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混凝土配合比优化及结构早期裂缝防治研究

作　者: 陈斌
导　师: 刘国华
学　校: 浙江大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 混凝土耐久性裂缝配合比优化人工神经网络 Monte-Carlo法遗传算法
分类号: TU746
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

混凝土结构在硬化早期产生的各类缺陷,包括裂缝、裂纹、裂隙等,是导致工程耐久性破坏的主要内在诱因之一。以最低的综合施工成本,生产出符合设计要求的混凝土,并通过有效的施工、养护等控制措施,减少乃至避免结构早期裂缝的产生,从而提高工程耐久性,降低维护成本,延长使用寿命,既能提高混凝土建、构筑物的适用性,也有利于节约能源和减少污染,具有重要的理论与现实意义。本文首先从总体上对混凝土工程的耐久性评估,收缩变形导致的应力应变计算,以及施工、养护措施对早期裂缝的影响等问题进行理论探讨,从中找出影响早期裂缝产生的主要因素,作为配合比优化的限制性依据。在此基础上,再考虑混凝土不同龄期强度、和易性等其它要求,结合非线形多元回归、人工神经网络等预测技术,探讨采用不同方法,包括单纯形法、复形调优法、Monte-Carlo法和遗传算法等,进行配合比优化的可行性,最终建立混凝土配合比的多目标优化模型,并通过工程实例进行验证。以上述配合比优化模型为基础,采用面向对象的程序设计语言Visual C++6.0,开发出配合比优化设计专家系统。作为防止混凝土早期裂缝产生的特殊措施,本文对采用掺MgO补偿收缩混凝土、后张预应力法防裂技术也作了一定的研究,得出一些有用的结论。

全文目录

第一章绪论  8-22
  1．1 研究背景  8-14
    1．1．1 混凝土与混凝土结构的产生与发展  8-10
    1．1．2 混凝土结构耐久性问题的提出  10-11
    1．1．3 混凝土工程早期裂缝的防治及其对提高结构耐久性的重要意义  11-13
    1．1．4 混凝土配合比及施工过程优化的作用  13-14
  1．2 研究现状及存在的问题  14-18
    1．2．1 混凝土变形裂缝的种类与成因  15
    1．2．2 混凝土力学、热学等性能变化规律研究  15-16
    1．2．3 混凝土结构温度场、应力场的分析计算  16
    1．2．4 防止混凝土结构(早期)裂缝的方法  16-17
    1．2．5 混凝土配合比设计与优化方法研究现状  17-18
    1．2．6 混凝土工程质量管理与配合比设计专家系统  18
  1．3 本论文的研究思路、研究内容与技术路线  18-21
  1．4 本章小结  21-22
第二章混凝土结构早期裂缝的产生与防治  22-51
  2．1 混凝土结构温度场分析  22-25
    2．1．1 混凝土的热学性能  22-23
    2．1．2 混凝土结构热传导原理  23
    2．1．3 混凝土温度场的数值解法  23-24
    2．1．4 混凝土干缩当量温差计算  24-25
  2．2 由于混凝土早期变形的应力场分析  25-29
    2．2．1 混凝土的力学、变形性能  25
    2．2．2 混凝土结构温度应力计算原理  25-29
  2．3 防止混凝土早期变形裂缝的措施与方法  29-31
    2．3．1 设计措施  29
    2．3．2 施工措施  29-30
    2．3．3 养护措施  30-31
  2．4 《规范》对混凝土温度控制的要求  31-32
  2．5 几个不同类型混凝土工程的温控设计分析  32-41
    2．5．1 某高层建筑地下室(墙板结构)温度裂缝  32-35
    2．5．2 设备基础混凝土的温度裂缝分析  35-38
    2．5．3 混凝土拱坝温控设计分析  38-41
  2．6 温控设计的总结与讨论  41-42
  2．7 混凝土的自生体积变形及微膨胀混凝土  42-44
    2．7．1 钙矾石型膨胀剂，包括UEA、HEA等  43
    2．7．2 掺MgO补偿收缩混凝土  43-44
    2．7．3 高掺粉煤灰对MgO混凝土膨胀量的影响与不同膨胀剂的综合使用  44
  2．8 MGO混凝土的自生体积变形量影响因素及其计算  44-48
    2．8．1 李承木等人提出的MgO混凝土膨胀量预测公式  45
    2．8．2 考虑粉煤灰掺量的MgO混凝土膨胀量预测公式  45-47
    2．8．3 基于成熟度的混凝土膨胀量增量法计算  47
    2．8．4 MgO自生体积变形过程线的优化  47-48
  2．9 后张法施加预应力以防止混凝土裂缝  48-49
  2．10 本章小结  49-51
第三章混凝土性能统计分析法及单纯形法混凝土配合比优化设计  51-81
  3．1 混凝土原材料的质量特性概述  51-65
    3．1．1 水泥及其性能分析  51-52
    3．1．2 细骨料及其性能分析  52
    3．1．3 粗骨料及其性能分析  52-57
    3．1．4 掺合料及其性能分析  57-59
    3．1．5 外加剂及其性能分析  59
    3．1．6 砂含水率的测定和配合比调整  59-65
  3．2 混凝土配合比与其性能的相关性分析及其对混凝土抗裂性能的影响  65-75
    3．2．1 采用多元线性回归建立混凝土性能预测模型  65-69
    3．2．2 逐步回归分析  69-70
    3．2．3 主成分回归分析  70-71
    3．2．4 多元非线性回归分析  71-73
    3．2．5 自组织法(Group Metad of Data Handling，GMDH)  73-75
  3．3 数据量较少情况下混凝土力学、热学性能的粗略计算方法与发展规律  75-76
    3．3．1 混凝土强度与极限拉伸变形  75
    3．3．2 混凝土的比热、导温系数、密度的试验确定  75
    3．3．3 水泥水化热随时间的变化采用指数式  75-76
    3．3．4 混凝土干缩  76
    3．3．5 混凝土的弹性模量、徐变度  76
  3．4 采用线性规划的单纯形法优化混凝土配合比  76-80
    3．4．1 线性规划的单纯形法简介  76-78
    3．4．2 单纯形法在混凝土配合比优化设计中的应用  78-80
    3．4．3 单纯形法优化配合比的优点和缺陷  80
  3．5 本章小结  80-81
第四章基于人工神经网络的混凝土性能预测模型  81-95
  4．1 BP人工神经网络简介  81-82
    4．1．1 人工神经网络技术的发展及其分类  81-82
  4．2 SIGMOD激发函数下的BP算法及其实现过程  82-84
  4．3 采用BP神经网络的混凝土性能预测模型  84-86
    4．3．1 输入单元的选择  84-85
    4．3．2 输出单元的选择  85
    4．3．3 输入输出单元的取舍原则  85
    4．3．4 网络结构(隐含层数、隐含层单元)的确定  85-86
    4．3．5 网络训练样本的取舍  86
  4．4 BP网络的测试、敏感性分析与改进措施  86-88
    4．4．1 误差曲线及学习效率的改善  87
    4．4．2 网络泛化性能测试  87-88
  4．5 采用BP模型对某抽水蓄能电站工程混凝士性能的预测实践  88-93
    4．5．1 选择输出层单元数，确定网络结构  88-89
    4．5．2 最佳网络训练次数  89-90
    4．5．3 最佳训练步长  90
    4．5．4 根据建立的模型，应用所得结果  90-92
    4．5．5 网络灵敏度测试  92-93
  4．6 本章小结  93-95
第五章基于人工神经网络的混凝土配合比直接优化算法  95-109
  5．1 采用MONTE-CARLO法的混凝土配合比优化算法  95-97
  5．2 遗传算法的工作原理  97-100
  5．3 遗传算法的实现步骤  100-101
  5．4 采用遗传算法的混凝土配合比优化  101-104
  5．5 结合ANNS和GA，建立混凝土配合比优化设计模型  104-106
  5．6 考虑混凝土浇筑初温和分层分块的施工优化设计方法  106-108
    5．6．1 混凝士原材料种类数及制作工艺对单位成本的影响  106-107
    5．6．2 混凝土初温的作用  107
    5．6．3 混凝土分层浇筑厚度  107
    5．6．4 分层浇筑层间间隔时间  107-108
  5．7 本章小结  108-109
第六章考虑温控防裂的混凝土工程多目标优化研究  109-121
  6．1 考虑温控防裂后，混凝土工程优化设计的主要相关条件  109-111
  6．2 多目标优化的分层序列法  111-113
    6．2．1 多目标优化算法简介  111-112
    6．2．2 采用分层序列法优化混凝土配合比  112-113
  6．3 多目标优化的柔性建模技术  113-116
    6．3．1 柔性建模技术简介  113-115
    6．3．2 混凝土工程设计中的多目标柔性建模  115-116
  6．4 混凝土配合比多目标优化举例  116-117
  6．5 混凝土配合比优化系统(CCOS)简介  117-120
    6．5．1 配合比试验资料数据库系统  118
    6．5．2 按《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)的配合比设计  118-119
    6．5．3 HPC配合比的多目标优化设计  119
    6．5．4 混凝土配合比智能化设计  119-120
  6．6 本章小结  120-121
第七章结论与展望  121-124
  7．1 全文总结  121-122
  7．2 有待进一步开展的研究  122-124
参考文献  124-131
致谢  131-132

混凝土配合比优化及结构早期裂缝防治研究

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