一种港口基础设施混凝土结构中氯离子扩散预测方法与流程

本发明涉及氯离子扩散预测，尤其涉及一种港口基础设施混凝土结构中氯离子扩散预测方法。

背景技术：

1、港口基础设施如码头、防波堤等长期暴露于富含氯化物的海洋环境中，氯离子渗透成为影响其耐久性的主要因素之一，为了有效管理和延长这些重要资产的服务寿命，开发了多种方法来预测氯离子在混凝土结构中的扩散过程，其中，数值计算分析已成为一种广泛应用的技术手段。

2、具体地，随着计算机技术和数值方法的进步，数值计算分析已经成为预测氯离子扩散的重要工具，这一方法主要包括有限元分析、有限差分法等，数值计算分析能够更精确地模拟复杂的几何形状和边界条件，以及混凝土材料的非均匀性和各向异性，它还可以考虑环境因素如温度、湿度变化对氯离子扩散的影响，通过设定合适的初始条件和边界条件，结合混凝土材料的具体参数如扩散系数、孔隙率等，数值模型能够提供详细的氯离子浓度分布图，从而帮助工程师评估混凝土结构的耐久性状况。

3、尽管数值计算分析为氯离子扩散预测带来了许多优势，但在实际应用中仍然面临一系列问题和挑战：

4、现有技术中，对于初始条件的设定往往仅在对现有数值做简单测试后设定，具体来说，尤其包括对混凝土初始氯离子浓度的估计，这估计通常是基于经验或标准测试的结果，例如通过实验室测试来确定，如使用滴定法、电位滴定法或离子色谱法测量新拌混凝土或养护初期混凝土样品中的氯离子浓度，然而，这样的设定方式缺乏进一步的详细计算及分析过程，这对于初始条件设定的科学性及准确性提出了挑战，初始条件的准确性直接影响到后续模拟结果的可信度，因此，当初始条件设定不合理，则极易导致预测结果与实际情况存在较大偏差。

5、因此，现有技术急需一种港口基础设施混凝土结构中氯离子扩散预测方法的技术方案。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种港口基础设施混凝土结构中氯离子扩散预测方法，具体包括以下步骤：

2、步骤s1、设定数值模型的初始条件和边界条件，并获取混凝土材料的参数；

3、步骤s2、对初始条件中氯离子初始浓度执行分析，得到最终氯离子初始浓度；

4、步骤s2a、对初始条件中氯离子初始浓度执行补偿处理，得到初始氯离子浓度补偿值；

5、步骤s2a1、通过实验室测试法获取至少两组混凝土样品中的氯离子浓度，并取均值作为第一初始氯离子浓度；

6、步骤s2a2、通过传感器测定获取至少两组混凝土样品中的氯离子浓度，并取均值作为第二初始氯离子浓度；

7、步骤s2a3、通过预设的预测模型，得到混凝土样品中的预测氯离子浓度；

8、步骤s2a31、重复执行步骤s2a1至步骤s2a2，获取至少n组第一初始氯离子浓度及第二初始氯离子浓度；

9、步骤s2a32、将至少n组第一初始氯离子浓度、至少n组第二初始氯离子浓度及混凝土材料的参数构建为数据集，并对数据集执行预处理；

10、步骤s2a33、将经过预处理后的数据集按预设比例进行划分，获取任意一部分划分完毕后的数据集作为训练集；

11、步骤s2a34、构建预测模型，并利用训练集对预测模型进行训练，得到训练完毕的预测模型；

12、所述预测模型采用神经网络模型；

13、步骤s2a35、确定待输入的氯离子浓度，并将待输入的氯离子浓度输入至训练完毕的预测模型中，得到混凝土样品中的预测氯离子浓度；

14、步骤s2a4、依据第一初始氯离子浓度、第二初始氯离子浓度及预测氯离子浓度，得到初始氯离子浓度补偿值；

15、步骤s2a41、获取第二初始氯离子浓度与第一初始氯离子浓度的第一差值；

16、步骤s2a42、获取预测氯离子浓度与第一初始氯离子浓度的第二差值；

17、步骤s2a43、获取预测氯离子浓度与第二初始氯离子浓度的第三差值；

18、步骤s2a44、根据第一差值、第二差值及第三差值，得到初始氯离子浓度补偿值；

19、其中，得到初始氯离子浓度补偿值的计算公式为：

20、

21、其中，代表初始氯离子浓度补偿值；代表第二初始氯离子浓度与第一初始氯离子浓度的第一差值；代表预测氯离子浓度与第一初始氯离子浓度的第二差值；代表预测氯离子浓度与第二初始氯离子浓度的第三差值；

22、步骤s2b、对初始氯离子浓度补偿值执行补偿处理，得到最终氯离子浓度补偿值；

23、步骤s2b1、重复执行步骤s2a，得到至少三组初始氯离子浓度补偿值；

24、步骤s2b2、获取每组初始氯离子浓度补偿值之间差值的绝对值；

25、步骤s2b3、将差值的绝对值与初始氯离子浓度补偿值结合，得到最终氯离子浓度补偿值；

26、步骤s2c、依据最终氯离子浓度补偿值，得到最终氯离子初始浓度；

27、将所述最终氯离子浓度补偿值与所述第一初始氯离子浓度结合，得到最终氯离子初始浓度；

28、步骤s3、根据最终氯离子初始浓度对数值模型的初始条件执行更新，并将数值模型的边界条件和更新后的数值模型的初始条件以及混凝土材料的参数输入至预设的数值模型中，得到氯离子浓度扩散分布图；

29、步骤s4、依据氯离子浓度扩散分布图评估混凝土结构的耐久性。

30、本发明实施例具有以下技术效果：

31、本发明旨在对现有初始条件设定的合理性执行一系列基于数据驱动的方式进行更新，尤其是对现有初始条件中初始氯离子浓度执行一系列分析，以得到最终氯离子初始浓度，该过程中尤其涉及补偿处理，具体地，尤其涉及对氯离子初始浓度的补偿处理，并在执行两次补偿处理后，分别得到初始及最终氯离子浓度补偿值，并在依据最终氯离子浓度补偿值以有效得到最终氯离子初始浓度，通过上述补偿分析方法，能够有效提升初始条件设定的准确性、科学性及合理性，以提高后续数值模型的模拟结果，即氯离子浓度扩散分布图的可信度，进而能够在最大程度上减小预测结果与实际情况之间的偏差。

技术特征：

1.一种港口基础设施混凝土结构中氯离子扩散预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种港口基础设施混凝土结构中氯离子扩散预测方法，其特征在于，所述步骤s2c、依据最终氯离子浓度补偿值，得到最终氯离子初始浓度，具体为：

3.根据权利要求1所述的一种港口基础设施混凝土结构中氯离子扩散预测方法，其特征在于，所述步骤s2a3、通过预设的预测模型，得到混凝土样品中的预测氯离子浓度，具体包括：

4.根据权利要求1所述的一种港口基础设施混凝土结构中氯离子扩散预测方法，其特征在于，所述步骤s2a4、依据第一初始氯离子浓度、第二初始氯离子浓度及预测氯离子浓度，得到初始氯离子浓度补偿值，具体包括：

5.根据权利要求4所述的一种港口基础设施混凝土结构中氯离子扩散预测方法，其特征在于，所述得到初始氯离子浓度补偿值的计算公式为：

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种港口基础设施混凝土结构中氯离子扩散预测方法，其特征在于，所述预测模型采用神经网络模型。

技术总结
本发明公开了一种港口基础设施混凝土结构中氯离子扩散预测方法，涉及氯离子扩散预测技术领域，本发明旨在对现有初始条件设定的合理性执行一系列基于数据驱动的方式进行更新，尤其是对现有初始条件中初始氯离子浓度执行一系列分析，以得到最终氯离子初始浓度，该过程中尤其涉及补偿处理，具体地，尤其涉及对氯离子初始浓度的补偿处理，并在执行两次补偿处理后，分别得到初始及最终氯离子浓度补偿值，并在依据最终氯离子浓度补偿值以有效得到最终氯离子初始浓度，通过上述补偿分析方法，能够有效提升初始条件设定的准确性、科学性及合理性，从而提高后续模拟结果的可信度，进而能够在最大程度上减小预测结果与实际情况之间的偏差。

技术研发人员：张文嘉,毕金强,张智鹏,鲍可馨,秦柳,许家帅
受保护的技术使用者：交通运输部天津水运工程科学研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/4/24