Dự đoán sức kháng cắt của dầm bê tông cốt thanh FRP không có cốt thép đai sử dụng mạng thần kinh nhân tạo
Email:
anhnt@utt.edu.vn
Từ khóa:
Dầm FRP không cốt đai, mạng nơ-ron truyền thẳng (FNN), sức kháng cắt.
Tóm tắt
Việc sử dụng thanh cốt sợi polyme (FRP) để gia cố kết cấu bê tông đã nhận được rất nhiều sự quan tâm trong thời gian gần đây do các thanh FRP có độ bền kéo cao, chống ăn mòn và đặc tính không từ tính tốt. Tuy nhiên, các đặc tính vật liệu của FRP có sự khác biệt đáng kể so với các đặc tính của cốt thép, đặc biệt là mô đun đàn hồi. Điều này cho thấy khả năng áp dụng các mô hình tính toán truyền thống sẽ không còn phù hợp với dầm bê tông cốt thanh FRP. Trong nghiên cứu này, một cách tiếp cận sử dụng thuật toán học máy mạng nơ-ron truyền thẳng (FNN) với kỹ thuật một bước One-step secant (OSS) đã được đề xuất để dự đoán sức kháng cắt của dầm bê tông cốt thanh FRP không có cốt thép đai. Hiệu suất của mô hình được đánh giá bằng các tiêu chí thống kê, cụ thể là hệ số tương quan (R), sai số toàn phương trung bình gốc (RMSE) và sai số tuyệt đối trung bình (MAE) với các giá trị lần lượt là 0,9963; 3,5625; 2,5837 cho tập dữ liệu đào tạo và 0,9732; 12,1796; 8,8089 cho tập dữ liệu kiểm chứng. Bên cạnh đó, nghiên cứu này sử dụng biểu đồ phụ thuộc một phần (PDP) để đánh giá mức độ quan trọng của từng thông số ảnh hưởng đến sức kháng cắt của dầm bê tông cốt thanh FRP không có cốt thép đai. Kết quả của nghiên cứu này cho thấy mô hình FNN-OSS được đề xuất có khả năng dự đoán một cách nhanh chóng và chính xác, đồng thời xem xét được các yếu tố ảnh hưởng đến sức kháng cắt của dầm bê tông cốt thanh FRP không có cốt thép đai.Tài liệu tham khảo
[1] P. Labossiere, K. W. Neale, S. for C. Engineering, Advanced composite materials in bridges and structures: 1st international conference, Sherbrooke, Québec, Canada, 1992.
[2] A. Nanni, Fibre reinforced plastic (GFRP) reinforcement for concrete structures: properties and applications, Dev. Civ. Eng, 1993.
[3] A. Nanni, C.W. Dolan, Fibre reinforced plastic reinforcement for concrete structures, Int. Symp. SP-138, Am. Concr. Inst. (ACI), SP-138, 1993, pp. 977. https://doi.org/10.1016/C2009-0-09136-3
[4] B. Tighiouart, B. Benmokrane, D. Gao, Investigation of bond in concrete member with fibre reinforced polymer (FRP) bars, Construction and Building Materials, 12 (1998) 453-462. https://doi.org/10.1016/S0950-0618(98)00027-0
[5] Y. Wang, Q. Hao, J. Ou, Experimental testing of fiber reinforced polymer - concrete composite beam, Advanced materials research, 168-170 (2010) 549-552. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.168-170.549
[6] ACI 440.1R-15, Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with Firber-Reinforced Polymer (FRP) Bars, 2015.
[7] E. Shehata, R. Morphy, S. Rizkalla, Fibre reinforced polymer shear reinforcement for concrete members: Behaviour and design guidelines, Canadian Journal of Civil Engineering, 27 (2011) 859–872. https://doi.org/10.1139/cjce-27-5-859
[8] D. H. Deitz, I. Harik, H. Gesund, One-Way Slabs Reinforced with Glass Fiber Reinforced Polymer Reinforcing Bars, Materials Science, 1999.
[9] T. Zhang, D. J. Oehlers, P. Visintin, Shear Strength of FRP RC Beams and One-Way Slabs without Stirrups, Journal of Composites for Construction, 18 (2014) 1-36. https://doi.org/10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000469
[10] S. Lee, C. Lee, Prediction of shear strength of FRP-reinforced concrete flexural members without stirrups using artificial neural networks, Engineering Structures, 61 (2014) 99-112. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2014.01.001
[11] R. Park, T. Paulay, Reinforced Concrete Structures, John Wiley & Sons, 1975. https://doi.org/10.1002/9780470172834
[12] ASCE-ACI.445, Recent approaches to shear design of structural concrete, Journal of Structural Engineering, 124 (1998) 1375-1417. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1998)124:12(1375)
[13] A. K. El-Sayed et al., Shear strength of FRP-reinforced concrete beams without transverse reinforcement, Aci Structural Journal, 103 (2006) 235-243. https://www.researchgate.net/publication/279545915_Shear_strength_of_FRP-Reinforced_concrete_beams_without_transverse_reinforcement
[14] A. G. Razaqpur, O. B. Isgor, Proposed Shear Design Method for FRP-Reinforced Concrete Members without Stirrups, Structural Journal, 103 (2006) 93-102. https://doi.org/10.14359/15090
[15] F. Matta, P. Mazzoleni, E. Zappa, M. Sutton, Shear strength of FRP reinforced concrete beams without stirrups: Verfication of fracture mechanics formulation, ACI symposium publication, 2012.
[16] H. Q. Nguyen et al., Optimization of artificial intelligence system by evolutionary algorithm for prediction of axial capacity of rectangular concrete filled steel tubes under compression, Materials, 13 (2020) 1205. https://doi.org/10.3390/MA13051205
[17] Nguyễn Thùy Anh, Lý Hải Bằng, Phương pháp dự đoán tải trọng ổn định đàn hồi của dầm thép bản bụng khoét lỗ tròn dựa trên máy vec-tơ hỗ trợ, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, 71 (2020) 500-513. https://doi.org/10.25073/tcsj.71.5.4
[18] Lý Hải Bằng, Nguyễn Thùy Anh, Nghiên cứu dự báo sức chịu tải tới hạn của cấu kiện cột ống thép nhồi bê tông có tiết diện hình chữ nhật bằng mạng nơ ron nhân tạo, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, 71 (2020) 154-166. https://doi.org/ 10.25073/tcsj.71.2.10
[19] Q. H. Nguyen et al., A Novel Hybrid Model Based on a Feedforward Neural Network and One Step Secant Algorithm for Prediction of Load-Bearing Capacity of Rectangular Concrete-Filled Steel Tube Columns, Molecules, 25 (2020) 3486. https://doi.org/ 10.3390/molecules25153486
[20] S. Menard, Coefficients of Determination for Multiple Logistic Regression Analysis, American Statistical Association, 54 (2000) 17-24. https://doi.org/ 10.1080/00031305.2000.10474502
[21] C. Willmott, K. Matsuura, Advantages of the Mean Absolute Error (MAE) over the Root Mean Square Error (RMSE) in Assessing Average Model Performance, Climatic Research, 30 (2005) 79-82. https://doi.org/10.3354/cr030079
[22] M. A. Chowdhury, M. M. Islam, Shear Strength Prediction of FRP-reinforced Concrete Beams: A State-of the- Art Review of Available Models, Journal of Civil and Environmental Engineering, 5 (2015) 1-10. http://dx.doi.org/10.4172/2165-784X.1000186
[23] P. B. Cachim, Using artificial neural networks for calculation of temperatures in timber under fire loading, Construction and Building Materials, 25 (2011) 4175-4180. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.04.054
[24] E. Defernez, M. Kemsley, Avoiding overfitting in the analysis of high-dimensional data with artificial neural networks (ANNs), Analyst, 124 (1999) 1675-1681. http://dx.doi.org/10.1039/A905556H
[25] ACI440.1R-03: Guide for the Design and Construction of Concrete Reinforced with FRP Bars, 2003.
[26] A. K. El-Sayed, E. F. El-Salakawy, B. Benmokrane, Shear strength of concrete beams reinforced with FRP bars: Design method, Symposium Paper, 230 (2005) 955-974. https://www.researchgate.net/publication/254398286_Shear_Strength_of_Concrete_Beams_Reinforced_with_FRP_Bars_Design_Method
[27] M. Nehdi, H. El-Chabib, A. M. Said, Proposed Shear Design Equations for FRP-Reinforced Concrete Beams Based on Genetic Algorithms Approach, Journal of Materials in Civil Engineering, 19 (2007) 1033-1042. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2007)19:12(1033)
[28] A. K. Tureyen, R. J. Frosch, Shear Tests of FRP-Reinforced Concrete Beams without Stirrups, ACI Structure Journal, 99 (2002) 427-434. https://www.researchgate.net/publication/282061375_Shear_tests_of_FRP-reinforced_concrete_beams_without_stirrups
[2] A. Nanni, Fibre reinforced plastic (GFRP) reinforcement for concrete structures: properties and applications, Dev. Civ. Eng, 1993.
[3] A. Nanni, C.W. Dolan, Fibre reinforced plastic reinforcement for concrete structures, Int. Symp. SP-138, Am. Concr. Inst. (ACI), SP-138, 1993, pp. 977. https://doi.org/10.1016/C2009-0-09136-3
[4] B. Tighiouart, B. Benmokrane, D. Gao, Investigation of bond in concrete member with fibre reinforced polymer (FRP) bars, Construction and Building Materials, 12 (1998) 453-462. https://doi.org/10.1016/S0950-0618(98)00027-0
[5] Y. Wang, Q. Hao, J. Ou, Experimental testing of fiber reinforced polymer - concrete composite beam, Advanced materials research, 168-170 (2010) 549-552. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.168-170.549
[6] ACI 440.1R-15, Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with Firber-Reinforced Polymer (FRP) Bars, 2015.
[7] E. Shehata, R. Morphy, S. Rizkalla, Fibre reinforced polymer shear reinforcement for concrete members: Behaviour and design guidelines, Canadian Journal of Civil Engineering, 27 (2011) 859–872. https://doi.org/10.1139/cjce-27-5-859
[8] D. H. Deitz, I. Harik, H. Gesund, One-Way Slabs Reinforced with Glass Fiber Reinforced Polymer Reinforcing Bars, Materials Science, 1999.
[9] T. Zhang, D. J. Oehlers, P. Visintin, Shear Strength of FRP RC Beams and One-Way Slabs without Stirrups, Journal of Composites for Construction, 18 (2014) 1-36. https://doi.org/10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000469
[10] S. Lee, C. Lee, Prediction of shear strength of FRP-reinforced concrete flexural members without stirrups using artificial neural networks, Engineering Structures, 61 (2014) 99-112. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2014.01.001
[11] R. Park, T. Paulay, Reinforced Concrete Structures, John Wiley & Sons, 1975. https://doi.org/10.1002/9780470172834
[12] ASCE-ACI.445, Recent approaches to shear design of structural concrete, Journal of Structural Engineering, 124 (1998) 1375-1417. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1998)124:12(1375)
[13] A. K. El-Sayed et al., Shear strength of FRP-reinforced concrete beams without transverse reinforcement, Aci Structural Journal, 103 (2006) 235-243. https://www.researchgate.net/publication/279545915_Shear_strength_of_FRP-Reinforced_concrete_beams_without_transverse_reinforcement
[14] A. G. Razaqpur, O. B. Isgor, Proposed Shear Design Method for FRP-Reinforced Concrete Members without Stirrups, Structural Journal, 103 (2006) 93-102. https://doi.org/10.14359/15090
[15] F. Matta, P. Mazzoleni, E. Zappa, M. Sutton, Shear strength of FRP reinforced concrete beams without stirrups: Verfication of fracture mechanics formulation, ACI symposium publication, 2012.
[16] H. Q. Nguyen et al., Optimization of artificial intelligence system by evolutionary algorithm for prediction of axial capacity of rectangular concrete filled steel tubes under compression, Materials, 13 (2020) 1205. https://doi.org/10.3390/MA13051205
[17] Nguyễn Thùy Anh, Lý Hải Bằng, Phương pháp dự đoán tải trọng ổn định đàn hồi của dầm thép bản bụng khoét lỗ tròn dựa trên máy vec-tơ hỗ trợ, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, 71 (2020) 500-513. https://doi.org/10.25073/tcsj.71.5.4
[18] Lý Hải Bằng, Nguyễn Thùy Anh, Nghiên cứu dự báo sức chịu tải tới hạn của cấu kiện cột ống thép nhồi bê tông có tiết diện hình chữ nhật bằng mạng nơ ron nhân tạo, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, 71 (2020) 154-166. https://doi.org/ 10.25073/tcsj.71.2.10
[19] Q. H. Nguyen et al., A Novel Hybrid Model Based on a Feedforward Neural Network and One Step Secant Algorithm for Prediction of Load-Bearing Capacity of Rectangular Concrete-Filled Steel Tube Columns, Molecules, 25 (2020) 3486. https://doi.org/ 10.3390/molecules25153486
[20] S. Menard, Coefficients of Determination for Multiple Logistic Regression Analysis, American Statistical Association, 54 (2000) 17-24. https://doi.org/ 10.1080/00031305.2000.10474502
[21] C. Willmott, K. Matsuura, Advantages of the Mean Absolute Error (MAE) over the Root Mean Square Error (RMSE) in Assessing Average Model Performance, Climatic Research, 30 (2005) 79-82. https://doi.org/10.3354/cr030079
[22] M. A. Chowdhury, M. M. Islam, Shear Strength Prediction of FRP-reinforced Concrete Beams: A State-of the- Art Review of Available Models, Journal of Civil and Environmental Engineering, 5 (2015) 1-10. http://dx.doi.org/10.4172/2165-784X.1000186
[23] P. B. Cachim, Using artificial neural networks for calculation of temperatures in timber under fire loading, Construction and Building Materials, 25 (2011) 4175-4180. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.04.054
[24] E. Defernez, M. Kemsley, Avoiding overfitting in the analysis of high-dimensional data with artificial neural networks (ANNs), Analyst, 124 (1999) 1675-1681. http://dx.doi.org/10.1039/A905556H
[25] ACI440.1R-03: Guide for the Design and Construction of Concrete Reinforced with FRP Bars, 2003.
[26] A. K. El-Sayed, E. F. El-Salakawy, B. Benmokrane, Shear strength of concrete beams reinforced with FRP bars: Design method, Symposium Paper, 230 (2005) 955-974. https://www.researchgate.net/publication/254398286_Shear_Strength_of_Concrete_Beams_Reinforced_with_FRP_Bars_Design_Method
[27] M. Nehdi, H. El-Chabib, A. M. Said, Proposed Shear Design Equations for FRP-Reinforced Concrete Beams Based on Genetic Algorithms Approach, Journal of Materials in Civil Engineering, 19 (2007) 1033-1042. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2007)19:12(1033)
[28] A. K. Tureyen, R. J. Frosch, Shear Tests of FRP-Reinforced Concrete Beams without Stirrups, ACI Structure Journal, 99 (2002) 427-434. https://www.researchgate.net/publication/282061375_Shear_tests_of_FRP-reinforced_concrete_beams_without_stirrups
Tải xuống
Chưa có dữ liệu thống kê
Nhận bài
15/09/2020
Nhận bài sửa
27/10/2020
Chấp nhận đăng
02/11/2020
Xuất bản
28/12/2020
Chuyên mục
Công trình khoa học
Kiểu trích dẫn
Nguyễn Thùy, A., & Lý Hải, B. (1609088400). Dự đoán sức kháng cắt của dầm bê tông cốt thanh FRP không có cốt thép đai sử dụng mạng thần kinh nhân tạo. Tạp Chí Khoa Học Giao Thông Vận Tải, 71(9), 1047-1060. https://doi.org/10.47869/tcsj.71.9.4
Số lần xem tóm tắt
124
Số lần xem bài báo
213
