数字散斑dic技术用于大型混凝土四点弯曲裂缝演化测量

快讯 来源: 2022/9/27 11:56:13 阅读:3292

混凝土结构已被广泛应用于各项工程,然而在建筑结构的施工和使用过程中,混凝土结构不可避免会产生裂缝等不同失效形式,影响其使用性和耐久性。利用数字图像相关技术可直接测量材料和结构的力学性能,可应用于混凝土结构的抗压强度、耐久性以及变形特性测试和再生建筑工程材料研究,为工程施工提供有效的理论指导,并为土木工程结构安全使用提供可靠的判别依据。

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新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统,基于数字图像相关技术可对大型混凝土结构的轮廓、位移和应变进行非接触式测量,获取混凝土结构表面位移、应变特性,检测裂缝发展过程等失效形式、失效位置、面积和发展趋势,为混凝土结构安全评估提供可靠的测量方案。

基于四点弯曲进行混凝土加载测试,分析裂缝的萌生及演化判断土木工程材料的坚固耐久性。采用DIC全场应变测量分析的方法,可精确给出裂缝发生的位置和起裂时间,从而得到混凝土结构在高应变率加载下,不同位置处的断裂应变及相应应变率,提升了测量效率和测量可靠性。


大型混凝土四点弯曲测试

混凝土结构,因尺寸大、厚度厚、表面非均匀等特点,其力学性能的测量一直是业内的棘手难题。

传统方法采用千分表测量,不仅结构笨重、操作复杂,而且难以布置在恰当位置,无法保证测量数据的准确。使用应变片测量,只能获得局部应变数据,无法全面分析其变形和应变。

采用XTDIC三维全场应变测量系统,通过过非接触的方式,实现大型混凝土材料任意标距的变形和应变测量,同时具备全场测量模块,可基于全场散斑实现全场变形和应变分析,从数据准确性和全面性、操作便携性等方面颠覆了传统测量方法,为土木工程材料的力学性能测量提供了一个全新的解决方案。

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抗弯性能-混凝土梁测试过程

传统的应变片、应变仪测量方案,在实际测量过程中,需要人工现场在加载仪器下进行实时测量,人工安全方式存在隐患。

另外,传统的应变片布线繁琐,对于大型混凝土结构的布线,工作量大,且无法进行全场测量,难以对裂缝发生位置及演化过程进行测量。

采用XTDIC远程非接触式测量方案,可以代替传统的人工测量和应变和位移计的功能,可实现轴向变形和径向变形同步测量,并对实时实验数据进行分析处理。

大型混凝土测量幅面宽度为2.4m,采用XTDIC三维全场应变测量系统,配备1200万像素、4096*3000分辨率工业相机,使用12mm 定焦镜头,双工业相机以不同帧率的速度进行实验过程图像采集。


四点弯曲图像采集与数据处理

混凝土四点弯曲测试,分为前期预压、每个阶段的加载、持荷以及释放回弹过程。每个阶段XTDIC三维全场应变测量系统采用不同帧率图像采集方式,在捕捉到完整实验过程的前提下,尽量减少实验采集数据。

比如在加载阶段和最后的载荷释放阶段采用2s一张的帧率,在持荷阶段采用了60s一张的采集帧率,同时根据位移计的反馈数据来对拍摄帧率优化调整。

使用XTDIC三维全场应变测量系统,可实时测量裂缝的宽度和混凝土结构在加载下应变的变化,通过XTDIC分析软件计算输出加载过程的位移场和应变场。


1、位移计算和分析

由于四点弯曲加载方向为垂直地面的方向,因此通过XTDIC软件计算,输出在不同加载段的垂直方向的全场位移云图数据。

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同时在混凝土结构中间部分选取等间距的7个点作为测量点,得出其Y方向在整个四点弯曲加载过程中的位移变化曲线图。

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从混凝土四点弯曲的加载过程,卸载负荷的过程,到静置释放的过程,基本的位移变化呈现出一个增加、减少和回弹的变化过程。


2、应变计算和分析

测试过程中,XTDIC分析软件输出不同时刻全场应变云图,应变场可以清晰反映混凝土裂纹产生和扩展过程,由于裂缝裂开主要为X方向,因此主要展示不同时刻X方向的全局应变云图。

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红色应变集中区域为混凝土结构的裂缝位置,为了更好地观测裂缝宽度演化,通过标识具体位置的裂缝变化,对混凝土关键位置裂缝变化进行分析。

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为了展示实际裂缝位置位移宽度变化,通过XTDIC分析软件在云图中分析实际裂缝底端与散斑左侧边界的实际距离,并描绘出裂缝实验全程宽度变化曲线。

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关键点1裂缝实验全程宽度变化曲线

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关键点2裂缝实验全程宽度变化曲线

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关键点3裂缝实验全程宽度变化曲线

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试件中央应变计处的应变数据

采用四点弯曲测试方法,利用XTDIC三维全场应变测量系统可以准确地测得混凝土结构在加载过程中的位移场和应变场,并精确分析裂缝萌生及演化过程的具体数值,是一种既简单又可靠的测量方案。

采用XTDIC三维全场应变测量系统测试所获得的大型混凝土裂缝宽度变化,与应变计所测应变数据基本相吻合,所得应变数据指标,与XTDIC测量的数据基本一致,同时可以实现非接触式全场测试,输出测量结果直观、可信、可靠。


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