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高壓放大器在應(yīng)力波法套筒灌漿密實(shí)度檢測研究中的應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)名稱：高壓放大器在應(yīng)力波法套筒灌漿密實(shí)度檢測研究中的應(yīng)用
研究方向：無損檢測
測試目的：
鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)被廣泛應(yīng)用于裝配式建筑節(jié)點(diǎn)連接中，但灌漿不密實(shí)將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)失效的風(fēng)險。因此，施工中對套筒灌漿的密實(shí)度檢測尤為重要。但由于套筒深埋于構(gòu)件內(nèi)，不易被檢測，施工中通常通過出漿孔的出漿情況來判斷灌漿是否密實(shí)，缺乏科學(xué)的檢測手段，因此套筒灌漿密實(shí)度的判斷面臨著重大的挑戰(zhàn)。
本章基于應(yīng)力波法的主動檢測技術(shù)，對鋼筋套筒灌漿連接接頭的不同密實(shí)度工況進(jìn)行試驗(yàn)研究，采用小波包能量法和希爾伯特黃變換法對采集到的信號進(jìn)行處理，選擇合適的特征參數(shù)，提出損傷指標(biāo)對套筒密實(shí)度進(jìn)行判定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明損傷指標(biāo)能否較準(zhǔn)確地表征灌漿的密實(shí)度，反映灌漿缺陷。同時，在試驗(yàn)的分析基礎(chǔ)上模擬分析了壓電傳感器在信號激勵情況下應(yīng)力波在鋼筋套筒灌漿連接接頭中的傳播情況，揭示應(yīng)力波傳播機(jī)理，將模擬的結(jié)果與試驗(yàn)進(jìn)行對比，驗(yàn)證數(shù)值模擬的可靠性和準(zhǔn)確性。
測試設(shè)備：ATA-2022H高壓放大器、套筒和灌漿料、壓電陶瓷片、數(shù)據(jù)采集卡、裝有LabVIEW軟件的電腦以及測試試件。
實(shí)驗(yàn)過程：
為能有效識別套筒的灌漿密實(shí)度，本節(jié)設(shè)計不同灌漿水平的鋼筋套筒接頭本試驗(yàn)的試件模擬實(shí)際工程中水平連接的鋼筋套筒灌漿連接方式，共設(shè)計灌漿0%、30%、50%、70%和100%五種密實(shí)度工況，每種3個試件，鋼筋的直徑為20mm，長度400mm，采用人工壓力注漿的方式。為保證鋼筋、套筒在注漿時能處同一中軸線上，不發(fā)生位置偏移，設(shè)計一固定裝置，放置套筒和鋼筋，用細(xì)鐵絲進(jìn)行固定。同時，為確保能準(zhǔn)確控制注漿的密實(shí)度，試驗(yàn)中采用控制橡膠塞高度和控制注漿體積雙控的方式進(jìn)行確定。橡膠塞放置于套筒的兩端，每個橡膠塞的厚度10mm，將橡膠塞剪去相應(yīng)的脫空面積，注漿時，灌漿料到達(dá)預(yù)設(shè)的橡膠塞高度。另外，事先量取注滿套筒腹腔水的體積，確定100%密實(shí)度所需的灌漿料體積，然后用量杯量取各個密實(shí)度工況的灌漿料體積，依次注入到各個套筒內(nèi)。通過雙控的方法，達(dá)到能準(zhǔn)確控制灌漿的密實(shí)度、減少誤差的目的。待套筒內(nèi)的灌漿料凝固后，將鋼筋套筒灌漿接頭試件置于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28天。
圖：傳感器制作過程
接著用PZT-5壓電陶瓷片來制作壓電傳感器。待試件養(yǎng)護(hù)28天后，進(jìn)行套筒灌漿密實(shí)度檢測試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過電腦上的LabVIEW軟件控制數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生一個電壓信號，信號經(jīng)過電壓放大器后將信號放大，放大后的信號對PZT傳感器進(jìn)行激勵產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波會在套筒內(nèi)部發(fā)生衰減，衰減后的信號會被另一側(cè)的PZT傳感器所接收，最后信號會被數(shù)據(jù)采集卡所采集并在電腦上顯示。試驗(yàn)裝置及連接如下圖所示。
圖：試驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
圖：能量變化圖
從能量變化圖中可以看出，采用小波包能量方法和希爾伯特黃變換方法測得的小波包總能量值和希爾伯特能量峰值都與套筒灌漿密實(shí)度關(guān)系明顯。隨著灌漿密實(shí)度的增大，能量指標(biāo)減小，說明兩種信號處理方法均可適用于鋼筋套筒灌漿接頭的灌漿密實(shí)度的檢測。
圖：兩種信號處理方法的CI值
通過兩種方法的對比，發(fā)現(xiàn)隨著灌漿密實(shí)度的提高，小波包總能量值和希爾伯特能量峰值均呈下降趨勢。并且希爾伯特能量峰值的下降斜率大于小波包總能量值。說明與小波包能量法相比，希爾伯特黃變換方法能較好地反映灌漿密實(shí)度與CI的關(guān)系。此外，與小波包能量方法相比，希爾伯特黃變換方法無需考慮基函數(shù)或分解的層數(shù)。因此，建議采用希爾伯特黃變換法檢測鋼筋套筒灌漿接頭的灌漿密實(shí)度。
安泰ATA-2022H高壓放大器：
圖：ATA-2022H高壓放大器指標(biāo)參數(shù)
本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。