桁架钢筋高度检测专用卡尺的研发

近年来装配式建筑虽得到了快速发展，但由于其在我国起步较晚，尚未形成成熟的体系。在大力推动预制件生产的同时，往往也伴随着很多工程问题。作为先决条件，预制构件的质量优劣对工程整体质量影响较大，对其质量的控制和检测是装配式建筑工程中的重要环节。而目前行业内关于预制构件质量检测的技术尚未成熟，同时专业检测设备的研发尚处于初步阶段，检测人员在工作中往往无法保证检测结果的准确性。其中预制件的桁架钢筋高度就是较典型的问题。基于对此问题的思考和分析，本文设计并提出了一种专用检测设备及检测方法。

1?预制叠合板钢筋高度检测的意义

预制叠合板生产过程中以钢筋为上下弦及腹杆，通过电阻点焊连接形成预制件的钢筋桁架。桁架钢筋的设置对楼板刚度提升以及楼板叠合面抗剪强度的增强起到积极作用，同时便于构件的堆放、运输和吊装，如楼板起吊时，设备起吊的吊点多为桁架钢筋的加强部位，其目的是更好地承担楼板自身重量。在对桁架钢筋高度进行设计时，通常从构件的整体刚度出发，其深层意义在于承担“马凳”的角色，针对叠合层钢筋，其高度直接决定上部后浇混凝土保护层的厚度和预埋管线能否顺利敷设。

现场施工时，施工人员的参照标准为楼板总厚度是否符合设计要求，以此为前提，若桁架钢筋的高度实际值较于设计值偏低，会导致叠合后保护层厚度偏大，极易造成预埋管线无法贯穿的问题；反之则会导致保护层厚度偏小，直接导致结构实体抽测时保护层厚度检测项目不合格。

对此，相关规范均将预制构件桁架钢筋高度纳入必检项目之一，并对相关检测标准作出明确规定。其中JGJ?1—2014《装配式混凝土结构技术规程》，DGJ32/J?184—2016《装配式结构工程施工质量验收规程》，GB/T?51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》分别指出：（1）预制件桁架钢筋弦杆混凝土保护层厚度不应小于15?mm；预制件桁架钢筋高度允许偏差 ±5?mm；（2）叠合构件的钢筋桁架截面尺寸高度允许误差为±5?mm；（3）钢筋桁架的尺寸偏差应符合高度允许偏差 +1?mm，–3?mm。

综上所述，从结构设计、施工及规范要求等层面均可看出，桁架钢筋高度的检测具有重要意义。

2?现有检测技术

针对桁架钢筋高度（桁架钢筋上弦筋上表面到预制件表面的距离）的检测，尚未出台针对性的检测方法、步骤等，而实际工作中检测人员均未配备针对桁架钢筋高度检测项目的专业工具，应用较多的检测方法为钢尺测量法和卡尺测量法。

2.1?钢尺测量法

钢尺测量法采用钢直尺或钢卷尺进行测量，是将钢尺紧靠桁架钢筋（上弦筋）侧面，将钢直尺零点端抵至预制件表面，并使钢尺与其垂直进行目视读数（图1）。该法虽简单方便，但缺点也较明显： （1）测量时检测人员仅通过目测观察确保钢尺是否紧贴钢筋、是否与构件表面垂直，操作难度大，无法保证测量准确；（2）由于钢筋截面为圆形，直接通过肉眼在斜视状态下进行读数，所读数值实际为钢筋上表面切线位置处代表的钢筋高度，误差较大，往往可达±3 mm；（3）相关规范对该检测参数要求十分严格，尤其在GB/T 51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》中，规定偏差的允许范围为+1?mm，–3?mm。而钢尺测量的精度最高通常为1?mm，因此该法无法胜任检测工作，强行使用很可能造成错判。

图1?钢尺测量法

2.2?卡尺测量法

卡尺测量法是利用数显卡尺的测深功能，将卡尺尾端一侧（不可阻挡测深探针滑道）与预制件桁架钢筋（上弦筋）上表面抵紧，然后释放测深探针抵至预制件表面，使卡尺与预制件垂直后读数，即为所测桁架钢筋高度值（图2），该方法虽检测快速、读数便捷，综合效率较高，但也存在明显的不足之处：（1）该方法的难度在于卡尺底端与钢筋的抵接以及与构件表面的垂直，需要检测人员手动完成，由于手易抖动导致卡尺晃动，会影响测量准确；（2）由于预制件表面存在凹凸不平，测深探针可能落在凹槽（坑）内或凸峰上，导致高度测量值明显偏大或偏小。

图2?卡尺测量法

3?专用卡尺的研发

依据桁架钢筋高度检测项目的特点和相关规范要求，在调研剖析现有检测方法问题的基础上，经反复验证，本文提出一种用于预制件桁架钢筋高度检测的专用卡尺，能很好地解决该难题。

3.1?专用卡尺的构造

桁架钢筋高度检测专用卡尺主要包括三个部分：尺框系统、数显系统和尺芯系统，尺框系统为该专用卡尺主体框架，数显系统固定其上，测量工作可通过尺芯系统在尺框系统的上下滑动实现（图3）。

图3?整体构造示意

3.1.1?尺框系统

尺框系统为专用卡尺主体框架，整体呈X形，包括测量基面、C形导向槽、避让槽等多个部件（ 图4）。尺框两端配备两大功能区，即测高功能区于测深功能区，中部设置C形导向槽，为尺芯的上下滑动提供滑道。测高基面和测深基面为尺框两端向外延伸的上下翼，能够保证测量时卡尺与预制构件表面紧密贴合的同时提高测量操作稳定性。测高区专门设置避让槽，测量时卡尺骑跨于桁架钢筋上弦筋，起到避让的作用，保证测量的稳定性和准确性，为该卡尺的核心创新点。

图4?尺框系统构造示意

3.1.2?数显系统

数显系统主要由位移传感器、数字显示屏、固定旋钮等组成（图5）。借助数显系统，检测人员无需进行人工刻度读数，可直接读取测量数据，精确度可达到0.01?mm。数显系统中设置了电源开关键、单位切换键和清零功能键三个便捷功能按键，检测人员可通过电源开关键开启，将测深探针与测量基准面对齐后按下清零功能键，完成校零工作，此时数显系统界面显示为0.00?mm读数时逆时针旋转固定旋钮可锁固尺芯位置，此时检测人员即可将设备从检测位置取下，进行读数。

图5?数显系统构造示意

3.1.3?尺芯系统

作为专用卡尺的核心构造，尺芯系统的尺芯为矩形钢条所制，便于在滑道中滑动以满足测量需求。尺芯两端分别设置有弧形凹槽和测深探针，其中弧形凹槽为钢筋接触部，测深探针用于粗糙深度检测，如图6所示。

图6?尺芯系统构造示意

将钢筋接触部设置为凹圆形，可以实现尺芯底部与钢筋上表面的更好贴合，同时起到防打滑的作用。校零时的参照为钢筋接触部的弧形凹槽与测高基面平行，或测深探针端部与测深基面齐平，两种方式均能进行校零操作，且可相互校准，提高卡尺检测的准确度。

在三大系统的协同工作下，检测人员能够通过该专用卡尺快速实现桁架钢筋高度的测量，具有较高的准确性。该卡尺设计巧妙，还可进行预制构件粗糙面粗糙深度检测，一尺两用。

3.2?检测步骤

3.2.1?桁架钢筋高度检测

检测人员可参考如下步骤对桁架钢筋高度进行现场检测（图7）。

图7?桁架钢筋高度检测做法示意

（1）手动调整使测高基面与钢筋接触部底部在同一水平面，按下清零功能键完成装置校零。

（2）将专用卡尺骑跨于桁架钢筋正上方，确保桁架钢筋位于避让槽内，将尺框的测高基面抵接于测量构件表面，并使其贴合。测量人员需对两者的抵接情况进行仔细检查。

（3）读取数显系统的读数并记录，即为该测点的桁架钢筋高度实测值。

检测桁架钢筋高度时，为避免随机误差，需在每根钢筋上选择3个测点，将每个测点的测量值与设计值作差值运算，最终偏差值为最大偏差值（取绝对值）。根据测量值与设计值的大小关系判定其为正偏差或负偏差（测量值大于设计值为正偏差；反之则为负偏差），在最大偏差值前添加正负号后，即得到最终的高度偏差结果。将该结果与规范规定的偏差限值比对，判定预制件的桁架钢筋高度是否合格。

3.2.2?粗糙深度检测（附加功能）

为充分利用尺身资源，该设备通过设置测深探针，附加了粗糙深度检测功能。

粗糙深度检测步骤如下： （1）预先调整测深基面的位置，使其与测深探针端部对齐，并进行校零操作；（2）将测深基面置于预制构件粗糙面表面，确保两者抵接贴合，将测深探针深入预制件表面粗糙面的凹槽（坑）底部；（3）数显系统上的数值即为所抽检预制件粗糙面该测点的粗糙深度实测值（图8）。按该法采集所有测点的粗糙深度值，经计算得到预制件的粗糙深度平均值，与设计值或规范限值比对，以判定预制件的粗糙深度是否合格。

图8?粗糙深度检测做法示意

4?结束语

本文针对目前桁架钢筋高度检测项目专用设备和方法的缺失，在对相关规范和工程实践的调研和分析后，研发提出了一种适用桁架钢筋高度检测的专用卡尺，其优势如下。

（1）该卡尺为桁架钢筋高度检测领域的创新发明，填补了相关专用设备的空白，结构设计巧妙，提高了检测人员测量的规范性、稳定性、便捷性和准 确性。

（2）通过多项措施减少系统误差和人为误差，数显系统的引入，检测人员获得的测量数据精度可达毫米级（0.01mm），符合规范的严格要求。

（3）该卡尺额外附加了粗糙深度的检测功能，检测人员可同时检测桁架钢筋高度和粗糙深度，使设备更加轻便，实现了一尺多用的目标。