混合BOTDA-DIC传感技术用于四点加载下生态混凝土加固梁的弯曲性能表征

《Scientific Reports》：Hybrid BOTDA-DIC sensing for flexural behavior characterization of eco-concrete reinforced beams under four-point loading

　　

摘要

本研究探讨了布里渊光时域分析（BOTDA）和数字图像相关技术（DIC）在监测两种使用含有棕榈油锅炉灰（POBA）和纳米二氧化硅作为部分水泥替代材料的环保混凝土建造的钢筋混凝土（RC）梁的弯曲性能方面的应用效果。这两种简支梁的尺寸为300厘米×15厘米×25厘米，具有不同的混凝土抗压强度，它们在四点弯曲载荷下进行测试直至破坏，以评估在不同结构响应下的传感性能。BOTDA测得的分布式应变数据与DIC测得的全场位移数据，以及通过线性可变差动变压器（LVDT）测得的梁中跨挠度数据进行了对比。两种传感系统均成功捕捉到了应变的发展过程和刚度的下降趋势。随着裂缝的扩展，BOTDA记录到梁底部纤维处的拉伸应变逐渐增加，最大达到10,000–18,000微应变；而DIC则识别出多条弯曲裂缝，裂缝开口宽度范围为0.05至3.28毫米。BOTDA计算出的挠度与LVDT和DIC的测量结果吻合度较高，差异小于7%。研究结果凸显了这两种技术的互补优势：BOTDA能够实现全局范围内的分布式连续应变监测，而DIC则能够高精度地捕捉局部变形和裂缝发展情况。结合这两种技术，可以为钢筋混凝土梁的详细结构评估提供一种互补且可靠的方法。