(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210921733.3 (22)申请日 2022.08.02 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 范小春　陈超　章锋　徐东升　 谢助兵　刘志刚　张澳　 (74)专利代理 机构 武汉开元知识产权代理有限 公司 42104 专利代理师 冯超　李阿娇 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/02(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 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 (57)摘要 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。 权利要求书3页 说明书10页 附图6页 CN 115408787 A 2022.11.29 CN 115408787 A 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l nN(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    (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    (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(D PCI)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；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115408787 A 2S12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    (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(D PCI)计算式： 其中， 式中： IPCI为DPCI的计算参数； IDR为损伤度的计算参数； D为某区域子块的裂缝分形维 值； Ai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)； ωi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＝0.8754 ln(F)+0.3 392(废旧钢纤维掺 量0.5％) D＝0.896 3ln(F)+0.3214(废旧钢纤维掺 量1.0％) D＝0.9175l n(F)+0.31 19(废旧钢纤维掺 量1.5％) D＝0.9189l n(F)+0.3 001(废旧钢纤维掺 量2.0％) D＝0.9277ln(F)+0.2 913(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：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115408787 A 3