高压放大器在应力波法套筒灌浆密实度检测研究中的应用

实验名称：高压放大器在应力波法套筒灌浆密实度检测研究中的应用

研究方向：无损检测

测试目的：

钢筋套筒灌浆连接技术被广泛应用于装配式建筑节点连接中，但灌浆不密实将导致节点失效的风险。因此，施工中对套筒灌浆的密实度检测尤为重要。但由于套筒深埋于构件内，不易被检测，施工中通常通过出浆孔的出浆情况来判断灌浆是否密实，缺乏科学的检测手段，因此套筒灌浆密实度的判断面临着重大的挑战。

本章基于应力波法的主动检测技术，对钢筋套筒灌浆连接接头的不同密实度工况进行试验研究，采用小波包能量法和希尔伯特黄变换法对采集到的信号进行处理，选择合适的特征参数，提出损伤指标对套筒密实度进行判定，实验结果表明损伤指标能否较准确地表征灌浆的密实度，反映灌浆缺陷。同时，在试验的分析基础上模拟分析了压电传感器在信号激励情况下应力波在钢筋套筒灌浆连接接头中的传播情况，揭示应力波传播机理，将模拟的结果与试验进行对比，验证数值模拟的可靠性和准确性。

测试设备：ATA-2022B高压放大器、套筒和灌浆料、压电陶瓷片、数据采集卡、装有LabVIEW软件的电脑以及测试试件。

实验过程：

为能有效识别套筒的灌浆密实度，本节设计不同灌浆水平的钢筋套筒接头本试验的试件模拟实际工程中水平连接的钢筋套筒灌浆连接方式，共设计灌浆0%、30%、50%、70%和100%五种密实度工况，每种3个试件，钢筋的直径为20mm，长度400mm，采用人工压力注浆的方式。为保证钢筋、套筒在注浆时能处同一中轴线上，不发生位置偏移，设计一固定装置，放置套筒和钢筋，用细铁丝进行固定。同时，为确保能准确控制注浆的密实度，试验中采用控制橡胶塞高度和控制注浆体积双控的方式进行确定。橡胶塞放置于套筒的两端，每个橡胶塞的厚度10mm，将橡胶塞剪去相应的脱空面积，注浆时，灌浆料到达预设的橡胶塞高度。另外，事先量取注满套筒腹腔水的体积，确定100%密实度所需的灌浆料体积，然后用量杯量取各个密实度工况的灌浆料体积，依次注入到各个套筒内。通过双控的方法，达到能准确控制灌浆的密实度、减少误差的目的。待套筒内的灌浆料完全凝固后，将钢筋套筒灌浆接头试件置于标准环境下养护28天。

图：传感器制作过程

接着用PZT-5压电陶瓷片来制作压电传感器。待试件养护28天后，进行套筒灌浆密实度检测试验。在实验过程中，通过电脑上的LabVIEW软件控制数据采集卡产生一个电压信号，信号经过电压放大器后将信号放大，放大后的信号对PZT传感器进行激励产生应力波，应力波会在套筒内部发生衰减，衰减后的信号会被另一侧的PZT传感器所接收，最后信号会被数据采集卡所采集并在电脑上显示。试验装置及连接如下图所示。

图：试验装置

实验结果：

图：能量变化图

从能量变化图中可以看出，采用小波包能量方法和希尔伯特黄变换方法测得的小波包总能量值和希尔伯特能量峰值都与套筒灌浆密实度关系明显。随着灌浆密实度的增大，能量指标减小，说明两种信号处理方法均可适用于钢筋套筒灌浆接头的灌浆密实度的检测。

图：两种信号处理方法的CI值

通过两种方法的对比，发现随着灌浆密实度的提高，小波包总能量值和希尔伯特能量峰值均呈下降趋势。并且希尔伯特能量峰值的下降斜率大于小波包总能量值。说明与小波包能量法相比，希尔伯特黄变换方法能较好地反映灌浆密实度与CI的关系。此外，与小波包能量方法相比，希尔伯特黄变换方法无需考虑基函数或分解的层数。因此，建议采用希尔伯特黄变换法检测钢筋套筒灌浆接头的灌浆密实度。

安泰ATA-2022H电压放大器：

图：ATA-2022H高压放大器指标参数

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