[发明专利]混凝土构件裂缝分形的损伤程度评定方法

说明书

本发明公开了一种混凝土构件裂缝分形的损伤程度评定方法，本发明主要包括如下步骤：在混凝土构件表面附近安装图像采集设备，实时采集构件表面图像，对图像进行处理，识别有无裂缝，无裂缝时判断结构没有发生损伤，有裂缝时生成裂缝图；对裂缝的间距进行统计，通过裂缝间距直方图计算得到典型裂缝间距，由典型裂缝间距生成最大裂缝图；对采集的实际裂缝图和最大裂缝图通过盒计数法分别计算分形维数值；通过裂缝图分形维数计算结构损伤程度，对结构进行损伤定量。本发明提出了一种基于裂缝图分形维数的混凝土梁桥损伤程度评定方法，可应用于通过结构表面裂缝对同类桥梁进行损伤程度的快速评定。

技术领域

本发明属于结构健康监测技术领域，属于一种混凝土结构损伤程度评定方法，具体涉及一种混凝土构件裂缝分形的损伤程度评定方法。

背景技术

混凝土结构广泛地应用在土木工程领域，其损伤最直接的表现是受拉区混凝土出现裂缝并不断扩展，裂缝的开展状况很大程度上对结构的耐久性、安全性等起到关键作用。因此，很自然的想到通过提取混凝土结构的裂缝特征来进行结构损伤研究。随着分形理论的出现与发展，使得对不规则裂缝的描述较好的提升到量化阶段。

分形几何理论主要以不规则几何为分析对象，特别适合用来描述欧氏几何以外的不规则对象，近年来，在土木工程特别是混凝土材料和岩土领域有较多应用，在混凝土结构方面，可主要概括为受弯、受剪和耐久性试验结构表面裂缝的分形特征研究。受弯试验方面，主要通过对模型试验梁，如混凝土简支矩形梁、橡胶混凝土梁等进行受弯试验，分析受弯作用下梁裂缝是否具有分形特征。受剪试验方面，除对受剪梁的表面裂缝进行分形分析外，Farhidzadeh等对两片剪力墙在滞回荷载作用下的裂缝图进行了分形分析，构造了损伤指标用于结构损伤程度分级。耐久性试验方面，主要对老化混凝土梁、锈蚀钢筋混凝土梁、腐蚀CFRP布增强混凝土梁、腐蚀预应力混凝土梁的裂缝分形特征进行了试验研究。

目前的研究工作主要集中在探讨混凝土结构不同受力状态下表面裂缝是否具有分形特征，未建立分形维数与损伤程度之间的定量关系，故不能应用分形理论对混凝土结构进行损伤程度评定，并且目前研究采用的试验梁均为较小尺寸的矩形梁或T梁，与实桥中多采用的箱梁有较大差异。

发明内容

本发明的目的在于针对现有裂缝分形分析方法不能对混凝土桥梁损伤程度进行评定的不足，提供一种混凝土构件裂缝分形的损伤程度评定方法。

本发明混凝土构件裂缝分形的损伤程度评定方法，包括如下步骤：

(1)在混凝土构件表面附近安装图像采集设备，实时采集构件表面图像，对图像进行处理，识别有无裂缝，无裂缝时判断结构没有发生损伤，有裂缝时生成裂缝图；

(2)对裂缝的间距进行统计，通过裂缝间距直方图计算得到典型裂缝间距，由典型裂缝间距生成最大裂缝图；

(3)对采集的实际裂缝图和最大裂缝图通过盒计数法分别计算分形维数值；

(4)通过裂缝图分形维数计算结构损伤程度，对结构进行损伤定量。

具体的，步骤(1)中，采用在混凝土构件最易开裂位置，即混凝土桥梁结构最大正负弯矩区域安装照相机作为图像采集设备，按一定的时间间隔连续采集图像，采用MATLAB软件进行图像处理，得到裂缝图，若存在裂缝则进行损伤预警。

具体的，步骤(2)中，以结构受拉边缘线为基准位置，对所有相邻裂缝间距进行统计，然后通过MATLAB软件绘制裂缝间距直方图，裂缝统计间距根据裂缝数目的多少取10mm～50mm，取直方图中裂缝条数最多的裂缝间距为典型裂缝间距，通过一组沿实际开裂方向的上下通长裂缝，按典型裂缝间距排列生成最大裂缝图。

具体的，步骤(3)中，所述盒计数法计算裂缝图分形维数值的方法是：