基于BPNN神經網絡混凝土抗壓強度預測及應用

免振搗混凝土的配合比的不同對其抗壓強度有很大影響,為了解決免振搗混凝土抗壓強度預測問題,采用bp神經網絡方法通過免振搗混凝土不同配合比訓練網絡預測其抗壓強度,結果表明bp神經網絡的隱層節(jié)點數目對預測精度有較大影響.通過分析得出采用bp神經網絡對免振搗混凝土抗壓強度預測是可行的.

采用基于levenberg-marquardt算法的bp神經網絡,構建珊瑚混凝土抗壓強度預測模型,并使用考慮交互作用的正交設計試驗l27(313)優(yōu)化模型參數。試驗結果表明:隱含層神經元數目和調整量初始值對網絡性能影響顯著,且二者間存在交互作用。經驗證,參數優(yōu)化后的模型預測誤差小,預測結果可靠,可為配合比設計和優(yōu)化提供指導。

為了有效提高混凝土抗壓強度的預測精準度,利用粒子群算法優(yōu)化bp神經網絡初始權值和閾值,建立了混凝土抗壓強多因子pso-bp預測模型。模型以每立方混凝土中水泥、高爐礦渣粉、粉煤灰、水、減水劑、粗集料和細集料的含量以及置放天數為輸入參數,混凝土抗壓強度值作為輸出參數,不僅可以克服bp算法收斂速度慢和易陷入局部極值的缺陷,而且模型的學習能力、泛化能力和預測精度都有了很大的提高。以uci數據庫中的concretecompressivestrength數據集為例進行仿真測試,結果表明:pso-bp模型預測精度較bp、ga-bp模型分別提高了8.26%和2.05%,驗證了pso-bp模型在混凝土抗壓強度預測中的有效性。

在給出混凝土等效水灰比和骨料平均漿體厚度計算方法的基礎上,采用人工神經網絡方法,建立了混凝土28d抗壓強度與混凝土等效水灰比、骨料平均漿體厚度和粉煤灰與膠凝材料用量比之間的非線性映射關系.該研究成果可減少混凝土試配次數,節(jié)約大量人力、物力和時間,并為高體積穩(wěn)定性混凝土配合比設計方法的研究進一步奠定了基礎.

本文采用誤差反向傳播神經網絡(bp)建立了混凝土抗壓強度的預測模型,在不同的誤差目標值及隱含層節(jié)點數條件下,探討模型的預測精度。實驗結果表明,當誤差目標值設定為0.01、隱含層節(jié)點數為3時,模型的預測精度最高,平均誤差百分數為6.6%。當誤差目標值設定較大時,樣本的預測值與實測值會發(fā)生明顯的偏差,預測效果不佳。

通過研究再生粗骨料取代率、水灰比對再生保溫混凝土抗壓強度的影響,建立了以再生粗骨料取代率、水灰比以及混凝土表觀密度為因子的bp神經網絡預測模型,旨在通過這三種因子的測量對再生保溫混凝土28d抗壓強度進行預測。試驗研究表明,當再生粗骨料取代率為50%時,再生保溫混凝土抗壓強度與混凝土拌合物表觀密度近似成線性關系,抗壓強度隨著水灰比的增大而降低；當取代率為100%時,抗壓強度與表觀密度為非線性關系,抗壓強度隨表觀密度的增大而增大,隨水灰比的增加而增加。建立的三因子bp神經網絡模型的預測值與實際值的誤差在3%以內,可用于再生保溫混凝土的抗壓強度預測。

作為混凝土主要力學性能指標，混凝土的抗壓強度很大程度上決定建筑工程的質量。混凝土抗壓強度預測也一直是國內外研究的重點。本文在參考國內外已有文獻的基礎上，借助matlab數學工具建立混凝土抗壓強度預測的bp人工神經網絡模型，對混凝土抗壓強度進行預測，同時將預測得到的結果和concretecompressivestrength數據集進行對比，驗證模型的正確性。并通過改變影響混凝土強度的各種因素的值對它們對混凝土抗壓強度的影響進行探討。

針對傳統(tǒng)bp神經網絡的不足,采用不同改進算法的網絡模型對自密實混凝土抗壓強度預測進行了詳細的分析.研究表明:采用變梯度算法的模型m1、p-b復位算法的模型m2、擬牛頓算法的模型m3以及l(fā)m算法的模型m4,這4種模型均成功地建立了自密實混凝土強度的非線性關系,可用于其強度預測;通過用matlab編寫程序,為解決bp網絡隱層節(jié)點數的不確定性提供了一種較為方便的途徑.

利用bp神經網絡法,建立了再生混凝土的抗壓強度預測模型。該模型采用了3層網絡結構模式,輸入層采用再生混凝土的配合比數據,輸出層為再生混凝土,置放7、28、56、90d的強度數據,模型的轉移函數均采用單極性sigmoid函數。由于sigmoid函數值為[0,1],因此,對再生混凝土輸入數據進行歸一化處理。最后,設計了33塊再生混凝土的抗壓強度試驗,利用試驗數據對網絡模型進行測試,測試的結果證實了該模型對再生混凝土的強度預測值與實際測試結果基本相符。

應用matlab提供的神經網絡工具箱作為bp神經網絡訓練和仿真的平臺,并進行語言編程,通過采用不同隱函數節(jié)點數進行對比試驗,采用精度與誤差都合適的節(jié)點數進行訓練與預測,觀察預測的精度,并分析神經網絡對抗壓強度結果預測的可應用性,從而得出一些有益的結論。

c15c20c25c30c35c40c45 試驗值2.252.73.153.553.94.34.65 標準值1.72.12.52.853.23.53.8 設計值1.261.761.82.12.362.62.8 標準值1013.416.720.123.426.829.6 設計值7.29.611.914.316.719.121.1 標準值1.271.541.782.012.22.392.51 設計值0.911.11.271.431.571.711.8 彈性模量2.22.552.833.153.253.35 抗剪強度 抗壓強度 抗拉強度 c50c55c60 55.35.6 3.944.1 2.92.963.1 32.435.538.5 23.125.3

在傳統(tǒng)預測混凝土強度的基礎上,提出一種基于人工智能的新的預測方法,建立了兩種神經網絡模型:bp神經網絡和rbf神經網絡,實現(xiàn)了從新拌混凝土成分及其特性到硬化后混凝土強度之間的復雜的非線性映射。通過對試驗數據的學習,網絡結構可以早期預測混凝土28d抗壓強度。另外,還利用bp神經網絡模擬分析了混凝土成分質和量的變化對抗壓強度的影響,其結果符合已知的經典混凝土強度變化規(guī)律,表明神經網絡模型具有較高的精度和較強的泛化能力。

序 號 構 件 名 稱 位 置 （ 澆 筑 日 期 回 彈 平 均 值 碳化 深度 現(xiàn)齡 期強 度推 定值 泵送 砼修 正值 泵送 砼強 度換 算值 設 計 強 度 回彈值 檢驗日期： 監(jiān)理單位： 項目施工技術負責人： 回彈法檢驗混凝土抗壓強度記錄 注：1、混凝土實體檢查應在分項工程質量驗收后進行;2、檢驗操作人員應經過專門培訓 、檢驗儀器應鑒定校準合格，齡期在60天以內的混凝土可不測碳化深度。 檢驗操作（記錄）人員： 專業(yè)監(jiān)理工程師（建設單位項目專業(yè)技術負責人）： 建設單位或工程名稱： 結構類型： 形象進度： 施工單位：

第1頁共1頁 標準養(yǎng)護混凝土抗壓強度檢驗報告 委托編號：2xxxxxxxxx記錄編號：2xxxxxxxxx報告編號：2xxxxxxxxx 委托日期：2018年01月01日檢驗日期：2018年01月01日報告日期：2018年01月01日 委托單位：工程名稱：xxxxxxxxxxx建筑工程 單位工程名稱：主廠房工程部位：3.95m層柱、梁、板 強度等級c40狀態(tài)描述表面平整 配合比編號試件成型方法 立方體試件邊長 （mm） 石子最大粒徑 （mm） 見證單位見證人及證書編號 取樣人及證書編號選樣人 試件編號成型日期檢驗日期 齡期 （d） 抗壓強度值 （mpa） 尺寸換 算系數 強度代表 值（mpa） 達到強度 等級百分 率（%） 1 // / /// / //// /

混凝土抗壓強度實驗報告 委托部門：生產部樣品性質：委托送檢委托日期：2011.01.18 、 施工單位：周口龍潤電力集團有限公司委托編號：委hgtky10096012實驗日期：2011.01.18 工程名稱：西氣東輸淮陽壓氣站2回路110kv線路配比編號：配10072302報告日期：2011.01.19 工程部位：基礎檢驗依據：gb/50081-2002 試件編號 試件規(guī)格 (mm) 強度等級成型日期年期（天） 抗壓強度（mpa）評定強度 （mpa）123 10096130100*100*100c2510-12-202830.129.631.230.3 報告人：李琰審核人：王潛簽發(fā)人：荊武波周口市恒固建設有限公司商混站實驗室 復制報告無蓋章無效 混凝土抗壓強度實驗報告 委托部門：生產部樣品性質：委托送檢委

混凝土抗壓強度檢測報告 委托單位委托人委托日期報告編號 工程名稱委托編號 工程地址建設單位檢測類別 施工單位監(jiān)理單位樣品狀態(tài) 品種檢測標準 檢測日期檢測環(huán)境檢測設備 任務單 編號 樓層及部位養(yǎng)護條件 設計強 度等級 制作日期施壓日期 齡期 （d） 代表數 量（方） 破壞荷載 （kn） 抗壓強度（mpa） 備注 單塊值代表值 檢測報告說明：1、若對報告有異議，應于收到報告之日起十五日內，以書面形式向檢測單位提出，逾期視為對報告無異議。 2、送樣檢測，僅對來樣檢測負責。3、未加蓋本公司材料實驗專用章，報告無效。 負責人：審核：實驗：報告日期: 檢測單位： 上崗證號地址： 電話：郵編： 以下空白

混凝土抗壓強度檢測報告 樣品名稱混凝土強度樣品規(guī)格150*150*150(mm)樣品狀態(tài)無異常檢測地點混凝土室報告編號1171122064 工程名稱電桿檢測類別產品質量檢測檢測日期20171106檢測依據gb/t50081 工程部位養(yǎng)護條件 設計強度 等級 制作日期試壓日期 齡期 （d） 承壓面積 （mm2） 抗壓強度（mpa） 備注 單塊值代表值 電桿同條件養(yǎng)護c4010月08日11月06日2822500 49.4 51.652.2 53.1 檢測環(huán)境20℃檢測設備壓力試驗機、鋼直尺 說明：○1本報告加蓋本單位檢測專用章后生效?！?對檢測結果若有異議，請于收到報告之日起十五天內向本單位提出，逾期視為對報告無異議?！? 未經本單位同意，不得以任何方式復制本報告，經同意復制的

混凝土抗壓強度檢驗原始記錄 委托編號： 尺寸（mm）成型日期破型日期齡期極限荷載個別強度強度 代表值 (長×寬×高)(年-月-日)(年-月-日)（d）（kn)（mpa)（mpa) 150×150×150604.1226.85 150×150×150618.327.48 150×150×150633.8228.17 150×150×150543.2324.14 150×150×150234.1210.41 150×150×150789.2335.08 150×150×1500 150×150×1500 150×150×1500 150×150×1500 150×150×1500 150×150×1500 0 27.5 23.2 0 工程名稱： 委托單位： 樣品編號強度等級 試驗環(huán) 境 設備編 號 試驗員備注

混凝土抗壓強度檢驗報告 (2)

河南省建設工程質量檢測機構 混凝土抗壓強度檢驗記錄預檢j—09 所用儀器：nyl—2000d型儀器運行狀態(tài)：檢驗前檢驗后 環(huán)境條件：檢驗前溫度檢驗后溫度樣品狀態(tài) 檢驗性質：檢驗依據送抽樣日期年月日 密碼 編號 強度 等級 時間規(guī)格 長寬高 mmmm×mm 計算面積 （m㎡） 單塊荷載 p （kn） 單塊抗壓 強度r （mpa） 組平均抗 壓強度 （mpa） 平均抗 壓強度 （mpa） 單塊最 小強度 （mpa） 干試樣 質量（%） 體積 密度 平均體 積密度 計算公式：r＝（p/s）×103 檢驗人：復核人：

. ... db15/427-2005 現(xiàn)澆混凝土抗壓強度統(tǒng)計評定表 單位工程名稱：c02-3-07-001 層數部位 設計強 度等級 砼數量 (m3) 澆筑砼 起止日期 試驗單 編號 每組試塊強 度代表值 （mpa） 占設計強 度百分比 (%) 單位工程強度驗收判斷計算結論與處理 a區(qū)一層1—15軸框架柱、 剪力墻及剪力墻件暗柱 c501002012-6-28hy20120309052.6105強度系數=1 試件組數:n=56 合格判定系數:λ1=0.95 λ2=0.85 mfcu=62.34 sfcu= 1 .22 n fcumncuif =8.2 fcuk=50.0 fcumin=47.5 評定方法: mfcu≥0.9fcuk+λ1sfcu=52.79 fcumin≥λ2

nλ1mfcu?cu,minｓfcu0.90?cu,k0.95?cu,k1.1?cu,k 復核： 混凝土抗壓強度計算表 gd-c1-334 單位(子單位)工程名稱 施工單位 號 項目 ?cu,k mfcu+λ1ｓfcu0.85?cu,k1.15?cu,k備注 1在“結果評定 gbj107-2010 “合格”、“ 意見 2 3 4 5 6 1 定 2 3 4 5 6 項目技術負責人:計算：監(jiān)理審核人：