[發(fā)明專(zhuān)利]一種混凝土表面微小裂縫的定位方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110214492.0
• 申請(qǐng)日: 2011-07-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102305795A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷冬;喬丕忠;薛榮軍;張?jiān)瓢l(fā)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/88
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/88;G01B11/16
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種混凝土構(gòu)件表面微小裂縫的定位方法，對(duì)于構(gòu)件尺度在10米量級(jí)的范圍內(nèi)，可以定位的微小裂縫寬度達(dá)到10微米。

背景技術(shù)

混凝土裂縫的萌生和擴(kuò)展一般發(fā)生在結(jié)構(gòu)表面，體現(xiàn)為表面材料出現(xiàn)局部的不連續(xù)性。通過(guò)微小裂縫的精確定位，可以找到混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫源，進(jìn)而可以采用各種辦法阻止其擴(kuò)展，防止危害的進(jìn)一步發(fā)展。目前對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫定位的方法非常有限，最常見(jiàn)的方法是利用超聲波探測(cè)技術(shù)，利用超聲波的傳輸特性定位裂縫的深度和寬度。這種方法測(cè)量精度有限，難以識(shí)別小裂紋，更不能自動(dòng)去識(shí)別裂縫存在的區(qū)域。理論上也可以通過(guò)讀數(shù)顯微鏡去定位肉眼無(wú)法識(shí)別的微小裂縫，但是如果不知道裂縫產(chǎn)生的大體位置，這種方法操作起來(lái)是非常困難的，尤其是對(duì)于大體積混凝土結(jié)構(gòu)基本不能實(shí)現(xiàn)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，存在表面裂縫和不存在表面裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)，在受到外部荷載（未達(dá)到破壞水平）作用時(shí)，其應(yīng)變場(chǎng)會(huì)呈現(xiàn)出顯著區(qū)別：沒(méi)有裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)，其表面應(yīng)變場(chǎng)是連續(xù)的，并且應(yīng)變量水平不高；對(duì)于存在表面裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)，其裂縫所在的局部區(qū)域，會(huì)因?yàn)榱芽p在外部荷載作用下的張開(kāi)（或閉合），而產(chǎn)生非常大的虛擬應(yīng)變。因此，通過(guò)對(duì)應(yīng)變場(chǎng)的分析處理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)表面裂縫的定位。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)背景技術(shù)中傳統(tǒng)混凝土裂縫定位方法精度有限、難以識(shí)別小裂紋、不能大范圍內(nèi)多條裂縫定位，更不能自動(dòng)去識(shí)別裂縫存在的區(qū)域等缺陷，提供一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，采用現(xiàn)代光測(cè)力學(xué)技術(shù)并結(jié)合相關(guān)計(jì)算技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)大范圍混凝土表面微小裂縫的精確定位，對(duì)于構(gòu)件尺度在10米量級(jí)的范圍內(nèi)，可以定位的微小裂縫寬度達(dá)到10微米。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，包括以下步驟：

步驟A：對(duì)待測(cè)混凝土樣品進(jìn)行表面處理，去除非結(jié)構(gòu)附著物，使得待測(cè)混凝土樣品的表面簡(jiǎn)單平整；

步驟B：在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)布置照明系統(tǒng)；

步驟C：通過(guò)圖像采集系統(tǒng)采集待測(cè)混凝土樣品表面參考圖像；

步驟D：采用加載裝置對(duì)待測(cè)混凝土樣品施加平行于其表面的、不小于混凝土材料破壞強(qiáng)度10%的載荷，并且保持到步驟E完成；

步驟E：通過(guò)圖像采集系統(tǒng)采集施加載荷后的混凝土樣品表面目標(biāo)圖像；

步驟F：對(duì)步驟C采集到的混凝土樣品表面參考圖像、步驟E采集到的混凝土樣品目標(biāo)圖像發(fā)送到圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)性分析，獲得目標(biāo)圖像中的各子區(qū)域相對(duì)于參考圖像的位移；

步驟G：根據(jù)步驟F得到的目標(biāo)圖像中各子區(qū)域的相對(duì)位移，用局部最小二乘方法分別計(jì)算出目標(biāo)圖像中各子區(qū)域的局部應(yīng)變值，局部應(yīng)變值超過(guò)800-1200微應(yīng)變的區(qū)域，即為微小裂縫的位置。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，步驟F所述相關(guān)性分析的方法如下：

步驟101，通過(guò)以下公式分別計(jì)算目標(biāo)圖像中某個(gè)子區(qū)域與參考圖像中所有子區(qū)域的相關(guān)系數(shù)：????????????????????????????????????????????????；

?其中：C為相關(guān)系數(shù)；?為參考圖上坐標(biāo)為點(diǎn)的灰度；為參考圖子區(qū)域的平均灰度；為目標(biāo)圖上坐標(biāo)為點(diǎn)的灰度；為目標(biāo)圖子區(qū)域的平均灰度；

步驟102，在步驟101得到的相關(guān)系數(shù)中，將與目標(biāo)圖像中該子區(qū)域的相關(guān)系數(shù)C的最大值所對(duì)應(yīng)的參考圖像的子區(qū)域進(jìn)行匹配；

步驟103，重復(fù)步驟101-102，對(duì)變形前后兩幅圖像計(jì)算區(qū)域內(nèi)的所有子區(qū)域進(jìn)行相關(guān)匹配，獲得這些子區(qū)域在變形前后空間幾何位置的變化，然后采用相關(guān)系數(shù)的三次曲面擬合法得到目標(biāo)圖像中各子區(qū)域相對(duì)于參考圖像的位移。?

進(jìn)一步地，本發(fā)明的一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，若待測(cè)混凝土樣品表面近似平面，所述圖像采集系統(tǒng)為一臺(tái)分辨率大于500萬(wàn)像素的CCD相機(jī)；若待測(cè)混凝土樣品表面不為近似平面，圖像采集系統(tǒng)為兩臺(tái)分辨率大于500萬(wàn)像素的CCD相機(jī)，在采集參考圖像、目標(biāo)圖像時(shí)，將兩臺(tái)CCD相機(jī)采集的圖像通過(guò)視覺(jué)圖像算法獲得三維曲面圖像，進(jìn)而依次作為參考圖像、目標(biāo)圖像。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1、與傳統(tǒng)超聲波探測(cè)技術(shù)只能檢測(cè)定位肉眼可識(shí)別裂縫的裝置相比，本發(fā)明可以檢測(cè)定位肉眼無(wú)法識(shí)別的微小裂縫；

2、與傳統(tǒng)技術(shù)逐條檢測(cè)相比，本發(fā)明可以通過(guò)一次測(cè)量，就可以識(shí)別出三維最大尺寸為10米范圍的樣品表面所有寬度大于10微米的小裂縫；