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

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.

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.