核心内容摘要
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前言道桥箱梁作为桥梁结构中的关键承重构件凭借高抗扭刚度、优异的承载能力以及施工便捷性在现代铁路工程中有着广泛的应用。
目前大量早期建设的铁路道桥已进入服役后期面临结构老化、疲劳损伤及裂纹扩展等安全隐患。
传统的箱梁变形测试操作繁琐且离散式的应变数据覆盖范围有限最终测量结果准确性也易受人为因素影响。
为了提高测试效率某研究团队引入了新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统凭借非接触、全场测量、高精度、高时空分辨率等优势成为箱梁结构健康监测与损伤演化研究的高效、便捷的测量方案。
箱梁四点弯曲加载试验相较于三点弯曲四点弯曲在道桥箱梁试样中部形成均匀纯弯段剪力为零更真实反映道桥梁体在轮载作用下的受力状态。
其优势包括应力状态纯粹避免剪切力干扰精准聚焦弯曲应力导致的损伤裂纹定位可控纯弯段为裂纹萌生提供预设区域便于跟踪扩展路径多级载荷兼容性支持阶梯式加载-卸载循环模拟实际列车通过产生的循环应力历史。
箱梁四点弯曲实验场景DIC技术应用与创新点传统应变片与引伸计存在明显局限点测量局限无法捕捉全场应变梯度及局部畸变裂纹监测盲区难以实时捕捉随机萌生的微裂纹接触式干扰引伸计安装可能影响脆性开裂行为。
DIC技术以非接触、全场测量优势突破瓶颈成为复杂损伤分析的首选方案。
全场应变动态追踪实时获取纯弯段全域应变场云图量化压缩区/受拉区的应变不对称性识别荷载转移路径与主应变场实现裂纹全场定位。
裂纹演化定量分析基于亚像素位移算法实现裂纹宽度
01mm级、扩展速度与分形特征的精准测量关联应变局部化带与宏观裂纹的时空演化规律。
卸载残余变形表征通过多级卸载阶段的残余应变场评估结构件的塑性损伤累积程度。
箱梁四点弯曲试验过程实验准备针对接近4m测量视场采用新拓三维XTDIC-CONST-12M三维全场应变测量系统进行图像采集工业相机镜头采用12mm定焦镜头畸变小、成像质量高针对大幅面照片采集保证精度的准确。
DIC技术采集图像实验场景实验过程
道桥箱体表面的散斑制备采用白色自喷漆涂料配合黑色油墨利用滚轮制作黑白相间的散斑图案。
采用XTDIC三维全场应变测量系统双目工业相机搭建测量视场使用十字标尺对被侧面和相机进行全局标定得到相机参数和世界坐标系。
XTDIC系统双目工业相机拍摄实验过程的照片实验采用多级加载的方式最后分级卸载。
使用XTDIC分析软件对其进行数据分析得到位移云图应变云图和裂缝扩展等数据。
实验数据分析
加载状态分为15级卸载为5级。
以下为15级加载状态下、5级卸载状态下的取点位移云图和取点位移曲线图
加载和卸载过程中应变云图和裂缝宽度变化采用XTDIC软件分析点点距离功能分析应变云图中应变集中位置即裂缝张开的位置来代表裂缝张开的宽度。
共选取
六个裂缝张开处的宽度值变化。
裂缝云图裂缝0宽度值变化裂缝1宽度值变化裂缝2宽度值变化裂缝3宽度值变化裂缝4宽度值变化裂缝5宽度值变化
从应变云图中分析除了主裂缝外还有小的应变集中处存在细小的裂缝。
以下为多级加载和卸载过程中箱梁的位移和应变变化云图。
加载状态第
级位移变化云图加载状态第
级位移变化云图加载状态第
级位移云图卸载位移云图变化应变云图较之位移云图变化较为不明显因此选取四个级别作为对比。
加载应变云图变化卸载应变云图变化应用
总结本案例成功将新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统应用于退役铁路道桥箱梁的四点弯曲多级载荷与卸载测试实现了对全场应变分布及裂纹萌生、扩展全过程的高精度、非接触式动态监测。
测试结果不仅揭示了箱梁结构损伤演化规律也为铁路基础设施的剩余寿命评估、维修策略制定及安全运营决策提供了科学依据。
数字图像相关DIC技术在退役结构健康监测领域的应用正逐步从“辅助手段”走向“核心工具”未来将在铁路、桥梁、航空、核电等高安全要求领域发挥更广泛的作用。