随着桥梁跨度的加大及载重量提高,对桥梁减震支座的力学性能提出了新的要求。桥梁支座可承担桥梁上部结构传递下来的重量和水平位移的功能,桥梁震动支座剪切变形时,靠塑性变形吸收能量,又通过动态恢复以及橡胶的剪切拉力的作用,使桥梁自动恢复原位。
通过在桥梁减震支座表面制作的散斑图案,新拓三维DIC三维全场应变测量设备捕捉散斑特征在像素级别的移动,从而得到桥梁支座载荷下表面的全场位移、应变数据。DIC软件通过计算分析输出准确的剪切横向位移、应变曲线、受压位移曲线以及应变曲线,对桥梁支座抗震和抗剪力学性能的研究分析具有一定的工程应用价值。
采用基于三维数字图像相关技术DIC的新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统,建立桥梁支座加载变形检测系统,通过连续拍摄数字图像,精确测量支座表面全场位移情况,从而获得支座全场的剪切应变及压缩应变相应情况,得到支座加载过程中的全场变形、应变曲线准确试验数据。
新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统基于DIC算法,配置的DIC软件可设置图像采集参数(如分辨率、帧率等),可根据式样观测区域范围,确定DIC设备使用镜头规格、测试距离以及散斑尺寸;根据测试目的,定义感兴趣的区域(ROI)和所需的应变计算类型。测试过程中在支座表面制作理想的散斑图案。
桥梁支座散斑制作图
DIC试验系统布置
试验采用XTDIC三维全场应变测量系统进行桥梁支座加载过程变形的全局测试,视野范围内采用蓝光光源进行照亮,便于进行数字图像的采集。
DIC系统布置完成后,进行测试校正以保证结果可信度。DIC系统采用中国标准计量局认证的校正板,主要校正采集图片像素对应实际尺寸。DIC系统分析校正板上的标识点,每个标志点圆度,以及中心点之间的距离。
DIC测试试验结果
本次试验通过试验机控制加载,对桥梁支座进行不同等级的压缩和剪切加载,加载过程DIC设备工业相机进行数字图像采集,从而得到阶梯型的数据结果。
剪切位移场分析
试验机加载过程中,桥梁支座会有一个整体的剪切横向位移,在加载过程中支座表面的剪切横向位移的变化情况如图所示。
在不同位置选取了3个点得到不同位置的横向位移曲线,图中不同颜色表示不同的水平位移值,红色表示较大的水平位移值。可以看到在支座上方横向剪切位移量小,下方剪切横向位移大,下方关键点位移量最大为-67.5957mm。
剪切横向位移曲线
剪切应变分析
试验在DIC软件中直接进行应变分析,下图为加载过程中横向剪切方向的应变云图。通过选取的三个关键点,分析其横向剪切方向应变对应曲线,可以清晰的看到加载过程中应变变化。
剪切应变曲线
压缩位移场分析
支座在加载过程中受到压缩力,DIC软件中可分析加载过程中的位移云图,图中红色的区域出现较大位移。选取三个关键点分析位移对应曲线,可以清晰的看到加载过程中位移变化,曲线中最大值为 0.6761mm。
受压位移曲线
压缩应变场分析
DIC软件直接进行应变分析,下图为桥梁支座加载受压的应变云图,选取三个点分析其应变对应曲线,可以清晰的看到加载过程中桥梁支座受压缩的应变变化。
受压应变曲线
试验通过新拓三维非接触式DIC全场应变测量方法,测试桥梁支座在试验机加载下的横向剪切位移应变,桥梁支座受压位移应变的变化情况,分析横向剪切和压缩位移及应变曲线,DIC测量试验数据有助于分析桥梁支座的剪切变形和受压力学性能,最大限度增强公路桥梁减震支座的可靠性、安全性、耐久性。