基于模糊系統(tǒng)方法的混凝土強度評定模型研究.pdf

1、近年來建筑工程質(zhì)量事故已經(jīng)成為困擾土木工程界的一個世界性問題?；炷潦墙ㄖこ讨凶钪饕慕Y(jié)構(gòu)材料之一。工程質(zhì)量事故的發(fā)生多與混凝土抗壓強度未達到設(shè)計要求有密切的關(guān)系。因此，加強混凝土的質(zhì)量檢測與控制成為當(dāng)今建筑工程技術(shù)中的重要課題。在我國，混凝土無損檢測以其簡單、易行、經(jīng)濟等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)混凝土強度評定。根據(jù)多個被測物理量從不同角度對混凝土強度進行綜合評定，比單一物理量的無損檢測方法具有更高的準(zhǔn)確性和可靠性，是目前混凝土強度無損檢

2、測技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。但是同時考慮多個被測物理量并不能克服混凝土強度評定中的不確定性，混凝土強度評定受到如原材料、配合比、齡期、養(yǎng)護條件等多個因素的影響，具有一定的不確定性。模糊數(shù)學(xué)是解決不確定問題的有力工具，因此，本文提出了一種基于模糊系統(tǒng)方法的混凝土強度多參數(shù)綜合評定模型。主要完成了以下工作： (1)提出了一個針對混凝土強度評定問題的特殊的建模優(yōu)化方案。整個過程并不是單向的，而是循環(huán)的。隨著模型的不斷使用，數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)

3、將會不斷增多，新的知識將被發(fā)現(xiàn)，已有的知識可能會被修正，知識的精度將會越來越高，蘊含在數(shù)據(jù)中的信息的價值將得到體現(xiàn)，大量的工程檢測數(shù)據(jù)將得到有效利用。 (2)在青島市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站的配合下，對青島地區(qū)5市3區(qū)范圍內(nèi)混凝土常用原材料的基本情況進行了較細致的調(diào)查，包括：常用的水泥廠家、品種情況；常用的細骨料級配情況；常用的粗骨料品種、級配情況；常用的混凝土外加劑品種等。為后續(xù)的混凝土無損檢測試驗提供了可靠的依據(jù)。 (3)

4、采用青島地區(qū)具有代表性的混凝土原材料及成型養(yǎng)護條件，嚴(yán)格按照地區(qū)測強規(guī)程的要求，制作了一千兩百多組標(biāo)準(zhǔn)試件。對這些試件進行非破損法檢測和試壓法測定抗壓強度，經(jīng)過兩年系統(tǒng)的試驗研究，建立了一個適合于青島地區(qū)的混凝土強度評定原始數(shù)據(jù)集，其中每組數(shù)據(jù)均由超聲值(km／s)、回彈值、碳化深度值(mm)、含水率(％)和混凝土抗壓強度(MPa)，共計5個被測參數(shù)組成；提出了數(shù)據(jù)集中一些數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法；確定了混凝土強度模糊評定模型的輸入變量為：超聲

5、值、回彈值、碳化深度值、含水率，輸出變量為：混凝土抗壓強度值。 (4)通過獨立編程，提出了適合于結(jié)構(gòu)混凝土強度評定的模糊建模方法。將超聲值、回彈值、碳化深度值和含水率四個被測參數(shù)作為模型輸入，混凝土抗壓強度值作為模型輸出，通過對模型輸入—輸出數(shù)據(jù)對的訓(xùn)練，提取IF-THEN模糊規(guī)則，形成模糊規(guī)則庫。為了建立一個完備的規(guī)則庫，提出了一種在沒有樣本數(shù)據(jù)覆蓋的區(qū)域形成外延規(guī)則的技術(shù)。采用單值模糊器、乘積推理機、中心平均解模糊器，建立混

6、凝土強度模糊評定模型。實驗表明：該模型可以有效地映射出被測參數(shù)與混凝土強度之間復(fù)雜的非線性關(guān)系，模型預(yù)測的平均相對誤差為7.22％，相對標(biāo)準(zhǔn)差為9.51％，強度預(yù)測精度高于基于回歸算法的模型的精度，符合混凝土無損檢測規(guī)程關(guān)于地區(qū)混凝土強度評定精度的要求，可以為青島地區(qū)結(jié)構(gòu)的安全性鑒定提供可靠的依據(jù)。 (5)利用均值定理，研究了模糊模型的逼近精度，得出了誤差邊界及影響精度的三個主要因素，分別是：在輸入變量定義域上所定義的模糊集合個

7、數(shù)；輸出變量模糊集合中心與樣本值之間的偏差；欲逼近的未知函數(shù)的光滑程度。 (6)為了在保留盡量多的信息前提下，合理、高效地選擇模型的最優(yōu)輸入變量或變量組合，以求在后續(xù)工作中實現(xiàn)高效率，提出了一種評定模型各輸入變量重要性的方法。通過定義不同個數(shù)的模糊集合，根據(jù)模型預(yù)測精度的變化來評定各輸入變量的重要性。其現(xiàn)實意義在于：可以幫助工程檢測人員在現(xiàn)場檢測條件有限的情況下，選擇最佳的變量作為被測參數(shù)，實現(xiàn)模型的效率優(yōu)化。實驗得到混凝土強度

8、模糊評定模型的各輸入變量，按重要性排序為：回彈值、超聲值、碳化深度值、含水率，其中回彈值最重要。 (7)研究了如何在整個輸入變量空間合理地定義模糊集合的問題，提出了一種通過調(diào)整和刪減模糊集合來實現(xiàn)模型優(yōu)化的算法。實驗結(jié)果表明：通過對模型的調(diào)整和修剪，提高了模型的精度。當(dāng)然該算法只能獲得局部最優(yōu)模型，但是它給我們提供了一種在函數(shù)關(guān)系復(fù)雜度較高的區(qū)域設(shè)置更多模糊集合的方法。 (8)研究了混凝土強度模糊評定軟件的設(shè)計和開發(fā)，該

9、軟件的主要功能包括：數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)建模、模型優(yōu)化和模型校驗。具有界面友好、操作簡便、可移植性強的特點。 基于模糊系統(tǒng)的建模方法是近年來智能控制和智能自動化領(lǐng)域研究的熱點。在混凝土無損檢測技術(shù)方面的應(yīng)用研究起步不久，目前尚未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的研究報告。本文在這方面做了一些探索工作，提出了一種基于模糊系統(tǒng)方法的混凝土強度多參數(shù)綜合評定模型，與現(xiàn)行規(guī)程提供的方法相比，具有以下特點： ①同時考慮了多因素對混凝土測強精度的影響，采用綜合法

10、對混凝土強度進行評定?？梢暂^全面地反映混凝土的狀態(tài)，提高了評定結(jié)果的可靠性。 ②采用基于IF-THEN規(guī)則的模糊系統(tǒng)建模方法。既具有較高的預(yù)測精度又具有便于解釋的優(yōu)點。 ③充分考慮到實際工作中應(yīng)用的便利及現(xiàn)場檢測條件的限制，只需改變對模型輸入變量的定義，就可以選擇具有不同輸入變量的模型結(jié)構(gòu)，具有一定的靈活性。 ④隨著樣本數(shù)目的不斷積累，該模型可以動態(tài)地在新取的樣本基礎(chǔ)上進行自學(xué)習(xí)，通過調(diào)整已有規(guī)則使模型的輸出值更