前言：混凝土結(jié)構(gòu)服役過(guò)程中產(chǎn)生裂紋是不可避免的, 而裂紋的擴(kuò)展是混凝土結(jié)構(gòu)承載能力、耐久性及防水性降低的主要原因。目前檢測(cè)混凝土表觀裂紋仍以傳統(tǒng)的人工方法為主, 用馬克筆在混凝土表面繪制裂紋的大致走向。在測(cè)量混凝土裂紋的寬度時(shí), 主要使用基于光學(xué)顯微原理的裂紋測(cè)寬儀, 其測(cè)量精度較高, 但也只能得到裂紋某一點(diǎn)處的寬度。
東視傳感研制出的實(shí)時(shí)三維位移應(yīng)變測(cè)量?jī)x能夠?qū)崿F(xiàn)全場(chǎng)裂紋的全自動(dòng)、高精度測(cè)量。實(shí)時(shí)三維位移應(yīng)變測(cè)量?jī)x測(cè)量裂紋寬度的誤差在0.010 ～ 0.017像素之間, 與理論預(yù)測(cè)相符, 且測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差在0.006 ～ 0.008像素之間, 測(cè)量結(jié)果很穩(wěn)定，為混凝土實(shí)驗(yàn)提供了一種全面、可靠、精確的裂紋測(cè)量手段。
關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點(diǎn)
基于主應(yīng)變場(chǎng)的裂紋檢測(cè)
當(dāng)被測(cè)物體表面由于開裂使位移場(chǎng)出現(xiàn)梯度時(shí), 開裂處的主虛應(yīng)變會(huì)非常大, 明顯區(qū)別于未開裂處。如果能利用主應(yīng)變場(chǎng)中的這種由于開裂而產(chǎn)生的特征, 就能實(shí)現(xiàn)裂縫的全場(chǎng)定位。
裂紋擴(kuò)展模擬實(shí)驗(yàn)
基于主應(yīng)變場(chǎng)的裂紋定位
裂紋法線方向附近主應(yīng)變場(chǎng)分布
多相機(jī)三維數(shù)字圖像相關(guān)
對(duì)于大尺寸混凝土梁的變形測(cè)量, 使用多相機(jī)組成的相機(jī)網(wǎng)絡(luò), 可以保證全場(chǎng)變形測(cè)量分辨率與測(cè)量精度。
基于編碼點(diǎn)的多相機(jī)外參統(tǒng)一
應(yīng)用案例
混凝土梁抗彎實(shí)驗(yàn)
在試件表面貼上水轉(zhuǎn)印散斑, 然后按一定間隔貼編碼點(diǎn)并放置標(biāo)尺, 利用單反相機(jī)從不同角度拍攝梁表面的編碼點(diǎn)并完成編碼點(diǎn)坐標(biāo)三維重構(gòu)。搭設(shè)兩組雙目系統(tǒng)A和B, 分別拍攝混凝土梁的左側(cè)和右側(cè)。利用本文提出的技術(shù)方法得到的梁在3個(gè)載荷級(jí)別下的全場(chǎng)裂紋示意圖, 各裂紋的寬度和長(zhǎng)度均為真實(shí)比例, 通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn), 全場(chǎng)裂紋識(shí)別的效果很好,非常直觀地反映混凝土梁表面的裂紋擴(kuò)展與發(fā)展情況。
混凝土梁尺寸示意圖及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng) (單位 mm)
混凝土梁表面全場(chǎng)裂紋分布圖a
混凝土梁表面全場(chǎng)裂紋分布圖b
為了追蹤裂紋在不同載荷下的形態(tài)和擴(kuò)展,下圖(a)和下圖(b)分別展示了跨中裂紋和左側(cè)彎剪區(qū)斜裂紋隨載荷的形態(tài)變化?？缰辛鸭y在70 kN左右開始出現(xiàn), 而左側(cè)斜裂紋在200 kN左右才出現(xiàn)。圖中紅色標(biāo)記為裂紋最寬處, 均出現(xiàn)在大致同一位置。在相同載荷下, 梁彎剪區(qū)裂紋最寬值遠(yuǎn)大于梁跨中裂紋最寬值, 且擴(kuò)展速度較快。斜裂紋出現(xiàn)較晚且擴(kuò)展迅速, 當(dāng)加載到300 kN左右時(shí), 斜裂紋處發(fā)生明顯破壞, 試件失效, 斜裂紋是導(dǎo)致混凝土梁失效的主要原因。
(a) 純彎區(qū)裂紋變化
(b) 彎剪區(qū)裂紋變化
裂紋最大寬度變化圖
工程應(yīng)用價(jià)值
DIC技術(shù)憑借全面性、可靠性與精確性，成為混凝土工程裂紋測(cè)量中保障結(jié)構(gòu)安全、優(yōu)化維護(hù)決策的核心技術(shù)手段，顯著提升工程質(zhì)量管控效能?？捎糜谛陆üこ藤|(zhì)量管控、既有結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、科研與材料開發(fā)。