一种玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱裂缝分形维数及损伤评定方法

技术特征：
1.一种玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱裂缝分形维数及损伤评定方法，其特征在于包括以下步骤：s1.在待检测区域选取若干个玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱，然后采用盒计数法统计所述若干混凝土柱分形裂缝格子总数，以边长为r的正方形网格覆盖各混凝土柱表面的整个裂缝分布区域，统计出含有裂缝的网格数目，记为n(r)，通过改变格子尺寸r来改变网格密度并记录覆盖有裂缝的格子总数，作lnn(r)-lnr拟合曲线；s2.采用盒计数法统计得到在不同荷载等级下,各混凝土柱的裂缝所占格子总数，然后通过盒计数法计算每个混凝土柱裂缝分形维数d；其中，分形维数d的计算公式为：s3.验证混凝土柱的裂缝分布具有自相似性；对s1步骤中的统计数据r及n(r),分析r及n(r)对不同的边长r公式(1)是否成立，若公式(1)成立则认为混凝土柱的裂缝分布具有自相似性，可采用分形理论描述混凝土柱表面的裂缝分布情况；n(r)＝r-d
b
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(1)；其中，n(r)为含有裂缝的网格数目；r为每个格子的边长尺寸；b为线性回归公式中的待定系数；d为每个混凝土柱裂缝分形维数。s4.基于材料相关理论及采用分形理论描述混凝土柱表面的裂缝分布情况，设计分形维数d与荷载f的关系式；d＝aln(f) b
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(3)；其中：d-裂缝分形维数值；f-荷载；a,b-待定系数。s5.基于上述分形维数d，得到融合分形维数d的裂缝损伤评价指标(dpci)计算式；s6.基于统计数据及origin软件得出每个玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱裂缝分形维数d计算公式(3)中的待定系数a及b的值；获得待定系数a及b的值后，依据公式(3)获得每个玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱裂缝分形维数d的值；s7.基于s6求得的每个玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱裂缝分形维数d，求得每个玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱裂缝损伤评价指标(dpci)；将裂缝损伤评价指标(dpci)与标准值进行对比，获取混凝土柱损伤情况。2.根据权利要求1所述的一种玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱裂缝分形维数及损伤评定方法，其特征在于所述的步骤s1具体包括以下步骤：s11使用非接触式全场应变测量系统获得各混凝土柱表面的裂缝图像，以边长为r的正方形网格覆盖各混凝土柱表面的整个裂缝分布区域，统计出含有裂缝的网格数目，记为n(r)，通过改变格子尺寸r来改变网格密度并记录覆盖有裂缝的格子总数，得到多组r及n(r)数据；
s12运用origin软件对统计数据作lnn(r)-lnr散点图，在origin软件中选中各散点并选择拟合曲线的命令，得出lnn(r)-lnr拟合曲线。3.根据权利要求1所述的一种玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱裂缝分形维数及损伤评定方法，其特征在于所述的步骤s3具体包括以下步骤：对s11步骤中的统计数据r及n(r),分析r及n(r)对不同的边长r公式(1)是否成立，若公式(1)成立则认为裂缝分布具有自相似性；n(r)＝r-d
b
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(1)。其中b为线性回归公式中的待定系数；如公式(1)成立，则可采用分形理论描述混凝土柱表面的裂缝情况。4.根据权利要求1所述的一种玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱裂缝分形维数及损伤评定方法，其特征在于所述的步骤s5具体包括以下步骤：基于现有路面损伤状况指数理论，将分形维数d融入裂缝损伤评定指标，得出带有荷载的玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱裂缝损伤评价指标(dpci)计算式：其中，式中：i
pci
为dpci的计算参数；i
dr
为损伤度的计算参数；d为某区域子块的裂缝分形维值；a
i
为第i类裂缝损坏面积；a为调查的面积(调查长度与有效宽度之积)；ω
i
为第i类路面裂缝损坏的权重；i为考虑裂缝损坏程度的第i项裂缝损坏类型；i0为考虑裂缝损坏程度(轻、中、重)的裂缝损坏类型总数；a0、a1为模型参数，一般通过经验获取，例如沥青路面a0取15，水泥路面a0取10.66；沥青路面a1取0.412，水泥路面a1取0.461；沥青路面i0取21，水泥路面i0取20。5.根据权利要求1所述的一种玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱裂缝分形维数及损伤评定方法，其特征在于所述的步骤s6具体包括以下步骤：s61将公式(3)存储于origin软件中，在origin软件中，选中各拟合曲线，通过origin软件求出各拟合曲线对应的a，b系数；s62将对应的a，b系数代入公式(3)，得出玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱裂缝分形维数计算公式：玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱：d＝0.8754ln(f) 0.3392(废旧钢纤维掺量0.5％)d＝0.8963ln(f) 0.3214(废旧钢纤维掺量1.0％)d＝0.9175ln(f) 0.3119(废旧钢纤维掺量1.5％)d＝0.9189ln(f) 0.3001(废旧钢纤维掺量2.0％)d＝0.9277ln(f) 0.2913(废旧钢纤维掺量2.5％)其中：d—裂缝分形维数值；f—荷载。6.根据权利要求1所述的一种玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱裂缝分形维数及损伤评定方法，其特征在于所述的步骤s7具体包括以下步骤：
将s62中求得的分形位数d代入公式(4)中，求得的裂缝损伤评价指标(dpci)；将求得的裂缝损伤评价指标(dpci)与标准值进行对比，获取混凝土柱损伤情况标准如：当dpci值小于等于30，则玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱需重建；当dpci值处于31～50之间，则玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱需大修；当dpci值处于51～70之间，则玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱需中修；当dpci值处于71～80之间，则玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱需小修；当dpci值处于81～90之间，则玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱需进行日常维护；当dpci值处于81～90之间，则玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱涉不需维护。

技术总结
本发明公开一种玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱裂缝分形维数及损伤评定方法，包括以下步骤：采用盒计数法统计试验柱分形裂缝格子总数，作lnN(r)-lnr曲线；验证混凝土柱的裂缝分布具有自相似性；采用盒计数法统计得到各试验柱不同荷载等级下裂缝所占格子总数以及分形维数；提出分形维数与荷载的关系式；得出玄武岩筋混杂钢纤维混凝土柱裂缝分形维数计算公式；提出融合分形维数的裂缝损伤评价指标(DPCI)计算式；本发明融合分形维数计算裂缝损伤评价指标，改变了传统裂缝损伤度统计方法的局限性，评价计算更合理，将分形维数计算方法与损伤评定相结合，提供了便捷的结构测评方法，为结构健康检测提供依据。为结构健康检测提供依据。为结构健康检测提供依据。


技术研发人员：范小春 陈超 章锋 徐东升 谢助兵 刘志刚 张澳
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2022.08.02
技术公布日：2022/11/29