一种混凝土工作应力测量方法技术

本发明专利技术公开了一种混凝土工作应力测量方法，该方法先在混凝土结构表面制造人工散斑场，然后切环形孔，再获取切孔前后的混凝土表面数字图像，匹配对应图像子区获得表面的面内位移，然后进行最小二乘拟合，得到局部区域位移分布场函数，最后通过对位移求偏导数可得应变场分布。再求切孔中心一定直径范围内的平均应变，再求得混凝土的工作应力。本发明专利技术在测量混凝土表面应变时采用非接触式的全场应变方法数字图像测量技术，最大程度地减小了混凝土切割与应变测量的干扰，减小了操作难度和测量误差。通过全场应变测量，减少了由于混凝土表面非均匀性带来的测量误差。同时，也减小传统的应力释放的切割大小和深度，对混凝土的损坏性小，操作简单。

A method for measuring the work stress of concrete

The invention discloses a concrete working stress measurement method, this method in the manufacture of concrete structure surface artificial speckle field, and then cut the circular hole, and then get the cut surface of the concrete hole before and after the digital image matching, image sub region to obtain the surface of in-plane displacement, then the least squares fitting, get the local displacement distribution by the end of the displacement field function, the partial derivative with respect to the distribution of strain field. Then, the average strain in a certain diameter of the center of the cutting hole is calculated, and then the working stress of the concrete is obtained. The invention adopts digital strain field method of non-contact image measurement technology in measuring the surface strain of concrete, greatly reduces the concrete cutting interference and strain measurement, reduce the operation difficulty and measurement error. Through field strain measurement, the measurement error due to non-uniform surface of concrete is reduced. At the same time, it also reduces the size and depth of the traditional stress release, the damage to concrete is small and the operation is simple.

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土工作应力测量方法
本专利技术属于工作应力检测
，具体涉及一种混凝土工作应力测量方法。
技术介绍
混凝土材料是现代建筑工程中最常用的建筑材料之一，混凝土结构建筑物在使用过程中其安全检测与评估非常重要。混凝土构件的实际应力是反映其工作状态、安全性的重要指标之一，也是建筑物改造加固的重要参数之一。因此，混凝土结构中实际应力的量测就显得尤为必要。工程中常以应力释放法测量混凝土构件的实际应力，环孔法即是应力释放法的一种。环孔法可在无损(或微破损)条件下，客观反映构件应力分布状况，为结构改造加固提供科学数据，确保结构的使用安全与工程稳定。具有实用性意义和显著的社会经济效益。环孔法的基本原理是采用局部破坏使环孔内混凝土应力释放，通过测定环孔内混凝土的应力释放值来估计和推断结构的实际应力。应力释放值的读取以电测法为主，即采用应变片(应变计)测量环孔内应力释放值。此种技术主要有三个方面的限制。第一应变片(应变计)测量应变时，所测应变值是其敏感栅覆盖面积内构件表面的平均应变，并非理论分析中应力完全释放时中心点的应变。第二是适应性不强，由于电测需要引线和静态应变仪连接，因此引线和切孔相互干扰，容易造成应变片损坏，难以获得测量结果。第三，由于混凝土材料具有非均质性，因此测量误差较大。由于采用环孔法与应变片(应变计)结合测试混凝土内工作应力存在各种缺陷，难以高效、客观、准确地识别混凝土的实际工作压力。具体表现为现有的开环孔发后往往需通过人工的数据修正来推定构件实际应力状态。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种非接触式、能实现全场测量且易于操作的混凝土工作应力测量方法，该方法不仅具有非接触、全场测量等电测法无法比拟的优势，而且相对于其他光测方法具有实验设备和过程简单、对光源及测量环境要求较低、易于实现测量过程的自动化、使用范围广泛等优势。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种混凝土工作应力测量方法，包括以下步骤：1)在混凝土结构表面划定一长方形检测区并制造人工散斑场，架设一部图像获取设备，使之与混凝土结构表面之间位置相对固定；利用该图像获取设备获取混凝土表面的数字图像。2)在混凝土结构表面的检测区切环形孔，以释放混凝土的应力；利用所述的图像获取设备获取切环形孔后的混凝土表面的数字图像。3)将步骤2)和步骤1)的混凝土表面的数字图像分别划分为若干个子区，然后匹配相应的子区的图像，得到各子区的面内位移；再通过局部区域的位移场进行最小二乘拟合，得到局部区域位移分布场函数；然后通过对位移求偏导数求得应变场分布。4)根据应变场分布来计算环形孔中心设定范围内的平均应变；再利用平均应变计算混凝土的工作应力，用以评估混凝土构件的处于工作状态下的安全性。进一步，步骤1)中人工散斑场的制造方法为：在检测区表面均匀涂上一层白色油漆涂层，然后在涂层上利用其他颜色的油漆制作散斑并使散斑的外形和尺寸呈随机分布，用以区分各散斑；其中，任一散斑的距离最大的两点之间的距离与混凝土结构表面的检测区的长边的比例为1/1000～1/10。进一步，步骤2)中环形孔的深度为18～50mm，深度与内环直径之比为0.35:1。进一步，步骤2)中环形孔的深度为35mm，内环直径为100mm。进一步，步骤3)中检测区的位移场分布的获取方法包括以下步骤：(1)以步骤1)获取的混凝土表面的数字图像为基准参考图，在其中建立平面直角坐标系，在以坐标点(x，y)为中心选取边长为(2M+1)个像素点的矩形区域为基准参考图子区；其中M为区域边长特征值；(2)以步骤2)获取的切环形孔后的混凝土表面的数字图像为目标图，在其中建立与步骤(1)中位置相同的平面直角坐标系，通过亚像素搜索，以基准参考图上的坐标点(x，y)相应的区域选择坐标点(x',y')，并以该坐标点为中心选取边长为(2M+1)个像素点的矩形区域为目标图子区；(3)采用与图像灰度有关的相关系数分析基准参考图子区与目标图子区的相关性；当相关系数≥设定的阈值时，则认定混凝土结构两子区具有相关性，即认为目标图子区中坐标点(x',y')对应于基准参考图子区中的坐标点(x，y)；当相关系数＜设定的阈值时，则认定混凝土结构两子区不具有相关性，并进行以下操作：通过亚像素搜索，以基准参考图上的坐标点(x，y)相应的区域重新选择坐标点(x',y')，并以该坐标点为中心选取边长为(2M+1)个像素点的矩形区域为目标图子区；再计算相关系数，直到相关系数≥设定的阈值；(4)计算基准参考图中坐标点(x,y)的位移分量(u,v)，得到基准参考图子区的面内位移，并以该面内位移表征相应的基准参考图子区的位移；其中：x方向的位移分量u＝x'-x；y方向的位移分量v＝y'-y；(5)重复步骤(1)至(4)，建立若干个基准参考图子区，并求取各基准参考图子区的面内位移，即得到了相应基准参考图子区在切环形孔前、后的空间几何位置变化，这些面内位移值的集合即为检测区的位移场分布。更进一步，所述的应变场分布的获取方法为：采用局部最小二乘法对位移场分布求偏导数，即获得应变场分布。更进一步，所述相关系数C按下式计算：式中：C为相关系数；f(x，y为基准参考图子区上的坐标点(x，y)的灰度；为基准参考图子区的平均灰度；g(x′，y′)为目标图子区上的坐标点(x′，y′)的灰度；为目标图子区的平均灰度。更进一步，相关系数的阈值为0.9～1.0。更进一步，步骤4)中混凝土的工作应力按下式计算：σ＝Eε式中：ε为环形孔中心设定范围内的平均应变，即设定范围内的应变场分布的平均值；E为混凝土的弹性模量。进一步，所述的环形孔中心设定范围是以环形孔的圆心为圆心、1～2cm为直径的圆。针对上述环孔法测量混凝土实际工作应力中存在的缺陷，提供一种基于数字图像相关技术的混凝土工作应力信息测量方法。采用数字图像相关技术测量钻孔过程中混凝土结构的应力释放过程，以确定混凝土的工作应力。该方法不仅具有非接触、全场测量等电测法无法比拟的优势，而且相对于其他光测方法具有实验设备和过程简单、对光源及测量环境要求较低、易于实现测量过程的自动化、使用范围广泛等优势。与现有的技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术在测量混凝土表面应变时采用非接触式的全场应变方法数字图像测量技术，无需在检测面上预埋应变片，最大程度地减小了混凝土切割与应变测量的干扰，减小了操作难度和测量误差。2、本专利技术通过全场应变测量，可以计算环孔中心一定范围内的平均应变，减少了由于混凝土表面非均匀性带来的测量误差。3、在满足测量精度的情况下，可以减小传统的应力释放的切割大小和深度，对混凝土的损坏性小，属于微损性检测，操作简单，可以方便地应用于现场，快速测量混凝土的工作应力。附图说明图1为本专利技术实施例的流程图；图2为实施例中混凝土试样开环形孔后的正视结构示意图；图3为实施例中混凝土试样开环形孔后的俯视结构示意图；图4为实施例中混凝土试样表面制造的人工散斑场；图5为实施例中混凝土试样与采集系统的位置关系图。附图中：1—混凝土；2—环形孔。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。一、一种混凝土工作应力测量方法，包括以下步骤：1)在混凝土结构表面划定一长方形检测区并制造人工散斑场，架设一部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混凝土工作应力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在混凝土结构表面划定一长方形检测区并制造人工散斑场，架设一部图像获取设备，使之与混凝土结构表面之间位置相对固定；利用该图像获取设备获取混凝土表面的数字图像；2)在混凝土结构表面的检测区切环形孔，以释放混凝土的应力；利用所述的图像获取设备获取切环形孔后的混凝土表面的数字图像；3)将步骤2)和步骤1)的混凝土表面的数字图像分别划分为若干个子区，然后匹配相应的子区的图像，得到各子区的面内位移；再通过局部区域的位移场进行最小二乘拟合，得到局部区域位移分布场函数；然后通过对位移求偏导数求得应变场分布；4)根据应变场分布来计算环形孔中心设定范围内的平均应变；再利用平均应变计算混凝土的工作应力，用以评估混凝土构件的处于工作状态下的安全性。

【技术特征摘要】
1.一种混凝土工作应力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在混凝土结构表面划定一长方形检测区并制造人工散斑场，架设一部图像获取设备，使之与混凝土结构表面之间位置相对固定；利用该图像获取设备获取混凝土表面的数字图像；2)在混凝土结构表面的检测区切环形孔，以释放混凝土的应力；利用所述的图像获取设备获取切环形孔后的混凝土表面的数字图像；3)将步骤2)和步骤1)的混凝土表面的数字图像分别划分为若干个子区，然后匹配相应的子区的图像，得到各子区的面内位移；再通过局部区域的位移场进行最小二乘拟合，得到局部区域位移分布场函数；然后通过对位移求偏导数求得应变场分布；4)根据应变场分布来计算环形孔中心设定范围内的平均应变；再利用平均应变计算混凝土的工作应力，用以评估混凝土构件的处于工作状态下的安全性。2.根据权利要求1所述的混凝土工作应力测量方法，其特征在于，步骤1)中人工散斑场的制造方法为：在检测区表面均匀涂上一层白色油漆涂层，然后在涂层上利用其他颜色的油漆制作散斑并使散斑的外形和尺寸呈随机分布，用以区分各散斑；其中，任一散斑的距离最大的两点之间的距离与混凝土结构表面的检测区的长边的比例为1/1000～1/10。3.根据权利要求1所述的混凝土工作应力测量方法，其特征在于，步骤2)中环形孔的深度为18～50mm，深度与内环直径之比为0.35:1。4.根据权利要求3所述的混凝土工作应力测量方法，其特征在于，步骤2)中环形孔的深度为35mm，内环直径为100mm。5.根据权利要求1所述的混凝土工作应力测量方法，其特征在于，步骤3)中检测区的位移场分布的获取方法包括以下步骤：(1)以步骤1)获取的混凝土表面的数字图像为基准参考图，在其中建立平面直角坐标系，在以坐标点(x，y)为中心选取边长为(2M+1)个像素点的矩形区域为基准参考图子区；其中M为区域边长特征值；(2)以步骤2)获取的切环形孔后的混凝土表面的数字图像为目标图，在其中建立与步骤(1)中位置相同的平面直角坐标系，通过亚像素搜索，以基准参考图上的坐标点(x，y)相应的区域选择坐标点(x',y')，并以该坐标点为中心选取边长为(2M+1)个像素点的矩形区域为目标图子区；(3)采用与图像灰度有关的相关系数分析基准参考图子区与目标图子区的相关性；当相关系数≥设定的阈值时，则认定混凝土结构两子区具有相关性，即认为目标图子区中坐标点(x',y')对应于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑丹，邓世琴，李鑫鑫，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50