基于机器学习的混凝土徐变模型研究
发布时间：2020-08-03 10:47
【摘要】：混凝土是土木工程中应用最为广泛的一种材料。在实际工程中,混凝土徐变对于各类结构的耐久性能有着至关重要的影响。从混凝土徐变开始受到关注至今,已经有大量的试验研究被全世界各地的学者完成并将试验数据收集成库。然而目前采用的混凝土徐变模型对于大量的试验数据而言,预测结果并不理想,基于传统的拟合回归徐变模型在大数据集情况下预测效果有待改善。本文采用机器学习的方法对数据库中大量的混凝土徐变数据进行分析,主要内容有以下几个方面:(1)使用混凝土徐变数据库中大量的试验数据,对现行混凝土徐变预测模型(包括MC2010,ACI-209,GL2000,B3,B4)的预测效果进行了包括预测值域分布范围、预测精度和误差分布的对比分析。在此基础上,采用网格搜索法对上述混凝土徐变预测模型进行了参数修正,各模型修正后的拟合效果均有不同幅度的提高,修正后最高拟合决定系数为0.688。(2)将徐变数据库中的试验数据进行整理,整理后的数据集按3:1的比例分为训练集和测试集,基于训练集建立了全连接神经网络混凝土徐变预测模型和支持向量回归混凝土徐变预测模型,并在测试集上对两种机器学习的混凝土徐变预测模型进行了验证。基于机器学习的混凝土徐变预测模型的拟合决定系数能够达到0.8以上。(3)采用最大信息相关分析方法,对混凝土徐变影响参数与混凝土徐变之间的相关性进行了计算,得出基于互信息的混凝土徐变影响参数与徐变的相关性排序。然后结合以上提出的混凝土机器学习徐变模型,采用全局敏感性分析方法对混凝土徐变影响参数的敏感性进行了分析。并将混凝土徐变敏感度分为独立敏感度和相关敏感度,结合相关性分析,选出了混凝土徐变重要参数。(4)使用混凝土徐变数据库中的数据,以混凝土徐变重要参数作为输入参数,结合分数阶粘弹性流变模型,采用进化算法对混凝土徐变训练集数据进行符号回归,建立了基于大数据集的混凝土徐变模型。采用测试集数据对模型进行验证,其拟合确定系数能够达到0.75以上。区别于全连接神经网络模型和支持向量回归模型,基于进化算法的符号回归模型有明确的表达公式。为了区分,本文将全连接神经网络模型和支持向量回归模型等统称为隐式模型,将有明确公式表达的模型称为显式模型。最后,考虑输入参数之间的相关性,采用拉丁超立方抽样方法,对混凝土徐变显式模型在不同服役条件下的预测效果进行了不确定性分析,为实际情况使用给出了推荐。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU528
【图文】：
卸载之后的表现，可将徐变分为可恢复徐变和不可恢复是指在荷载卸去之后，随着时间混凝土恢复的变形。试验间的增加，可恢复徐变的恢复速率越缓慢。不可恢复徐变快速初始流变、基本流变以及干流变［８６】，初始流变主要取与混凝土配合比、加载龄期相关，干流变主要受环境湿度、论计算过程中，徐变主要采用徐变系数、徐变度以及徐变方法及物理意义如下所示：逡逑数逡逑物理意义是徐变变形与弹性变形的比值。其表达式如下：逡逑屮（ｍ0）＝￡ｃＭ２混凝土加载龄期；？为计算龄期；Ｑ（ｙ。）为岛时刻加载，到；＆为／0时刻产生的瞬时弹性应变。逡逑
Ｒｏｓｃｏｅ［９３］提出，一般粘弹性模型都可以化简为Ｍａｘｗｅｌｌ模型并联或逡逑Ｋｅｌｖｉｎ模型串联形式，即广义Ｋｅｌｖｉｎ模型和广义Ｍａｘｗｅｌｌ模型，也称为Ｋｌｅｖｉｎ链逡逑模型或Ｍａｘｗｅｌｌ链模型，如图２－２（ｅ）、（ｆ）所示。其对应的应力应变关系为：逡逑＾邋Ｏ邋Ｏ邋＼逡逑ｐ０（Ｊ－＼－邋ｐ＾＆邋＋邋ｐ２ａ－＼邋—邋＝邋ｑＱｓ－Ｖｑｘｓ－＼－ｑ２ｓ邋＋邋－－逦ｖ逡逑其中，Ａ邋（／＝0，ｌ，２，３，４．．．）和％邋Ｕ＝０，ｌ，２，３，４．…）由材料的性质决定。逡逑粘弹性模型目前己在岩石、沥青、橡胶、木材等材料的静动态行为分析中得到逡逑广泛的应用Ｍｌ。应用方面，第一本专门针对粘弹性理论在混凝土结构中应用的专逡逑著于１９８６年出版。Ｂａ２ａｎｔ［９７］采用Ｍａｘｗｅｌｌ链型模型描述混凝土微观结构中应力和逡逑应变的物理变化，并认为由其导出的混凝土应力－应变微分关系能够对不同温度和逡逑不同含水量对混凝土微观结构变化的影响作出物理解释。钱晨［８１］、苏力【８２］分别采逡逑用Ｋｅｌｖｉｎ链模型对ＣＳＨ凝胶和普通混凝土的短期徐变行为进行分析，发现２个逡逑Ｋｅｌｖｉｎ单元串联即可良好反映材料的这种粘弹性行为。８６此１１＾0等［９２］将基于Ｂａ＾ａｎｔ逡逑等人提出的Ｂ４徐变模型换算得到粘弹性模型并将其运用到有限元分析中，发现可逡逑
北京交通大学硕士学位论文年间的５１２组混凝土受压徐变以及４１２组收缩试验３组混凝土徐变数据和１８０９组收缩试验数据，其比重，形成了最新混凝土徐变数据库，后文中简称、试验条件、试件的几何尺寸均在数据库中有详细库中徐变试验时间，试验地区，相应参数范围等做间逡逑据库中所收集的混凝土徐变试验时间为１９３０年至２０之间数据量超过了邋４００组，２０００年以来，徐变试２－３所示。逡逑５００１逦逡逑
本文编号：2779524
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU528
【图文】：
卸载之后的表现，可将徐变分为可恢复徐变和不可恢复是指在荷载卸去之后，随着时间混凝土恢复的变形。试验间的增加，可恢复徐变的恢复速率越缓慢。不可恢复徐变快速初始流变、基本流变以及干流变［８６】，初始流变主要取与混凝土配合比、加载龄期相关，干流变主要受环境湿度、论计算过程中，徐变主要采用徐变系数、徐变度以及徐变方法及物理意义如下所示：逡逑数逡逑物理意义是徐变变形与弹性变形的比值。其表达式如下：逡逑屮（ｍ0）＝￡ｃＭ２混凝土加载龄期；？为计算龄期；Ｑ（ｙ。）为岛时刻加载，到；＆为／0时刻产生的瞬时弹性应变。逡逑
Ｒｏｓｃｏｅ［９３］提出，一般粘弹性模型都可以化简为Ｍａｘｗｅｌｌ模型并联或逡逑Ｋｅｌｖｉｎ模型串联形式，即广义Ｋｅｌｖｉｎ模型和广义Ｍａｘｗｅｌｌ模型，也称为Ｋｌｅｖｉｎ链逡逑模型或Ｍａｘｗｅｌｌ链模型，如图２－２（ｅ）、（ｆ）所示。其对应的应力应变关系为：逡逑＾邋Ｏ邋Ｏ邋＼逡逑ｐ０（Ｊ－＼－邋ｐ＾＆邋＋邋ｐ２ａ－＼邋—邋＝邋ｑＱｓ－Ｖｑｘｓ－＼－ｑ２ｓ邋＋邋－－逦ｖ逡逑其中，Ａ邋（／＝0，ｌ，２，３，４．．．）和％邋Ｕ＝０，ｌ，２，３，４．…）由材料的性质决定。逡逑粘弹性模型目前己在岩石、沥青、橡胶、木材等材料的静动态行为分析中得到逡逑广泛的应用Ｍｌ。应用方面，第一本专门针对粘弹性理论在混凝土结构中应用的专逡逑著于１９８６年出版。Ｂａ２ａｎｔ［９７］采用Ｍａｘｗｅｌｌ链型模型描述混凝土微观结构中应力和逡逑应变的物理变化，并认为由其导出的混凝土应力－应变微分关系能够对不同温度和逡逑不同含水量对混凝土微观结构变化的影响作出物理解释。钱晨［８１］、苏力【８２］分别采逡逑用Ｋｅｌｖｉｎ链模型对ＣＳＨ凝胶和普通混凝土的短期徐变行为进行分析，发现２个逡逑Ｋｅｌｖｉｎ单元串联即可良好反映材料的这种粘弹性行为。８６此１１＾0等［９２］将基于Ｂａ＾ａｎｔ逡逑等人提出的Ｂ４徐变模型换算得到粘弹性模型并将其运用到有限元分析中，发现可逡逑
北京交通大学硕士学位论文年间的５１２组混凝土受压徐变以及４１２组收缩试验３组混凝土徐变数据和１８０９组收缩试验数据，其比重，形成了最新混凝土徐变数据库，后文中简称、试验条件、试件的几何尺寸均在数据库中有详细库中徐变试验时间，试验地区，相应参数范围等做间逡逑据库中所收集的混凝土徐变试验时间为１９３０年至２０之间数据量超过了邋４００组，２０００年以来，徐变试２－３所示。逡逑５００１逦逡逑
【参考文献】
相关博士学位论文 前1条
1 苏力;混凝土静动态粘弹性性能的理论及试验研究[D];北京交通大学;2017年
相关硕士学位论文 前1条
1 钱晨;C-S-H凝胶及混凝土骨料粘弹性性能研究[D];宁波大学;2017年
本文编号：2779524
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