木材作為一種永恒的建材，被大量應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)及橋梁領(lǐng)域。木材力學(xué)性質(zhì)與一般的鋼材、混凝土及石材等材料不同，其構(gòu)造的各向異性導(dǎo)致其力學(xué)性質(zhì)的各項(xiàng)異性。

采用數(shù)字圖像相關(guān)法DIC，通過對T形木結(jié)構(gòu)梁筋節(jié)點(diǎn)、帶孔洞木梁結(jié)構(gòu)、木材進(jìn)行加載測試，分析木材料與結(jié)構(gòu)承載性能，提升木結(jié)構(gòu)建筑安全性和堅(jiān)固性。

dic數(shù)字圖像相關(guān)法

新拓三維XTDIC非接觸全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，采用自主研發(fā)的3D數(shù)字圖像相關(guān)性運(yùn)算法則，為科研實(shí)驗(yàn)提供三維空間內(nèi)的全視場的形狀、位移及應(yīng)變數(shù)據(jù)測量。

1、全場測量：由于應(yīng)力集中位置不可提前預(yù)知，全場測量數(shù)據(jù)非常關(guān)鍵；XTDIC系統(tǒng)測量不局限于單點(diǎn)，可觀測全場變形、應(yīng)變、位移等數(shù)據(jù)。

2、非接觸式測量：相比應(yīng)變片、引伸計(jì)、傳感器等接觸式測量方式，非接觸式測量方案可消除粘貼、傳感器自身重量對測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響。

3、數(shù)據(jù)可追溯可評估：可以實(shí)時進(jìn)行全場應(yīng)變計(jì)算和結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)可重復(fù)使用，整個試驗(yàn)過程均可評估，確保數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

T形木結(jié)構(gòu)梁筋節(jié)點(diǎn)力學(xué)測試

選取梁柱框架邊節(jié)點(diǎn)處組成的T形木結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，木結(jié)構(gòu)為1.5m左右的T型木結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)件，采用XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)獲取木結(jié)構(gòu)在循環(huán)加載過程中位移場和應(yīng)變場，分析木結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)位移情況及失效斷裂機(jī)理。

T形木結(jié)構(gòu)梁的破壞形態(tài)主要是橫向木結(jié)構(gòu)梁屈服和斷裂；木柱植筋處應(yīng)力集中引起的木材破壞；木柱橫紋開裂導(dǎo)致的破壞，XTDIC系統(tǒng)可測定木結(jié)構(gòu)梁的強(qiáng)度、抗壓性能，以及T型木結(jié)構(gòu)牢固度和植筋的質(zhì)量。

加載初期，植筋結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的初始剛度較大，隨著載荷的加大，位移持續(xù)增長，節(jié)點(diǎn)界面剪應(yīng)力不斷增大，當(dāng)載荷達(dá)到極限時，節(jié)點(diǎn)下方在剪應(yīng)力的作用下發(fā)生開裂，節(jié)點(diǎn)承載力逐步下降。

孔洞對木梁彎曲應(yīng)變分布影響測試

在木結(jié)構(gòu)中，含孔洞木梁既有結(jié)構(gòu)開洞需要，也有木梁使用中因病害形成?？锥磳δ静牡牧W(xué)性能有明顯影響，使得木梁承載力不符合傳統(tǒng)彎曲理論。

采用數(shù)字圖像相關(guān)法（DIC）進(jìn)行四點(diǎn)彎曲測試，對木梁在純彎曲變形過程中的應(yīng)變分布，木梁中性軸位置及其偏移規(guī)律進(jìn)行研究，為探究含孔洞木梁的彎曲力學(xué)性能和實(shí)際應(yīng)用提供可靠數(shù)據(jù)。

核桃楸木材料分為4組：一組為無疵木梁；另2組均含有直徑為5mm孔洞，孔洞位于木梁中心、木梁中心上方5mm處、下方5mm處。變形圖像后經(jīng)XTDIC 數(shù)字圖像計(jì)算軟件處理，輸出木梁在不同加載階段時中性軸、木梁中部純彎曲關(guān)鍵區(qū)域應(yīng)變場。

在軸向應(yīng)變云圖中，藍(lán)色表示壓應(yīng)變區(qū)域，紅色表示拉應(yīng)變區(qū)域，綠色表示既不拉伸也不壓縮的區(qū)域，黑色實(shí)線表示中性軸的位置。

1. 無瑕木梁

隨著載荷增加，木梁壓應(yīng)變與拉應(yīng)變分布發(fā)生變化，中性軸也逐漸向木梁下緣偏移，但中性軸始終位于形心軸附近，且沿長度方向近似為一條直線。

不同載荷時無疵木梁的軸向應(yīng)變云圖

2. 孔洞位于中心

孔洞位于中心的木梁，在加載過程中，孔洞周圍會產(chǎn)生應(yīng)力集中，削弱了木梁的承載力。孔洞改變了壓應(yīng)變與拉應(yīng)變區(qū)域大小，應(yīng)變分布不均勻，中性軸也逐漸向木梁下緣偏移。中性軸不再是一條直線，沿著梁的長度方向上變化，左右兩邊中性軸的位置接近形心軸，孔洞附近區(qū)域中性軸向下移動，遠(yuǎn)離形心軸。

不同載荷時孔洞位于中心的木梁的軸向應(yīng)變云圖

3. 孔洞位于受壓區(qū)

孔洞位于受壓區(qū)的木梁，在加載過程中，孔洞完全處于壓應(yīng)變區(qū)域，其周圍產(chǎn)生了應(yīng)力集中，使木梁的承載力明顯削弱。隨著載荷的增大，孔洞位于受壓區(qū)的木梁的壓應(yīng)變區(qū)域不斷增大，中性軸也逐漸向木梁下緣偏移。

不同載荷時孔洞位于受壓區(qū)的木梁的軸向應(yīng)變云圖

4. 孔洞位于受拉區(qū)

孔洞位于受拉區(qū)的木梁，在加載過程中，孔洞完全處于拉應(yīng)變區(qū)域，同樣產(chǎn)生了應(yīng)力集中。雖然應(yīng)力集中削弱了木梁的承載力，但承載力受到削弱的程度不大。隨著載荷的增大，孔洞位于受拉區(qū)的木梁的壓應(yīng)變區(qū)域不斷增大，中性軸也逐漸向木梁下緣偏移，且中性軸的偏移距離在 3 種不同孔洞位置的木梁中最小。

不同載荷時孔洞位于受拉區(qū)的木梁的軸向應(yīng)變云圖

木材三點(diǎn)彎曲測試

將木質(zhì)材料放在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，直到達(dá)到規(guī)定的彎曲程度或發(fā)生斷裂。采用新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集，實(shí)時采集木質(zhì)材料在三點(diǎn)彎曲過程中的位移變化。

從XTDIC軟件輸出的位移應(yīng)變云圖來看，木質(zhì)材料表現(xiàn)出較為明顯的抗拉強(qiáng)度和脆性特性，加載一開始出現(xiàn)明顯的線性，隨著載荷增加，材料中間位置出現(xiàn)較大位移，當(dāng)載荷達(dá)到峰值時，木質(zhì)材料完全破壞出現(xiàn)斷裂。

對木質(zhì)材料進(jìn)行加載測試，結(jié)合新拓三維XTDIC數(shù)字圖像相關(guān)法測得受力狀態(tài)下木質(zhì)材料的抗彎強(qiáng)度和彈性模量，通過獲取木質(zhì)結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)變分布云圖和不同位置處的應(yīng)變分布，對彎曲和斷裂機(jī)理進(jìn)行分析，有助于掌握木質(zhì)材料力學(xué)性能和破壞的物理機(jī)制，提升木建筑結(jié)構(gòu)整體牢固度和耐久性。