基于MATLAB语言的多目标优化抗裂混凝土配合比设计研究

ｃａｌｌ
ｉｍＰｍｖｅ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｒｅｓｉ毗ａｎｃｅ ｏｆ
ｃｏｎｃｒｅｔｅ
ｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｅｘｔｅｎｄ ｔ１１ｅ吼ｒｕｃｍｒａｌｌｉｆｅ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｉｇｎｉ６ｃａｎｃｅ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｃｒａｃｋ
ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
ｇｅｎｅｒａ【｜ｙ
３ｌ徐变效应 ２流变模型 ３徐变预测
２３ ２３ ２
４混凝土收缩…
２
４１收缩预测模型的比较分析……
…
…
１５ １６ ７
２ ４ ２收缩预测
２ ２
５混凝土弹性模量 ６混凝土抗拉强度
第三章多目标优化方法与ＭＡＴＬ蛆实现
３
…
１多目标问题解的特点
硕士学位论文
３
目录
１９ １９ ２０ ２１ ２２ ２２
２多目标优化方法
ｔｅｓｔ
ｍｏｄｅｌ
ｖｅ＾矗ｅｄ
ｍｅｔｈｏｄ ｂｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｐｌ ａｔｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ
ＫＥＹ
ｗＯＲＤｓ：
Ａｎｔｉ—ｃｒａｃｋ
ｃｏｎｃｒｅｔｅ，
ｍｉｘ ｐｒｏｐｏ ｎｉｏｎ，
ｍｕ】ｔｊ—ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ
ｏｐｔｌｍｉｚａｔｉｏｎ，
ＭＡＴＬＡＢ，
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｖｅ＾ｎｃａｔｉｏｎ
２９％以上的桥梁老化，大约需要ｌ ３万亿美元维持及改善其安全状态Ⅲ。加拿大
为修复其劣化损坏的基础设施工程需耗费５０００亿美元。日本每年需投入４００亿 日元用于房屋结构维修州。虽然我国对于混凝土结构耐久性降低所造成的损失没 有进行详细的统计．但是，耐久性问题仍十分严峻。我国当前所面临的耐久性 问题是发达国家早在二、三十年以前就曾遇到过的。相比于安全性不足的问题，
参考 附录 致ｉ９｛
莒譬揽
论望
；｜
攻读学位期间主要的研究成果
５８
硕士学位论文
第一章绪论
第一章绪论
１
１研究的目的和意义
ｌ耐久性问题的提出 混凝土应用于土木工程中已有大约１６０年历史，由于其在性能、施工、经
１ ｌ
济等方面的显著优点，至今仍是应用最广泛的人工材料，混凝土结构亦由此成
为最主要的建筑结构形式。
作者签名
涨士刘
日期：！！ｌ兰年—旦月兰￡日
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ｐｒｅｄｊｓｐｏｓｉｎｇ
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ｓｔ兀Ｊｃｔｕ陀ｓ
ｆａｉｌｕｒｅ
ｐｒｅｍａｔｕｒｅｌｙ
Ｔｈｅ ｃｒａｃｋｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔＩｕｃｎ】ｆｅｓ ｉｓ【ｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅ来自百度文库 ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ
ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ａｓＤｅｃｔｓ ｏｆｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ．ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｂｕｔ ｔｈｅ
３本章小结
３５ ３６ ３６
第五章试验验证及分析
５１原材料……
５
２试验方案
５
…
…
３７
２１试验装覆 ２试验方法 ３配合比设计
… …… … … …
５ ２ ５ ２ ５
…
…
３８
３９ ３９ ３９
３试验结果及分析
５
３ｌ工作性能及强度 ２裂缝部位、长度、宽度 ３忙总分析
５ ３ ５ ３ ５
４４ ４５
４本章小结
第六章结论与展望
作者签名：多坠ｔ型
导师签牢｝杰舀垂１２』±ｔ骨期：星！！：Ｌ年』月！生日
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硕士学位论文
摘要
混凝土结构裂缝会降低混凝土耐久性，是加速混凝土劣化使结构 提前失效的主要诱因之一。混凝土结构裂缝的产生是材料、结构、环 境三个方面综合作用的结果，而混凝土的抗裂能力是其自身属性，是 由混凝土原材料组成和配比所决定的，通过优化混凝土配合比可以提 高混凝士抗裂能力，从而提高混凝土耐久性，延长结构使用寿命，具 有重要的现实意义。 抗裂性能高的混凝土一般具有较低的线膨胀系数、收缩值、弹性 模量，较高的徐变值、抗拉强度。本文根据Ａｃｌ２０９（９２）收缩徐变 预测公式和ｃＥＢ—ＦＩＰ（１９９０）中的弹性模量、抗拉强度的估算公式等。 选取水泥用量、ＧＧＢｓ掺量、ＦＡ掺量、水胶比、砂率、骨料母岩类型 和骨料最大粒径七个参数作为自变量，选取强度等级与工作性能作为 约束条件，选取线膨胀系数、徐变系数、收缩系数、弹性模量和抗拉 强度为目标函数，建立抗裂混凝土配合比多目标优化模型。以期得到 线膨胀系数、收缩值、弹性模量尽量低，徐变值、抗拉强度尽量高的
混凝土结构耐久性不足更加迫切需要解决。
】ｌ
２混凝土开裂对耐久性的影响 混凝土耐久性的主要衡量指标有抗渗性、抗碳化、抗冻性、抗化学侵蚀等。
由于大多数混凝土结构耐久性破坏与其孔结构和有害物质的渗透有关。所以， 混凝土的抗渗性，尤其是抗氧离子的渗透性能比较综合地反映混凝±其它各种
耐久性能，故该僮的提高对改善混凝土的耐久性具有极其重要的意义口‘８ｉ。 由混凝土水化温升、自收缩及干缩变形等原因所导致的各种初始缺陷（包 括裂缝、裂纹、裂隙等），会对结构的使用性能产生不利影响Ｈ”Ｊ。主要表现在 以下两个方面：第一．裂缝周围产生的应力集中．易导致混凝土结构失效和耐 久性破坏：第二，水及其他有害物质等沿裂缝渗透、扩散、侵蚀，使混凝土的
ｍｏｒｅ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｗａｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ
ａｐｐＩｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔＩｌｏｄｓ ｉｎ ｅ“ｇｉｎｅｅ一“ｇ．Ｔｈｅ ｋ。ｙ ｃｏｎｔｒ０１
ｐａｒａｍｅｔｅｆｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｉｎｔｅｒｖａｌ ｏｆ ａｎｔｉ—ｃｒａｃｋ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｉｘ ｐｒｏｐｏｎｉｏｎ
实际工程应用中，由于各种各样的原因大量的混凝土结构提前失效，达不 到预定服役年限，这其中有些是由于使用荷载的不利变化造成的，有些是由于
结构抗力设计的不足引起的，但更多的是由于混凝土结构耐久性不足所导致的… 混凝土结构耐久性即是指在设计确定的环境作用和维修、使用条件下，结构构
件在设计的使用年限内保持其适用性和安全性的能力ｐ】。 过去，由于受到生产条件和认识水平的制约，人们对混凝土结构耐久性问 题未给予足够重视，使工程事故率和在役建筑的维修费用不断增加。１９９８年美 国土木工程学会报告显示：美国现有２１００个水坝不安全，有１／３以上的道路及
ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｒａｃｋＩ“ｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
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ｐｒ叩ｅｎｉｅｓ ｏｆ廿１ｅ ｍａｔｅｒｉａ】ｉｓ
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原创性声明
本人声明，所呈交的学位论文足本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓⅡⅥｃｍｒｅ ｃｒａｃｋ ｗｈｉｃｈ ａｎｄ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ
ｃｏｎｃｒｅｔｅ
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ｒｅｄｕｃｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｄｕｒａｂｌｌｊｔｙ
Ｏｎｅ
ｄｅｔｅ—ｏｒａｔｉｎｇ ｒａｐｉｄｌ ｙ＇ｈａｓ ｂｅｅｎ ｔｈＯ“ｇｈｔ
ｃａｕｓｅｓ
Ｏｆ
ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ
硕士学位论文
第一章绪论
劣化进程加速。
有研究㈣显示，混凝土丌裂后，渗透系数会提高几个等级。Ｇｅｒａｒｄ㈣等认 为．在自然暴露条件下，开裂会使混凝土抵抗离子侵入的能力降低，是降低混 凝土耐久性的主要因素。大量工程的调查报告表明，混凝土结构在各种条件下 的开裂和辙裂缝的扩展所造成的有害介质侵入是导致混凝土劣化及其耐久性降
ａｒｅ
ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｌ血ｔｈｅ ８ｐＰｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＭＡＴＬＡＢ ｌａｎｇｕ８９ｅ
Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ
ａｒｅ
ｏｐｔｌｍｌｚａｔｊｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ｏｆ ａｘｉａｌ ｒｅｓｔｒａｉｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ
ｍｕＩｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
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ｃｏｅ衢ｃｉｅｎｔ
ｏｆ １ｉｎｅａｒ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ，
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ＭＡＴＬＡＢ
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ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ
ｄｉｒｅｃｔ ｃａｌｌ ｆＬｌｎｃｔｉｏｎｓ，ｐｒｏｖｉｄｅｓ
目录
目录
摘要
ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＩＩ
… … …
第一章绪论
１１研究的目的和意义
耐久性问题的提出 ２混凝土丌裂对耐久性的影响 ３抗裂混凝土研究及配合比优化设汁 ２国内外研究现状
２
２１混凝土结构裂缝种类及成因
２ ２ ２
…
…
…
２ ３
２混凝土的抗裂性
３混凝土配合比优化方法 ４计算机技术在混凝土配合比中的应用
ａｓ
ｔｈｅ
ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ如ｎｃｔｉｏｎ，ｂａｓｅ
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ＡＣｌ２０９（９２）
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ＣＥＢ—ＦＩＰ（１９９０）
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ｏｎ
ＭＡＴＬＡＢ
作者姓名： 学科专业：
学院（系、所）
张士刚 土木工程
土木工程学院
指导教师：
胡晓波教授
论文答辩日期！！！！：生！旦！！目
答辩委员会主席肖壁煎握
中南大学 ２０１２年５月
分类号
ＵＤＣ
密级 编号
幸・轫大学
ＣＥＮＴＲＡＬ Ｓ（Ｊ【九’Ｈ ＵＮＩＶＥＲＳ¨’Ｙ
硕士学位论文
论文题目叁士塑垒！坠坠鲎室煎墨！叠堡垡
抗裂混凝土配合比设计研究 学科、专业 研究生姓名 导师姓名及 专业技术职务 土木工程
张士刚
胡晓波教授
０一二年
分类号ｕＤｃ——
密级
硕士学位论文
基于卧ＴＬＡＢ语言的多目标优化抗裂混凝土 配合比设计研究
３
２１评价函数法 ２分层序列法 ３目的规划法
３ ２ ３ ２ ３
３ＭＡＴＬＡＢ求解多目标问题
３３ ３３
ｌＭＡＴＬＡＢ优化工具箱
２龟。胡ａｎ出ｎ一般用法 …
２２
第四章ＭＡＴＬＡＢ建模及分析 ４ｌ建立数学模型
４
２ＭＡＴＬＡＢ优化分析
４
２１优化步骤 ２参数分析
…… … … … …… … …………
２７
４２ ４
混凝土。
ＭＡＴＬＡＢ优化工具箱内集成了众多可直接调用的函数，为优化方 法在工程中的实际应用提供了更方便快捷的途径。运用ＭＡＴＬＡＢ语言 编程并借助优化工具箱功能求解，得到了抗裂混凝土配台比参数取值 的优化区间，分析得出提高混凝土抗裂性的四个关键参数。另外，运 用轴向约束试验方法并借鉴平板法的分析方法，对优化模型进行验证 结果显示试验结论与优化结果相符。 关键词：抗裂混凝土，配合比，多目标优化，ｍＴＬＡＢ，试验验证
…
…
７ ８
３存在的问题及解决办法
３ ３ ３ ｌ
ｌ抗裂混凝±配台比优化模型的建立
８ ９
２混凝土性能指标预测模型的优选 ３验证试验方法的选择
… … …
４本文研究的主要内容
９ １１ １１ １２ ３ ４ ４
第二章与混凝土抗裂性有关的性能指标分析
２ ２ ２
Ｉ混凝土抗裂评价指标 ２混凝土线膨胀系数
３混凝土徐变
２
ｈａｓ
ｌｏｗｅｒ
ｃｏｅｍｃｉｅｎｔ
ｃｒｅｅ
ｏｆ １ｉｎｅａｒ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ，ｓｈｒｉｎｋａｇｅ，ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ ａｎｄ
ｈｉ曲ｅｒ
Ｐ’ｔｅｎｓｉｌｅ叶ｒｅｎｇｔｈ
Ｔｈ。ｐ印ｅｒ
ｓｅｌｅｃｔｓ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ，ＧＧＢＳ
ｃｏｎｔｅｎｔ，ＦＡ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｗａｔｅ卜ｂｉｎｄｅｒ ｒａｔｉｏ，ｓａｎｄ ｒａｔｉｏ，ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｐａｒｅｎｔ ｒｏｃｋ ｔｙｐｅ ａｎｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｖａ＾ａｂｌｅｓ， ｓｔｒｅｎｇｔ｜１ ｇｒａｄｅ ａｎｄ ｗｏｒｋ
ｓｅｖｅｎ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ａｓ
ａｓ
ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｃＯｎｓｔｒａｉｎｔ， ｃｏｅｆｈｃｉｅｎｔ，
ｏｎ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｔｈｅ
ｃｏｅｔ‘右ｃｊｅｎｔ ｏｆ ｌｉｎｅａｒ ｅ。ｐａｎｓｉｏｎ，ｃｒｅ。ｐ
ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕ】ｕｓ ａｎｄ ｔｅｎｓｉ｜ｅ ｓｔｒｅｎ昏ｈ
ｃｏｅｍｃｉｅｎｔ，ｓⅢｎｋ８９ｅ