本发明属于路桥结构健康监测，特别涉及一种高韧性ecc服役全过程结构开裂损伤特征预测方法。
背景技术：
1、开裂是混凝土结构中常见的问题，不仅影响结构功能和美观，还影响结构完整性和安全性。相比于传统普通混凝土，工程水泥基复合材料（ecc）是一种新型水泥基复合材料，具有超高韧性和良好裂缝控制能力，表现出明显的多缝开裂和应变硬化现象，常应用于道路与桥梁的铺面施工、结构修补与加固补强、防震减灾等方面，可以有效地解决混凝土易开裂、延性差等问题，提高路桥混凝土结构安全性与耐久性，应用前景广阔。
2、基于能量耗散原理，高韧性ecc通过多缝稳态开裂和约束裂缝开展的方式提高混凝土结构的延性与韧性，改善其脆性破坏模式。因此，高韧性ecc服役全过程结构开裂损伤发展规律对其安全性与耐久性至关重要。目前，有关高韧性ecc结构开裂损伤发展规律的研究主要从裂缝分形维数的角度着手，据此描述裂缝分布状态与扩展路径；通常混凝土表面裂缝宽度小于100μm可视为无害裂缝，然而现有研究往往忽略了裂缝宽度这一重要开裂损伤特征，未能从能量耗散原理出发兼顾裂缝扩展路径与宽度参数，导致高韧性ecc结构开裂损伤特征的研究不够全面科学。
3、在工程实践中，混凝土结构的静力荷载试验是常规的检测方法，如何通过易于获得的结构静力特性（荷载/跨中挠度）参数来快速准确预测高韧性ecc服役全过程结构开裂损伤特征，对于既有路桥结构的安全性与耐久性评估以及维修加固策略制定具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了解决现有上述背景技术中存在的问题，而提供一种高韧性ecc材料ecc服役全过程结构开裂损伤特征预测方法，本方法仅需要容易获得的高韧性ecc材料ecc配合比与结构静力特性（荷载/跨中挠度）参数，能够有效预测高韧性ecc材料ecc服役全过程结构开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度），操作过程更为快速、便捷，预测结果更加科学全面、准确可靠，为基于高韧性ecc材料ecc的路桥结构耐久性监测和全寿命周期评估提供了重要依据。
2、一种高韧性ecc材料ecc服役全过程结构开裂损伤特征预测方法，包括以下步骤：
3、s1.获取高韧性ecc材料ecc配合比；
4、s2.基于所述高韧性ecc材料ecc配合比，根据预先建立的高韧性ecc材料ecc配合比与结构静力特性（荷载/跨中挠度）-开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）关系式之间的对应关系数据库，得到结构静力特性（荷载/跨中挠度）-开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）关系式；
5、s3.基于得到的结构静力特性（荷载/跨中挠度）-开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）关系式，确定所述高韧性ecc材料ecc配合比在不同结构静力特性（荷载/跨中挠度）情况下开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）预测结果；
6、其中所述的高韧性ecc材料ecc配合比与结构静力特性（荷载/跨中挠度）-开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）关系式之间的对应关系的建立过程包括：
7、根据所述的高韧性ecc材料ecc配合比，制备若干高韧性ecc材料ecc试件并对高韧性ecc材料ecc试件进行养护；
8、养护结束后，对于每个所述的高韧性ecc材料ecc试件进行四点弯曲试验并记录荷载与跨中挠度，采用工业相机对高韧性ecc材料ecc试件开裂区进行全程拍摄，利用裂缝观测仪对高韧性ecc材料ecc试件开裂区的裂缝宽度进行同步采集，采集拍摄频次为荷载每增长20n或跨中挠度每变化0.05mm；
9、针对拍摄的高韧性ecc材料ecc试件开裂区图像，采用matlab软件进行开裂区图像的二值化批量处理，基于像素点覆盖法转化得到0-1开裂区图像的黑白二值图；采用matlab软件验证试件开裂区表面裂缝分布具有自相似性，基于盒计数法计算黑白二值图的裂缝分形维数；
10、针对采集的高韧性ecc材料ecc试件开裂区的裂缝宽度，统计试件开裂区的裂缝数量与对应裂缝宽度作为有效数据，基于算术平均法计算试件开裂区的平均裂缝宽度；
11、基于不同结构静力特性（荷载/跨中挠度）对应的若干开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度），拟合出结构静力特性（荷载/跨中挠度）-开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）关系式，并建立所述高韧性ecc材料ecc配合比与结构静力特性（荷载/跨中挠度）-开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）关系式之间的对应关系。
12、进一步地，获取高韧性ecc材料ecc配合比的步骤之后，包括以下步骤：
13、基于获取的高韧性ecc材料ecc配合比，判断预先建立的高韧性ecc材料ecc配合比与结构静力特性（荷载/跨中挠度）-开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）关系式之间的对应关系数据库中是否存在所述获取的高韧性ecc材料ecc配合比；
14、若不存在，则执行所述高韧性ecc材料ecc配合比与结构静力特性（荷载/跨中挠度）-开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）关系式之间的对应关系的建立过程的步骤。
15、进一步地，对高韧性ecc材料ecc试件进行养护，包括以下步骤：
16、根据所述的获取的高韧性ecc材料ecc配合比，制备若干高韧性ecc材料ecc试件，并将高韧性ecc材料ecc试件放置于标准养护箱内进行养护，养护时间为28天，所述标准养护箱的温度设置为20℃±2℃，湿度设置为≥95%rh。
17、进一步地，基于像素点覆盖法转化得到0-1开裂区图像的黑白二值图，包括以下步骤：
18、在高韧性ecc材料ecc试件四点弯曲试验过程中，采用工业相机对高韧性ecc材料ecc试件开裂区表面进行全程定距拍摄，采集高韧性ecc材料ecc试件开裂区图像；
19、采用matlab软件，通过增强对比度消除试件表面杂质干扰色，进行开裂区图像灰度图预处理；
20、利用直方图阈值分割，通过像素点覆盖法进行开裂区图像的二值化批量处理，转化得到0值黑色裂缝区域和1值白色背景的黑白二值图。
21、进一步地，基于盒计数法计算黑白二值图的裂缝分形维数，包括以下步骤：
22、利用边长为r的正方形网格覆盖黑白二值图的表面裂缝，统计包含裂缝的正方形网格数目（ n r）；通过不断减小正方形网格边长的尺寸，直到边长（ r）达到最小像素尺寸；在双对数坐标系中统计正方形网格数目（ n r）和网格边长（ r）的对应关系，绘制ln(1/ r)-ln( n r)关系曲线并进行线性回归分析，线性回归拟合曲线的斜率即为开裂损伤特征之一的裂缝分形维数（ d），裂缝分形维数（ d）的计算公式为：。
23、进一步地，基于算术平均法计算试件开裂区的平均裂缝宽度，包括以下步骤：
24、在高韧性ecc材料ecc试件四点弯曲试验过程中，利用裂缝观测仪对高韧性ecc材料ecc试件开裂区的裂缝宽度进行同步采集，记录高韧性ecc材料ecc试件开裂区的裂缝数量与对应裂缝宽度；基于算术平均法计算试件开裂区的平均裂缝宽度，平均裂缝宽度的计算公式为：，其中， w a为试件开裂区的平均裂缝宽度， n为开裂区表面裂缝数量， w i为采集的第 i条裂缝宽度。
25、进一步地，基于不同结构静力特性（荷载/跨中挠度）对应的若干开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度），拟合出结构静力特性（荷载/跨中挠度）-开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）关系式，包括以下步骤：
26、采用1stopt软件，基于二元二次多项式分布函数拟合建立所述获取的高韧性ecc材料ecc配合比与结构静力特性（荷载/跨中挠度）-开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）关系式之间的对应关系，拟合所用的二元二次多项式分布函数为：，其中， d为裂缝分形维数， w a为平均裂缝宽度， t0为初始开裂时刻， t100为最大裂缝宽度达到100μm时刻， t p为四点弯曲试验极限荷载时刻；通过levenberg-marquardt法（lm）与通用全局优化算法获得待定系数（ a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 h）。
27、将拟合出的获取高韧性ecc材料ecc配合比与结构静力特性（荷载/跨中挠度）-开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）关系式之间的对应关系保存在数据库中。
28、进一步地，确定所述的高韧性ecc材料ecc配合比在不同结构静力特性（荷载/跨中挠度）情况下开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度），包括以下步骤：
29、基于得到的结构静力特性（荷载/跨中挠度）-开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）关系式，将结构静力特性（荷载/跨中挠度）代入二元二次多项式分布函数，通过联立荷载与挠度二元二次多项式分布函数求解开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度），排除掉部分复数解和超过测试量程的不合理解，得到所述高韧性ecc材料ecc配合比在不同结构静力特性（荷载/跨中挠度）情况下开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）的预测结果。
30、本发明的有益效果：
31、从能量耗散原理出发，兼顾裂缝扩展路径与宽度参数，建立高韧性ecc材料ecc配合比与结构静力特性（荷载/跨中挠度）-开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）关系式之间的对应关系；基于易于获得的结构静力特性（荷载/跨中挠度）参数，即可快速准确预测高韧性ecc材料ecc服役全过程结构开裂损伤特征，可操作性强、影响因素少、结果可信度高，对于既有路桥结构的安全性与耐久性监测、全寿命周期评估以及维修加固策略制定具有重要指导意义。
1.一种高韧性ecc服役全过程结构开裂损伤特征预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高韧性ecc服役全过程结构开裂损伤特征预测方法，其特征在于：所述的获取高韧性ecc配合比的步骤之后，包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种高韧性ecc服役全过程结构开裂损伤特征预测方法，其特征在于：所述的对高韧性ecc试件进行养护，包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种高韧性ecc服役全过程结构开裂损伤特征预测方法，其特征在于：所述的基于像素点覆盖法转化得到0-1开裂区图像的黑白二值图，包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种高韧性ecc服役全过程结构开裂损伤特征预测方法，其特征在于：所述的基于盒计数法计算黑白二值图的裂缝分形维数，包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的一种高韧性ecc服役全过程结构开裂损伤特征预测方法，其特征在于：所述基于算术平均法计算试件开裂区的平均裂缝宽度，包括以下步骤：
7.根据权利要求1所述的一种高韧性ecc服役全过程结构开裂损伤特征预测方法，其特征在于：所述的基于不同结构静力特性（荷载/跨中挠度）对应的若干开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度），拟合出结构静力特性（荷载/跨中挠度）-开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）关系式，包括以下步骤：
8.根据权利要求1所述的一种高韧性ecc服役全过程结构开裂损伤特征预测方法，其特征在于：所述的确定所述高韧性ecc配合比在不同结构静力特性（荷载/跨中挠度）情况下开裂损伤特征（裂缝分形维数/平均裂缝宽度）预测结果，包括以下步骤：
