Page 101 - Zmist-n2-2015

Простіший у реалізації метод встановлення просторових деформацій по-
верхні розроблено на основі цифрової кореляції зображень (ЦКЗ). Його викорис-
товують у лабораторіях під час досліджень призматичних зразків бетону [3], ви-
мірювання прогину балкових зразків [4] та циклічних і динамічних випробову-
вань стандартних зразків [5]. Основні переваги цього методу – безконтактність,
мобільність та можливість отримати розподіли деформацій на поверхні балки [6].
Практичне застосування методу ЦКЗ для визначення локальних деформацій
мостових балок в умовах експлуатації вимагає розробки переносних оптико-циф-
рових кореляторів (ОЦК), методик вимірювання та спеціальних алгоритмів об-
роблення зображень.
Визначення локальних деформа-
цій мостових балок. Визначення ло-
кальних деформацій прогонових балок
мосту в умовах експлуатації та моніто-
ринг утворених дефектів, а саме, сило-
вих тріщин, реалізовано за допомогою
переносного ОЦК. Апаратна частина
ОЦК складається з відеокамери, закріп-
леної на штативі, освітлювача і персо-
нального комп’ютера (ПК) (рис. 1). Рис. 1. Макет мосту і апаратура ОЦК.
Методику вимірювання локальних
Fig. 1. Model of a bridge and digital image
деформацій та роботу програмного за- correlation (DIC) equipment.
безпечення ОЦК перевіряли за статично-
го навантаження дослідної конструкції прогонової будови мосту із збірно-моно-
літного залізобетону, виконаної у масштабі 1:10 [7]. Ця конструкція двобалкова,
нерозрізна (рис. 2), по довжині поділена на збірні прогонові 1 і надопорні моно-
літні 2 головні балки. Стики 5 головних балок розміщені в зонах нульових зги-
нальних моментів (рис. 2b). Плита дослідної конструкції 3 монолітна. Поперечні
балки 4 розміщені над опорами і у зонах стиків головних балок. Між опорами і
балкою розташовані опорні частини 6. На бокову поверхню балки 7 аерозольною
фарбою нанесено спеціальний крапковий малюнок для коректного вимірювання
переміщень методом ЦКЗ. Навантажували конструкцію за допомогою пересув-
ного пристрою 8. Для реєстрації зображень в ОЦК використали цифрову промис-
лову відеокамеру “ToupCam” з USB інтерфейсом. Розміри матриці відеокамери
2 2
m´n = 6,44´4,62 mm , роздільна здатність зображень P = 3584´2748 точок (пік-
2 2
селів), площа пікселя p » 3 mm . Освітлювали поверхню балки фотолампою по-
тужністю 1000 W. За попередніми вимірюваннями переміщень поверхні балки
між опорами В і С за допомогою ОЦК встановили суттєву неоднорідність полів
переміщень біля опори С, що свідчить про концентрацію напружень на цій ді-
лянці (рис. 2). Щоб отримати розподіли деформацій за різного навантаження (від
0 до 72 kN), реєстрували низку зображень цієї ділянки та, використовуючи роз-
роблені алгоритми обробки зображень, будували поля деформацій.
Для встановлення полів деформацій бокової поверхні балки за методом ЦКЗ
зареєстровані зображення поверхні до і після прикладання навантаження за до-
помогою ПК і спеціалізованої програми автоматично розбиваються на однакову
кількість фрагментів, які відтворюють в певному масштабі відповідні елементар-
ні площадки поверхні балки. Переміщення фрагментів зображення визначали за
зміщенням максимуму їх крос-кореляційної функції, яку розраховують на основі
швидкого перетворення Фур’є [8]. Переміщення кожного фрагмента відповідає
переміщенню u, v елементарних площадок у площині бокової поверхні балки з
врахуванням масштабу b
u = p · b · l m, v = p · b · k m , (1)
105