构件的混凝土表面击打，产生的纵波被 感应器接收，得到频谱曲线，通过被测混凝土和缺陷处阻抗的差异，对频谱 图中的振幅、相位等参数进行分析，得出混凝土缺陷情况，该种方法曾被列 为最具有发展前途的现场检测方法之一，解决了超声波法两面布设传感器的 不足。
(4)超声层析成像(超声CT)法
超声CT的理论基础是医学CT成像技术，即通过被测物体外部检测到的 超声波数据重建物体内部(横截面)信息。超声CT采用换能器阵列技术，阵列 中每个传感器依次发射和接收超声波信号，采集并记录每条超声波的声学参 数，通过合成孔径聚焦技术建立混凝土内部的3D影像和2D断面影像[20]。
(5)X射线工业CT技术
X射线工业CT技术基本原理是依据辐射在物体中的衰减规律同物质的性 质有关，利用具有一定能量的X射线在被检测物体中的分布情况及衰减规律， 就有可能由探测器获得物体内部的详细信息，最后用计算机信息处理和图像 重建技术，以图像形式显示出来。研究结果显示，X射线工业CT技术能够反 映套筒内部灌浆饱满度的真实情况。
(6)阻尼振动传感器技术
阻尼振动法的原理是阻尼振动传感器在特定激励信号的驱动下，会产生 一定频率的振动，当振动体一定、激励后初始振动的幅度和频率一定，则振 动体周围的介质的弹性模量越大，振幅衰减越快，因此，根据振动周期和振 幅的变化可判断振动器周围介质的情况，从而判断套筒内灌浆是否饱满。当 传感器周围的介质为空气、流动的砂浆、凝固后的砂浆，振幅的衰减将会急 剧增加。灌浆前将阻尼振动传感器预埋在套筒出浆口，灌浆完成后，可以在 灌浆料初凝前进行测试，通过读取传感器振动幅度的衰减情况判断传感器周围的介质，以确定套筒内灌浆料是否达到出浆口，达到套筒灌浆施工过程质 量控制的目的；在灌浆料固化后进行检测，可以达到套筒灌浆施工质量检测的 目的。
但是现有检测技术存在以下问题：
1)操作程序复杂，工程现场实施困难
例如：超声层析成像(超声CT)法需要将灌浆套筒取出，放在超声层析 成像仪中，无法完成对现场施工连接节点施工质量的检测；X射线工业CT技 术仪器设备较为庞大，目前仅局限于在实验室屏蔽条件下进行检测。
2)只能局部检测，不能反映结构整体性能
例如：超声波法无法应用于多排套筒连接构件的检测。实际工程中多采 用多排套筒连接，因此超声波法无法实施；冲击回波法因套筒中不同介质的 界面多，其检测结果存在一定误差。
3)检测设备需要预埋，前期预埋质量严重影响检测结果
例如：预埋钢筋拔出法和阻尼振动传感器技术，都需要事先在浇筑混凝 土的时候预埋设备，预埋钢筋拔出法是将钢筋预埋在灌浆套筒中，阻尼振动 传感器技术是需要先把阻尼振动传感器预埋在套筒出浆口，预埋质量的优劣 直接影响检测结果，并且如果预埋质量不达标，则无法重新检测
发明内容
本发明的目的在于提供一种装配式混凝土梁柱节点施工质量检测方法， 以解决现有技术中操作程序复杂、检测设备的前期预埋质量严重影响检测结 果、不能反映结构整体性能的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种装配式混凝土梁柱节 点施工质量检测方法，其步骤为：
(1)将至少8个加速传感器均布于预制梁两端端部至1/4区域内；
(2)通过力锤敲击法敲击预制梁除1/2点和1/4点外任一点；
(3)通过动态测试分析仪采集任一加速传感器的加速度信号和力锤的力 脉冲信号，采集得到二阶测试频率f2测，分析得到二阶振型φ2(x)。建立有限元 分析模型，计算出梁的二阶计算频率f2计。其中，x表示预制梁任一点；
(4)判断ε1＜f2测/f2计＜ε2，若是，则说明施工质量合格，否则执行步骤 (5)，其中，表示f2计预制梁按照固端连接时按照有限元计算得到的二阶频 率，ε1表示第一阈值，ε2表示第二阈值；
(5)判断点的二阶振型曲率δ(x)是否沿预制梁长度方向单调下降，若是， 则说明施工质量不合格，否则执行步骤(6)；
(6)判断
若是，则说明施工质量合格，否则施工质量不合格， 其中，δ(0)表示预制梁端部的二阶振型曲率，L表示预制梁长度，
表示预 制梁1/4处点的二阶振型曲率，ε3表示第三阈值。
优选的，通过有限单元法计算得到n个单元节点中任一单元节点的二阶 振型曲率，其中，
n为正整数，L表示预制梁的长度，l表示一个单位 节点长度。
优选的，根据步骤(5)，判断任一单位节点的振型曲率大于后一单位节 点的振型曲率，若是，则点的二阶振型曲率沿预制梁长度方向单调下降。
优选的，根据步骤(6)，预制梁端部的二阶振型曲率为第1个单位节点 的二阶振型曲率，预制梁1/4处点的二阶振型曲率为第
个单位节点的二阶 振型曲率。
优选的，一个单位节点长度为梁长度的1/16。
优选的，步骤(4)中，第一阈值为0.9，第二阈值为1.1。
优选的，步骤(6)中，第三阈值为0.65。
优选的，预制梁按照固端连接时的频率其计算方式为通过有限元法得到， 其计算方程为：
M为协调质量矩阵，K是总刚度矩阵。M和K都是n阶实对称矩阵，而且 M是正定的。
设式(1)具有指数形式的解：
q(t)＝estφ (2)
将(2)式代入(1)得：
Kφ＝λMφ (3)
其中λ＝-s2
式(3)即为***的频率方程。该方程对应n个不同的根λr(r＝1,2,…,n) 即圆频率，每个圆频率对应一个特征向量(即振型)φr。可表示为：
Kφr-λrMφr＝0 (4)
把两端固定的梁的边界条件带入(4)即可计算出圆频率λr和振型φr
。
fr＝λr/2π (5)
取r＝2，则对应的为第二阶频率f2计和振型φ2(x)。
优选的，根据步骤(1)，从预制梁每端的端部朝向预制梁中部的1/4区 域内均匀设置至少4个加速传感器，预制梁的两端总共至少8个加速传感器 均通过数据线连接至动态测试分析仪的信号接收端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用结构的频率和振型曲率检 测装配式混凝土结构节点连接的施工质量；
采用该方法对装配式混凝土结构梁柱节点施工质量进行检测，可以非常 简便的得到梁柱节点的施工质量是否等同现浇，如果不等同现浇，还能够根 据动力计算结果和采集到的频率、振型曲率进行比较，进而确定连接质量不 合格的节点位置，而且能够对现有结构不产生损伤。
附图说明
图1为节点完全等同现浇的装配式框架模型示意图；
图2为本发明的一阶振型图；
图3为本发明的二阶振型图；
图4为本发明的二阶振型曲率图；
图5为实施例中的检测设备连接图；
图6为实施例的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图6所示，本发明提供一种技术方案：一种装配式混凝土梁柱节点施 工质量检测方法，其步骤为：
(2)通过力锤敲击法敲击预制梁除1/2点和1/4点外任一点；
(3)通过动态测试分析仪采集任一加速传感器的加速度信号和力锤的力 脉冲信号，采集得到二阶测试频率f2测，分析得到二阶振型φ2(x)。建立有限元 分析模型，计算出梁的二阶计算频率f2计。其中，x表示预制梁任一点；
(4)判断ε1＜f2测/f2计＜ε2，若是，则说明施工质量合格，否则执行步骤 (5)，其中，表示f2计预制梁按照固端连接时按照有限元计算得到的二阶频 率，ε1表示第一阈值，取值为0.9；ε2表示第二阈值，取值为1.1；
(5)判断点的二阶振型曲率δ(x)是否沿预制梁长度方向单调下降，若是， 则说明施工质量不合格，否则执行步骤(6)；
(6)判断
若是，则说明施工质量合格，否则施工质量不合格， 其中，δ(0)表示预制梁端部的二阶振型曲率，L表示预制梁长度，
表示预 制梁1/4处点的二阶振型曲率，ε3表示第三阈值，取值为0.65。
通过有限单元法计算得到n个单元节点中任一单元节点的二阶振型曲率， 其中，
n为正整数，L表示预制梁的长度，l表示一个单位节点长度。 根据步骤(5)，判断任一单位节点的振型曲率大于后一单位节点的振型曲率， 若是，则点的二阶振型曲率沿预制梁长度方向单调下降。
根据步骤(6)，预制梁端部的二阶振型曲率为第1个单位节点的二阶振型曲 率，预制梁1/4处点的二阶振型曲率为第
个单位节点的二阶振型曲率。
一个单位节点长度为梁长度的1/16。
预制梁按照固端连接时的频率其计算方式为通过有限元法得到，
其计算方程为：
M为协调质量矩阵，K是总刚度矩阵。M和K都是n阶实对称矩阵，而且 M是正定的。
设式(1)具有指数形式的解：
q(t)＝estφ (2)
将(2)式代入(1)得：
Kφ＝λMφ (3)
其中λ＝-s2
式(3)即为***的频率方程。该方程对应n个不同的根λr(r＝1,2,…,n) 即圆频率，每个圆频率对应一个特征向量(即振型)φr。可表示为：
Kφr-λrMφr＝0 (4)
把两端固定的梁的边界条件带入(4)即可计算出圆频率λr和振型φr。
fr＝λr/2π (5)
取r＝2，则对应的为第二阶频率f2计和振型φ2(x)。
根据步骤(1)，从预制梁每端的端部朝向预制梁中部的1/4区域内均匀 设置至少4个加速传感器，预制梁的两端总共至少8个加速传感器均通过数 据线连接至动态测试分析仪的信号接收端。
通过本技术方案，加速传感器和动态测试分析仪体安装过程如图5所示， 加速度传感器10和11分别布置在预制梁两端的1/4范围内，可分别在梁两 端的1/16、1/8、3/16、1/4点处布置四个加速度传感10和11并且采用导线 30与动态测试分析仪40相连，力锤20在梁的三分点处分别在竖向激振。预 制混凝土柱子60和预制混凝土梁50在左右两个节点80和90处，等同现浇 连接，此时对于预制梁来说，在两端是固结的。如果连接质量达不到等同现浇的方式，则相当于铰接或者弹性连接。通过上述的连接方式形成的检测装 置可以通过测量梁的频率来判断两端的连接方式是否等同于固结。力锤20与 动态测试分析仪40通过导线30相连。
若预制梁端部的二阶振型曲率与预制梁1/4处点的二阶振型曲率的比值 在0-60％内时，比值越大则施工质量越好，当比值为60％时质量最优，在60％-85％ 内时比值越大则施工质量越差，当比值大于或者等于0.85时，则施工质量不 合格；
装配式结构连接节点施工质量不合格，也即连接节点不等同现浇，会造 成结构安全性下降，具体反映为其动力参数和边界条件的变化，例如会造成 整体结构的刚度降低、阻尼增加；造成局部构件支承条件改变等。因此，本 发明为检测装配式混凝土梁柱节点施工质量，即梁柱节点是否等同现浇，在 梁柱节点施工完成后，采用激振锤敲击的方法，激起预制梁和预制柱的振动， 得到预制梁-预制柱的一阶和二阶振动频率以及一阶和二阶振型，通过计算预 制梁的振型曲率判断梁柱节点灌浆套筒法施工的质量，即灌浆密实度和连接 钢筋的接头长度。
以一个装配式单层单跨框架结构为例：梁截面尺寸为200mm×500mm，柱 子截面尺寸为500mm×500mm，采用C30混凝土，忽略钢筋对构件弯曲刚度的 贡献，则梁柱节点完全等同刚接时，结构模型如图1所示。
如下表设定一阶频率和二阶频率；
| 梁柱 | 梁端等同现浇 | 梁端等同铰接 |
| 一阶频率 | 36.16HZ | 27.90HZ |
| 二阶频率 | 79.84HZ | 43.23HZ |
根据上表所示的频率参数，如图2所示的A图为梁端等同现浇的一阶振 型图，B图为梁端等同铰接的一阶振型图；
如图3所示的A图为梁端等同现浇的二阶振型图，B图为梁端等同铰接的 二阶振型图。
根据上表和图2、3可知，梁柱节点连接质量与结构的二阶频率关系非常 密切，梁柱节点等同现浇时，其二阶频率接近梁柱铰接的频率的2倍，这样 大的差异，非常方便识别；
如图4所示，梁柱节点连接质量与结构的二阶振型曲率关系非常密切， 梁柱节点等同现浇时，其二阶振型曲率形状接近正弦曲线；当其连接质量非 常差时，其二阶振型曲率曲线是单调下降的，其差异也非常明显，方便识别。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而 言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行 多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限 定。
Claims (9)
1.一种装配式混凝土梁柱节点施工质量检测方法，其特征在于：其步骤为：
(1)将至少8个加速传感器均布于预制梁两端端部至1/4区域内；
(2)通过力锤敲击法敲击预制梁除1/2点和1/4点外任一点；
(3)通过动态测试分析仪采集任一加速传感器的加速度信号和力锤的力脉冲信号，采集得到二阶测试频率f2测，分析得到二阶振型φ2(x)；建立有限元分析模型，计算出梁的二阶计算频率f2计；其中，x表示预制梁任一点；
(4)判断ε1＜f2测/f2计＜ε2，若是，则说明施工质量合格，否则执行步骤(5)，其中，表示f2计预制梁按照固端连接时按照有限元计算得到的二阶频率，ε1表示第一阈值，ε2表示第二阈值；
(5)判断点的二阶振型曲率δ(x)是否沿预制梁长度方向单调下降，若是，则说明施工质量不合格，否则执行步骤(6)；
(6)判断
若是，则说明施工质量合格，否则施工质量不合格，其中，δ(0)表示预制梁端部的二阶振型曲率，L表示预制梁长度，
表示预制梁1/4处点的二阶振型曲率，ε3表示第三阈值。
2.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土梁柱节点施工质量检测方法，其特征在于：通过有限单元法计算得到n个单元节点中任一单元节点的二阶振型曲率，其中，
n为正整数，L表示预制梁的长度，l表示一个单位节点长度。
3.根据权利要求2所述的一种装配式混凝土梁柱节点施工质量检测方法，其特征在于：根据步骤(5)，判断任一单位节点的振型曲率大于后一单位节点的振型曲率，若是，则点的二阶振型曲率沿预制梁长度方向单调下降。
4.根据权利要求2所述的一种装配式混凝土梁柱节点施工质量检测方法，其特征在于：根据步骤(6)，预制梁端部的二阶振型曲率为第1个单位节点的二阶振型曲率，预制梁1/4处点的二阶振型曲率为第
个单位节点的二阶振型曲率。
5.根据权利要求2、3或4所述的一种装配式混凝土梁柱节点施工质量检测方法，其特征在于：一个单位节点长度为梁长度的1/16。
6.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土梁柱节点施工质量检测方法，其特征在于：步骤(4)中，第一阈值的范围为0.9，第二阈值的范围为1.1。
7.根据权利要求6所述的一种装配式混凝土梁柱节点施工质量检测方法，其特征在于：第三阈值为65％。
8.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土梁柱节点施工质量检测方法，其特征在于：预制梁按照固端连接时的频率其计算方式为通过有限元法得到，
其计算方程为：
M为协调质量矩阵，K是总刚度矩阵，M和K都是n阶实对称矩阵，而且M是正定的；
设式(1)具有指数形式的解：
q(t)＝estφ (2)
将(2)式代入(1)得：
Kφ＝λMφ (3)
其中λ＝-s2
式(3)即为***的频率方程，该方程对应n个不同的根λr(r＝1,2,…,n)即圆频率，每个圆频率对应一个特征向量(即振型)φr，可表示为：
Kφr-λrMφr＝0 (4)
把两端固定的梁的边界条件带入(4)即可计算出圆频率λr和振型φr，
fr＝λr/2π (5)
取r＝2，则对应的为第二阶频率f2计和振型φ2(x)。
9.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土梁柱节点施工质量检测方法，其特征在于：根据步骤(1)，从预制梁每端的端部朝向预制梁中部的1/4区域内均匀设置至少4个加速传感器，预制梁的两端总共至少8个加速传感器均通过数据线连接至动态测试分析仪的信号接收端。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116905863A (zh) * | 2023-09-14 | 2023-10-20 | 福建省中霖工程建设有限公司 | 一种装配式建筑结构加固方法 |
-
2020
- 2020-01-15 CN CN202010043640.6A patent/CN111597736A/zh not_active Withdrawn
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN116905863A (zh) * | 2023-09-14 | 2023-10-20 | 福建省中霖工程建设有限公司 | 一种装配式建筑结构加固方法 |
| CN116905863B (zh) * | 2023-09-14 | 2023-11-21 | 福建省中霖工程建设有限公司 | 一种装配式建筑结构加固方法 |
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