裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)承載過程中的重要狀態(tài)表征參數(shù)。由于其復(fù)雜的組成和力學(xué)機(jī)理，對(duì)混凝土的變形特征、應(yīng)變分布和裂縫擴(kuò)展進(jìn)行細(xì)致研究，具有一定的困難和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)應(yīng)變片和位移傳感器的位置和數(shù)量受到空間的限制。超聲波、聲發(fā)射、射線探測、光纖光柵等方法難以對(duì)裂紋進(jìn)行定量分析。因此，亟需一種新方案來研究混凝土結(jié)構(gòu)變形和裂紋特性。

新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸全場裂紋的全自動(dòng)、高精度測量。它通過獲得散斑圖的位移并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，利用相關(guān)算法計(jì)算試件的應(yīng)變，并基于數(shù)字圖像處理規(guī)則檢測裂紋的大小、長度、方向等特征，為混凝土加載實(shí)驗(yàn)提供一種全面、可靠、精確的裂紋測量手段。

DIC技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新點(diǎn)

1、基于主應(yīng)變場的裂紋檢測

使用新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)進(jìn)行裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，可基于主應(yīng)變場的裂紋定位，混凝土開裂使位移場出現(xiàn)梯度時(shí), 開裂處的主虛應(yīng)變?cè)龃?。DIC軟件通過分析主應(yīng)變場中由于開裂而產(chǎn)生的特征，可實(shí)現(xiàn)裂縫的全場定位。

2、大視野全場應(yīng)變測量

XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，支持內(nèi)、外參數(shù)分離的標(biāo)定方式，解決混凝土橫梁結(jié)構(gòu)大視野下的標(biāo)定難題；為使所有圖像在單一、統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)中排列，從而進(jìn)行重建，可指定一個(gè)攝像機(jī)的局部坐標(biāo)系統(tǒng)作為主要參考。

3、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量, 使用多相機(jī)組成的相機(jī)網(wǎng)絡(luò), 可以保證大尺寸全場變形測量分辨率與測量精度。

基于編碼點(diǎn)的多相機(jī)外參統(tǒng)一

混凝土橫梁加載實(shí)驗(yàn)

1、試件與加載

標(biāo)準(zhǔn)鋼筋混凝土矩形梁試件，底部配筋。安裝于萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行三點(diǎn)彎曲加載，采用位移控制模式模擬準(zhǔn)靜態(tài)加載。

試樣準(zhǔn)備：在混凝土梁觀測面（側(cè)面）噴涂高對(duì)比度、細(xì)密、隨機(jī)的黑白散斑圖案，作為DIC跟蹤的紋理特征。

混凝土橫梁制作散斑圖樣

2、數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)機(jī)加載過程中，XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)與加載控制系統(tǒng)同步觸發(fā)，按預(yù)設(shè)載荷同步采集左右相機(jī)圖像序列。

DIC技術(shù)應(yīng)用與分析：

1、全場位移與應(yīng)變場獲取

DIC軟件對(duì)采集的圖像序列進(jìn)行處理，通過匹配左右視圖和追蹤散斑點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，計(jì)算試件表面全場三維位移場和全場應(yīng)變場。

結(jié)果呈現(xiàn)：生成各加載階段（如開裂荷載、屈服荷載、極限荷載附近及之后）的彩色云圖，直觀顯示梁表面位移分布和應(yīng)變（特別是主應(yīng)變、最大拉應(yīng)變）集中區(qū)域。

2、關(guān)鍵點(diǎn)位移與應(yīng)變曲線

在DIC軟件中，沿梁跨中底部（最大彎矩處）、裂縫預(yù)期路徑（如彎剪段）、鋼筋位置上方等關(guān)鍵位置定義虛擬的點(diǎn)或路徑。

數(shù)據(jù)提?。禾崛∵@些關(guān)鍵點(diǎn)在所有加載步中的三維位移（如跨中撓度）和應(yīng)變（如梁底最大拉應(yīng)變）數(shù)據(jù)。

曲線繪制：

荷載-位移曲線：繪制試驗(yàn)機(jī)記錄的荷載與DIC系統(tǒng)測得的跨中撓度曲線。

荷載-應(yīng)變曲線：繪制荷載與關(guān)鍵點(diǎn)（如梁底中心點(diǎn)）的應(yīng)變曲線。

這些曲線能清晰反映：

開裂點(diǎn)識(shí)別：荷載-應(yīng)變曲線在混凝土抗拉強(qiáng)度達(dá)到時(shí)出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)或突變（應(yīng)變釋放），比荷載-位移曲線更敏感地指示初始裂紋萌生。

裂縫發(fā)展階段：曲線斜率變化反映剛度退化，與裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展、快速擴(kuò)展階段對(duì)應(yīng)。

1、橫梁加載點(diǎn)處位移分析：

位移/應(yīng)變場解算

在DIC軟件中提取橫梁左右兩側(cè)相同點(diǎn)位置，繪制出該點(diǎn)位移和應(yīng)變的曲線圖：

2號(hào)點(diǎn)位移曲線&3號(hào)點(diǎn)位移曲線

2、橫梁跨中處位移分析：

位移/應(yīng)變場解算

在DIC軟件中提取橫梁取跨中處關(guān)鍵點(diǎn)，繪制出該點(diǎn)位移的位移曲線圖：

0號(hào)點(diǎn)位移曲線&1號(hào)點(diǎn)位移曲線

3、裂紋寬度測量與擴(kuò)展分析

原理：DIC計(jì)算得到的全場三維位移場是測量裂縫寬度的基礎(chǔ)。

方法：

1、裂縫識(shí)別：基于最大主應(yīng)變?cè)茍D或位移不連續(xù)區(qū)域，在DIC軟件中識(shí)別并定義裂縫路徑。

2、點(diǎn)對(duì)設(shè)置：在已識(shí)別的裂縫兩側(cè)（垂直于裂縫方向）定義一組或多組虛擬點(diǎn)對(duì)。點(diǎn)對(duì)的初始間距在未開裂狀態(tài)或參考圖像中確定。

3、寬度計(jì)算：DIC軟件可自動(dòng)計(jì)算沿裂縫路徑上多點(diǎn)對(duì)的寬度值。

4、寬度演變曲線：繪制特定位置（如跨中裂縫最寬處）或沿裂縫長度的平均裂紋寬度隨荷載或時(shí)間（撓度）變化的曲線?？衫L制不同位置裂縫的寬度曲線進(jìn)行對(duì)比。

橫梁加載裂紋解算

在DIC軟件中，取橫梁左右兩側(cè)裂紋位置的關(guān)鍵點(diǎn)，將該點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，可繪制出該點(diǎn)點(diǎn)距離的絕對(duì)值曲線圖。

6號(hào)點(diǎn)距曲線&13號(hào)點(diǎn)距曲線

DIC技術(shù)應(yīng)用價(jià)值

1、非接觸、全場、連續(xù)：無需接觸裂縫邊緣，可在加載過程中連續(xù)、自動(dòng)地測量沿裂縫路徑任意位置的寬度。

2、高精度與分辨率：精度可達(dá)亞像素級(jí)（通常優(yōu)于0.01mm），分辨率取決于散斑大小和相機(jī)分辨率。

3、量化擴(kuò)展過程：精確記錄裂縫從微張開到宏觀擴(kuò)展的全過程，捕捉裂縫寬度隨荷載增長的規(guī)律（線性、非線性加速等）。

4、評(píng)估配筋與材料影響：通過對(duì)比不同配筋率、不同混凝土強(qiáng)度或摻合料的梁，DIC數(shù)據(jù)可定量分析這些因素對(duì)裂縫間距、寬度、擴(kuò)展模式的影響，為優(yōu)化設(shè)計(jì)和材料選擇提供依據(jù)。

新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，可以實(shí)無損、連續(xù)地監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)加載全過程，精確識(shí)別初始開裂點(diǎn)和位置，直觀呈現(xiàn)全場位移和應(yīng)變演變，揭示裂縫萌生與擴(kuò)展機(jī)理，自動(dòng)、定量、連續(xù)地測量沿裂縫路徑的寬度及其發(fā)展，提供豐富、精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可用于深入理解混凝土結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、驗(yàn)證和改進(jìn)理論模型、指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)與評(píng)估，為提升結(jié)構(gòu)安全性和耐久性提供重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。