基础工程施工的智能化控制研究

发表于2006-11-05     1005人浏览     2人跟帖     总热度:10  

标签: 基础工程
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摘 要
随着我国城市建设的快速发展,出现了大量高层和超高层建筑、大型桥梁以及地铁工程。而基础工程已成为这些工程建设成败的关键之一。基础工程的施工难点主要集中在大体积混凝土施工和深基坑施工方面。而目前这两方面的施工控制大多数都基于传统的经验方法。因此本文主要的研究方向就是基础工程中的大体积混凝土施工和深基坑施工的智能控制。
本文根据实际工程中对混凝土的技术要求,分析了混凝土的宏观力学、热学性能等;选用不同的材料和用量进行混凝土配合比的设计,并设计进行了一系列试验;对所得试验数据进行了定量分析和研究。并根据多因素模糊综合评判方法就不同配比的混凝土的主要性能进行综合评价,得出最优的混凝土配合比。
本文通过浦东香格里拉酒店工程的大体积混凝土的监测资料,应用模糊控制理论以相应指标作为输入向量对大体积混凝土循环冷却水降温过程进行模拟智能控制。并进一步采用有限元法对大体积混凝土冷却水降温过程进行模拟,得出了大体积混凝土冷却水管沿管长方向各点的温度值,使得模糊控制器可以更加精确地对大体积混凝土循环冷却水降温过程进行智能控制。
本文利用光华楼工程的大体积混凝土的监测资料,采用人工神经网络方法,建立了非线性人工神经网络模型,对大体积混凝土温升进行了预测;根据预测数据,建立模糊控制器对大体积混凝土保温养护施工进行智能控制。
本文通过实际的基坑工程资料,利用ANSYS对深基坑开挖过程进行模拟,得出影响基坑开挖变形的主要因素,分析了各影响因素对基坑变形的影响。
同时,本文利用实际工程深基坑开挖过程中坑壁侧向位移的实测资料和有限元模拟计算基坑变形值,建立了非线性人工神经网络模型,对深基坑开挖过程中坑壁侧向变形进行了预测,再通过模糊控制器对复杂基坑开挖施工进行控制。
本文的研究成果将为基础工程施工过程中的施工预报和施工控制提供了新的解题思路。
关键词:大体积混凝土,混凝土配合比,温度预测,深基坑,变形预测,有限元,BP神经网络,模糊控制

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目 录
摘 要 V
ABSTRACT VI
目 录 VIII
第一章 绪论 1
1.1引 言 1
1.2国内外研究现状与进展 2
1.2.1大体积混凝土的研究现状和进展 2
1.2.2有限元方法在深基坑工程中的应用与进展 4
1.2.3 人工智能在基础工程中的应用与进展 7
1.3.3 模糊控制在基础工程中的应用与进展 9
1.3本文所做的主要研究方法和工作内容 10
第二章 智能控制技术和有限元方法的基本理论 12
2.1模糊数学及模糊综合评价 12
2.1.1隶属度与模糊集合 12
2.1.2模糊综合评价 12
2.2模糊控制设计原理 13
2.2.1模糊控制概述 13
2.2.2模糊控制系统的组成 14
2.2.3模糊控制器的基本结构与组成 15
2.2.4模糊控制器的设计 16
2.3人工神经网络计算原理 16
2.4 有限单元法 18
第三章 大体积混凝土配合比的试验研究及模糊评判 20
3.1 工程概况 20
3.1.1上海越洋国际广场工程概况 20
3.1.2设计单位的技术要求 20
3.2.试验的内容与目的 20
3.3混凝土的试配和试验 21
3.2.1混凝土原材料的选用 22
3.2.2混凝土配合比的设计 24
3.2.3混凝土性能试验 26
3.4试验结果 27
3.4.1塌落度 27
3.4.2粘聚性和保水性 27
3.4.3塌落度损失 27
3.4.4混凝土强度 28
3.4.5混凝土水化热 28
3.4.6混凝土初终凝时间 28
3.5大体积混凝土配合比的模糊综合评价 29
3.5.1大体积混凝土模糊综合评价因素的确定 29
3.5.2大体积混凝土模糊综合评价 31
3.5.3 混凝土配合比综合评价结果 35
3.6本章小结 36
第四章 大体积混凝土冷却水降温施工的智能控制 37
4.1工程概况 37
4.2大体积混凝土温度控制因素 38
4.3模糊控制器的建立 39
4.3.1大体积混凝土降温的模糊控制原理 39
4.3.2输入、输出向量的确定及模糊化 39
4.3.3模糊控制器的生成 40
4.4采用模糊控制器对该工程进行模拟温控 41
4.4.1浦东香格里拉扩建工程转换层温控实测数据 41
4.4.2采用模糊控制器对该工程进行模拟温控 43
4.5本章小结 43
第五章 基于有限元计算的大体积混凝土冷却水降温施工的智能控制 45
5.1温度场分析的基本方程和边界条件[22] 45
5.1.1热传导微分方程 45
5.1.2温度场的边界条件 47
5.2关于大体积混凝土冷却水管降温温度场计算的相关研究 49
5.2.1作为平面问题分析 49
5.2.2作为空间问题分析 49
5.2.3用有限单元法计算冷却水管的空间问题 49
5.2.4将冷却水管作为负热源处理的计算方法 49
5.3算例分析 50
5.3.1工程背景 50
5.3.2计算参数 50
5.3.3建模 50
5.3.4计算结果及其分析 51
5.4基于有限元计算的智能模糊控制 53
5.4.1转换层混凝土温控实测数据和有限元模拟水温 53
5.4.2基于有限元计算的模糊控制器对该工程进行模拟温控 54
5.5本章小结 55
第六章 大体积混凝土养护施工智能控制法 56
6.1复旦大学光华楼工程概况 56
6.2大体积混凝土温度监测 57
6.3大体积混凝土温升神经网络预测 58
6.4 基于大体积混凝土温升神经网络预测的模糊控制 62
6.4.1模糊控制器控制大体积混凝土养护施工问题基本思路 62
6.4.2模糊控制器的建立 62
6.4.3采用模糊控制器对该工程进行模拟温控 63
6.5 本章小结 64
第七章 基坑开挖施工的智能控制 66
7.1工程概况 66
7.2基坑的沉降监测 67
7.3基坑坑壁侧移神经网络预测 68
7.4基于基坑位移神经网络预测的模糊控制 70
7.4.1模糊控制器控制基坑施工问题基本思路 70
7.4.2模糊控制器的建立 71
7.4.3采用模糊控制器对该工程进行模拟控制 72
7.5本章小结 73
第八章 基于深基坑开挖分析的有限单元法计算结果下基坑施工的智能控制 75
8.1深基坑开挖有限元模拟及影响因素分析 75
8.1.1工程概况 75
8.1.2模型中土体的本构关系 75
8.1.3建模 76
8.1.4开挖工况及边界条件 78
8.1.5各层土体的物理参数 79
8.1.6 ANSYS模拟开挖计算结果 79
8.2 基于ANSYS计算下的神经网络预测实例 82
8.3基于神经网络预测的施工过程模糊控制 87
8.4本章小结 90
第九章 结论与展望 92
9.1结论 92
9.2展望 93
参考文献 95
作者在攻读学位期间公开发表的论文 103
作者在攻读学位期间所作的项目 104
致 谢 105

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