DIC技术用于碗扣式钢管满堂支架加载变形测量

随着土木基建工程建设的蓬勃发展，满堂支撑体系的使用日趋频繁。其中，碗扣式满堂支架在桥梁、高层建筑等混凝土结构施工过程中的地位不容小觑，是保证工程安全质量的关键工序。

过去由于设计不规范、搭设构造不合理等原因导致脚手架、支架、模板倒塌事故频发，造成了惨痛的生命伤亡和巨大的财产损失。因此，对碗扣式满堂支架体系的设计中，进行数值建模分析、工程实测相结合的稳定性分析研究尤为重要。

为研究碗扣式钢管支架力学性能和稳定性，采用支架负载试验分析方法，通过对不同步距和斜撑设置的立杆进行加载，结合新拓三维XTDIC三维光学应变测量系统，获取三维全场变形及应变数据，分析其力学性能及稳定性，并与有限元数据进行比较分析其变形规律，为碗扣式钢管满堂支架的设计提供数据参考。

门式钢管支架         扣件式钢管支架        碗扣式钢管支架

盘扣式钢管支架      插销式钢管支架       轮扣式钢管支架

二、测量需求

支架坍塌安全事故频发，其原因不仅仅是杆件和碗扣的质量问题，还有碗扣式钢管支架设计计算等问题。严格监测与控制杆件质量可减少事故发生，其根本方法是系统地研究碗扣式钢管支架的受力性能，明确支架的力学概念，简化计算方法，保证支架施工设计的结果准确。

三、原有检测方法

原有解决方案

传统的接触式测量方法包括各种接触式的应变片、电子引伸计，它通过试件的机械接触随着一起变形，并通过机械和电子原理把变形信号放大，达到应变测量的目的。

原有方案不足

由于载荷或几何形状的复杂性，支架构件的危险点往往处于复杂应力状态，复杂应力状态下的力学行为是测试重点。对于大型结构应变的测量，接触式引伸计价格昂贵，测量范围小，无法满足结构大变形测量的需要。

四、新拓的DIC测量方案

新拓三维自主研发的XTDIC系统，是一种建立在图像处理与数值理论基础上的光学测量技术，通过比较被测结构表面变形前后的灰度图像，获取全场位移及应变信息。DIC全场应变测量对于结构件在载荷作用下力学响应分析十分重要，同时也为复杂问题的有限元模拟提供了实验验证。

将碗扣式钢管满堂支架按照一定的步距及斜撑进行安装架设，支架整体尺寸约3mX3mX5m（长X宽X高）。为吻合架体的真实受力，采用一套三级分配梁加载系统，各立杆均匀分配载荷。试验采用2台300t作动器进行分级加载，每次载荷量为试验载荷的25%，达到屈服载荷后进行位移控制加载，每次加载2mm，直到架体失稳破坏。

XTDIC系统采用2个1200万相机，加载过程中相机同步采集数据，经图像匹配、三维重建，最终获取支架表面三维全场位移及应变数据。

3数据分析

碗扣式钢管满堂支架在水平方向上，由于内侧加入斜撑，外侧变形量较内侧大；在竖直方向上，中间变形比两侧大，随着载荷增大，中间区域发生弯曲直至最后失稳。

图：三维全场变形数据

通过三维云图可直观显示出支架整体变形趋势及变形分布规律，也可分析关键点的详细变形数据。通过多组实验可分析不同步距、不同斜撑下支架整体的变形数据，研究变形规律，优化支架设计，寻求最佳的搭设方式。

图：曲线分析

失稳前           失稳后

碗扣式钢管满堂支架拼拆迅速，承载力高，通用性强，在工程中的应用日趋广泛，支撑架的安全稳定性日趋受重视。通过支架载荷试验,新拓三维XTDIC系统分析载荷、斜撑两种因素变化对碗扣式钢管满堂支架的破坏形式，受力性能，承载能力和稳定性的影响，这对于提高结构件有限元模拟的精度和可靠性有非常重要的价值，可为进一步优化碗扣式满堂支架的结构性能提供研究数据和思路。