DIC技术在混凝土梁裂缝全局识别与重构中的应用研究

裂缝是反映混凝土结构损伤与服役性能的核心指标，裂缝的精准识别、动态追踪与量化重构，对探究结构破坏机理、评估剩余承载力至关重要。传统染色渗透法、应变片、COD规等监测方式，存在微裂纹识别能力差、接触测试干扰构件受力、无法量化损伤参数等缺陷，难以满足精细化监测需求。

本次试验方案依托新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，采用非接触DIC光学测试技术，对宽截面、细长型两组混凝土梁开展受压加载对比试验，基于全场位移与应变时序数据，对比分析两类梁体的裂缝萌生、扩展及失效全过程。结果表明，DIC技术可有效捕捉混凝土早期微损伤，完整还原裂缝演化规律，实现裂缝高精度量化重构，可为混凝土结构损伤研究与工程安全评估提供可靠支撑。

一、试验方案与测试系统

试件设计

本次试验制备两组混凝土矩形截面梁，通过截面尺寸差异构建不同刚度与受力特性试件：

1号为宽截面短粗梁，结构刚度大、荷载集中效应显著；

2号为细长梁，宽高比小，弯剪复合受力特性突出。

两组试件养护条件、加载方式、测试环境保持一致，保证试验变量唯一。

DIC测试系统与试验布置

试验采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，搭配电液伺服试验机实现同步加载与数据采集。试验前在试件表面喷涂哑光白漆基底，制作高对比度随机散斑场，保障图像采集与数据解算精度。

试验过程中，XTDIC系统与试验机同步联动，实时采集荷载、位移与图像序列数据，通过DIC算法解算全场位移、主应变、X向应变等参数，完整记录试件从损伤至失稳破坏的全过程力学响应与裂缝演化特征。

黑白相间散斑图样

二、试验结果与数据分析

1号宽截面混凝土梁试件分析

位移场分布特征

X方向位移：加载过程中，1号宽截面梁最大X向位移集中于梁底中部，呈窄带状分布、位移梯度陡峭，向两侧快速衰减；

合位移：呈对称“U”形分布，高变形区仅局限于加载点下方±15mm范围。

力学意义：表明宽截面梁刚度大、荷载传递集中，结构破坏由局部强变形主导，整体协同变形能力较弱。

1号试件X位移&合位移

应变-荷载响应规律

1号试件应变-荷载响应呈现明显两阶段特征：加载初期应变随荷载线性增长，构件处于弹性状态；荷载达到临界值后应变突发跳变，无明显塑性屈服阶段。证明宽截面梁为典型脆性破坏，失效突发性强，无显著变形预兆。

1号试件主应变&X应变

取两个件相同点位置，将该点数据导出，DIC软件输出该点位移和应变曲线图。

1号试样位移&应变曲线

裂缝萌生与扩展机制

1号试件裂缝均萌生于梁底主应变峰值区域，扩展过程无分支、次生裂缝，路径单一规整。荷载持续作用下主裂缝逐步贯通，最终导致构件破坏。DIC应变云图突变区域与实际裂缝位置、扩展路径高度吻合，可精准定位损伤核心区域。

2号细长混凝土梁试件分析

位移场分布特征

X方向位移：2号细长梁最大位移同样位于梁底中部，位移呈对称椭圆状平缓扩散，无陡峭梯度；

合位移：为“穹顶形”全域分布，高变形区覆盖梁宽60%以上，变形协同性良好。

力学意义：梁体边缘位移增量小，边界约束效应显著，整体受力更为均匀。

2号试件X位移 &合位移

应变场分布特征

加载中后期，2号试件最大主应变于加载点下方呈“蝶形”扩散，影响范围延伸至梁侧1/3宽度处。梁底中部集中拉应变，两侧形成50°~55°斜向高应变带，表明细长梁处于弯剪复合受力状态，斜向应变带为剪切裂缝萌生的重要前兆。

2号试件主应变&X应变

位移/应变-荷载曲线特征

细长梁弹性阶段刚度更小，位移-荷载曲线斜率平缓；屈服后出现明显塑性平台区，位移增长约40%而荷载波动小于5%。应变曲线呈现弹性增长、塑性流动、失稳破坏三阶段，侧向测点屈服后应变骤增，印证剪切裂缝延迟触发特性，构件破坏前塑性预兆充足。

2号试件位移&应变曲线

裂缝演化规律

2号试件裂缝呈多阶段协同扩展特征：初始于梁底应变峰值区萌生弯曲主裂缝，后期沿两侧斜向应变带衍生次生剪切裂缝。裂缝宽度阶梯式增长，前期主裂缝主导损伤，后期侧向剪切裂缝加速扩展，最终引发整体失效。依托DIC位移不连续场判据，可精准定位多裂纹起裂位置与扩展时序，实现裂缝全域动态重构。

三、DIC技术核心应用价值

四、结论

依托新拓三维 XTDIC 系统，对两种不同截面的混凝土梁开展受压对比试验，研究 DIC 技术在混凝土裂缝识别与重构中的应用效果，主要结论如下：

1、传统监测方式易漏检微损伤、监测范围有限，且难以实现量化分析。DIC 非接触式测量具备全域、高精度、无干扰的特点，可弥补传统技术不足，满足混凝土结构全周期精细化损伤监测要求。

2、两类梁体呈现截然不同的破坏特征：宽截面梁发生局部脆性破坏，单条裂缝快速贯通，无明显塑性变形；细长梁受弯剪复合作用，经历完整弹塑性变化，呈现多裂缝阶梯式扩展破坏。DIC 技术可清晰区分二者的损伤机理与破坏模式。

3、DIC 技术能够识别微裂缝、定位多组裂纹，并完成全过程动态追踪与量化重构，数据精度与连续性优异，可为结构机理研究、数值仿真校准、服役安全评估提供有力支撑，工程应用前景广阔。