套筒灌浆连接节点缺陷的无损检测及其力学性能的研究

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装配式建筑(Prefabricated Construction)一般在预制构件加工厂事先生产项目所需的构件,再将生产完成的构件送至现场进行安装。随着我国建筑工业化进程不断推进,装配式混凝土建筑发展迅速。对比传统的建筑模式,装配化的施工方式从资源消耗量、废物产生量、施工生产效率、文明施工、安全管理、保护环境等方面都具有明显优势。在我国绝大多数的装配式混凝土建筑其节点的连接方式都采用套筒灌浆连接,通过套筒和灌浆料将钢筋进行约束,实现力的可靠传递。因此,套筒内灌浆的密实度会直接影响装配式结构的安全性和耐久性。灌浆若不密实会使套筒、钢筋、灌浆料共同工作性能大大降低,力的传递受到影响,使结构整体性能难以达到结构采用现浇所能达到的要求,存在巨大的安全隐患。并且,套筒灌浆施工属于隐蔽工程,灌浆完成后难以对施工质量进行科学有效的评判。因此,对于套筒连接件力学性能的研究以及对其灌浆质量进行无损检测很有必要。本文在总结了前人对套筒灌浆连接件力学性能和对其进行无损检测方法研究的基础上,通过对套筒连接件力学性能的实验研究、基于冲击回波法和预成孔内窥镜法通过理论分析、实验研究、数值模拟和实际工程检测,以期将两种检测方法结合,定量分析套筒灌浆缺陷。本文主要工作和结论如下:1.通过对工程实地调研、参与灌浆作业、灌浆方式优劣对比、灌浆料时间影响等,给出灌浆作业过程中灌浆时存在的各种缺陷以及形成缺陷的原因分析。发现目前现场主要采用座浆法和联通腔两种方法进行灌浆。灌浆时套筒内部缺陷主要分为出浆口不出浆、灌浆后浆料回流、套筒锈蚀、灌浆料流动性降低等情况。2.考虑不同位置、长度在套筒中放置缺陷,共72个包含缺陷的全灌浆套筒连接试件,开展力学性能试验,探究在不同位置和长度缺陷下连接件发生何种破坏、以及缺陷对连接件力学性能的影响。通过试验发现:套筒灌浆连接件的破坏形式主要包连接套筒的钢筋断裂和套筒内浆料被剪碎掉出、钢筋滑移三种破坏形式。当缺陷位于套筒中部时,比缺陷在套筒端部时影响更大,钢筋屈服前和试件发生破坏后套筒中部应变值都为最大。3.总结了冲击回波法的起步及应用,在已有的冲击回波理论基础上,对弹性波的分类及传播特性进行分析;对采用冲击回波法检测套筒灌浆密实度可行性进行了探讨。4.为了更好研究弹性波的特性和在混凝土中的传播规律,采用ABAQUS建立冲击波模型,分别模拟讨论了不同接收位置对信号的影响、钢筋对于冲击信号在混凝土中传播的影响、混凝土中不同直径缺陷与冲击信号间的关系、套筒对于冲击信号在混凝土中传播的影响。发现在距离激励点4-6cm处进行信号的采集提取最为合适;钢筋对弹性波在混凝土中的传播几乎不产生影响;冲击回波法对于混凝土构件内1-30mm直径的缺陷可以准确识别,当缺陷直径超过35mm时反射信号不明显,且随缺陷增大厚度频率有向低频移动的趋势。5.根据现场布置套筒的实际情况,结合有限元模拟结果,制做3面剪力墙试件,套筒布置形式为为单排布置、梅花形布置和双排对称布置,在内部分别设置灌浆密实为40%、60%、80%和100%四种工况的套筒,采用冲击回波法和预成孔内窥镜法对套筒灌浆度为密实度进行检测。结果表明:、对于剪力墙中只存在一排套筒时,不论是对齐排列还是前后交替排列,冲击回波法很大程度上可以发现灌浆缺陷,而对于剪力墙中前后同时存在两排套筒时,则该方法不能有效识别套筒灌浆的缺陷。内窥镜法可对出浆口处的灌浆缺陷进行成像和定量分析。6采用“冲击回波+内窥镜”对某实际工程剪力墙中的灌浆套筒进行检测,对单排布置和梅花形布置的套筒用冲击回波法进行普查,对有问题的套筒在出浆口钻孔用内窥镜定量分析。对双排对称布置套筒采用预成孔内窥镜法进行密实度检测。提出套筒灌浆连接件整体质量控制方法,针对套筒内部锈蚀程度、套筒内部杂物堆积情况、钢筋锚入套筒内长度、锚入套筒内钢筋锈蚀程度和套筒灌浆密实度等问题进行检查分析。结果表明:“冲击回波+工业内窥镜”法可对套筒灌浆连接件的质量进行全面有效的控制,可以有效应用于现场套筒灌浆连接件的质量控制,为实际工程解决问题。
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