基于冲击回波法的钢筋浆锚搭接

摘要

装配式建筑是对传统结构建造方式的重大变革，是我国推进供给侧结构性改革与新型城镇化的重要举措，装配式建筑具有低能耗、低污染、高效安全等诸多优点，同时也是未来建筑行业的发展趋势。钢筋浆锚搭接连接是装配式建筑构件主要连接形式之一，具有构造简单、性能可靠、施工简便、成本低廉等优点，有广阔的发展前景。钢筋浆锚搭接连接孔道灌浆质量直接影响到连接处的受力性能以及结构整体稳定性。钢筋浆锚搭接连接孔道若存在灌浆缺陷，水和空气的进入会使得锚固钢筋发生腐蚀，造成锚固质量降低，从而影响剪力墙的耐久性、安全性。此外，灌浆质量缺陷还会导致混凝土应力集中，进而改变墙体的设计受力状态，从而影响预制剪力墙的承载力和使用寿命。　　钢筋浆锚搭接连接孔道灌浆质量直接影响其连接处的受力性能以及结构的整体稳定性，因此，对于孔道灌浆缺陷的检测与判定就显得十分必要。现有的针对混凝土内部缺陷判定的诸多无损检测方法中，冲击回波法被认为最有前景与最为高效的一种方法。文中分别从试验和数值模拟两部分介绍了此方法在预制剪力墙钢筋浆锚搭接连接孔道灌浆密实度的检测上的应用，并利用数值模拟对不同检测工况进行了拓展研究。主要内容如下：　　1.介绍冲击回波法的发展历程以及在实际工程中的应用现状，通过分析其传播机理来说明该方法在无损检测中的可行性。　　2.开展室内试验研究，通过预应力混凝土梁多功能检测仪(SPC-MATS)进行冲击回波检测，在预制双排孔混凝土剪力墙孔道内布置不同灌浆工况。在试件孔道正上方等距布置一段测点，采用击振与受信的方式获取回波信号来检测浆锚孔道内灌浆密实度。用泡沫制作灌浆内部缺陷，检测双排孔道内部灌浆缺陷的有无以及验证该方法对于钢筋浆锚搭接连接的灌浆缺陷检测的准确性。结果表明使用冲击回波法可直观、快速准确地检测孔道灌浆密实度，结果与实际情况符合较好。　　3.通过有限元仿真软件ABAQUS对灌浆密实以及不同缺陷工况进行数值模拟，模拟结果与试验结果吻合较好。不同工况的模拟结果表明：孔道内存在缺陷时，数值模拟解析得出的卓越频率向低频漂移，同一位置缺陷越大，卓越频率减小越明显；对于尺寸变化较小的缺陷，在一定的分辨率下无法被识别出来，该规律同样适用于实际工程检测；对于孔道未灌浆的情况，单排孔道的对应的名义板厚频率向低频的漂移量小于双排孔道对应的频率漂移量，即双排孔道延迟量大；缺陷埋深变化时，对应的名义板厚频率也会发生变化。同一大小缺陷位于板厚中间位置时，应力波延迟量最大，往两边呈对称趋势逐渐减少；当测试点在靠近试件自由端边界0.3倍试件厚度范围内时，卓越频率向低频移动，出现延迟。　　4.对试验研究成果与数值模拟结果以及冲击回波理论进行全面总结，对今后研究方向做初步探讨。

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摘 要

Abstract

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附表清单

第一章 绪论

1.1引言

1.2钢筋浆锚搭接连接的特点及其在装配建筑中的应用

1.3钢筋浆锚搭接连接孔道灌浆质量的检测评估方法

1.4无损检测技术的发展

1.4.1国外研究现状

1.4.2国内研究现状

1.5本文主要工作与解决的问题

第二章 冲击回波法原理

2.1冲击回波法介绍

2.1.1波的分类

2.1.2应力波的激发

2.1.3 FFT解析与解析分辨率

2.2冲击弹性波的反射特性

2.2.1波阻抗

2.3冲击回波法检测原理

2.3.1可被检测的缺陷埋深

2.4本章小结

第三章 试验研究

3.1室内试验试件设计

3.1.1试件设计

3.1.2试件制作

3.1.3试验仪器、设备

3.1.4试验原理

3.1.5试验影响因素

3.2试验步骤

3.2.1试验准备

3.2.2单点式冲击回波测试

3.3部分测试结果分析

3.3.1 检测波形的频谱解析方法与原理

3.3.2不同工况测试结果与可行性分析

3.4整体试验结果分析

3.4.1典型结果说明分析

3.4.2试验结果分析

3.5本章小结

第四章 ABAQUS有限元仿真数值模拟分析

4.1软件介绍

4.1.1 ABAQUS/Explicit简介

4.1.2显示动态分析

4.1.3 ABAQUS显示积分算法

4.1.4 ABAQUS/Explicit求解过程中稳定性问题

4.2有限元模型设置

4.2.1模型尺寸与网格划分

4.2.2荷载形式以及应力波的传播

4.2.3 ABAQUS/Explicit求解步骤及频谱解析

4.2.4网格细化与接触定义

4.3不同工况频谱响应特征

4.3.1不同工况解析结果

4.3.2数值模拟结果分析

4.4不同孔道埋深频率响应

4.5自由边界对检测结果的影响

4.5.1现场测试结果与分析

4.5.2数值模拟结果与分析

4.6本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论总结

5.2展望

参考文献

致 谢

作者简介及读研期间主要科研成果