Побудова повної діаграми напруження-деформації бетону, використовуючи кореляцію цифрового зображення

This paper reports the development and verification of a new procedure for formation of a complete stress-strain curve of concrete with a downward region of strain by using a digital image correlation method. A new technique to build spectle patterns on the surface of concrete is described. That makes it possible to accurately enough reproduce the spectle patterns on the surface of concrete and perform a high-quality analysis of strains involving digital image correlation. The advantages of this research technique have been established when predicting the formation of internal cracks in concrete followed by their propagation. In addition, using the digital image correlation methodology makes it possible to obtain strains of the entire studied plane of the sample at each stage of loading. This procedure provides an opportunity to investigate a change in strains and the movement of individual points or areas when studying concrete surfaces. That is a relevant issue as it enables more detailed diagnostics of existing reinforced concrete structures. To check the accuracy of this procedure application, a mechanical gauge with an accuracy of 0.001 mm was additionally installed. 2 high-speed monochrome CCD cameras with different lenses were used in determining concrete strains involving the digital image correlation technique. The deformations were controlled with a period of time every 250 ms. The load was controlled by an additional third camera with a speed of 50 frames/second. The result of the experimental study is the formed full concrete destruction diagram with a downward region of strain. The deviation of the results of strains based on the mechanical gauge with an accuracy of 0.001 mm with a base of 200 mm from those acquired by the digital image correlation procedure was mainly up to 10 %, which confirms the reliability of the results. The results of this work allow a more accurate calculation of reinforced concrete structures in the practice of design, inspection, or reinforcement of existing structuresВ данной работе разработана и апробирована новая методика построения полной диаграммы "напряжение-деформации" бетона с нисходящим участком деформирования, используя метод цифровой корреляции изображения. Представлены предложения новой методики создания спетклов на поверхности бетона. Это дает возможность достаточно точно воспроизводить спектлы на поверхности бетона и выполнять качественный анализ деформаций при цифровой корреляции изображения. Получены преимущества данного способа исследования для возможности прогнозирования образования внутренних трещин в бетоне с их распространением. Также, использование методики цифровой корреляции изображения позволяет получать относительные деформации всей исследованной плоскости образца на каждом этапе нагрузки. Данная методика создает возможность исследовать изменение относительных деформаций и перемещения отдельных точек или участков при исследовании бетонных поверхностей. Это является актуальным вопросом, поскольку даёт возможность более детальной диагностики существующих железобетонных конструкций. Для проверки точности использования методики дополнительно был установлен микроиндикатор с точностью 0.001 мм. При определении деформаций бетона по методике цифровой корреляции изображения было использовано 2 высокоскоростные монохромные CCD камеры с различными объективами. Деформации контролировались с периодом времени каждые 250 мс. Нагрузка контролировалось с помощью дополнительной третьей камеры со скорость 50 кадров/секунду. В результате экспериментальных исследований была построена полная диаграмма разрушения бетона с нисходящей участком деформации. Отклонение деформаций по микроиндикатору с точностью 0.001 мм на базе 200 мм и по методике цифровой корреляции изображения составляла в основном до 10 %, что подтверждает достоверность результатов. Результаты данной работы дают возможность для более точного расчета железобетонных конструкций в практике проектирования, обследования или усиления существующих конструкцийУ даній роботі розроблено та апробувано нову методику побудови повної діаграми “напруження-деформації” бетону з низхідною ділянкою деформування, використовуючи метод цифрової кореляції зображення. Представлено пропозиції нової методики створення спетклів на поверхні бетону. Це дає можливість досить точно відтворювати спектли на поверхні бетону та виконувати якісний аналіз деформацій при цифровій кореляції зображення. Встановлено переваги даного способу дослідження для можливості прогнозування утворення внутрішніх тріщин в бетону з їх поширенням. Також, використання методики цифрової кореляції зображення дозволяє отримання відносних деформацій всієї дослідженої площини зразка на кожному етапі навантаження. Дана методика створює можливість дослідити зміну відносних деформацій та переміщення окремих точок або ділянок  при дослідженні бетонних поверхонь. Це є актуальним питанням, оскільки дає можливості більш детальної діагностики існуючих залізобетонних конструкцій. Для перевірки точності використання методики додатково було встановлено мікроіндикатор з точністю 0.001 мм. При визначенні деформацій бетону за методикою цифрової кореляції зображення було використано 2 високошвидкісні монохромні CCD камери з різними об’єктивами. Деформації контролювались з періодом часу кожні 250 мс. Навантаження контролювалось за допомогою додаткової третьої камери зі швидкість 50 кадрів/секунду. В результаті експериментальних досліджень було побудовано повну діаграму руйнування бетону з низхідною ділянкою деформації. Відхилення результатів деформацій за мікроіндикатором з точністю 0.001 мм на базі 200 мм та за методикою цифрової кореляції зображення складала в основному до 10 %, що підтверджує достовірність результатів. Результати даної роботи дають можливість для більш точного розрахунку залізобетонних конструкцій в практиці проектування, обстаження чи підсиленнях існуючих конструкці

Методика визначення термопружного стану залізобетонної балки моста підсиленої метилметакрилатом

This paper reports the analysis of methods for determining temperature stresses and deformations in bridge structures under the influence of climatic temperature changes in the environment. A one-dimensional model has been applied to determine the temperature field and thermoelastic state in order to practically estimate the temperature fields and stresses of strengthened beams taking into consideration temperature changes in the environment. The temperature field distribution has been determined in the vertical direction of a reinforced concrete beam depending on the thickness of the structural reinforcement with methyl methacrylate. It was established that there is a change in the temperature gradient in a contact between the reinforced concrete beam and reinforcement. The distribution of temperature stresses in the vertical direction of a strengthened reinforced concrete beam has been defined, taking into consideration the thickness of the reinforcement with methyl methacrylate and the value of its elasticity module. It was established that the thickness of the reinforcement does not have a significant impact on increasing stresses while increasing the elasticity module of the structural reinforcement leads to an increase in temperature stresses. The difference in the derived stress values for a beam with methyl methacrylate reinforcement with a thickness of 10 mm and 20 mm, at elasticity module E=15,000 MPa, is up to 3 % at positive and negative temperatures. It has been found that there is a change in the nature of the distribution of temperature stresses across the height of the beam at the contact surface of the reinforced concrete beam and methyl methacrylate reinforcement. The value of temperature stresses in the beam with methyl methacrylate reinforcement and exposed to the positive and negative ambient temperatures increases by three times. It was established that the value of temperature stresses is affected by a difference in the temperature of the reinforced concrete beam and reinforcement, as well as the physical and mechanical parameters of the investigated structural materials of the beam and the structural reinforcement with methyl methacrylateПроведен анализ методов определения температурных напряжений и деформаций в мостовых конструкциях при воздействии климатических температурных перепадов окружающей среды. Применена одномерная модель определения температурного поля и термоупругого состояния для практической оценки температурных полей и напряжений усиленных балок с учетом воздействия температурных перепадов окружающей среды. Получено распределение температурного поля в вертикальном направлении железобетонной балки в зависимости от толщины конструктивного усиления метилметакрилатом. Установлено, что на контакте железобетонной балки и усиления наблюдается изменение градиента температуры. Получено распределение температурных напряжений в вертикальном направлении усиленной железобетонной балки с учетом толщины усиления метилметакрилатом и величины модуля его упругости. Установлено, что толщина усиления не оказывает значительного влияния на повышение напряжений, однако увеличение модуля упругости конструктивного усиления приводит к повышению температурных напряжений. Разница полученных значений напряжений для балки с метилметакрилатным усилением толщиной 10 мм и 20 мм при модуле упругости Е=15000 МПа составляет до 3% при положительных и отрицательных температурах. Установлено, что на контактной поверхности железобетонной балки и метилметакрилатного усиления происходит изменение характера распределения температурных напряжений по высоте балки. Значение температурных напряжений в балке с метилметакрилатным усилением и действие положительных и отрицательных температур окружающей среды увеличивается в три раза. Установлено, что на величину температурных напряжений влияет разница температур железобетонной балки и усиления, а также физико-механические параметры исследуемых конструкционных материалов балки и конструктивного усиления метилметакрилатомПроведено аналіз методів визначення температурних напружень та деформацій у мостових конструкціях при дії кліматичних температурних перепадів навколишнього середовища. Застосовано одновимірну модель визначення температурного поля та термопружного стану для практичної оцінки температурних полів та напружень підсилених балок із врахуванням температурних перепадів навколишнього середовища. Отримано розподіл температурного поля у вертикальному напрямі залізобетонної балки у залежності від товщини конструктивного підсилення метилметакрилатом. Встановлено, що на контакті залізобетонної балки та підсилення спостерігається зміна градієнту температури. Отримано розподіл температурних напружень у вертикальному напрямі підсиленої залізобетонної балки із врахуванням товщини підсилення метилметакрилатом та величини модуля його пружності. Встановлено, що товщина підсилення не має значного впливу на підвищення напружень, проте збільшення модулю пружності конструктивного підсилення призводить до підвищення температурних напружень. Різниця отриманих значень напружень для балки із метилметакрилатним підсиленням товщиною 10 мм і 20 мм при модулі пружності Е=15000 МПа становить до 3 % при додатних і від’ємних температурах. Встановлено, що на контактній поверхні залізобетонної балки і метилметакрилатного підсилення відбувається зміна характеру розподілу температурних напружень по висоті балки. Значення температурних напружень у балці із метилметакрилатним підсиленням і дії додатних та від’ємних температур навколишнього середовища збільшується у три рази. Встановлено, що на величину температурних напружень впливає різниця температур залізобетонної балки і підсилення, а також фізико-механічні параметри досліджуваних конструкційних матеріалів балки та конструктивного підсилення метилметакрилато

Formation of A Complete Stress-strain Curve of Concrete Using Digital Image Corellation

This paper reports the development and verification of a new procedure for formation of a complete stress-strain curve of concrete with a downward region of strain by using a digital image correlation method. A new technique to build spectle patterns on the surface of concrete is described. That makes it possible to accurately enough reproduce the spectle patterns on the surface of concrete and perform a high-quality analysis of strains involving digital image correlation. The advantages of this research technique have been established when predicting the formation of internal cracks in concrete followed by their propagation. In addition, using the digital image correlation methodology makes it possible to obtain strains of the entire studied plane of the sample at each stage of loading. This procedure provides an opportunity to investigate a change in strains and the movement of individual points or areas when studying concrete surfaces. That is a relevant issue as it enables more detailed diagnostics of existing reinforced concrete structures. To check the accuracy of this procedure application, a mechanical gauge with an accuracy of 0.001 mm was additionally installed. 2 high-speed monochrome CCD cameras with different lenses were used in determining concrete strains involving the digital image correlation technique. The deformations were controlled with a period of time every 250 ms. The load was controlled by an additional third camera with a speed of 50 frames/second. The result of the experimental study is the formed full concrete destruction diagram with a downward region of strain. The deviation of the results of strains based on the mechanical gauge with an accuracy of 0.001 mm with a base of 200 mm from those acquired by the digital image correlation procedure was mainly up to 10 %, which confirms the reliability of the results. The results of this work allow a more accurate calculation of reinforced concrete structures in the practice of design, inspection, or reinforcement of existing structure

Procedure for Determining the Thermoelastic State of A Reinforced Concrete Bridge Beam Strengthened with Methyl Methacrylate

This paper reports the analysis of methods for determining temperature stresses and deformations in bridge structures under the influence of climatic temperature changes in the environment. A one-dimensional model has been applied to determine the temperature field and thermoelastic state in order to practically estimate the temperature fields and stresses of strengthened beams taking into consideration temperature changes in the environment. The temperature field distribution has been determined in the vertical direction of a reinforced concrete beam depending on the thickness of the structural reinforcement with methyl methacrylate. It was established that there is a change in the temperature gradient in a contact between the reinforced concrete beam and reinforcement. The distribution of temperature stresses in the vertical direction of a strengthened reinforced concrete beam has been defined, taking into consideration the thickness of the reinforcement with methyl methacrylate and the value of its elasticity module. It was established that the thickness of the reinforcement does not have a significant impact on increasing stresses while increasing the elasticity module of the structural reinforcement leads to an increase in temperature stresses. The difference in the derived stress values for a beam with methyl methacrylate reinforcement with a thickness of 10 mm and 20 mm, at elasticity module E=15,000 MPa, is up to 3 % at positive and negative temperatures. It has been found that there is a change in the nature of the distribution of temperature stresses across the height of the beam at the contact surface of the reinforced concrete beam and methyl methacrylate reinforcement. The value of temperature stresses in the beam with methyl methacrylate reinforcement and exposed to the positive and negative ambient temperatures increases by three times. It was established that the value of temperature stresses is affected by a difference in the temperature of the reinforced concrete beam and reinforcement, as well as the physical and mechanical parameters of the investigated structural materials of the beam and the structural reinforcement with methyl methacrylat