混凝土结构损伤的分形特征实验分析

›› 2005, Vol. 26 ›› Issue (10): 1570-1574.

混凝土结构损伤的分形特征实验分析

曹茂森^1,2，任青文¹，翟爱良²，张静³

1.河海大学土木工程学院，南京 210098；2.山东农业大学水利土木工程学院，山东泰安 271018； 3.山东省引黄济青工程管理局，山东济南 250013

收稿日期:2004-02-05 出版日期:2005-10-10 发布日期:2013-12-30
作者简介:曹茂森，男，1971年生，博士后，副教授，主要从事土木工程健康诊断与损伤机理研究。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目（No.50379005）；水利部科技创新基金资助项目(No.SCX2000-56)。

Experimental study on fractal characterization in damages of concrete structures

CAO Mao-sen^1,2, REN Qing-wen¹, ZHAI Ai-liang², ZHANG Jing³

1.College of Civil Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2.College of Water Conservancy and Civil Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China; 3.Management Bureau of Water Diversion from the Yellow River into Qingdao of Shandong Province, Jinan 250013, China

Received:2004-02-05 Online:2005-10-10 Published:2013-12-30

摘要/Abstract

摘要： 在物理模型试验中分析了混凝土结构损伤演化中的分形行为，揭示了混凝土结构的裂缝生长及表面裂缝分布具有分形特性，表明分形维可以定量描述表面裂缝分布。利用分形几何学研究混凝土结构的损伤演化过程，证明了结构表面裂缝分布分形维与结构力学性能之间存在良好线性相关性，认为表面裂缝分形维可作为度量混凝土损伤程度的损伤特征因子。与基于振动理论的损伤特征因子相比，这一新特征因子具有自己的一些特色和优势，为创建新的混凝土结构健康诊断和安全性评价方法体系提供了一条新途径。

关键词: 混凝土结构, 损伤, 表面裂缝分布, 分形特征

Abstract: The fractal characterization in the evolving damages of concrete structures is studied based on physical model experiments. It is revealed that the surface-crack distribution of the damaged concrete structures takes on fractal behavior. This shows that fractal dimension is able to characterize the surface-crack distribution quantitatively. Then fractal geometry is employed to investigate the crack evolving process of concrete structures; and the relationships between the fractal dimension of surface-crack distribution and the mechanical properties of the damaged structures are discussed in detail. It is found that there exists a good linear correlation between the fractal dimension and the natural frequency, which shows that the fractal dimension of surface-crack distribution is able to act as a damage feature index to reflect the damage degree of concrete structures effectively. Compared with the conventional damage feature indices generated from vibration testing; this novel damage feature index is of some advantages and distinguishing features. It provides a promising approach to develop new technologies for structural health monitoring and safety evaluation.

Key words: concrete structure, damage, surface-crack distribution, fractal characterization

中图分类号:

TV 554

曹茂森，任青文，翟爱良，张静,. 混凝土结构损伤的分形特征实验分析[J]. , 2005, 26(10): 1570-1574.

CAO Mao-sen , REN Qing-wen , ZHAI Ai-liang , ZHANG Jing,. Experimental study on fractal characterization in damages of concrete structures[J]. , 2005, 26(10): 1570-1574.

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