基于试验数据库和随机森林算法的外贴FRP加固梁条带抗剪贡献研究

发布时间：2020-09-26 16:42

　　纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymers,简称FRP)有许多的优点,例如耐腐蚀、质量轻、抗拉强度高、抗疲劳性能好以及施工方便。因此,FRP被越来越广泛的运用于工程当中。其中一个重要用途就是通过外贴FRP的方式用来加固混凝土构件。现今已经陆续发表了许多关于FRP抗弯加固构件性能的研究成果。但是值得注意的一点是,随着抗弯承载力的增加,构件可能存在抗剪承载力不足甚至破坏的潜在危险。因此,抗剪加固的研究也显得尤为重要。然而,FRP抗剪加固的研究与抗弯加固相比较少,主要原因是抗剪加固机理的复杂性,现有试验研究文献中试件数量有限、研究因素分散的试验结果,对于系统、深入地研究FRP抗剪加固机理及规律就显得有点捉襟见肘。因此,建立FRP抗剪加固试验数据库,通过数据统计及数值分析的方法,对FRP抗剪加固的作用机理和规律进行全面的研究就显得至关重要和尤为迫切。在众多的数值分析方法中,随机森林(Random Forest)这种机器学习的算法可以更加高效地构建力学模型及准确地预测FRP加固梁的承载力。因此,本文收集整理了大量现有文献的试验数据建立一个数据库,在数据统计分析的基础上,利用随机森林算法生成FRP抗剪加固的随机森林预测模型。本文的主要研究内容如下:1)在数据库的基础上,对FRP抗剪贡献的影响因素进行研究和分析。研究成果表明,随着剪跨比的增大,加固梁承载力提高率呈现出先增后减的规律;随着梁高增加,加固梁抗剪承载力提高率随之降低;当E_fρ_f/f_c~(2/3)(E_f为FRP的弹性模量,ρ_f为FRP的配布率,f_c为混凝土抗压强度)增加到大约0.05左右,FRP加固梁抗剪承载力提高率将不再增加;随着E_sρ_s/E_fρ_f(E_s为箍筋的弹性模量,ρ_s为配箍率)的增加,FRP加固梁抗剪承载力提高率显著下降。2)考虑混凝土、箍筋、FRP三者作用关系,推导出FRP抗剪有效应变与这三者综合作用的数值关系式。与现有的规范对比,本公式在准确度和相关度上均优于现有的规范。3)利用五个不同国家的设计规范【即:ACI 440.2R(2008)、fib-TG 9.3(2001)、JSCE(2001)、CSA S806(2012)和GB 50608(2010)】推荐的FRP抗剪贡献计算公式对试验结果进行计算并相互比较。分析各国规范分别在截面尺寸、配箍率、剪跨比三个因素变化的情况下的敏感性和安全性。4)选择两个被广泛认可的FRP抗剪贡献计算模型(Mofidi and Chaallal模型和Pellegrino and Modena模型)进行预测值和试验值的准确度比较。对于上述两个模型模型分别在截面尺寸、配箍率、剪跨比三个因素变化的情况下,探索了它们预测结果的敏感性等。5)将数据库里的数据分为三类,分别为无锚固U型包裹试验梁、有锚固U型包裹试验梁和全包裹试验梁。在分类后的数据库基础上利用随机森林算法分别建立随机森林预测模型。并将随机森林预测上述规范、模型以及人工神经网络模型进行对比,随机森林预测模型的预测结果与试验结果较为吻合。为了更好地推广随机森林预测模型,在该模型的基础上制作了外观简洁的FRP抗剪贡献预测软件。
【学位单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU37
【部分图文】：

方式,抗剪加固,条带

释度一般更高，可以自动生成特征重要性（Featureimportance）。因此据库的基础上，采用随机森林算法对 FRP 抗剪贡献值进行预测。对混凝土梁的抗剪加固梁的加固方式抗剪加固梁的加固形式有很多，对于不同的 FRP 包裹方式，可分为侧以及全包裹三种形式，如图 1.1 所示。在工程实践中，由于受到楼板全包裹。对于不同的 FRP 条带分布方式，又可分为条带连续粘贴和条固方式，如图 1.2 所示。对于不同的 FRP 粘贴角度，还可分为条带垂带倾斜粘贴加固，如图 1.3 所示。虽然从理论上看倾斜粘贴可以更好，但是由于裂缝的角度无法预知，加上考虑施工的简易性，在工程中 FRP 条带的方式。

类型,破坏模式,条带,剥离破坏

图 1.2 条带分布类型图 1.3 条带粘贴角度加固梁中 FRP 的破坏模式条带的破坏模式主要归纳起来有以下两种：FRP 条带拉断的破坏和之间的剥离破坏[8]。详见图 1.4。以下将详细阐述每种破坏模式的破。

条带,角度,拉断,破坏模式

图 1.3 条带粘贴角度固梁中 FRP 的破坏模式带的破坏模式主要归纳起来有以下两种：FRP 条带拉断的破坏间的剥离破坏[8]。详见图 1.4。以下将详细阐述每种破坏模式的破P 条带拉断的破坏：FRP 条带拉断的破坏是由于其承受的拉应力。该拉应力一般是因为梁上的剪拉斜裂缝造成的。此斜裂缝是从成，然后向支座处和加载点延伸形成。斜裂缝宽度越来越大，条大，最终条带达到极限抗拉强度，FRP 条带被拉断。随着荷载的发展方向上 FRP 条带不断发生断裂破坏，直到梁整体破坏。

【参考文献】