我國不少區(qū)域都屬于地震帶，有感地震發(fā)生較為頻繁。地震不僅造成了人員的傷亡，同時還造成了大量建筑物的破壞。工程結(jié)構(gòu)物在地震中的破壞是造成生命財產(chǎn)損失的主要原因，做好建筑物的抗震設計，是防止災害的有效途徑。
在地震水平力的作用下，墻體是主要的抗側(cè)力構(gòu)件，當主拉應力超過極限應力時，墻體就會產(chǎn)生裂縫。分析結(jié)構(gòu)物的在地震下的受力狀態(tài)，通過構(gòu)造上的措施來提高建筑物的抗震性能，有助于減少建筑物在地震中所受的損害。
測量需求
國內(nèi)某專注于工業(yè)智能解決方案的科技公司，通過自主研發(fā)的房屋建筑自動化生產(chǎn)設備，自動化生產(chǎn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墻體材料，將為建筑材料行業(yè)帶來全新的智能化解決方案。為了有效控制地震作用下整體結(jié)構(gòu)的損傷破壞，需要明確結(jié)構(gòu)墻體構(gòu)件各階段的地震損傷狀態(tài)。
該科技公司擬采用新拓三維XTDIC非接觸全場應變測量系統(tǒng)，觀測混凝土結(jié)構(gòu)墻體模擬地震過程墻體開裂情況，測量裂縫寬度以及墻體整體位移，墻體表面相對位移，優(yōu)化被測試件測量的過程，讓實驗數(shù)據(jù)可追溯，測量裂縫演變過程更精確。
傳統(tǒng)測量方式的局限性
過去，該科技公司采用的是人工測量裂縫寬度，配以位移傳感器測量試件表面位移。手工測量無法只能測試實驗結(jié)果數(shù)據(jù)，無法動態(tài)觀測裂縫演變過程；裂縫大小不規(guī)則，手工測量偏差大，同時數(shù)據(jù)無法實時計算和存儲。
另外，采用傳統(tǒng)的位移傳感器，屬于接觸式測量方法，存在以下局限：
1、儀器線路布設繁瑣，測量前準備工作復雜
2、適用于點測量或者線測量，難以實現(xiàn)全場位移和全場應變測量
3、儀器需要與墻體結(jié)構(gòu)接觸，不適用于將結(jié)構(gòu)加載至破壞的試驗
非接觸測量方案
與傳統(tǒng)的測量手段相比，新拓三維XTDIC三維光學應變測量系統(tǒng)技術(shù)（數(shù)字圖像相關(guān)方法）更適用于大變形、裂紋演變、動態(tài)觀測的試驗，在驗證力學理論和有限元分析應用上具有明顯和獨特的優(yōu)勢。
本次試驗按照橫梁傾斜90度去采集圖像。實驗開始前，先給混凝土試樣豎向的載荷，然后加左右來回的載荷，模擬地震的載荷情況，實時采集左右位移從開始到峰值時的圖像。
數(shù)據(jù)分析
分析被測混凝土構(gòu)件點位移以及點點距，點的位置如下圖示：
基準狀態(tài)點位置示意圖
藍色區(qū)域為有數(shù)據(jù)區(qū)域
位移峰值時候的墻體裂縫和應變圖
如圖，選取某個點在30mm工況時最終的峰值狀態(tài)數(shù)據(jù)，其X方向最大位移點為25mm，位移方向為左方向。
在峰值狀態(tài)時，選取一個位置的裂縫寬度進行測量，應變大的地方為裂縫產(chǎn)生區(qū)域。然后分析其應變大位置的點點距，點點距的變化量則為裂縫寬度。
如圖，其中六個點繪制裂縫寬度曲線，且裂縫寬度從試件上到下方裂縫越大，整個演變過程趨勢如下圖曲線所示。
從分析數(shù)據(jù)可看出，有一個點位移數(shù)值為4.77mm，通過調(diào)整色譜圖后分析得出，其中間為兩條裂縫，因此兩條裂縫寬度總計4.77mm。
然后，通過分析試件左右兩邊的裂縫寬度，在給試件施加推力時，試件左右兩邊的裂縫寬度變化趨勢相反。
裂縫寬度測量點位置，以及裂縫處應變值如下圖所示。
圖為裂縫寬度測量位置圖示
隨著試驗加載的推進，底層數(shù)據(jù)出現(xiàn)有部分缺失情況，其原因為試件表面散斑點的脫落以及混凝土結(jié)構(gòu)的垮塌，垮塌情況如下圖所示。
數(shù)據(jù)總結(jié)
針對XYZ三個方向位移量均可在軟件中分析，以此來獲取試樣在水平以及豎向方向的位移量。色譜圖有局部色譜有全局色譜以及自定義，可根據(jù)需求設置分析數(shù)據(jù)。試驗全過程的三維數(shù)據(jù)均保存完整，便于數(shù)據(jù)追溯利用。
在進行數(shù)據(jù)分析時，XTDIC系統(tǒng)軟件支持點線面、點點距等元素創(chuàng)建，點線距等多種分析方式，可滿足混凝土墻體裂縫寬度的測量需求。并生成XYZ三個方向合位移以及最大主應變視頻，可查看整體實驗過程。
方案價值
建筑材料結(jié)構(gòu)剛度是結(jié)構(gòu)變形能力的反映。結(jié)構(gòu)在受地震作用后通過自身的變形來平衡和抵抗地震力的干擾和影響，而結(jié)構(gòu)的地震反應隨著結(jié)構(gòu)剛度的改變而變化。本次試驗，可以測量出混凝土試件在模擬地震加載過程的裂紋生長以及裂紋寬度，解決了傳統(tǒng)測量方法的耗時以及數(shù)據(jù)不全，精度不高的問題，更精確分析結(jié)構(gòu)的性能目標和地震損傷的對應關(guān)系，為混凝土材料的抗震設計和有限元分析驗證提供數(shù)據(jù)支持。