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        SVR對(duì)銑削型鋼纖維混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的預(yù)測(cè)研究

        2020-08-19 06:47:29唐江凌
        電腦知識(shí)與技術(shù) 2020年19期
        關(guān)鍵詞:水灰比混凝土

        摘要:為了預(yù)測(cè)多因素影響下的銑削型鋼纖維混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度,建立了支持向量回歸(SVR)預(yù)測(cè)模型。模型以銑削型鋼纖維混凝土的鋼纖維體積分?jǐn)?shù)(φf(shuō))、粗骨料最大粒徑(dmax)和水灰比(mw/mc)等參數(shù)為輸入變量,以銑削型鋼纖維混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度(f ft)為輸出變量進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)結(jié)果表明:SVR的預(yù)測(cè)模型具有較高的預(yù)測(cè)精度,能為銑削型鋼纖維混凝土的配制提供參考。

        關(guān)鍵詞:支持向量回歸;鋼纖維體積分?jǐn)?shù);粗骨料最大粒徑;水灰比;混凝土

        中圖分類(lèi)號(hào):TU528.01

        文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        文章編號(hào):1009-3044(2020)19-0226-02

        開(kāi)放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識(shí)碼(OSID):

        1 引言

        鋼纖維混凝土(Steel Fiber Reinforced Concrete簡(jiǎn)稱(chēng)SFRC)是在混凝土中摻人少量低碳鋼、不銹鋼或玻璃鋼的纖維后形成的一種多相非均質(zhì)復(fù)合材料。銑削型鋼纖維是由鋼錠銑削工藝制作而成的,是截面為月牙形,兩端帶有小肋,且一面粗糙一面光滑的高性能纖維產(chǎn)品。在混凝土中摻人銑削型鋼纖維后,由于銑削型鋼纖維的阻裂效應(yīng),使得銑削型鋼纖維混凝土的抗拉、抗剪、抗扭等性能得到大幅度提高[1,2]。

        混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度是混凝土最重要的基本力學(xué)性能指標(biāo)之一,是混凝土質(zhì)量控制的核心內(nèi)容。在我國(guó),通常采用150mm*150mm8150mm的立方體作為標(biāo)準(zhǔn)試件測(cè)定混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度。劈裂抗拉強(qiáng)度可由如下公式算得:

        f ft 0.637*( P/A)

        (l)

        (1)式中:fft為混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度,單位MPa;P為破壞荷載,單位N;A為試件劈裂面面積單位mm2。

        為了減少檢測(cè)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度次數(shù),滿(mǎn)足施工時(shí)節(jié)省人力、財(cái)力和時(shí)間的要求,有人提出采用經(jīng)驗(yàn)公式和線(xiàn)性回歸方程來(lái)預(yù)測(cè)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度。然而,由于影響劈裂抗拉強(qiáng)度的因素很多(如:鋼纖維體積分?jǐn)?shù)(φf(shuō))、粗骨料最大粒徑(dmax)和水灰比(mw/mc)等因素),同時(shí)這些因素對(duì)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響表現(xiàn)出復(fù)雜的非線(xiàn)性特性,經(jīng)驗(yàn)公式和線(xiàn)性回歸方程的很難用于實(shí)際預(yù)測(cè)之中。Idorn認(rèn)為,對(duì)混凝土的研究應(yīng)當(dāng)與現(xiàn)代智能技術(shù)相結(jié)合[3]。本文利用文獻(xiàn)[4]報(bào)道的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集,應(yīng)用支持向量回歸(SVR)技術(shù),對(duì)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)研究。

        2 SVR及預(yù)測(cè)模型建模

        2.1 SVR簡(jiǎn)介

        支持向量回歸機(jī)(SVR)是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論提出的一種數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。SVR具有計(jì)算效率高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,泛化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),能較好地解非線(xiàn)性、過(guò)學(xué)習(xí)和局部極小等實(shí)際問(wèn)題。特別是在預(yù)測(cè)問(wèn)題領(lǐng)域上,SVR得到了成功的應(yīng)用[5,6]。

        2.2 SVR核函數(shù)及參數(shù)的選擇

        SVR的預(yù)測(cè)性能,會(huì)受到其核函數(shù)的形式和參數(shù)影響?,F(xiàn)階段對(duì)于核函數(shù)的形式和參數(shù)選擇上并沒(méi)有統(tǒng)一的模式,考慮到以徑向基函數(shù)(RBF)為核函數(shù)的SVR有相對(duì)較強(qiáng)的泛化能力,本文采用RBF作為SVR模型核函數(shù)。RBF核函數(shù)表達(dá)式如下:

        以RBF為核函數(shù)的SVR泛化性能很大程度上依賴(lài)于不敏感損失函數(shù)ε、誤差懲罰因子C和核函數(shù)參數(shù)γ等3個(gè)參數(shù)。因此,對(duì)(ε,C,γ)參數(shù)集進(jìn)行尋優(yōu)是十分關(guān)鍵的。研究中采用粒子群優(yōu)化算法來(lái)尋找SVR最優(yōu)參數(shù)子集(ε,C,γ)。

        2.3 混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)集

        研究所用數(shù)據(jù)(見(jiàn)表1)來(lái)源于文獻(xiàn)[4]。

        2.4 預(yù)測(cè)模型的建立

        SVR預(yù)測(cè)模型以銑削型鋼纖維混凝土的鋼纖維體積分?jǐn)?shù)(φf(shuō))、粗骨料最大粒徑(dmax)和水灰比(mw/mc)為輸入變量,以銑削型鋼纖維混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度(fft)為輸出變量進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)集中,隨機(jī)抽取7*,8*,11*等3個(gè)樣本為測(cè)試樣本,其余8個(gè)樣本為訓(xùn)練樣本。

        2.5 模型預(yù)測(cè)性能的評(píng)價(jià)

        采用平均絕對(duì)誤差(MAE)、均方根誤差(MRSE)、平均絕對(duì)百分誤差(MAPE)和相關(guān)系數(shù)(R)對(duì)所建模型的預(yù)測(cè)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

        3 結(jié)果與分析

        表2所示為混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的實(shí)測(cè)值與SVR預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)值的比較。從表中可以看到,SVR對(duì)3個(gè)測(cè)試樣本的預(yù)測(cè)相對(duì)誤差都在±0.1%以?xún)?nèi)。這表明,通過(guò)訓(xùn)練、建模,SVR對(duì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)、粗骨料最大粒徑和水灰比等參量影響下的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度有較高的預(yù)測(cè)精度。

        表3給出了SVR模型的預(yù)測(cè)性能。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,SVR預(yù)測(cè)模型的MAE= 0.206 MPa.MAPE= 3.786%,MRSE= 0.252.R= 0.984。這些數(shù)據(jù)證明,SVR是很好的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型。

        4 結(jié)論

        通過(guò)把SVR用到混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度預(yù)測(cè)當(dāng)中,得到了如下結(jié)論:

        (1)采用SVR方法可以建立起混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度與鋼纖維體積分?jǐn)?shù)、粗骨料最大粒徑和水灰比等之間的非線(xiàn)性映射關(guān)系。

        (2)SVR預(yù)測(cè)模型有很高的預(yù)測(cè)精度。

        (3)利用對(duì)SVR預(yù)測(cè)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度,可以減少試配次數(shù),節(jié)省大量人力、物力和時(shí)間,提高企業(yè)效率。

        參考文獻(xiàn):

        [1]姬小祥,張帆,邵景干.不同類(lèi)型鋼纖維混凝土力學(xué)性能室內(nèi)試驗(yàn)分析[J]-水利與建筑工程學(xué)報(bào),2015,13(5): 168-172.

        [2]高翔.銑削型鋼纖維螺旋效應(yīng)的研究[J].工程建設(shè),2007,39(2):13-17.

        [3] IDORN G M.Comments on the contents of cement and con-crete research [J]. Cement and concrete research,1997, 27 (11):1625 -1626.

        [4]張廷毅,汪自力,朱海堂,鄭光.多因素影響下銑削型鋼纖維混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度[J].建筑材料學(xué)報(bào),2014,17(3): 383-388.

        [5]周加樂(lè),茍淞,劉宏.基于支持向量機(jī)的電火花加工TC4的盲孔深度預(yù)測(cè)模型[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2018,21: 24-26.

        [6]陳菊芬,李勇.基于多模態(tài)支持向量回歸的PM:,濃度預(yù)測(cè)[J]-環(huán)境工程,2019,1:122-126,34.

        【通聯(lián)編輯:梁書(shū)】

        基金項(xiàng)目:2018年廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“支持向量回歸技術(shù)在混凝土強(qiáng)度預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究”(項(xiàng)目編號(hào):2018KY0916)

        作者簡(jiǎn)介:唐江凌(1974-),男,壯族,廣西都安人,桂林師范高等專(zhuān)科學(xué)校物理與工程技術(shù)系副教授,主要研究方向:計(jì)算機(jī)技術(shù)及 應(yīng)用。

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