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原文传递一种钢筋锈胀引起混凝土开裂锈胀力的测量方法

专利名称：	一种钢筋锈胀引起混凝土开裂锈胀力的测量方法
摘要：	本发明属于混凝土锈蚀技术领域，涉及一种钢筋锈胀引起混凝土开裂锈胀力的测量方法，基于数字图像相关方法拍摄钢筋混凝土表面变形，分析计算混凝土表面的全场位移及应变，通过建立完成的理论模型，找到锈胀力与混凝土表面应变的关系，计算出钢筋锈胀力并分析其变化规律；其方法简便，操作安全可靠，原理科学，成本低，能实时监测钢筋混凝土锈蚀膨胀过程中锈胀力的变化。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	青岛理工大学
发明人：	陈凡秀;张彬;郭鹏飞;金祖权
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-04T00:00:00+0800
发布日期：	2019-04-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910159067.2
公开号：	CN109669028A
代理机构：	青岛高晓专利事务所(普通合伙)
代理人：	于正河
分类号：	G01N33/38(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	266520 山东省青岛市市北区抚顺路11号
主权项：	1.一种钢筋锈胀引起混凝土开裂锈胀力的测量方法，其特征在于具体步骤为： (1)先将钢筋固定在100mm×100mm×300mm模具中间位置，同时将一根不锈钢钢筋作为电加速的电极使用，再浇筑搅拌好的混凝土，使钢筋的截面与混凝土的表面齐平后放到振动台上振动5min，静置24h后脱模并放入蒸汽养护室进行养护两个月得到混凝土试块，在制作好的混凝土试块两个侧面、底面和背面上黏贴应变片； (2)配备两台CCD相机以及一台与相机相连接的电脑，其中CCD相机包括机身和镜头，调整好两台CCD相机的位置，使CCD相机正好拍摄到混凝土试块未黏贴应变片的正面和上表面，同时调整CCD相机镜头的焦距使镜头与混凝土试块的距离保持在合适范围内，以获得更清晰有效的图像；并减弱室内光强，外加一个光源，调节外加光源的光强使得混凝土试块表面散斑处于既不能过饱和又不能过暗，满足数字图像相关方法中对散斑的要求，混凝土试块完全由外加光源提供光线，以降低昼夜交替带来的光线强度影响； (3)在开始实验前，先分别用两台CCD相机拍摄两张初始图片作为参考图像，命名为f0，s0，保存图片格式为bmp格式； (4)随着钢筋的锈蚀，锈胀力不断发生变化，混凝土试块表面位移和应变也不断发生着变化，两台CCD相机每间隔一段时间t0自动采集一张图片，从0时刻开始实验，在t0时刻自动采集两幅图像f1，s1； (5)随着实验的进行，锈胀力不断增大，混凝土试块表面的应变不断增大，采集到的图像也越来越多，在2t0、3t0、4t0……nt0时刻自动采集图像为f2、s2、f3、s3、f4、s4……fn、sn，将这些采集的图像作为计算时的目标图像； (6)利用自行编制的数字图像相关方法进行计算，获得每一幅图像的全场位移值及全场应变值； (7)根据弹性力学及混凝土变形理论，建立理论模型，从而求出钢筋锈胀力和混凝土表面的应变关系； (8)最后根据建立的理论模型以及数字图像相关方法得出的全场位移值和全场应变值，计算出钢筋锈胀力的大小并总结钢筋锈胀力的变化规律。 2.根据权利要求1所述钢筋锈胀引起混凝土开裂锈胀力的测量方法，其特征在于所述自行编制的数字图像相关方法工作原理为：在变形前后采集两幅变形场图像，对变形前后采集图像上的散斑点进行相关匹配计算，跟踪点的运动，获得物体表面的位移信息，具体为：在变形前的图像中选择待测点P(x,y)为中心的(2N+1)×(2N+1)大小的计算子区S，让该计算子区S在变形后的目标图像中移动，按归一化的最小平方距离相关函数进行相关计算，寻找相关系数C出现极值时所对应的点P‘(x+u,y+v)为中心的(2N+1)×(2N+1)大小的目标子区S′，则u、v分别为点P(x,y)沿x方向和y方向的位移；归一化的最小平方距离相关函数公式：其中，A(x,y)是变形前计算子区S的中心点P(x,y)的灰度值，B(x,y)是变形后目标子区S′中心点P‘的灰度值；Am和Bm是变形前子区和变形后目标子区的灰度平方的平均值；N是正整数，N的具体数值可以在计算过程中自行设置。ΔA是变形前各点灰度与平均灰度的差的平方和，ΔB是变形后各点灰度与相应平均灰度的差的平方和，CZNSSD代表归一化的最小平方距离相关函数公式。 3.根据权利要求1所述钢筋锈胀引起混凝土开裂锈胀力的测量方法，其特征在于建立理论模型的具体过程为：先以钢筋截面圆心为坐标原点建立坐标系，其中x轴和y轴与钢筋混凝土试件的正方形截面的两条边平行，根据弹性力学半逆解法，设应力分量的函数形式为σy＝f1(y)g1(x)q，带入应力公式及相容方程得考察边界条件，在上下两个边界上，应力条件必须完全得到满足；考虑正面上的边界条件，该模型满足弹性力学完全接触问题，即上下两部分既不相互脱离也不相互滑动，最终得应力函数与应力分量为：代入弹性力学物理方程如下：得到混凝土表面应变与钢筋锈胀力关系模型：其中，Ec是混凝土弹性模量，为减小不同混凝土试块对模型的影响，对上述模型进行修正，得到: 式中，k为修正系数，Ec是混凝土弹性模量；d为混凝土表面边长；r为钢筋外半径，εx，εy，γxy分别为点的x方向应变、y方向应变和剪切应变；σx，σy，τxy分别为点的x方向应力、y方向应力和剪切应力，E为弹性模量，μ为泊松比，f1(y)为关于y的待定函数，g1(x)为关于x的待定函数；这样根据数字图像相关方法得到的钢筋混凝土试件表面应变值εx可以计算得到任一时刻钢筋锈胀力大小q。
所属类别：	发明专利