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應(yīng)用探析|高速攝像機(jī)在高壓水射流破碎混凝土技術(shù)研究中的應(yīng)用
有別于傳統(tǒng)機(jī)械方式，利用高壓水束沖擊作用使已損壞或性能較差的混凝土界面崩裂、剝離及沖運(yùn)的高壓水射流破碎混凝土技術(shù)具有高效、*、無磨損及選擇性破除優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于土木工程、交通領(lǐng)域。隨著工程建設(shè)質(zhì)量要求不斷提高，針對(duì)復(fù)雜受力區(qū)域進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)急破拆時(shí)，須jing確控制破碎區(qū)裂紋的擴(kuò)展，消除安全隱患，其中針對(duì)高壓水射流作用下混凝土破碎區(qū)演進(jìn)及裂紋擴(kuò)展演化特征機(jī)理研究成為關(guān)鍵。
來自重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院的劉佳亮科研團(tuán)隊(duì)借助相似的透明類混凝土材料，模型試驗(yàn)及千眼狼高速圖像采集與測(cè)量技術(shù)，構(gòu)建了高壓水射流沖擊透明類混凝土沖蝕孔洞及裂紋擴(kuò)展檢測(cè)系統(tǒng)（見圖1），以揭示高壓水射流作用下混凝土破碎區(qū)演進(jìn)特征及裂紋時(shí)空演化的規(guī)律。
圖1 高壓水射流沖擊透明類混凝土試驗(yàn)系統(tǒng)
【試驗(yàn)過程】
STEP1 先將墨汁與純水混合配制足量的染色劑，通過抽水泵（揚(yáng)程＞20m）進(jìn)行加壓后與高壓水射流設(shè)備進(jìn)水口連接；
STEP2 染色水在高壓驅(qū)動(dòng)下會(huì)沿著裂紋擴(kuò)展之處流動(dòng)，完成對(duì)裂縫的著色；
STEP3 利用千眼狼高速攝像機(jī)對(duì)破碎區(qū)擴(kuò)展過程進(jìn)行捕捉，并通過后期圖像處理技術(shù)進(jìn)行特征識(shí)別，提取裂紋，圖像化、數(shù)據(jù)化再現(xiàn)裂紋動(dòng)態(tài)演化的真實(shí)過程。
【試驗(yàn)結(jié)果】
對(duì)高壓水射流沖擊混凝土破碎區(qū)演進(jìn)過程可分為三個(gè)典型階段，即I水錘壓縮區(qū)擴(kuò)展階段、II非壓縮區(qū)擴(kuò)展階段、III侵蝕貫通后擴(kuò)展階段，三個(gè)階段的擴(kuò)展形態(tài)、孔深、孔徑的擴(kuò)展速率不同。
圖2為第I階段水錘壓縮區(qū)破碎孔洞演進(jìn)及裂紋擴(kuò)展示意圖，從高速攝像機(jī)采集的圖像可以看出，沖蝕孔洞以近似“花瓣”狀形態(tài)向自由面擴(kuò)展，并在沖蝕孔洞近域出現(xiàn)塑性屈服條形帶，孔洞周圍衍生出徑向裂紋、環(huán)向裂紋相互交織、貫連的網(wǎng)狀裂紋區(qū)，見圖3。
圖2 第I階段水錘壓縮區(qū)破碎孔洞演進(jìn)及裂紋擴(kuò)展初期
圖3 第I階段水錘壓縮區(qū)域破碎孔洞演進(jìn)及裂紋擴(kuò)展中后期
第II階段非壓縮區(qū)擴(kuò)展階段，材料去除演變?yōu)?脆性破碎模式，沖蝕孔洞近域已不存在明顯的塑性屈服區(qū)及裂紋網(wǎng)，軸向的演進(jìn)速度出現(xiàn)階段性的停滯。如圖4所示：
圖4 第II階段非壓縮區(qū)破碎孔洞演進(jìn)及裂紋擴(kuò)展
第III階段侵蝕貫通后擴(kuò)展階段，圖5可以看出兩沖蝕孔洞融合后，形成一條大孔徑的主沖蝕孔洞，在高壓水流持續(xù)沖擊下，該孔洞直徑會(huì)繼續(xù)增大，且在其孔壁近域出現(xiàn)不連續(xù)、半球狀的微裂紋區(qū)域，后，當(dāng)擴(kuò)展至初始貫通孔徑2倍左右時(shí)，主沖蝕孔洞將趨于穩(wěn)定，孔深不再發(fā)生變化。
圖5 第III階段侵蝕貫通后破碎區(qū)拓展
上述研究結(jié)果可助力提升高壓水射流破除混凝土的jing確破碎和可控致裂能力，提高其在混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)和事故應(yīng)急破拆中的應(yīng)用水平，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
千眼狼5F04高速攝像機(jī)介紹
■ 全幅分辨率2320x1720@500fps, 小畫幅可達(dá)52,800fps
■ 具備智能幀率、分辨率動(dòng)態(tài)調(diào)整功能
■ 同時(shí)具有USB 3.0接口
■ 可用快門線控制拍攝保存過程
■ 具有外同步功能, 支持多臺(tái)攝像機(jī)同步拍攝
■ 可輸入光電編碼器信號(hào), 在圖像上疊加編碼器數(shù)據(jù)
原文：
《振動(dòng)與沖擊》2019年第38卷第24期，《高壓水射流沖蝕混凝土破碎區(qū)演進(jìn)特征及裂紋擴(kuò)展規(guī)律研究》