Упрощенный дизайн Штамповка Shear Метод Слэб-Column соединения Применение нечетких обучения
Альтернативный подход к прогнозированию силы сдвига штамповки из концентрически загружен интерьера плиты столбцов соединения с использованием нечеткого обучения на примерах представлен. В общей сложности 178 экспериментальных наборов данных получены из концентрических пробивая сдвига испытания железобетонная плита колонки соединений в литературе используются обучения и тестирования нечеткой системы. Нечеткой модели на основе разработан для обеспечения взаимодействия между различными пробивая сдвига моделирования параметров и факторов неопределенности между ними, которые не могут быть надлежащим образом отражены в классических подходов к моделированию. Модель подготовку использованием 82 наборов и проверить с использованием 96 наборов данных, которые не используются в учебном процессе. Сила штамповки сдвига предсказывали основе нечеткой модели по сравнению с действующим предсказал пробивая сдвигу модели широко используются в практике проектирования, например, ACI 318-05, Еврокод 2, КСР-МФП MC 90 и CSA A23.3 -04 кодов. Следует отметить, что нечеткая модель, основанная дает значительное улучшение в прогнозировании прочности на сдвиг перфорации концентрически загружен интерьера плиты столбца соединения в то же время уважение основных механизмов отказа в пробивая сдвига конкретных ..
Ключевые слова: нечеткие системы, удары сдвига; плиты столбцов соединения.
(ProQuest-CSA LLC: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
Квартира пластинки состоят из плит непосредственно поддерживаются колоннами без лучей. По этой простой внешний вид, плоские пластины системы имеют различные экономические и функциональные преимущества над другими системами, такие как пол быстрого строительства, низкая высота историю, и нерегулярных колонок. С точки зрения строительной механики, однако, плоские пластины структуры сложного поведения. Кроме того, плоских пластин как правило, не в хрупких образом путем штамповки на плите столбца соединения в пределах области разрыва известен как D-region.1, 2 На этих соединений, трехмерные напряжения разработан в связи с комбинированной высокой касательных и нормальных подчеркивает создания напряженного состояния, которые сложно анализировать accurately.3
За последние три десятилетия, значительное количество исследований было проведено расследование этой сложной проблемы концентрических сдвига пробивая железобетонные плоские пластины, используя различные методы, начиная от механических моделей до чисто эмпирических моделях. В ранних моделей, включая Yitzhaki4 и Лонг и Ранкина, 5 пробивая прочность на сдвиг был определяться с учетом изгиба потенциала из железобетонных плит. Это было основано на экспериментальных наблюдений, что сила штамповки сдвига был близок к изгиб потенциала бетонных плит. Pralong6 и Nielsen7 получены нижняя граница и верхняя граница значений для штамповки прочность на сдвиг на основе теории пластичности. Эти формулировки не учитывается влияние изгиба на усиление прочности на сдвиг перфорации. Киннунен и Nylander8 разработал первую механическую модель для штамповки сдвигу использованием провал критериев, основанных на наблюдении сдвиговых трещин в экспериментах. В этой модели, отсутствие критериев были определены наклонной радиальных сжимающих напряжений и тангенциальные деформации сжатия при сдвиговых трещин.
Хотя Киннунен и Nylander в model8 не обеспечивают высокую точность штамповки сдвига предсказания силы, она в значительной мере способствовало более глубокому пониманию механизма разрушения пластинки столбца соединения и позволило визуализировать поток рациональных сил в таких связей. Александр и Simmonds2 предложил стойки и галстук модели с железобетонных шпал для описания передачи нагрузки в плите столбцов соединения. Бажант и Cao9 разработала прочность штамповки сдвига модели, учитывающей размер влияние конкретные основанные на принципах механики разрушения. Размерного эффекта модель позволяет объяснить экспериментальные наблюдения уменьшения сдвига пробивая провал напряжения плиты столбцов соединения без подкрепления с увеличением толщины плиты ..
Многочисленные модели предлагаемые изменения к этим общим направлениям, изложенных ранее (прогиб, комбинированной стресс-критерии прочности, пластичности, стойки и галстук, и размер эффекта). Недавний обзор таких моделей можно найти elsewhere.10 Несмотря на важность этих моделей в понимании механизма разрушения плит столбцов соединения, существуют значительные трудности с использованием этих моделей в повседневной практике дизайна. Более того, уровень сложности, возникающих при использовании этих моделей для дизайна возможно, будет трудно оправдать, учитывая тот факт, что большинство из этих моделей, обычно не показывают высокую точность прогнозирования штамповки сдвига strength.11
Для разработки простых уравнений силы кодексы большинства дизайна использовать так называемый контроль периметра approach12-15 изображен на рис. 1. Приложенного напряжения сдвига пробивая рассчитывается по определенной критической периметру и по сравнению с допустимое значение на основе калибровки существующих результатов испытаний. Различные правила проектирования показывают существенные различия в определении места критического сечения, а также позволило напряжений сдвига штамповки. Становится очевидным, что сложность проблемы и штамповки зависимость прочности пробивая сдвига на числа взаимодействующих переменных необходимость использования эмпирический подход моделирования для оценки силы штамповки сдвига. Хотя классических эмпирических методов, используемых многими правила проектирования показать ограниченную точность, более надежные эмпирические техника моделирования, которая уважает основные механизмы провал пробивая сдвига не требуется.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
В настоящей работе предлагается новый подход к прогнозированию силы сдвига штамповки из концентрически загружен интерьера плиты столбцов соединения с использованием нечеткого обучения на примерах. Предлагаемый подход включает в себя подход, контроль периметра и задач прогнозирования прочность на сдвиг перфорации плиты колонки соединений на основе различных геометрических и материальных параметров. Предлагается нечеткая модель, основанная на представленных в простой форме отношениях отказа механики штамповки сдвига, изучая свои правила с экспериментальной базы данных с возможностью обеспечения взаимодействия между моделирования переменных и неопределенность в этих переменных. Нечеткой модели на основе свидетельствует о высокой точности в прогнозировании прочность штамповки сдвига.
FUZZY ОБУЧЕНИЕ штамповки НОЖНИЦЫ ДАННЫХ
Нечеткие системы стали широко применяться в последнее десятилетие для моделирования сложных технических систем (например, моделирование robots16 и в оценке конкретных durability17) и их возможности в качестве универсальных аппроксиматоров был proven.18 возможность нечетких систем для моделирования сложных систем объяснить характерных для них возможность для размещения терпимость к неопределенности в моделировании parameters.19, 20 Хотя вероятностные эмпирических моделей ограничено случайных факторов неопределенности, нечетких систем имеют возможность рассмотреть вопрос о случайных и неслучайных типов неопределенности, которые возникают из-за неопределенности и / или двусмысленности в моделировании parameters/process.18-20
Основные концепции в области моделирования сложных явлений, с применением нечеткой системы заключается в создании нечетких правил базы, которая в состоянии описать связь между входными параметрами и выходными параметрами при рассмотрении этой неопределенности bounds.19 нечетких правил захватывает базу индивидуальных и групповых отношений, которые различать внутренние сложные отношения между системой parameters.20 Таким образом, система нелинейности не признается использованием нелинейных уравнений, но путем создания ряда нечетких правил (которые могут использовать линейных отношений), что нечеткая система становится способной описания явлений заранее оговоренного уровня accuracy.20 группы успешных методов создания нечетких правил базы с образцом замечания недавно developed.20, 21
Здесь, использование теории нечетких множеств для моделирования штамповки прочность на сдвиг плит столбцов соединения показали. Предварительные исследования, используя байесовский анализ significance22 были проведены с целью выявления наиболее первичных входных параметров, которые оказывают существенное влияние на прочность на сдвиг перфорации. Возможные параметры включены конкретные прочность на сжатие, толщина плиты и эффективной глубины, длины пролета, столбец геометрии, пробивая сдвига по периметру, а также сжатие и растяжение отношения подкрепления. Предполагая, что геометрия штамповки сдвига по периметру быть априори известно, байесовский анализ показал, что для круглых и квадратных колонн (с ^ ^ 1 к югу / C ^ 2 ^ к югу соотношение равно 1,0), наиболее важные параметры, которые влияют на пробивая сдвига прочность бетона на сжатие силы F '^ с ^ к югу, плиты толщиной ч, напряжение Предположение о сдвиге по периметру пробивая быть априори известно, базируется на том, что данных пробивая сдвига не включает в себя подробную информацию о структуре неудачи и по периметру пробивая сдвига.
Это затрудняет способность к обучению неспособность моделей плит колонки связи в рамках новой модели. Он также отметил, что результаты байесовский анализ показал, что усиление сжатия не оказывают существенное влияние на максимальный предел прочности на сдвиг перфорации. Этот результат находится в согласии с literature8, 23, показывающие, что основной эффект сжатия укрепление на пост-пробивая поведение предоставления мембранного действия. В дальнейшем эти три параметра были использованы в качестве входных параметров нечеткой модели, основанной на прогнозировании прочности пробивая сдвига. По рассмотрении этих трех параметров нечеткой модели на основе рассматривает основные критерии по перфорации сдвига рассматриваются многими researchers.24-28 К ним относятся прочность на сдвиг и растрескивания возможности условно представлена кубической или квадратный корень из прочностью на сжатие, 6,24, 27 размер эффекта, связанного с плиты толщиной 9 и мембранных effect28 представлены на изгиб отношение усиление ..
Хотя соотношение колонны размерами прямоугольных колонн и по периметру к глубине отношение (к югу Ь о ^ / г), как сообщали, влияющие на прочность штамповки сдвиг плит столбцов соединения, 24,29 экспериментальной базы для прямоугольных колонны или плиты со значительно большими по периметру к глубине отношение (к югу Ь о ^ / г> 15) недостаточно, чтобы развивать базу знаний правило, которое необходимо для нечеткой модели на основе учитывать как влияние на предел прочности на сдвиг перфорации . Поэтому, во-первых, нечеткой модели на основе обучается с использованием экспериментальных данных с квадратным и круглым колонны и только по периметру на глубину отношение (к югу Ь о ^ / г) 15), как показано на Результаты и обсуждение раздела.
В настоящем исследовании, отсутствие перфорации касательной нагрузки плит столбцов соединения без поперечной арматуры V ^ с ^ к югу определяется как
V ^ к югу с ^ = V ^ с ^ к югу Ь к югу о ^ г (1)
где V ^ с ^ к югу равно нагрузка пробивая неудачи и б ^ о ^ к югу равна критической периметру на расстоянии D / 2 от колонны лицо, б ^ к югу о = (2, c ^ ^ 1 подпункта 2, c ^ 2 ^ к югу 4D ) за квадратный колонки и Ь к югу о = Значения с ^ 1 ^ к югу и к югу C ^ 2 ^ равных в краткосрочной и долгосрочной размеры прямоугольной колонки, D равна диаметру круговой колонки, и у ^ с ^ к югу представляет собой средний предел прочности на сдвиг перфорации, которая определяется в отношении дефектных глубины. Уравнение (1), хотя и упрощенный, был принят почти все нынешние правила проектирования и уважает основные механики регулирующих плиты колонки пробивая провал, как отмечали многие researchers.6-9 выбор критических периметру которые будут рассматриваться на расстоянии д / 2 от колонны лицо отнести вопрос о возможности использования этого места для оценки среднего конечной прочности на сдвиг V ^ с ^ к югу ибо обычно пересекающихся наиболее вероятным самолетов неудачи, как это показано на рис. 2, которая аналогична стоимости (ч / 2), предложенные в Nielsen.7.
Моделирование начинается с определения N нечетких множеств по области каждого входного параметра X. Это определение позволяет каждого значения параметра х с N членов значения представляет свой уровень, принадлежащих к N нечеткого множества. Понятие членства или степень принадлежности представляет собой основу при разработке нечетких множеств theory.18, 20,21 членства обозначим Хотя упрощенные методы могут быть использованы согласно мнению экспертов, комплекс автоматизированных методов с использованием искусственных нейронных сетей и индуктивных рассуждений, как правило, считается эффективным для моделирования сложных phenomena.20, 30 методика будет принята здесь, основанного на предоставлении первоначального определения нечетких множеств использованием А-средства clustering31 затем автоматического обновления нечетких множеств во время обучения process.20, 21.
Моделирование процесса зависит от fuzzifying всех трех областях ввода и построения нечетких правил базы, которая описывает взаимосвязь между нечетких множеств, определенных на вход доменов и прочность штамповки сдвига помощью группы линейных уравнений. Exemplar правило, в нечетких правил базы может быть определен как
Если / '^ с ^ к югу = ^ к югу я F ^ '^ к югу с ^ Ь ^ ^ к югу я почетный ^ ^ к югу я
где А ^ ^ ^ SUP подпункта е ^ ^ SUP к югу ^ ^ H ^ и А-го нечеткого множества (А = 1, 2, ... N ^ J ^ к югу), определенных на нечетких областей прочность на сжатие е '^ с ^ к югу, плиты толщиной ч, напряжение Значение N югу ^ J ^ это общее количество нечетких множеств, определенных над /-го входного параметра. В настоящем исследовании, Уравнение (2) представляет-го правила нечетких правил базы. Значения ^ ^ я к югу, к югу Ь я ^, с ^ ^ я к югу, и Л ^ ^ я к югу известны как следствие коэффициентов, которые определяют оконечности-го правила нечетких правил базы.
Колокол-формы функции принадлежности используется для представления нечетких множеств, заданных на входе доменов. Использования других функций принадлежности (например, Гаусса и треугольные) возможно, но сдерживается, имеющих членство дифференцируемых function.21 колокол-формы функции принадлежности для представления А-го нечеткого множества /-го входного параметра х ^ к югу J ^ можно охарактеризовать как
... (3)
где х ^ SUP к югу ^ ^ ш ^ W ^ SUP к югу ^ ^ J ^, д ^ SUP к югу ^ ^ J ^ представляет собой центр, ширина верхней и параметров формы функции принадлежности к определению -й нечеткое множество, определенное над /-го входного параметра. Живописные представление колоколообразная функции принадлежности показано на рис. 3. Рассматривая T-нормы (продукции) оператор (.) Захватить влияние взаимодействия между входными parameters32 на выходе, вес-го правила ( быть вычислена
... (4)
Факторы, влияющие на выбор оператора последствия обсуждаются в следующем. Значение T представляет собой общее число входных параметров (здесь и далее, T = 3). Количество нечетких правил R является функцией от числа входных переменных T и числом нечетких множеств N ^ югу J ^, определенных над каждой входной области. Сила штамповки сдвига V ^ с ^ к югу может быть вычислена
... (5)
к югу, где V ^ ^ я это выход-го правила нечетких правил базы и (4).
Процесс обучения на примере направлена на извлечение знаний правил базы из группы "затраты-выпуск наборов данных. Это знание правил базы могут быть использованы позднее для моделирования поведения системы (далее пробивая сдвиг плит столбцов соединения) для входных наборов не используется в учебном процессе. Хотя другие методы, способные построения подобных систем обучения были зарегистрированы в литературе (например, искусственные нейронные сети), преимущество нечетких систем является возможность рассмотреть вопрос о неслучайной неопределенности в процессе моделирования и, следовательно, дает надежные моделирования systems.20
Процесс обучения начинается с инициализации помещение параметров (параметры, характеризующие состав функций х ^ SUP к югу ^ ^ ш ^ W ^ SUP к югу ^ ^ J ^, д ^ SUP к югу ^ ^ J ^) с помощью А- средства кластеризации technique.31 Далее следуют путем вычисления коэффициентов следствием (а ^ ^ я к югу, к югу Ь я ^, с ^ ^ я к югу, и Л ^ ^ к югу я) с использованием наименьших квадратов techniques33, что среднеквадратичное прогнозирования Ошибка Е прочности на сдвиг перфорации не превышает целевой средняя квадратическая ошибка предсказания, здесь 1,0 Среднеквадратичное E ошибки прогнозирования определяется как
... (6)
где V ^ ^ р к югу является предсказал прочность штамповки сдвига для п-го набора данных, V ^ ^ к югу ДБН является штамповка сдвига п-го набора данных из базы данных, и N ^ ^ Sub D является общее число учебных наборов данных. Как целевой среднеквадратическая ошибка предсказания не будут достигнуты в результате первого судебного процесса обучения (с использованием первоначального нечетких множеств и следствие коэффициенты), помещение параметров, описывающих нечетких множеств могут быть обновлены с использованием метода градиентного спуска, как
... (7)
... (8)
... (9)
где х ^ SUP к югу ^ ^ J ^ (т), W ^ SUP к югу ^ ^ J ^ (т), и д ^ SUP к югу ^ ^ J ^ (м) находятся в центре, верхний ширину и формы функции принадлежности, соответственно, определения А-м нечеткое множество, определенное над /-го входного параметра в т-й обучения эпохи (испытание). Значения х ^ SUP А ^ ^ к югу J ^ (т-1), W ^ SUP к югу ^ ^ J ^ (т-1), и д ^ SUP к югу ^ ^ J ^ (т-1), являются центр, ширина верхней и формы функции принадлежности, соответственно, определения А-м нечеткое множество, определенное над /-го входного параметра (т - 1) изучение эпохи. Стоимости. является коэффициент обучения и (м) являются компонентами вектора градиента среднего квадрата ошибки предсказания в отношении помещения параметры /-й входной параметр оценивается в т-й обучения эпохи. Обновленных параметров помещения используются затем для пересчитать новый набор параметров и следствием новых средняя квадратическая ошибка прогноза. Процесс продолжается, и нечетких параметров регулируемой базы (помещение и последующей параметров), будут обновлены в каждой учебной эпохи до целевой средняя квадратическая ошибка прогноза или максимальное количество учебных эпох достигнута.
Для обучения и тестирования нечеткой модели на основе, 178 образцах исполнении 21 исследователей, как сообщили в выдумка bulletin3 и другие доклады, в literature29, 34,35 были использованы. Только образцов, которые были зарегистрированы на провал в условиях чистого сдвига штамповки (без сдвига разрушение при изгибе), были рассмотрены. Образца сообщили Lovrovich и McLean36 была исключена в данном исследовании, поскольку его длины пролета был очень коротким (л ^ 1 к югу ^ / с ^ 1 ^ к югу = 2). Кроме того, шесть образцов по Yitzchaki, 4 Элстнер и Hognestad, 37 и Tolf38 были исключены, поскольку их отношения напряженности укрепления были очень за ряд практических дизайн ( Образцы имели два типа граничных геометрии (круглой и прямоугольной формы плоских пластин) и два типа столбца формы (круглых и квадратных колонн). Размеров и свойств образцов приведены в таблице 1. Опытные образцы имели широкий спектр услуг по проектированию параметры: 8,4 ), 0,4
Эти данные охватывают широкий спектр материалов и геометрических свойств плит столбцов соединения. Восемьдесят два образца были использованы для обучения нечеткой модели, основанной в то время как 96 образцов были использованы для тестирования модели. Все образцы, используемые в тестировании не были использованы в подготовке нечеткой модели на основе ..
Все моделирования параметров были нормированы на максимальные значения определяются из базы данных (178 наборов данных). Процесс нормализации необходимо, чтобы избежать влияния численного веса на обучение process.39 нечетких правил базы, достигли низкой средняя квадратическая ошибка в процессе обучения был использован для тестирования и проверки модели возможности прогнозирования штамповки прочность на сдвиг в плите столбцов соединения. Оптимальное количество нечетких множеств для каждого параметра моделирования была разработана с использованием А-средства кластеризации техники. 31 числа членов функций, определенных на области любой переменной х может быть использован для обозначения чувствительности модели к этой переменной x. Чем выше чувствительность модели к переменной х, тем большее число функций принадлежности, используемые для описания переменной x. Стоит отметить, однако, что увеличение количества функций принадлежности не гарантирует повышения модели accuracy.20, 21
Было установлено, что лучшим учебным представлены низкой средняя квадратическая ошибка предсказания был достигнут при использовании двух нечетких множеств представлять прочностью на сжатие и растяжение отношение подкрепления. Три нечетких множеств были необходимы для описания толщина плиты (N ^ югу 1 = N ^ к югу 3 = 2, N ^ 2 ^ к югу = 3). Начальный и конечный нечетких множеств, как это установлено алгоритм обучения, показаны на рис. 4 и в таблице 2. Общее количество правил в регулируемой базы может быть вычислена путем умножения числа функций принадлежности трех переменных R = N ^ ^ 1 к югу N ^ 2 югу ^ N ^ 3 ^ к югу. Таким образом, правила 12 (R = 12) были необходимы для описания отношений между входными параметрами: бетон прочность на сжатие, толщина плиты, напряжение армирования и прочности пробивая сдвига. Хотя сокращение общего числа правил в нечетких правил базы можно ограничения комбинаторного взрыва, 20 ученых показали, что для эффективного сокращения числа правил, должны проводиться с учетом как точность и надежность модели.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Нечеткой модели на основе проходил обучение с использованием тестовых результатов конкретных геометрических ограничений: круговые и квадратных колонн и плит с периметра к плите углубленного отношение (к югу Ь о ^ / г) в диапазоне от 5,8 до 14,9. Таким образом, прочность на сдвиг перфорации любой плиты колонки связи в геометрической ограничения, перечисленные выше, можно вычислить по формуле. (10) к (12). Уравнение (10) может быть использована для вычисления массы. для всех правил в регулируемой базы с параметрами помещения, перечисленные в таблице 1. Уравнение (11) представляет 12 правил формирования нечетких знаний правил базы.
... (10)
... (11)
к югу, где V ^ ^ я, е '^ с ^ к югу, и ч в МПа, МПа, мм, соответственно. Сила штамповки сдвига VCF может быть вычислена по формуле. (11) и (12)
... (12)
Важно подчеркнуть тот факт, что ряд операторов последствия exist.42 выбор последствия оператора регулируется по трем основным вопросам: необходимости логического следования информации, влияние расплавленного выход на модель прогнозирования, а также влияние плавления на вычислительной эффективности алгоритма обучения. Продукт следования. здесь был выбран по трем причинам. Во-первых, для выполнения нечеткой и эксплуатации, как указано в формуле. (4). Во-вторых, продукт последствия стремится ослабить влияние совместного значения членства, которые являются небольшими и, следовательно, увеличить вклад правил, связанных с высокими значениями членство в расчете прочности на сдвиг (уравнение (4) и (5)). Это обстоятельство способствовало использование продукта оператора в искусственных нейронных сетей в качестве эффективного Хебба типа обучения algorithm.20, наконец, выбор продукта Подразумевалось также контролируется в связи с необходимостью получения непрерывных и дифференцируемых функции ошибок (формула (6 )), чтобы обеспечить эффективное вычисление градиентов ошибки в процессе обучения ..
Таблица 3 представляет собой резюме штамповки прочность на сдвиг образцов предсказывали нечеткой модели на основе. При проверке, 96 образцов, которые не были использованы в учебном процессе, были использованы. Рис 5 () показывает соотношение между фактической тест нечеткой модели на основе предсказал силы (V ^ югу тест ^ / V ^ ^ предсказал к югу), чтобы иметь среднее значение 1,019, а стандартное отклонение на 18,9%. Цифры 5 (б) (е) показывают соотношение между актуальным предсказал силы (V ^ югу тест ^ / V ^ ^ к югу предсказал) с использованием КСР-МФП MC 90,12 Еврокод 2,13 ACI 318-05,14 и CSA A23.3-04, 15 имеют средние значения 1,098, 1,139, 1,375 и 1,219, соответственно, со стандартным отклонением 20,7, 19,8, 31,4 и 28,0% соответственно (табл. 3). Результаты показывают, что нечеткая модель, основанная могут быть использованы для предсказания силы штамповки сдвига плит столбцов соединения с различными плиты толщиной, укрепление отношений, а также круглых и квадратных колонн. Кроме того, повышение точности прогнозирования нечетких-ориентированная модель можно наблюдать по сравнению с предикации точности для всех существующих кодов дизайн ..
Интересно отметить, что, за исключением Еврокод 2,13 современных методов дизайна показывают значительный разброс представлены высокой стандартных отклонений тест-прогноз отношений. Кроме того, отметив, рис. 5 (с), КСР-90 МФП MC код недооценивает силу пробивая сдвига образцов с низким отношения усиление напряженности в то время как он переоценивает силу пробивая сдвига образцов с высоким уровнем усиление напряженности. Еврокод 213 показывает хорошую точность прогнозирования прочность штамповки сдвига при различных соотношениях подкрепления. Наконец, ACI 318-0514 и CSA A23.3-0415 недооценивать силу пробивая сдвига образцов с высоким уровнем подкрепление, когда они переоценивают силы штамповки сдвига образцов с низким отношения подкрепления. Это объясняется тем, что ACI 318-05 и CSA A23.3-04 кодов не учитывают влияние отношения напряженности на усиление прочности на сдвиг перфорации. Это также видно из рис. 5 (а), что нечеткая модель, основанная на прогнозирует, пробивая прочности на сдвиг при низких и высоких укрепление отношений с последовательным точности.
Стоит отметить, что толщина плиты и отношение напряжения арматуры в дополнение к прочности при сжатии, как установлено, значительное влияние на моделирование штамповки сдвигу помощью нечеткой модели на основе. Эти параметры были также способствовали и другие исследователи раньше, потому что их влияние на размер effect43 и их возможной роли в развитии сдвига friction.44.
Рассмотреть другие отношения прямоугольность C ^ 2 югу ^ / с ^ ^ 1 подпункта (> 1) и высокой периметру на глубину отношения б ^ ^ к югу о / р (> 15,0), дизайн подход, основанный на нечеткой модели на основе предлагается как
... (13)
где SSC = югу C ^ 2 ^ / с ^ 1 ^ к югу, с ^ ^ 1 к югу и к югу C ^ 2 ^ равных в краткосрочной и долгосрочной размеров прямоугольных колонн, VCF является нечеткой основе сдвигу оценкам по формуле. (12), и п коэффициента мощности. Уравнение (13) моделируется в формате, аналогичном формату уравнения ACI для предсказания силы штамповки сдвига. Если п = 1,0, как аналогичные уравнения ACI используется, эта модель будет существенно переоценивать пробивая плиты колонки связи с прямоугольными колоннами и с Ь к югу о ^ / д больше, чем 15. Среднее значение и стандартное отклонение прочности прогноз соотношения (V ^ югу тест ^ / V ^ ^ к югу предсказал) образцов (табл. 3), используя п = 1, 0,977 и 0,193, соответственно, в то время как те, которые используют п = 2 являются 1,019 и 0,189. Таким образом, авторы рекомендуют использовать п = 2. Модели прогнозирования при п = 2 для широкого круга Ь к югу о ^ / д и прямоугольных колонн показаны на рис. 6 и 7. Выбор п = 2 для второго и третьего компонента формулы. (13) был основан на изучении каждого компонента в отдельности. Стало очевидно, что уточнения в значение п для каждой части не даст какой-либо улучшение в точность предсказания модели ..
Рисунок 6 демонстрирует тот факт, что изменение нечеткой модели на основе использования фактора изменения (уравнение (13)) может точно предсказать, прочность на сдвиг перфорации плиты столбцов соединения с различными Ь к югу о ^ / г (5,8 о ^ / д Это объясняется тем, что нечеткая модель на основе была разработана с использованием среднего конечной прочности на сдвиг V ^ с ^ к югу рассмотрении бо и D (уравнение (1)). Очевидно, что изменение нечеткой модели на основе могут правильно учитывать взаимодействие между Ь к югу о ^ / д и у ^ с ^ к югу в своих силах уравнение (уравнение (13)). На рис. 7, нечеткая модель, основанная также точно предсказывает прочность штамповки сдвиг плит колонки связи с прямоугольными колоннами (с ^ ^ к югу 2 / C ^ 1 к югу ^> 1). Из этого результата, следует отметить, что изменение нечеткой модели на основе надлежащим образом рассматривает влияние прямоугольность столбцов в диапазон практических дизайн (1
Стоит отметить, что, если достаточное количество экспериментальных данных с высокой Ь к югу о ^ / д норм и прямоугольные колонны были доступны в литературе, использования модификации факторов для решения этих вопросов могут быть полностью опущены. Это указывает на то, что изысканные нечеткой модели на основе всегда будет возможность развиваться, как только экспериментальных данных за пределами этих геометрических ограничений становится доступной ..
ПРОЕКТ CHART ДИЗАЙН
Для целей проектирования, непосредственное использование нечеткой модели на основе как эмпирический метод по формуле. (10) к (13) и помещение параметров из таблицы 2, может оказаться невозможным для дизайнеров. Чтобы избежать такой сложности и использовать продемонстрировали способность и относительно высокой точности нечеткой модели на основе конструкции плит столбцов соединения без поперечной арматуры, авторы предлагают упрощенный дизайн модели, которая разработана на основе набора создавать графики , которые разработаны с использованием нечеткой модели на основе. После формате, который используется в ACI 318-05, дизайн силы для штамповки сдвиг плит столбцов соединения определяется как
[Прямая фи] V ^ югу п ^ = [прямой фи] V ^ с ^ к югу Ь к югу о ^ г (14)
где V ^ с ^ к югу рассчитывается по формуле. (13) с использованием п = 2, а [прямой фи] является фактором силы сокращения равным 0,6. Сила штамповки сдвига V ^ ^ см. подпункт может быть оценена с помощью рис. 8. Цифры 8 (а) (г) показывают, группа создавать графики для оценки прочности на сдвиг перфорации югу V ^ ^ ср плит столбцов соединения с использованием нечеткой модели на основе. Создавать графики, разработаны для широкого круга основных параметров конструкции: 20 11,8 дюйма), а 0,8 Для ограничения пространства, только четыре диаграммы дизайн разработаны здесь в упомянутых выше диапазоне параметров. Дополнительные диаграммы дизайн может быть разработан с использованием модельных уравнений, описанных выше. [Прямая фи] фактор соответствует 0,6 консервативно низкие связаны показано на рис. 5 (а). Получение изысканные сдвигу понижающего коэффициента (выше 0,6) может быть сделано на основе принципов нагрузки и фактор сопротивления конструкции (LRFD), 45, но это выходит за рамки настоящего исследования ..
Это можно наблюдать на рис. 8 (а) (г), что сила штамповки сдвига уменьшается по мере увеличения толщины плиты, которая уважает предыдущие выводы размер эффекта Бажант и Цао 9 и Еврокод 2,13 В случаях с высоким уровнем подкрепление, однако, этот размер эффекта нарушается Совокупный эффект от размера и мембраны сила, порожденная напряжения арматуры. Как было отмечено на рис. 8 (с) и (г), для высокого напряжения укрепление отношений и низкий конкретные прочность на сжатие, прочность на сдвиг перфорации увеличивается по мере увеличения толщины плиты. Это может быть связано с возможностью того, что увеличение толщины плиты с высокими результатами укрепления отношений в увеличение осевой силы мембраны, 24,26,27, что способствует сдвигу штамповки за счет увеличения трения скольжения effect.44 Этот возможный вклад трение сдвига в силу пробивая сдвига утверждается другими исследователями при сдвиге analysis.44, 46
Это явление обусловлено совокупным влиянием основных параметров (прочность на сжатие, толщина плиты, а также усиление напряженности отношение), а также может быть отмечено в предыдущих результатов тестирования с помощью штамповки сдвига database.3 9 показана сила штамповки сдвига сообщили в существующих результаты тестов. Для этого исследования Элстнер и Hognestad, 37 Shaeidt "Эль Аль"., 47 Риган, 48 Марзук и Хусейн, 25 Холлгрен и Киннунен, 49 и Tomaszewicz's50 образцов были использованы. Каждый набор данных сама аналогичные измерения и имущества. Размеров и свойств образцов приведены в таблице 1. Как и следовало ожидать, для всех наборов данных с высокой конкретные прочность на сжатие, прочность на сдвиг пробивая толстые плиты всегда меньше, чем у тонких плит из-за размера effect24, 38,43 (см. рис. 9 ()). На рис. 9 (б), однако, конкретных низкой прочностью на сжатие и высокие коэффициенты усиления ( эффект.
ВЫВОДЫ
Новый альтернативный метод проектирования и набор создавать графики на основе нечеткой обучения на примерах не предлагается. Новый метод может точно предсказать прочность на сдвиг перфорации опертой интерьера соединений плиты колонки без поперечной арматуры. Сто семьдесят восемь испытаний образцов из данных сдвиг перфорации были использованы для обучения и тестирования предложенной модели (82 для обучения и 96 для тестирования). Обучение и тестирование наборы данных охватывают широкий спектр материалов и геометрическими свойствами. Проверка данных не используется в учебном процессе. Исследования для разработки модели с хорошей точностью показали, что конкретные прочность на сжатие, толщина плиты, а также усиление напряженности соотношением основных параметров, которые доминируют в поведении штамповки плит столбцов соединения. Этот вывод ограничивается круглой и прямоугольной формы колонн и плит с периметра к плите углубленных отношений (подпункт Ь о ^ / г) в диапазоне от 5,8 до 24,0 и столбцов соотношения размера (с ^ ^ к югу 2 / C ^ 1 ^ к югу ) в диапазоне между 1,0 и 5,0.
Нечеткой модели на основе демонстрирует высшее точность предсказания по сравнению со всеми актуальными правила проектирования, включая ACI 318-05, Еврокод 2, КСР-МФП MC 90 и CSA A23.3-04 в прогнозировании прочности на сдвиг перфорации плиты столбцов соединения. Предложенная модель, выступая неопределенности и взаимодействия между моделирования параметров, был показан в духе уважения основных механики штамповки сдвига, как описано многими исследователями ..
Авторы
Финансовой поддержки со стороны обороны Агентство по уменьшению угрозы (DTRA) университет стратегического партнерства с Университетом штата Нью-Мексико является весьма признателен.
Ссылки
1. Schlaich, J.; Шефер, К. и Jennewein, М., "К соответствии Дизайн Железобетона" Журнал предварительно напряженного железобетона институт, V. 32, № 3, 1987, с. 74-150.
2. Александр, SDB, и Симмондс, SH, "Предел прочности плит-Column соединения", ACI Структурные Journal, В. 84, № 3, май июнь 1987, с. 255-261.
3. КСР-МФП целевая группа ", штамповка структурной бетонных плит," врать 12, Лозанна, Швейцария, 2001, 314 с.
4. Ицхаки, D., "штамповка прочности железобетонных плит", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 63, № 5, май 1966, с. 527-542.
5. Рэнкин, GIB, и долго, AE, "Прогнозирование Штамповка прочности обычных образцов плит-Column," Труды Института гражданских инженеров, В. 82, 1987, с. 327-346.
6. Пралонг, J., "Poin
7. Nielsen, член парламента, анализ и конкретные предельные пластичности, 2nd Edition, CRC Press, Нью-Йорк, 1999, 463 с.
8. Киннунен, S., и Нюландер, H., "штамповка из бетонных плит без поперечной арматуры," Сделки № 158, Королевский технологический институт, Стокгольм, Швеция, 1960, 112 с.
9. Бажант, ZP, и Цао, З., "Размер эффекта в Штамповка Shear Отказ от плиты", ACI Структурные Journal, В. 84, № 1, январь-февраль 1987, с. 44-53.
10. Биркл Г., плоских плит: Влияние толщина плиты и компоновки Стад ", кандидатскую диссертацию, Департамент строительства, Университет Калгари, Калгари, Альберта, Канада, 2004.
11. Theodorakopoulos, DD, и Swamy, RN, "Ultimate Штамповка Прочность на сдвиг Анализ Слэб-Column соединения", цементных и бетонных композитов, V. 24, 2002, с. 509-521.
12. КСР-МФП MC 90, "Проектирование железобетонных конструкций", КСР-МФП Типовой кодекс 1990, Томас Телфорд, 1993, 437 с.
13. ЕК 2, "Проектирование структуры бетона Часть I: Общие правила и правила для зданий", Европейский комитет по стандартизации, Брюссель, 2002, 230 с.
14. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318-05) и Комментарии (318R-05)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 2005, 430 с.
15. CSA Технический комитет по железобетонных Дизайн ", A23.3-04 Дизайн железобетонных конструкций", Канадская ассоциация стандартов, Рексдейл, Онтарио, Канада, 2004, 250 с.
16. Чаттерджи, А., Ватанабэ, К., "Адаптивная нечеткой стратегии управление движением робота Манипуляторы," мягким вычислениям, т. 9, № 3, 2005, с. 185-193.
17. Zongjin, L.; Чау, CK, и Чжоу, X., "Ускоренное оценке и нечеткой оценки прочности бетона," Журнал материалы в области строительства, ASCE, V. 17, № 3, 2005, с. 257-263
18. Коско, B., "Нечеткие системы как универсальная аппроксиматоров", IEEE Trans. Comp, т. 43, № 11, 1993, с. 1329-1333.
19. Клер, ГДж, неопределенность и информация: Основы теории информации Обобщенные, John Wiley и сыновья ", NJ, 2006, 499 с.
20. Росс, TJ, Fuzzy Logic с приложениями инженерия, 2-е издание, М.
21. Чан, JSR; Су, CT и Mizutani Е., Нейро-нечеткие и мягкие вычисления, вычислительных подход к обучению и интеллект машины, Prentice Hall, NJ, 1997, 614 с.
22. Карлин, BP, и Чиб, S., "Байесовские Выбор модели с помощью цепи Маркова Методы Монте-Карло", Журнала Королевского статистического общества, Series B, В. 57, № 3, 1995, с. 473-484.
23. Пан, А. Д., а также Мол, ДП, "Экспериментальное исследование Слэб-Column соединения", ACI Структурные Journal, В. 89, № 6, ноябрь-декабрь 1992, с. 626-638.
24. "Шериф", AG, и Дилгер, WH, "Критический обзор CSA A23.3-94 для пробивки Shear Положения прочности для внутренних колонн," Canadian Journal гражданского строительства, V. 23, 1996, с. 998-1011.
25. Плиты Марзук, H., и Хусейн, A., "Экспериментальное исследование о поведении высокопрочного бетона", ACI Структурные Journal, В. 88, № 6, ноябрь-декабрь 1991, с. 701-713.
26. Хокинс, Н.М., и Митчелл, Д. ", прогрессирующее обрушение плоских Структура плиты", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 76, № 7, июль 1979, с. 775-808.
27. Риган, PE, и Braestrup, МВт ", штамповка Shear в принудительном Бетон: современное состояние доклад" Бюллетень d'информации, комитет Международного Евро-дю-Beton, Лозанна, Швейцария, январь 1985.
28. Рэнкин, GIB, и долго, AE, "Прогнозирование повышенной прочностью перфорации внутренних дел соединения плит-Column," Труды Института гражданских инженеров, В. 82, 1987, с. 1165-1186.
29. Дэн, S.; Чонг, HK; Гуана, KL, и Гэн, JZ ", штамповка Shear прочность плиты с отверстиями и поддерживается на прямоугольных колонн", ACI Структурные Journal, В. 101, № 5, сентябрь-октябрь 2004, с. 678-687.
30. Laviolette, M.; моряка, JW; Барретт, JD, и Вудолл, WH ", Вероятностные и статистические Открыть нечетких методов," Technometrics, V. 37, 1995, с. 249-261.
31. Дуда, RO; Харт, PE, и аистов, ГД, распознаванию образов, 2nd Edition, John Wiley
32. Гупта, М., и Ци, J., "Теория T-нормы и нечетких методов вывода", нечетких множеств и систем, V. 40, № 3, 1991, с. 431-450.
33. Вентилятор, JY, и юань, YX, "О сходимости Новый метод Marquardt Левенберга", технический отчет, AMSS, Китайская академия наук, 2001, 11 с.
34. Хокинс Н.М., Fallsen, HB, а Инохоса, RC, "Влияние Колонка прямоугольность на поведение Флэт структуры плиты", Крекинг, отклонения и Ultimate нагрузки бетонных плит Systems, SP-30, американский институт бетона, Фармингтон Хиллс, Mich ., 1971, с. 127-146.
35. Крисуэлл, ME, "Сила и Поведение железобетонных плит соединения-Column подвергавшимся статического и динамического нагружения," Технический отчет N-70-1, US Army Engineer путям опытной станции, Виксбург, Миссисипи, декабрь 1970.
36. Lovrovich, J., и Маклин, Д. ", штамповка Shear Поведение плит с различной Span-Глубина коэффициенты", ACI Структурные Journal, V. 87, № 5, сентябрь-октябрь 1990, с. 507-511.
37. Элстнер, RC, и Hognestad Е. "сдвигу железобетонных плит", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 53, № 7, июль 1956, с. 29-58.
38. Tolf П., "Plattjocklekens Inverkan Betongplattors P
39. Berenji, HR, и Khedkar П., "Изучение и настройка нечетких логических регуляторов помощью подкрепления," IEEE Transactions на нейронных сетях, В. 3, № 5, 1992, с. 724-740.
40. Комбс, мы, Эндрюс, JE, "Комбинаторные Взрыв Правило выбит Нечеткие правила конфигурации," IEEE Transactions на нечетких систем, V. 6, № 1, с. 1-11.
41. Лусеро, J., "Нечеткие системы методы зданий и сооружений", Кандидатская диссертация, Университет штата Нью-Мексико, Департамент строительства, Альбукерке, Н. Мексика, 2004.
42. Ягер Р., "О Генеральной класса нечетких связки", нечетких множеств и систем, Т. 4, 1980, с. 235-242.
43. Бажант, ZP, разрушения и размерного эффекта в бетон и другие квази хрупких материалов, CRC Press, New York, 1997, 280 с.
44. Loov, RE, "Обзор A23.3-94 упрощенный метод сдвига Дизайн и сравнение с результатами Использование трения скольжения", Canadian Journal гражданского строительства, V. 25, № 3, 1998, с. 437-450.
45. Новак, А. С. Калибровка LRFD кодекса мост ", журнал строительной техники, ASCE, В. 121, № 8, 1995, с. 1245-1251.
46. Кани, GNJ, "Загадка Shear Неспособность и пути ее решения", ACI ЖУРНАЛ, Труды V. 61, № 4, апрель 1964, с. 441-468.
47. Schaeidt, W.; Ладнер, M.; и Росли, A., "Berechnung фон Флак-decken ауф Durchstanzen", Eidgen
48. Риган, П., "Симметричные штамповка из железобетонных плит," Журнал конкретных исследований, V. 38, 1986, с. 115-128.
49. Холлгрен М., Киннунен, S., "штамповка Shear Тесты по круговой высокой прочности бетона плит," Использование высоких прочности бетона, материалы, Лиллехаммер, 1993.
50. Tomaszewicz, A., "высокопрочного бетона: SP2 пластин и оболочек 2,3-Report", штамповка срез из железобетонных плит, Отчет № STE70 A93082, SINTEF структуры и бетона, Трондхейм, 1993, 36 с.
Входящие в состав МСА Kyoung-Кью Чой научный сотрудник профессор Университета Нью-Мексико, Альбукерке, Н. Mex. Он получил BE, MS, и докторскую степень по архитектуре из Сеульского национального университета, Сеул, Корея. Он является ассоциированным членом комитетов МСА 440, армированных полимерных арматуры; 548, полимеры в бетоне, а также совместное ACI-ASCE Комитет 445, сдвига и кручения. Его исследовательские интересы включают прочность на сдвиг и проектирование сейсмостойких железобетонных конструкций и применение искусственного интеллекта в структурной инженерии.
Входящие в состав МСА Махмуд Реда М. Таха является доцент кафедры гражданского инженерного университета Нью-Мексико. Он получил степень бакалавра и магистра из Университета Айн-Шамс в Каире, Египет, и степень доктора философии в Университете Калгари, Калгари, Альберта, Канада, в 2000 году. Он является членом комитетов МСА 209, ползучести и усадки в бетоне; 235, электронный обмен данными; 440, армированных полимерных арматуры; 548, полимеры в бетоне и E803, факультет сети Координационного комитета. Его исследовательские интересы включают структурные мониторинга с использованием искусственного интеллекта в структурного моделирования, а также из армированных волокном полимеров.
Входящие в состав МСА Алаа Г. Шериф является адъюнкт-профессором в строительный департамент, Хелуанский университет, Mataria в Каире, Египет. Он получил степень бакалавра из Каирского университета, Каир, Египет, а также степень магистра и докторскую степень в Университете Калгари. Он является ассоциированным членом Совместного ACI-ASCE Комитет 352, узлов и соединений в монолитных бетонных конструкций. Его исследовательские интересы включают поведения и работоспособности железобетонных конструкций и систем для многопролетных вантовых мостов.
Крепление большого диаметра арматуры в каналах
Бонд характеристики ASTM A1035 арматуры
Анкоридж прочности и поведение возглавляемой Бары в Наружный шов Луч-Column
Метод проектирования наложенных Вращения внутренних дел соединения плит-Column
Тесты на Half-шкала, двухэтажный, два-Бей, Момент-Сопротивление Гибридная бетона рамки
Моделирование структурных приседаний Стены Контролируется Shear
Прогрессивная сопротивления Крах аксиально-Сдержанная Frame Балки
Прочность Поведение железобетонных колонн укрепляясь трос и T-Plate единиц