大截面钢管混凝土柱界面性能与混凝土的质量检测方法.pdf

大截面钢管混凝土柱界面性能与 混凝土的质量检测方法 何昌杰 章燕清 邓小军 中建五局第三建设有限公司 长沙4 1 0 0 0 4 摘要 ：混凝土质量以及界面粘结性能的损伤和缺陷的存在会对结构性能造成负面影响，必须采取新手段对钢管混凝土 柱中混凝土的浇筑质量以及钢管混凝土柱钢管与混凝土的粘结性能进行必要的检测与评估。结合工程实践，应用压电 应力波测量和压电机 电耦合阻抗测量的检测方法，有效地解决了钢管混凝土柱界面与混凝土质量检测的难题，可供类 似项 目借鉴。 关键词：钢管混凝土柱 混凝土质量 检测方法压电应力波 电耦合阻抗 中田分类号 ：T U 7 5 5 6 文献标识码：B 文章编号 ：1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 4 ) 0 9 1 0 6 5 0 3 I n t e r f a c ia l Pr o p e r t i e s o f L a r g e Cr o s s - Se c t i o n Co n c r e t e F i l l e d St e e l T u b u lar Co l u mn a n d T e s t i n g Me t h o d o f C o n c r e t e Qu a l it y H e C h a n g j i e Z h a n g Y a n q i n g D e n g Xia o j u n Ch i n a Co n s t r u c t i o n F i f t h En g i n e e r i n g Bu r e a u Th e T h i r d Co n s t r u c t i o n Co ， L t d Ch a n g s h a 41 0 0 0 4 1 项 目概况 长沙保利国际中心 ( B 3 栋 ) 为保利国际广场 中的超甲 级写字楼 ，它耸立于长沙市南湖路与湘江大道交汇处，与 橘子洲头毛主席雕像正对。该工程 的建筑物主体结构设计 使用年限为5 0 年。塔楼 0 O 0 m ( 绝对标高4 0 6 O m ) 以上 采用混合框架一 钢筋混凝 土核 心筒- 伸臂体 系 ，其 中梁 以H 型钢梁为主 ，柱 由方钢管混凝土为主 ，角部为8个圆钢管 混凝 土柱 ，核心筒区域外楼面采用钢筋桁架楼承板组合楼 板 ； 0 O 0 m以下采用混合框架- 钢筋混凝土核心筒结构体 系，其 中梁为混凝土梁 ，柱变成型钢混凝土柱 ( 其中方钢 管混凝土柱变成十字形截面柱 ，圆钢管混凝土柱变成 圆钢 管混凝土组合柱 ) 。楼板均为混凝土楼板。剪力墙和柱在 + 8 8 9 5 m以下采 用C 6 0 混凝 土 ，+ 8 8 9 5 + 1 7 3 5 5 m以下 采用 C 5 0 混凝土 ，+ 1 7 3 5 5 m以上采用C 4 0 混凝土浇筑。 2 检测方法选择n 2 1基于压电应力波测量的检测方法 本工程的检测过程采用3 2 通道比利时进 口L MS S C M 0 5 振动测试分析集成系统。该 系统 自带信号发生功能 ，可以 产生高频激励 信号 ，并且各通道 间完全独 立高频采样。 Ql- 作者简介：何昌杰 ( 1 9 7 3 一)，男，本科，高级工程师。 通讯地址：湖南省长沙市雨花区中意一路1 5 8 号中建大厦1 6 楼 ( 4 1 0 0 0 4 ) 。 收稿 日期：2 0 1 4 - 0 6 0 9 该 系统可 以产生简谐信号 、扫频信号、随机信号 以及触发 信号等各类信号 ，可用于直接驱动压 电功能块 ，在混凝土 内部产生应力波。同时 ，该系统具有高效、稳定 的采样 能 力，其最大采样频率可达1 O 0 k H z ，而且该系统配备有功能 强大的数据分析系统 ，其L MS T e s t L a b T i me R e c o r d i n g A d d - i n 模块具有时间历程记录功能 ，并与特征数据采集、阶次 跟踪分析、谱采集或实时倍频程保持同步。记录的时间数 据可利用T e s t L a b 特征 数据通程处理模块作进一步的后处 理。该系统集发射信号、采集信号 以及后处理分析信号于 一 身，极大地满足 了本次检测的需要。 2 2 基于压电机电耦合阻抗测量的检测方法 在机 电耦合 阻抗 法中 ，通过测量粘贴于钢 管外壁 的 压 电智能材料与钢管壁所构成的机 电耦合系统的机电阻抗 来评估界面性能 ，其测量原理见图1 。运用机电阻抗测量 法对此带模拟界面剥离的钢管混凝土构件的剥离状况进行 检测。实验结果表明 ，基于机 电阻抗测量可以很好识别出 钢管混凝土构件 中无法观测到的界面剥离损伤。根据试验 构件的性能选取相应频段 ，分别测量了界面损伤发生前后 的阻抗值 ，通过 比较 阻抗峰值的偏移和峰值 对应频率 的变 化 ，有效地识 别结构 的损伤。基于阻抗 的方法能够有效地 反映局部损伤，由于其测量频率较高 ，因此对初始微小损 伤 比较敏感。 此方法主要针对钢管混凝土柱 的柱身在易于出现混凝 土缺陷和界面缺陷的部位进行抽样检 测，重点关注关键部 位混凝土浇筑质量、横向加劲板 以下范围钢管壁与核心混 2 01 4 9 Bl m d i I c。 n s t r u c 廿。 n l l 0 6 5 凝土的界面粘结状态。 图1 基于压 电陶瓷的机电阻抗测量原理 3钢管混凝土构件检测 利用两种检测方法对浇筑后 的钢管混凝土柱 中最易于 发生核心混凝土缺 陷以及核心混凝土与钢管 内壁和横隔板 下表面界面缺陷的部位进行检测 ，重点关注横隔板下部位 内部核心混凝土完整性、核心混凝土与钢管内壁的界面粘 结状态。 对于基于应力波的检测 ，采用一发一收以及一发多收 的方式进行。通过对应力波传递距离相等的一组传感器的 输出信号的分析来对核心混凝土的完整性以及界面状态进 行评价。 对于压电耦合阻抗法 ，采用对粘贴在钢管外壁的压电 陶瓷片或者嵌入式压电功能块的机 电耦合阻抗测量对界面 粘结性能进行检测与评价。 3 1检测对象以及测点布置 为了实现以上检测 目的，采用应力波法和压 电耦合阻 抗 法两种方法相结合的方法，将在 0 0 0 m以上塔楼B 3 栋 周边的每层2 4根Q 3 4 5 B 钢管混凝土柱中的选择关键截面进 行抽样检测，采用技术压电功能块、压 电传感器 ( P Z T) 进 行。 4 - 0 0 0 r n以上高2 3 5 5 m，共5 O层 ，钢柱采用 自密实混 凝 土分段浇筑 ，其中11 0 层每2层钢管整体 吊装并浇筑一 次混凝土 ，1 0 层 以上每3层钢管整体 吊装并浇筑 一次混凝 土。2 4根钢管柱 中1 6根为方钢管混凝土柱 ，8根为圆钢管 混凝土柱。横截面及立面如图2 、图3 所示。 选取矩形截面柱和圆形截面柱与型钢梁的连接节点处 最容易出现缺陷的部位 ，即3层横隔板 中的最上层 以下的 部位进行检测。总抽检构件数为总吊装节段数的3 0 。 在上层横隔板下表面安装压 电功能块 ，在钢管外壁粘 贴压 电片。结合应力波法和机电耦合阻抗法进行检测与分 析。 3 1 1 方形截 面钢管混凝 土柱 ( a) 嵌入式与表面粘贴相结合。在上层横隔板下表 面上每边布置3个压电功能元，其中1 个位于每边的中间位 置 ，其中P Z T 的方向为竖直且垂直于该钢管内壁。另外2个 压电功能元布置在该边的1 4 I 3 4 处，该压 电功能块与钢 管内壁留2 0 mm 距离 ，其P Z T 平面竖直但平行于该内壁。每 个构件供设置1 2个压电功能块。此外 ，每边对应位置设置 4个P Z T ，每个构件共设置1 6个P Z T 片。方形截面钢管混凝 1 0 6 6 I 建筑旋工 第3 6 卷 I II g M 土柱上层横隔板下表面的压 电功能块以及外壁P Z T 片布置如 图2 所示。在每个吊装层中，选取一个方钢管柱采取该方式 布置。 ( b) 外部粘贴压 电陶瓷片。对于部 分方钢管柱 ，采 用外部粘贴压 电片的方法。方形截面钢管混凝土柱上层横 隔板下表面外壁P Z T 片，布置如图3 所示。核心混凝 土与 钢管内壁的界面粘结状态通过压电阻抗 法评估，核 心混凝 土采用应力波方法检测与评估。在钢管已经安装就位 ，其 靠建筑外侧的表面无法在保证安全的情况下粘贴压 电陶瓷 片，可以只在方柱的2个相对的侧面上进行粘贴。 图2 横隔板下表面压电功 能元 以及P 2 r 片布置 示意 图3 横 隔板下钢管表面 粘贴P Z T 片布置 3 1 2 圆形截 面钢管混凝 土柱 ( a) 嵌入式与表面粘贴相结合。对于部 分圆形截面 钢管混凝土柱 ，在上层横隔板下表面上沿钢管内壁均匀布 置6个压 电功能元，该压 电功能块与钢管内壁留2 O mm距 离，其P Z T 平面竖直且与钢管内壁保持相切。此外 ，钢管外 壁对应位置设置6个P Z T 。在每个 吊装层中，选取一个方钢 管柱采取该方式布置。 ( b) 外部粘贴压 电陶瓷片。另外的圆钢管柱采用外 部粘贴压 电片的方法。核心混凝 土与钢管内壁 的界面粘结 状态通过压 电阻抗法评估 ，核心混凝土采用应力波方法检 测与评估。考虑到嵌入式压 电功能元的施工耗时较 多，主 要采取表面粘贴压 电陶瓷片的方法进行。在钢管 已经安装 就位 ，其靠建筑外侧的表面无法在保证安全的情况下粘贴 压 电陶瓷片，可以只在圆柱相互垂直的2个相对位置上进 行粘贴。 3 2检测方法 3 2 1 基 于应力波的钢 管混凝土检测 运用方形截面 以及圆形截面构件内部对称位置 的压 电 功能块进行信号发射和信号接收，对信号进行小波包能量 分析 ，进而对钢管混凝土内部核 心混凝土的均匀性进行评 估。激励信号采用扫频信号、正弦信号和脉冲信号 ，测量 2次。用收发信号距离等同的一组传感器 的输出信号来评 定检测结果。对于方钢管混凝土柱4个角区缺陷的检测， 选取每边 中间位置的压 电功能块作为激励器 ，采集对应钢 管外壁的2个P Z T 的响应。 对于方钢管混凝土的四边钢管内壁与核心混凝土的截 自 箱形+ 工字形的巨型钢柱焊接工艺研究 康少杰 秦宾 陈亮 陆俊杰 肖林林 牟信澄 中建八局钢结构工程公司 上海 2 0 0 1 2 5 摘 要 ：建筑造 型 日新月异 ，异形组合 构件在工程设计 中越来 越普 遍 ，对结构设计和 现场 施工也带来 了新的挑战。在某 实际工程中，因组合构件截面大、钢板厚、截面组合复杂，受现场安装施工条件影响，构件安装完成后，部分焊缝因 无操作空间无法进行。针对该难题 ，预留了焊接操作孔并安排了合理的焊接顺序，保证了所有焊缝的质量。 关键词：钢结构 复杂截面 焊接 箱形柱 工字形柱 中图分类号：T U 7 5 8 1 1 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 4 ) 0 9 1 0 6 7 - 0 3 S t u d y o n W e ld i n g T e c h n o lo g y f o r Bo x+l Sh a p e d Hu g e St e e l Co l u mn s K a n g S h a o j i e Qi n B i n C h e n L i a n g L u J u n j i e X i a o L i n l i n Mo u X i n c h e n g Ch i n a Co n s t r u c t i o n Eigh t h En g i n e e r i n g Div is ion S t e e l S t r u c t u r e En g i n e e r i n g Co mp a n y Sh a n g h ai 2 0 0 1 2 5 1 结构与体 系 大连中心 裕景S T 1 塔楼是大连裕景项 目的最高建筑 ， 地下4层、地上8 0层 ，建筑高度3 8 3 4 5 m，总建筑面积 1 7 5 万m 。主要建筑功能为高档写字楼和超五星级酒店。 建筑主体结构形式为型钢混凝土组合结构。钢结构主 要分布于塔楼的外框 ，外框结构 由巨型柱、转换桁架、斜 向大支撑、框架柱与框架梁共同组成。其 中，巨型柱分布 于塔楼 的5个角 ，转换桁架每隔1 5 层 1 道 ，将上面1 4个楼 层 的荷载传递到周边巨型柱上，每2道桁 架之间设置斜 向 大支撑 ，组成结构的抗侧力体系。总用钢量约3 4 5万t 。 Q 一 作者简介：康少杰 ( 1 9 8 9 _ 一 )，男，本科，工程师。 通讯地址：上海浦东新区东方路3 2 6 1 号B座1 7 楼 ( 2 0 0 1 2 5 ) 。 收稿 日期：2 0 1 4 0 4 1 8 分布于5个角部 的巨型柱 ( C C 1 C C 5) 截面构造复 杂 ，其分布位置如图1 所示。其中C C I 、C C 2 、C C 5 n h 箱形钢 柱一、箱形钢柱二及其 中间工字形钢柱三部分组成 ，最大 板厚1 0 0 mm，截面形式见图2：C C 3 、C C 4 F I= I 箱形钢柱、圆 管型钢柱 、连接板及工字形钢柱组成 ，最大板厚1 0 0 mm。 图1 S T 1 巨型柱分布位置示意 面粘结情况 ，分别采用嵌入式压 电功能元作为激励 ，对于 外壁P Z T 片接收信号的方式进行检测。 3 2 I 2 基于机电耦合阻抗的钢管混凝土界面性能检测 钢管壁与核心混凝土的粘结状况 ，分别对于嵌入式压 电功能元和表面粘贴压 电陶瓷片进行机电耦合阻抗测量 ， 通过阻抗结果的分析对界面粘结性能进行评估。 3 2 3 混凝 土界 面性 能检测 分别基于应力波和机 电耦合阻抗测量，在混凝土浇筑 后1 2周 内测量一次。 选取嵌入和粘贴方案的方形截面和圆形截面钢管混凝 土试件各一个 ，进行多次检测。混凝土浇筑后3 d 、7 d 、 1 4d、2 8d 、9 0d 、1 8 0d 分别进行测试。 一9 0 0 0 张婷 基于压电陶瓷的钢管混凝土柱界面剥离损伤监测的实验 研究 D 】 长沙： 湖南大学，2 0 1 2 黄清 基于压电陶瓷的钢管混凝土柱界面及混凝土缺 陷损伤评 估 D 】 长沙： 湖南大学， 2 0 1 2 许斌基 于压电陶瓷的钢管混凝土柱剥离损伤识别研 究【 J 土木 工程学报， 2 0 1 2 ( 7 ) ： 8 6 - 9 6 綦宝晖， 阎石， 刘福学， 等彳4 用压电智能骨料的钢管混凝土柱密 实性检测试验 J 沈阳建筑大学学报： 自然科学版， 2 0 1 2 ( 3 ) ：4 9 1 - 4 9 6 李冰， 许斌钢管混凝土构件钢管与混凝土界面剥离损伤识别的 试验研究 J 】 建筑科学，2 0 1 3 ( 3 ) ： 5 4 5 8 2 0 l 49 Bu i l d i I I g c。 ns t m c 廿。 n I 1 o 6 7 n B