實驗名稱：高壓放大器在應力波法套筒灌漿密實度檢測研究中的應用

研究方向：無損檢測

測試目的：

鋼筋套筒灌漿連接技術被廣泛應用于裝配式建筑節點連接中，但灌漿不密實將導致節點失效的風險。因此，施工中對套筒灌漿的密實度檢測尤為重要。但由于套筒深埋于構件內，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，缺乏科學的檢測手段，因此套筒灌漿密實度的判斷面臨著重大的挑戰。

本章基于應力波法的主動檢測技術，對鋼筋套筒灌漿連接接頭的不同密實度工況進行試驗研究，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行處理，選擇合適的特征參數，提出損傷指標對套筒密實度進行判定，實驗結果表明損傷指標能否較準確地表征灌漿的密實度，反映灌漿缺陷。同時，在試驗的分析基礎上模擬分析了壓電傳感器在信號激勵情況下應力波在鋼筋套筒灌漿連接接頭中的傳播情況，揭示應力波傳播機理，將模擬的結果與試驗進行對比，驗證數值模擬的可靠性和準確性。

測試設備：ATA-2022H高壓放大器、套筒和灌漿料、壓電陶瓷片、數據采集卡、裝有LabVIEW軟件的電腦以及測試試件。

實驗過程：

為能有效識別套筒的灌漿密實度，本節設計不同灌漿水平的鋼筋套筒接頭本試驗的試件模擬實際工程中水平連接的鋼筋套筒灌漿連接方式，共設計灌漿0%、30%、50%、70%和100%五種密實度工況，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，不發生位置偏移，設計一固定裝置，放置套筒和鋼筋，用細鐵絲進行固定。同時，為確保能準確控制注漿的密實度，試驗中采用控制橡膠塞高度和控制注漿體積雙控的方式進行確定。橡膠塞放置于套筒的兩端，每個橡膠塞的厚度10mm，將橡膠塞剪去相應的脫空面積，注漿時，灌漿料到達預設的橡膠塞高度。另外，事先量取注滿套筒腹腔水的體積，確定100%密實度所需的灌漿料體積，然后用量杯量取各個密實度工況的灌漿料體積，依次注入到各個套筒內。通過雙控的方法，達到能準確控制灌漿的密實度、減少誤差的目的。待套筒內的灌漿料完全凝固后，將鋼筋套筒灌漿接頭試件置于標準環境下養護28天。

接著用PZT-5壓電陶瓷片來制作壓電傳感器。待試件養護28天后，進行套筒灌漿密實度檢測試驗。在實驗過程中，通過電腦上的LabVIEW軟件控制數據采集卡產生一個電壓信號，信號經過電壓放大器后將信號放大，放大后的信號對PZT傳感器進行激勵產生應力波，應力波會在套筒內部發生衰減，衰減后的信號會被另一側的PZT傳感器所接收，最后信號會被數據采集卡所采集并在電腦上顯示。

實驗結果：

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度關系明顯。隨著灌漿密實度的增大，能量指標減小，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，發現隨著灌漿密實度的提高，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度與CI的關系。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或分解的層數。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度。

本文實驗素材由西安安泰電子整理發布。

審核編輯黃宇