DIC in validation of boundary conditions of numerical model of reinforced concrete beams under torsion

• Autorzy: Turoń B. , Ziaja D. , Buda-Ożóg L. , Miller B.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2018-0061

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie metody DIC do walidacji warunków brzegowych modelu numerycznego żelbetowych belek skręcanych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the experimental research and numerical simulations of reinforced concrete beams under torsional load. In the experimental tests Digital Image Correlation System (DIC System) Q-450 were used. DIC is a non-contact full-field image analysis method, based on grey value digital images that can determine displacements and strains of an object under load. Numerical simulations of the investigated beams were performed by using the ATENA 3D – Studio program. Creation of numerical models of reinforced concrete elements under torsion was complicated due to difficulties in modelling of real boundary conditions of these elements. The experimental research using DIC can be extremely useful in creating correct numerical models of investigated elements. High accuracy and a wide spectrum of results obtained from experimental tests allow for the modification of the boundary conditions assumed in the numerical model, so that these conditions correspond to the real fixing of the element during the tests.

PL

Celem niniejszej pracy jest walidacja warunków zamocowania modeli numerycznych wspornikowych belek żelbetowych jednocześnie zginanych, ścinanych i skręcanych, na podstawie danych uzyskanych z badań doświadczalnych, przeprowadzonych za pomocą systemu cyfrowej korelacji obrazu. W badaniach doświadczalnych wykorzystano system cyfrowej korelacji obrazu Q-450 firmy Dantec Dynamics. Cyfrowa korelacja obrazu, często określana skrótem DIC (z ang. Digital Image Correlation), jest bezkontaktową metodą pomiarową. Pozwala ona na określenie przemieszczeń i odkształceń badanych obiektów, zarówno w przestrzeni dwuwymiarowej, jak i trójwymiarowej, na podstawie zdjęć wysokiej rozdzielczości, które zostały zarejestrowane podczas zmiany położenia lub kształtu badanego obiektu. Metoda ta opiera się na zaawansowanych systemach optyczno-elektronicznych, w skład których wchodzą kamery wysokiej rozdzielczości, jak również szybkie kamery pozwalające na rejestrację obrazów podczas zdarzeń szybkozmiennych [5-7, 11, 15, 18]. Wykorzystanie systemu DIC w badaniach doświadczalnych żelbetowych belek skręcanych pozwoliło na uzyskanie szeregu danych, które mogą służyć do walidacji modeli numerycznych badanych obiektów. System do pomiarów wizyjnych Q-450 umożliwił jednoczesny pomiar przemieszczeń ok. 2500 punktów znajdujących się na bocznej powierzchni belki. Zastosowanie w badaniach żelbetowych belek wspornikowych systemu DIC pozwoliło między innymi na określenie linii ugięcia belki oraz wartości odkształceń w każdej sekundzie badania, jak również obserwację rozwoju rys na badanej powierzchni belki w czasie badania, określenie przebiegu rys oraz pomiar kąta ich nachylenia w czasie, gdy rysy nie były jeszcze widoczne gołym okiem.

Słowa kluczowe

EN

digital image correlation; DIC; non-contact measurement; concrete; torsion; shear

PL

korelacja obrazu cyfrowa; DIC; pomiar bezkontaktowy; beton; skręcanie; ścinanie

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 64, nr 4/II
• Strony: 31--48
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., il.

Twórcy

autor

Turoń B.

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Rzeszow, Poland

autor

Ziaja D.

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Rzeszow, Poland

autor

Buda-Ożóg L.

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Rzeszow, Poland

autor

Miller B.

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Rzeszow, Poland

Bibliografia

• 1. ATENA Program Documentation, Theory, Praga, 2017.
• 2. Buda-Ożóg L., “Assessment of Stiffness Beams Subjected to Combined Shear and Torsion Designed Using STM”, Procedia Engineering, Vol. 193: 152-159, 2017.
• 3. Buda-Ożóg L., Skrzypczak I., Kujda J., “Cracks analysis in the reinforced concrete pipes”, The Baltic Journal of Road and Bridge Engineering, Vol. 12, No. 2: 88-93, 2017.
• 4. Chu T.C., Ranson W.F., Sutton M.A., Peters W.H., “Applications of Digital-Image-Correlation Techniques to Experimental Mechanics”, Experimental Mechanics, Vol. 25, No. 3: 232-244, 1985.
• 5. Frankovský P., Virgala I., Hudák P., Kostka J., “The use of the Digital Image Correlation in a strain analysis”, International Journal of Applied Mechanics and Engineering, Vol. 18, No. 4: 1283-1292, 2013.
• 6. Hagara M., Huňady R., Lengvarský P., Bocko J., “Numerical Verification of a Full-field Deformation Analysis of a Specimen Loaded by Combined Loading”, American Journal of Mechanical Engineering, Vol. 2, No. 7: 307-311, 2014.
• 7. McCormick N., Lord J., “Digital Image Correlation”, Materials Today, Vol. 13, No. 12: 52-54, 2010.
• 8. PN-EN 1992-1-1:2008 Eurokod 2 - Projektowanie konstrukcji z betonu - Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.
• 9. Q-450 SYSTEM Operation Manual, Dantec Dynamics, 2013.
• 10. Rausch E., “Drillung (Torsion), Shub and Scheren im Stahlbetonbau”, Deutscher Ingenieur Verlag GmbH, Dusseldorf, 1953.
• 11. Siebert T., Becker T., Splitthof K., “Analysis of advanced materials under load”, SPIE Newsroom, 2006.
• 12. Sładek J., Ostrowska K., Kohut P., Holak K., Gąska A., Uhl T., "Development of a vision based deflection measurement system and its accuracy assessment”, Measurement, Vol. 46, No. 3: 1237-1249, 2013.
• 13. Słowik M., Smarzewski P., “Numerical modelling of diagonal cracks in concrete beams”. Archives of Civil Engineering, Vol. 60, No. 3: 307-322, 2014.
• 14. Thomas T. C. Hsu., “Torsion of Structural Concrete-Interaction Surface for Combined Torsion, Shear, and Bending in Beams Without Stirrups”, ACI Journal Proceedings, Vol. 65, No. 1: 51-60, 1968.
• 15. Trebuňa F., Huňady R., Bobovský Z., Hagara M., “Results and Experiences from the Application of Digital Image Correlation in Operational Modal Analysis”, Acta Polytechnica Hungarica, Vol. 10, No. 5: 159-174, 2013.
• 16. Turoń B., Ziaja D., Miller B., „Rejestracja i analiza pól przemieszczeń i odkształceń za pomocą systemu cyfrowej korelacji obrazu 3D”, Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, Vol. XXXIV, No. 64: 7-28, 2017.
• 17. Turoń B., Ziaja D., Miller B., „Wykrywanie uszkodzeń węzłów ramy stalowej z wykorzystaniem metody cyfrowej korelacji obrazu”, Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, Vol. XXXIV, No. 64: 185-198, 2017.
• 18. Wang Y. H., Jiang J. H., Wanintrudal C., Du C., Zhou D., Smith L. M., Yang L. X., “Whole field sheet-metal tensile test using digital image correlation”, Experimental Techniques, Vol. 34, No. 2: 54-59, 2010.
• 19. Zia P., McGee W.D., “Torsion Design of Prestressed Concrete”, PCI Journal, Vol. 19, No. 2: 46-65, 1974.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).