——DIC技術(shù)賦能大跨空間結(jié)構(gòu)安全評(píng)估
桁架是建筑結(jié)構(gòu)中重要的承重構(gòu)件，廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑、體育場(chǎng)館等工程中。桁架作為稱重構(gòu)件受力、環(huán)境因素的影響，其變形往往會(huì)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性以及穩(wěn)定性產(chǎn)生不小的威脅。為了更好地評(píng)估桁架的結(jié)構(gòu)安全，亟需采用一種全視場(chǎng)、高效、精準(zhǔn)的變形測(cè)量方案，能提前發(fā)現(xiàn)薄弱風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命，保障工程建筑安全。
大型建筑工程中，鋼桁架結(jié)構(gòu)需進(jìn)行靜載扭轉(zhuǎn)測(cè)試，以驗(yàn)證其抗扭剛度及承載能力。由于相機(jī)分辨率有限造成有效視場(chǎng)范圍有限，難以監(jiān)測(cè)到桁架結(jié)構(gòu)不同面的全部區(qū)域。采用新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，多相機(jī)DIC系統(tǒng)通過多個(gè)相機(jī)的不同視角記錄桁架表面圖像，充分利用相機(jī)分辨率，實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)的三維圖像變形測(cè)量。
關(guān)于多相機(jī)DIC技術(shù)方案
多相機(jī)三維數(shù)字圖像相關(guān)系統(tǒng)將多個(gè)相機(jī)兩兩組合為傳統(tǒng)的雙相機(jī)三維數(shù)字圖像相關(guān)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)分別測(cè)試不同區(qū)域的形變與位移，通過一系列標(biāo)定方式將各個(gè)子系統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、映射到同一個(gè)主坐標(biāo)中，計(jì)算得到各子系統(tǒng)統(tǒng)一后的測(cè)試結(jié)果。
新拓三維多相機(jī)陣列是一種立體的DIC測(cè)量系統(tǒng)，由2對(duì)或更多組相機(jī)組成，通過攝影測(cè)量技術(shù)獲得全局坐標(biāo)系，然后提前標(biāo)定在統(tǒng)一坐標(biāo)或校準(zhǔn)對(duì)齊，逐幀對(duì)齊的方式實(shí)現(xiàn)三維空間的坐標(biāo)統(tǒng)一?？蓪?duì)組件和結(jié)構(gòu)進(jìn)行大規(guī)模的復(fù)雜表面輪廓測(cè)試，視野（FOV）得以擴(kuò)展。
多重DIC系統(tǒng)中，相機(jī)鏡頭可以自由地排列在一個(gè)集群中，通過軟件將數(shù)據(jù)拼接在一起進(jìn)行后再處理。例如：
單面陣列，測(cè)試大型復(fù)雜表面（機(jī)翼、葉片、橫梁和墻壁）；
弧面陣列，測(cè)試圓/柱/球體表面（加壓膨脹的物體）；
雙平面陣列，測(cè)量截面厚度/頸縮，真應(yīng)變等。
為實(shí)現(xiàn)連續(xù)的全表面測(cè)量，多相機(jī)DIC測(cè)試每個(gè)局部部分應(yīng)由至少一組立體數(shù)據(jù)子系統(tǒng)FOV覆蓋，以成功地重建被測(cè)量表面上的每個(gè)點(diǎn)；鄰近的局部部分應(yīng)滿足某些重疊的要求，以確保連續(xù)變形測(cè)量的完整性；利用校準(zhǔn)作為局部坐標(biāo)系與全局坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換介質(zhì)。
當(dāng)相機(jī)之間缺乏重疊視場(chǎng)時(shí)，則通過預(yù)先標(biāo)定來測(cè)定相機(jī)間的相對(duì)位置和姿態(tài)，以便將各個(gè)相機(jī)的視場(chǎng)精確地整合到全局坐標(biāo)系之內(nèi)。
桁架結(jié)構(gòu)靜態(tài)加載試驗(yàn)
對(duì)桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜載試驗(yàn)，桁架結(jié)構(gòu)一端固定另一端施加扭轉(zhuǎn)載荷的方式，桁架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，多測(cè)頭DIC測(cè)量系統(tǒng)觀測(cè)結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)過程中的變形情況。
測(cè)試目的
1、通過靜載實(shí)驗(yàn)，測(cè)試桁架結(jié)構(gòu)在扭轉(zhuǎn)過程中各結(jié)點(diǎn)的變形情況。
2、繪制全場(chǎng)時(shí)間-位移曲線，分析最大扭轉(zhuǎn)區(qū)域（如節(jié)點(diǎn)連接處）。
雙測(cè)頭DIC系統(tǒng)布置
實(shí)驗(yàn)采用雙測(cè)頭DIC系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在桁架結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處布置編碼標(biāo)記點(diǎn)，采用攝影測(cè)量拍攝并對(duì)編碼標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行三維重建，將兩套DIC系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定與坐標(biāo)系統(tǒng)一后，完成雙測(cè)頭DIC系統(tǒng)搭建。
實(shí)驗(yàn)加載與圖像采集
桁架結(jié)構(gòu)一側(cè)單點(diǎn)位置施加載荷，桁架一端固定，另一端施加扭轉(zhuǎn)變形。雙測(cè)頭DIC系統(tǒng)從不同面對(duì)桁架結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行拍攝成像。
DIC軟件數(shù)據(jù)分析
DIC軟件計(jì)算加載過程中編碼點(diǎn)的位移情況，從關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的位移分析，可掌握桁架結(jié)構(gòu)在發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形的過程中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移變化。
通過對(duì)實(shí)驗(yàn)加載過程中編碼點(diǎn)的變化，分析桁架結(jié)構(gòu)的位移關(guān)鍵位置的三維位移情況，以及節(jié)點(diǎn)處的扭轉(zhuǎn)位移。
DIC軟件輸出時(shí)間-位移曲線，觀測(cè)桁架結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位移隨時(shí)間線性增長(zhǎng)情況，判斷結(jié)構(gòu)承載剛度是否符合預(yù)期。
新拓三維多相機(jī)DIC測(cè)量系統(tǒng)，可支持360°三維DIC表征，通過非接觸式全場(chǎng)測(cè)量技術(shù)與多相機(jī)同步采集，成功解決了大跨桁架扭轉(zhuǎn)變形評(píng)估中的數(shù)據(jù)全面性難題。
DIC技術(shù)能夠提供直觀的變形圖像和分析曲線，真正做到對(duì)于結(jié)構(gòu)安全的早期預(yù)警，有助于確保建筑結(jié)構(gòu)的安全，便于工程師進(jìn)行快速分析與決策，推動(dòng)結(jié)構(gòu)力學(xué)測(cè)試從“局部推測(cè)”向“全場(chǎng)感知”的范式升級(jí)。