Luận văn thạc sĩ về dự đoán khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép bị ăn mòn sử dụng mô hình trí tuệ nhân tạo

• Tác giả: Lê Minh Chánh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Hưng
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Dự đoán khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép bị ăn mòn sử dụng mô hình trí tuệ nhân tạo
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan chung về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.1.3. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.1.4. Mục tiêu đề tài
• 1.1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.1.5.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.1.5.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.1.6. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu
• 1.1.7. Tính mới của đề tài
• 1.1.8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.1.9. Cấu trúc luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA NGHIÊN CỨU
• 2.1. Giới thiệu Chương
• 2.2. Lý thuyết về ăn mòn bê tông
• 2.2.1. Khái niệm về ăn mòn bê tông
• 2.2.2. Phân loại ăn mòn bê tông
• 2.2.3. Mức độ ăn mòn bê tông
• 2.2.4. Nguyên nhân gây ăn mòn bê tông
• 2.2.5. Đặc trưng ăn mòn Bê tông
• 2.2.6. Các biện pháp hạn chế ăn mòn bê tông
• 2.3. Lý thuyết ăn mòn cốt thép trong bê tông
• 2.3.1. Các dạng cơ chế ăn mòn cốt thép
• 2.3.2. Ăn mòn Ion Clorua Cl-
• 2.3.3. Ăn mòn Ion Sulfate SO42-
• 2.3.4. Các quá trình ăn mòn cốt thép
• 2.3.5. Nguyên nhân gây ăn mòn cốt thép
• 2.3.6. Mô hình ăn mòn cốt thép
• 2.3.7. Giảm đường kính cốt thép
• 2.3.8. Nứt bê tông do giãn nở thể tích
• 2.3.9. Các biện pháp chống ăn mòn bê tông cốt thép
• 2.3.9.1. Chống ăn mòn bê tông
• 2.3.9.2. Chống ăn mòn cốt thép
• 2.4. Lý thuyết về các mô hình dự đoán dầm BTCT ăn mòn
• 2.4.1. Khai phá dữ liệu (KPDL - Data Mining)
• 2.4.2. Trí tuệ nhân tạo (AI - Artificial Intelligence)
• 2.4.3. Mạng nơ ron nhân tạo (ANN - Artificial Neural Network)
• 2.4.4. Thuật toán support vector machine (SVM - Support Vector Machine)
• 2.4.5. Mô hình cây quyết định (CART - Classification and Regression Trees)
• 2.4.6. Mô hình hồi quy tuyến tính (LR - Linear regression)
• 2.4.7. Mô hình tuyến tính tổng quát (GENLIN - Generalized linear regression)
• 2.4.8. Tự động phát hiện tương tác Chi-squared (CHAID - Chi-square automatic interaction detector)
• 2.4.9. Kết hợp các phương pháp (Ensemble method)
• 2.4.10. Phương pháp đánh giá hiệu suất
• 2.4.11. Phần mềm và mô hình thực nghiệm
• 2.5. Kết luận Chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT THU THẬP VÀ ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU
• 3.1. Khảo sát số liệu đầu vào của dầm bê tông cốt thép bị ăn mòn
• 3.1.1. Thiết lập cơ sở dữ liệu dự đoán
• 3.1.2. Các phương pháp khảo sát
• 3.1.2.1. Một số phương pháp khảo sát cho kết cấu bê tông cốt thép
• 3.1.2.2. Tính toán xác định cường độ bê tông hiện trường (Rht)
• 3.1.2.2.1. Trường hợp khoan lấy mẫu bê tông
• 3.1.2.2.2. Trường hợp sử dụng các phương pháp không phá huỷ
• 3.1.2.3. Đánh giá cường độ bê tông trên kết cấu công trình
• 3.1.2.4. Các phương pháp khảo sát thu thập số liệu sử dụng trong luận văn
• 3.1.2.5. Đặc trưng ăn mòn bê tông và cốt thép trong khảo sát
• 3.2. Tổng hợp số liệu đã khảo sát
• 3.2.1. Xử lý dữ liệu đưa vào mô hình
• 3.2.2. Mô tả số liệu
• 3.2.3. Kết luận Chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH VÀ THUẬT TOÁN TRÍ TUỆ NHÂN TẠO VÀO DỰ ĐOÁN
• 4.1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm Clementine
• 4.2. Quy trình dự đoán
• 4.3. Xây dựng mô hình bằng SPSS Modeler
• 5. KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ
• 5.1. Kết quả mô hình dự đoán
• 5.2. Kết luận và kiến nghị, định hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về dự đoán khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép

Dự đoán khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép (BTCT) bị ăn mòn là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành xây dựng. Việc này không chỉ giúp đánh giá tình trạng của các công trình mà còn hỗ trợ trong việc đưa ra quyết định sửa chữa hoặc gia cố. Các nghiên cứu hiện tại đã chỉ ra rằng, sự ăn mòn của bê tông và cốt thép là nguyên nhân chính dẫn đến sự xuống cấp của các kết cấu. Do đó, việc áp dụng các mô hình trí tuệ nhân tạo (AI) để dự đoán khả năng chịu lực còn lại của dầm BTCT là rất cần thiết.

1.1. Tình hình nghiên cứu về khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép

Nghiên cứu về khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép đã được thực hiện từ nhiều năm qua. Các mô hình dự đoán như mạng nơron nhân tạo (ANN) và máy vectơ hỗ trợ (SVM) đã được áp dụng để cải thiện độ chính xác trong việc đánh giá khả năng chịu lực của dầm bị ăn mòn. Những nghiên cứu này đã chỉ ra rằng, việc sử dụng AI có thể nâng cao hiệu quả dự đoán so với các phương pháp truyền thống.

1.2. Tầm quan trọng của việc dự đoán khả năng chịu uốn

Dự đoán khả năng chịu uốn không chỉ giúp các kỹ sư xây dựng đưa ra quyết định chính xác về việc sửa chữa hay gia cố mà còn giúp tiết kiệm chi phí và thời gian. Việc áp dụng các mô hình AI trong dự đoán khả năng chịu lực của dầm BTCT bị ăn mòn là một bước tiến quan trọng trong ngành xây dựng, giúp nâng cao độ bền và tuổi thọ của các công trình.

II. Vấn đề và thách thức trong dự đoán khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc áp dụng các mô hình dự đoán. Một trong những vấn đề lớn nhất là sự biến đổi của môi trường và các yếu tố tác động đến sự ăn mòn. Điều này làm cho việc dự đoán trở nên phức tạp hơn. Ngoài ra, việc thu thập dữ liệu chính xác và đầy đủ cũng là một thách thức lớn.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu uốn

Các yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ, và sự hiện diện của ion Cl- trong môi trường có thể ảnh hưởng đến khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép. Những yếu tố này cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình dự đoán để đảm bảo độ chính xác cao nhất.

2.2. Khó khăn trong việc thu thập dữ liệu

Việc thu thập dữ liệu từ các công trình thực tế gặp nhiều khó khăn do sự xuống cấp của các kết cấu. Nhiều công trình đã không còn giữ được tình trạng ban đầu, dẫn đến việc dữ liệu không chính xác. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả dự đoán và độ tin cậy của các mô hình.

III. Phương pháp dự đoán khả năng chịu uốn bằng trí tuệ nhân tạo

Các phương pháp dự đoán khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép bị ăn mòn đã được cải tiến đáng kể nhờ vào sự phát triển của trí tuệ nhân tạo. Các mô hình như mạng nơron nhân tạo (ANN), máy vectơ hỗ trợ (SVM), và hồi quy tuyến tính (LR) đã được áp dụng để nâng cao độ chính xác trong dự đoán. Những mô hình này cho phép xử lý và phân tích dữ liệu lớn một cách hiệu quả.

3.1. Mô hình mạng nơron nhân tạo ANN

Mô hình ANN đã được chứng minh là hiệu quả trong việc dự đoán khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép. Bằng cách học từ dữ liệu lịch sử, mô hình này có thể đưa ra dự đoán chính xác về khả năng chịu lực của các kết cấu bị ăn mòn.

3.2. Mô hình hồi quy tuyến tính LR

Hồi quy tuyến tính là một trong những phương pháp đơn giản nhưng hiệu quả trong việc dự đoán khả năng chịu uốn. Mô hình này giúp xác định mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng và khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã áp dụng các mô hình trí tuệ nhân tạo để dự đoán khả năng chịu uốn của 120 dầm bê tông cốt thép bị ăn mòn. Kết quả cho thấy mô hình hồi quy tuyến tính (LR) và mô hình tổng quát (GENLIN) cho kết quả gần như giống nhau và hiệu quả tốt nhất. Các mô hình kết hợp không cải thiện hiệu quả so với hai mô hình đơn lẻ tốt nhất.

4.1. Kết quả từ mô hình hồi quy tuyến tính

Mô hình hồi quy tuyến tính đã cho thấy khả năng dự đoán chính xác khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép bị ăn mòn. Kết quả cho thấy độ chính xác cao và có thể áp dụng trong thực tiễn.

4.2. So sánh hiệu quả giữa các mô hình

Kết quả so sánh giữa các mô hình cho thấy rằng mô hình LR và GENLIN có hiệu quả tốt nhất trong việc dự đoán khả năng chịu lực. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc áp dụng trí tuệ nhân tạo trong ngành xây dựng.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu dự đoán khả năng chịu uốn

Dự đoán khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép bị ăn mòn bằng trí tuệ nhân tạo là một lĩnh vực nghiên cứu đầy tiềm năng. Các mô hình hiện tại đã cho thấy hiệu quả trong việc dự đoán, nhưng vẫn cần tiếp tục cải tiến và phát triển. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa các mô hình và áp dụng chúng vào thực tiễn xây dựng.

5.1. Hướng phát triển trong nghiên cứu

Nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc phát triển các mô hình kết hợp để nâng cao độ chính xác trong dự đoán. Việc áp dụng các công nghệ mới như học sâu (Deep Learning) cũng sẽ được xem xét.

5.2. Tầm quan trọng của việc ứng dụng thực tiễn

Việc áp dụng các mô hình dự đoán vào thực tiễn sẽ giúp nâng cao độ bền và tuổi thọ của các công trình. Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn đảm bảo an toàn cho người sử dụng.