现代数学方法在混凝土中的应用.pdf
《现代数学方法在混凝土中的应用.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《现代数学方法在混凝土中的应用.pdf(3页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2 0 1 2年 第 1 1期 ( 总 第 2 7 7期 ) Nu mb e r 1 1 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 7 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORETI CAL RESE ARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 1 1 0 0 6 现代数学方法在混凝土中的应用 孔丽娟 。杜渊博 ( 石家庄铁道大学 材料科学与工程学院,河北 石家庄 0 5 0 0 4 3 ) 摘要: 混凝土组成复杂, 传统的数学方法很难有效预测其各种行为。 列出了国内外关于模糊
2、聚类 、 灰色关联和人工神经网络在混凝土 中的应用成果, 分析了现代数学方法在定量研究混凝土体系中的不确定关系、 确定混凝土性能的主要影响因素、 有效预测混凝土的各种 性能和优化混凝土配合比等方面的优势, 指出今后可在混凝土微观结构方面进一步应用。 关键词: 模糊聚类; 灰色关联;人工神经网络;混凝土 中图分类号 : T U 5 2 8 O l 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 1 1 - 0 0 1 8 0 3 Appl i c a t i on of mode r n ma t he ma t i c a l me t hods i
3、n c onc r ete KONGL i -j u a n , DU Yu a n b o ( S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e ri n g , S h ij i a z h u a n gT i e d a o Un i v e r s i t y, S h ij i a z h u a n g 0 5 0 0 4 3 , C h i n a ) Abs t r a c t : Th e c o mpo s h o n o f c o n c r e t e wa s c o mp l e
4、x S O t h e t r a d i t i o n a l ma t he ma t i c a l me t h o d wa s d i ffic u l t t o p r e d i c t i t s b e h a v i o r T h e ma i n a p p l i c a t i o n r e s u l t s o f f u z z y c l u s t r i n g, a y r e l e v a n t a n d a r t i fi c i a l n e u r a l n e t wo r k s i n c o n c r e t e
5、a t h o m e a n d a b r o a d we r e p res e nt e dTh e a d v a n t a g e s o f mo d e m ma t h e ma t i c a l me t h o d s o n t h e q u a n t i t a t i v e s t u a y o f u n c e r t a i n t y r e l a t i o n s h i p i n c o n c r e t e s y s t e m, d e t e r mi n e t h e ma i n i n fl u e n c e f
6、a c t o r s o f c o n c r e t e p e r f o r ma n c e, a n d t h e e ffe c t i v e p r e d i c t i o n o fc o n c r e t e p r o p e i e s a s we l l a s t h e o p t i mi z a t i o n o f t he c o n c r e t e mi x t u r e p r o p e i o n s we r e a n a - l y z e dAt l a s t , i t wa s p o i n t e d o u
7、 t that t h e mo de m ma t h e ma t i c a l me t h o d s c o u l d b e f u r t h e r a p p l i e d i n t h e s t u d t y o f c o nc r e t e mi c r o s t r u c t ur e Ke y wor d s: z z y c l u s t e rin g ; g r a y r e l e v a n t ; a r t i fic i a l n e u r a l n e t wo r k; c o n c r e t e 0 引言 混凝土
8、是当今世界上用途最广、 用量最大的人工土木工程 材料, 其质量的优劣对建筑工程质量至关重要。 数学方法在混凝 土中的应用可实现对其性能的预测和评价, 如强度计算公式等, 计算的结果可以很好的用于指导实践, 但工作量大 , 而且这些 经验公式不可避免的代人人为的影响因素和相应的局限性 , 一 般无法完全再现试验数据 , 可重复性差。 混凝土因其成因复杂 , 影响因素众多, 且各因素间有耦合效应, 故混凝土是随机性 、 灰 色性和模糊性等不确定信息的综合体 , 这就使得传统的数学方 法在混凝土的应用中有很大的局限性, 而现代数学方法在处理 这类问题方面则具有得天独厚的优势。 本研究分别介绍了灰色
9、关联 、 模糊聚类和人工神经网络在混凝土中的应用现状, 并指 出其评价结果更客观、 准确, 是解决混凝土的最佳方法。 1 模糊聚类在混凝土中的应用 1 1 模 糊聚 类 聚类分析 1 是用数学方法研究和处理所要研究对象的分类 问题 , 即用数学定量地确定分析对象之间在性质、 特征等方面 的亲疏关系和相似性 , 从而实现对事物客观地分型划类的数学 方法嘲。 用模糊聚类分析事物更加的灵活 , 客观和计算简便 , 因 此它在天气预报、 地震预测 、 地质勘探、 环境保护以及图像语言 识别等领域有着广泛的应用3 】 。 模糊聚类的计算方法主要有模 糊等价关系法、 传递闭包法、 最大树方法编网法和模糊
10、C均值 法 。 在混凝土的应用中主要采用基于模糊等价关系的动态聚 类法 , 其计算过程主要有 : 样本与聚类指标的选择 、 数据标准 化、 计算模糊相似关系、 确定模糊等价关系和聚类嗍 。 但模糊聚 类分析的结论并不表征对象绝对属于某一类, 而是以清晰的阈 值表征对象在一定程度上相对属于某一类。 1 2 模糊聚类在混凝土 中的应用 模糊聚类由于可以从量上把握研究体系中的复杂和模糊 不确定的关系, 因此在混凝土中应用模糊聚类方法可以解决以 往只能定性讨论的问题。 周双喜6 1 选择钢渣粉、 粉煤灰、 活化煤矸石粉、 矿渣粉 、 烧黏 土、 石英粉等作为试验对象, 把掺加不同掺合料胶砂试件的 3
11、d 与 2 8 d抗折、 抗压强度作为样品的指标 , 通过应用模糊聚类的 数学方法分析了掺合料的活性, 避免了凭经验选择所带来的主 观片面性。 田华等人 指出通过选取最简单直观的水灰比、 矿物 细掺料用量、 砂率、 水泥强度 、 混凝土外加剂用量和骨料最大粒 径或者体现混凝土强度、 工作性、 耐久性和经济性的抗压强度 、 坍落度 、 抗渗性和原材料这两类指标 , 将模糊聚类的方法用于 高性能混凝土质量控制中可改进传统混凝土质量评定结果的 不客观性。 李敏嘲 等人应用模糊理论采用抗压强度损伤系数 、 耐 久度损伤系数和外观损伤系数为一级评价指标 , 以爆裂度和裂 缝宽度为二级指标, 确定了评价因
12、子的权重, 建立了评价计算 模型 , 实现了无损伤快速的对高强混凝土受火后的综合评价。 收稿 日期 :2 0 1 2 - 0 5 - 2 8 基金项目:国家自然科学基金( 5 1 1 0 8 2 8 2 ) ; 河北省 自 然科学基金( E 0 1 1 2 1 0 0 2 5 ) 1 8 赵运德【 9 J 以人力 、 机械、 材料 、 方法和环境为指标采用模糊关联 理论 , 建立了一种方便快捷的混凝土质量评估模型, 可预测混 凝土质量评价中的影响因素, 以确保工程质量的合格。 2 灰色关联在混凝土中的应用 2 1 灰 色关联 灰色关联法是通过对各个因素的几何曲线形状的分析比 较 , 认为几何形
13、状越来越近, 则他们之间的关联程度就越大 , 从 而分析出在某一包含多种因素系统中具体的某个因素到底是 属于主要的、 次要的、 影响大的或影响小的 “ 。 灰色关联提供 了各个因素之间的数值关系, 对于一个系统发展变化态势提供 了量化 的度量 , 非常适合动态历程分析。 在应用灰色关联分析 问题时具体步骤有 : 确定反映系统行为特征的参考数列和影响 系统行为的比较数列 、 对参考数列和比较数列进行无量纲化处 理 、 求参考数列与 比较数列的灰色关联系数、 求关联度和关联 度排序。 2 2 灰 色关联在混凝土 中的应用 混凝土是一种可用于多种环境下的非均质材料, 其性能受 多种因素的影响, 而应
14、用灰色关联理论可以将混凝土多个影响 因素的“ 影响力” 进行量化、 排序 , 不仅使人们在理论上更好的 认识混凝土 , 而且有助于实现对混凝土性能的控制和对工程施 工 的指导作用。 梁本亮 1 2 】 应用灰色关联建立了氯离子浓度 、 水灰比、 环境 湿度和构件表面氯离子浓度与氯离子侵蚀寿命之间的关联 度, 得出混凝土结构氯离子侵蚀寿命影响因子敏感度中, 以构 件表面氯离子浓度为最高, 其次是氯离子浓度和环境湿度, 水 灰比敏感度最低 , 这与按照单因素敏感性分析方法得出的结果 一 致。 冯庆革 等人以混凝土 7 、 2 8 、 9 1 d强度为母序列, 以孔 径 、 于 1 0 ri m、
15、1 0 2 0 a m、 2 0 5 0 r l m、 5 0 1 0 0 r i m、 1 0 0 - - 4 0 0 a m、 大于 4 0 0 n l T l 为子序列 , 应用灰色关联理论计算出养护龄期为 7 、 2 8 d的混凝土抗压和抗拉强度与 1 0 - 2 0 n m范围的孔关联度 最大, 9 1 d时与大于 4 0 0 a m的孔关联度最大。 彭艳周和张永娟 等人则借助灰色关联理论分别分析了钢渣粉和矿粉颗粒与混 凝土强度之间的关系, 指出要想提高钢渣粉颗粒群的反应活性, 应增加粒径为 5 3 0 m, 尤其是粒径为 5 1 0 m的颗粒含量j 4 J , 而矿渣粉则是 0 2
16、 0 m范围内的颗粒对混凝土强度有积极作 用 。 罗洵 通过分析胶凝材料用量、 水胶比、 磨细矿渣掺量 、 硅 灰掺量与混凝土坍落度和 2 8 d强度的关联度 , 发现胶凝材料的 用量对混凝土强度和流动性的影响最大。 陈志江旧等人用灰色 关联分析了混凝土碳化深度的影响因素, 得出各个关联因子对 混凝土碳化深度的影响大小 , 依次排序为 : 水灰 比、 相对湿度 、 水泥用量、 碳化时间。 袁晓露 利用灰色关联分析了水泥矿物组 成与韧性间的主次相关性。 结果表明, C S含量对水泥石韧性的 影响最大, 故适当增加硅酸盐水泥中 C : S的含量 、 控制 C S和 C 的含量, 有利于提高水泥石的
17、韧性。 此外在混凝土的配制 过程中也可应用灰色关联理论, 席峰等人通过分析聚苯乙烯 泡沫混凝土的原材料用量与混凝土强度和密度的关联度, 指出 在密度不变的情况下, 水灰比的改变和减水剂的使用对混凝土 强度影响最大 ; 而在强度不变的情况下 , 砂石和 E P S的含量是 影响密度的主要因素。 灰色关联还可结合其他方法来实现定量 化的研究 , 如 C Y C h a n g P 等人将灰色关联和赋权技术结合起 来确定了应用再生骨料生产混凝土的最佳参数。 3 人工神经 网络在混凝土 中的应 用 3 1 人 工神 经 网络 人工神经网络模型是一种基于生理学的智能仿生模型【2 1 , 表现出具有自组织
18、性、 自适应性 、 联想能力、 模糊推理能力和自 学习能力等优势, 非常适合解决非线性映射问题 , 其理论和模 型自2 0 世纪 4 0年代提出以来得到了迅速发展, 已在许多领域 得到成功应用22 - 23 。 在 目前使用的 3 O多种神经网络模型中, 最 具代表性、 使用得最多的是 B P网络。 它由信号的正向传播与误 差的反向传播 2 个过程组成, 由各隐层逐层对输入层传人的样 本处理后 , 传人输出层的实际输出值与期望输出值存在误差。 在各层权值的调整过程中, 网络对输入模式相应的正确性能也 不断上升 。 3 2 人工神经网络在混凝土中的应用 混凝土中各因素对其性能的影响是非线性的,
19、且因素之间 又相互有影响, 故采用传统的数学模型无法完全描述各因素与 混凝土性能之间的关系, 从而使所设计的混凝土性能和实际性 能之间存在很大偏差。 而人工神经网络非常适合解决非线性问题, 所以将其应用在混凝土中可实现对 昆 凝士陛能的精确预测【2 5 。 Ho s s a m Ho d h o d z 等人借助人工神经网络成功地分析了温 度和纤维掺量对混凝土性能的影响规律。 I C h e n g Y e h t2 7 l 改变 了粉煤灰掺量和水灰比, 通过测试混凝土 3 、 5 6 d强度 , 利用人 工神经网络得出粉煤灰的最佳掺量。 张伟口 目 通过选取粉煤灰掺 量 、 矿粉掺量、 水灰
20、比、 用水量为输入参量 , 以地下排污环境和 污水池水面的混凝土耐久性评估值为输出变量 , 很好地预测了 混凝土耐久性能。 E He wa y d e 2 9 1 也采用人工神经网络成功地预 测了混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。 崔猛3 0 】根据 1 6种不同配合比 混凝土的2 8 d强度预测结果, 证实了该人工神经网络模型可靠 度很高 , 可用于优化混凝土试配。 吕培印, 宋玉普 3 1】 将混凝土的 应力水平、 应力比、 加载频率和描述随机性的破坏概率作为神 经网络的输入 , 以疲劳寿命作为网络的输出, 结果显示其与试 验结果符合较好 , 故可用此方法部分地代替冗长、 昂贵的疲劳 试验。 赵庆
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 现代 数学 方法 混凝土 中的 应用
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【super****30541】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【super****30541】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。