高强混凝土强度预测的未确知聚类预测优化模型.pdf

2 0 1 1年 第 1 0期 ( 总 第 2 6 4期 ) Nu mb e r 1 0 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE 0RETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 1 1 0 0 1 2 高强混凝土强度预测的未确知聚类预测优化模型 许元 ( 浙江广厦建设职业技术学院，浙江 东阳 3 2 2 1 0 0 ) 摘要： 高强混凝土的强度受多种因素的影响， 其强度的预测是一个动态性的系统工程。 建立了高强混凝土强度预测的未确知聚类的预 测优化模型。 并将未确知聚类预测优化模型计算的强度结果与实测混凝土 2 8 d 抗压强度进行比较。 研究表明， 预测结果与实测结果吻合 一 致， 说明该预测模型具有较高的预测精度， 为以后高强 昆 凝土强度预测提出一种新方法和一条新途径。 关键词： 高强混凝土；未确知聚类预测优化模型；强度预测 中图分类号 ： T U5 2 8 _3 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 1 0 0 0 3 4 0 3 S t r en gt h pr e di c t i on of hi gh s t r e ngt h c onc r e t e us i ng f or e c as t op t i mi z ed mode l of una s c e r t ai ne d c l us t er i ng gr a de U Yu a J 1 ( Z h e j i a n g G u a n g s h a C o l l e g e o f A p p l i e d C o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y ， D o n g y a n g 3 2 2 1 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r act： To ma k e the s t r e n g t h f o r e c a s t o fh i g h s t r e ng t h c o nc r e u n d e r i n fl ue n c e o f s e v e r a l f a c t o r s e x a c t ， t h e mo d e l o fo p ti mi z e d me t h o d o f u n a s c e r ta i n e d c l us t e rin g g r a d e a n d i t s l e a r n i ng a l g o r i t h ms a r e r e c o mme n d e d Th e n t h e a p p r o a c h b a s e d o n u n a s c e r t a ine d c l u s t e ri n g gra d e mo d e l i s a p p l i e d t o p r e d i c t the s t r e n g t h o f hi g h s t r e n g t h c o n c r e Fu r t h e r mo r e ， we c o n t r a s t i t t o r e s u l t s o f a c t u a l me a s u r e dI t i s f o u n d t h a t the mo d e l o f o p t i mi z e d me t ho d o f u n a s c e r t a i n e d c l u s t e r i n g gra d e C an p r e d i c t the s t r e n g t h o f hi s tr e n g t h c o n c r e t e a c c u r a t e l y It i s a q ua n t i t a t i v e a n d c o n v e n i e n t an a l y z ing a p p r o a c h wi t h h i g h a c c ura c y I t i s f e a s i bl e i n p r e d i c t i n g t h e s t r e n g t h o f hi g h s t r e n g th c o n c r e t e K e y wo r d s ： h i 曲 s tr e n g t h c o n c r e t e ； o p t i mi z e d mo d e l o f u n a s c e r t a i n e d c l u s t e ri n g g r a d e ； s t r e n g t h f o r e c a s t 0 引言 昆 凝土作为现代建筑行业中用途最广、 用量最大的建筑材料， 全世界一年的用量就达 9 0亿 t 。 自 1 9世纪中叶混凝土用于工程 结构以来， 混凝土技术的应用和发展， 是随着提高混凝土结构的 耐久眭， 延长构件使用寿命的要求， 向着复合化、 高强化、 商性能 化的方向， 不断提高混凝土强度和性能。 但是长期以来， 人们过 分注重混凝土各项力学性能的研究， 主要集中在如何提高混凝 土强度上， 以增加混凝土强度来代表混凝土性能的优劣， 而对影 响混凝土耐久性因素重视不够， 例如， 为提高混凝土强度而加大 水泥用量而导致混凝土内外温差过高 ， 使工程结构易产生裂缝， 甚至出现爆裂破坏现象； 强度越高， 干缩越大， 混凝土越脆。 粉煤灰混凝土应用技术规程 1 与 普通混凝土配合比设 计规程 嘲 中认为， 粉煤灰混凝土的 2 8 d抗压强度与胶水比、 水 泥强度等级、 石子类型及粉煤灰与胶料用量比等有关。 一般确定 混凝土抗压强度的方法是， 在基准配合 比基础上 ， 保持胶水 比 或砂率不变， 不断调整胶料用量和砂石用量， 以确定最佳配合 比。 这种方法要耗费大量原材料， 也浪费了大量人力和时间。 随 着混凝土技术的发展， 新型水泥复合材料的使用， 高强混凝土、 超高强混凝土 、 高性能混凝土研究的不断深入 ， 混凝土内部的 复杂性和动态性逐渐加强 ， 影响混凝土的因素不断增多， 而且 诸多因素的交互作用， 线性函数关系不复存在 ， 表现出特殊的 非线性规律， 要想建立混凝土强度与其影响因素间的因果规律 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ o 4 _ 2 5 基金项 目：2 0 1 1 年金华市科技计 划项 目 3 4 的数学模型 是件很困难甚至不能实现的工作。 但是随着计算机 发展以及生命科学的进步， 具有大规模并行处理、 容错性、 自组 织 、 自适应能力、 联想能力强等特点的人工神经网络理论和模 型得到了迅速发展， 并在工程领域得到应用 ， 为混凝土强度预 测以及高耐久性设计提供了有力保证 】 。 未确知聚类预测优化模型是研究采矿地表沉陷问题时中 南大学董陇军基于未确知测度理论及信息熵的基础上提出来 的一种多指标综合预测方法 。 将其应用到高强混凝土的强度 预测研究中， 并将未确知聚类预测优化模型应用于实际工程中， 研究表明， 预测结果与实测结果吻合一致 ， 说明该预测模型具 有较高的预测精度， 为以后高强混凝土的强度预测提供了一种 新的方法和一条新的途径。 1 未确知均值聚类预测优化模型 1 1 确定待预测标本的分类模式嘲 设某研究对象空间为 ， 该空间中的任意一个元素 ， 与 m 个单项因素相关， 所有相关因素记为 R = 。 ， R ， ， R ； 研究空 间 中的相关元素分类为 c 。 ， c 2 ， ， c k 组成分类集 K， 当满足 条件 U F ， F即为分类空间， 并满足 Gu G J ， V G， E K条 f = l 件。 已知研究样本集 扛， ， ， 中所有研究元素的分类及 各指标的测量值， 例如， 样本中第 i 个研究样本 她的分类为 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 也就是满足条件 C k ， 则样本 瓤的第 个指标的测量值记为 鳓 。 从而， 对于新的一个研究对象 。 来说， 在已知各指标的测量值 的条件下， 可以预测 所属类。 根据条件将标本分为 类 ： C ， c 2 ， ， C k ； 相应地将 m个相关因素也分为 k 类， 以所确定的 各类样本均值为分类中心， 并确定 个分类模式 。 ， ， ， 根据未确定数学方法中未确定测度模型的性质 ， 建立未确知测 度分别为 = 1 ， 0 ， 0 ， ， 0 ) = 0 ， 1 ， 0 ， ， 0 ， i z 3 = O ， 0 ， 1 ， ， 0 ) ， ， O ， 0 ， 0 ， ， 1 。 1 2 预测标本和参照系 统的未确知测度向量关系的建立 假设待预测标本第 t 个因素与参照系统因素的未确知测度 为“( 1 ， 2 ， ， m) ， 记为： ( ， ， ， ) ， = 1 ， I0 ( 1 ) =1 由于待预测标本中每个因素对分类的相对重要程度不同， 也决定了未确知测度对每个因素的依赖程度不同， 一般用权系 数来表示每个因素的重要程度。 权系数在未确知测度系统中非 常重要 ， 直接影响到预测的结果 ， 确定权系数的方法有 A HP 法、 De l p h i 法 、 模糊聚类分析法， 但这些都是人们根据以往 的经验 来确定权系数， 主观性的确定很容易产生误差。 现在一般依据属 性论的性质， 根据属性实测值的大小来确定每个属炷的权系数。 本文利用信息熵概念 ， 通过属性的峰值 ， 进而得到属性的权系 数。 权系数记为6 。 三 ( 6 ， 6 ， ， 6 ) ， 其中： 8 k = l ， 0 ， k = l ， 2 ， ， m ( 2 ) =l 根据单指标未确知测度 “( 1 ， 2 ， ， m) 和权系数 ( f = 1 ， 2 ， ， m) ， 可以得到多指标综合未确知测度向量， 记为西 。 m fi = c q z , + c 2 z 2 + + 0 l 0 lt ( 3 ) 1 1 3 未确知测度距 离的计算 单指标未确知测度 ( = 1 ， 2 ， ， ) ， 与综合未确知测度向 量 的距离， 称为未确知测度距离f 7 ， 记为 。 d 、 ( A 1 0 ) + ( 应 2 0 ) + ( 应 1 ) + + ( _r0 ( 4 ) 1 4 预测标本所属类别的确定 对计算出的未确知测度距离 d k ( k = l ， 2 ， ， K) 进行比较， 当： d k o - - mi n ( d 1 ， d 2 ， ， ) ( 5 ) 说明待预测标本与分类模式系统要求最接近， 可以把待测 标本归人 C t 7 1 。 1 5 预测值的计算圈 待测标本的预测值可由下列式计算 ： 夕 ： ( 斗 + 斗 豇 ) 互 乍 。面 + 书赢 ( 6 ) 式中： 分类模式系统的平均值； 综合未确知测度向量。 2 预测模 型的工程 实例 应用 为验证本文所建立预测模型在高强混凝土强度预测中的正 确性， 选用文献 4 中的高强粉煤灰混凝土数据作为样本， 其中 5 O 个作为训练样本， 5 个作为预测样本。 表中 数据表示粉煤灰 在胶材中所占比例 ， ： 数据表示胶材用量( k g m3 ) ， 数据表示胶 水比。 表中同时列出了实测混凝土 2 8 d抗压强度( MP a ) 及模型的 预测值( MP a ) ， 以说明本文所建立的预测模型的可行性和正确性。 从表 2对比数据中可见， 未确知均值聚类预测模型应用于 高强混凝土的强度预测是完全可行并且是可靠的。 具体应用流程见图 1 。 ( 1 ) 先根据施工经验或施工历史资料对各评价指标定量化。 ( 2 ) 将得到的定量化指标整理 ， 进而得 U -iJ J l 练样本集和测 试样本集。 ( 3 ) 根据训练样本集进行训练， 得到混凝土施工故障诊断 未确知均值聚类模型。 ( 4 ) 根据得到的模型， 对训练样本回判检验。 ( 5 ) 对测试样本预测， 输出预测结果。 图 1 高强混凝土预测的的未确知均值聚类预测模型图 表 1 训练样本数据及 实测结果 3 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2 测试样本及预测结果和实测结果 3结 论 把未确知聚类预测优化模型应用到高强混凝土的强度预测 研究中， 通过建立以胶材用量、 胶水比、 粉煤灰在胶材中所占的比 例为影响因素的混凝土强度预测的数学模型， 计算高强混凝土的 强度值， 通过对某高强粉煤灰混凝土数据样本预测结果及与样本 实测混凝土 2 8 d 抗压强度结果进行比较。 可以看出， 未确知聚类 预测优化法具有较高的预测精度， 能较准确地预测混凝土强度随 诸影响因素的变化情况。 值得关注的是， 虽然该模型是根据少量样 本得出的结论， 随着样本的增加未确知聚类预测优化法的预测精 度也会大大提高。 如何利用未确知测度函数进行综合评判， 使所得 到的结论更加全面科学， 是接下来需要进一步研究的工作。 参考文献： 【 1 】 G B J 1 4 6 - - 9 0 ， 粉煤灰混凝土应用技术规程 s 】 北京： 中国标准出版 社 ， 1 9 9 0 2 】2 J G J 5 5 2 O o o ， 普通混凝土配合比设计规程【 s 1 E 京： 中国建筑工业 t 出版社， 2 0 0 1 3 】 胡立黎， 郑宏基于遗传一 神经网络无黏结部分预应力高强混凝土梁 的延性l J 江南大学学报： 自然科学版， 2 0 0 8 ， 7 ( 4 ) ： 4 7 9 4 8 3 f 4 胡明玉， 唐明述 神经网络在高强粉煤灰混凝土强度预测及优化设 计中的应用【 J 】 混凝土， 2 0 0 1 ( 1 ) ： 1 3 1 7 5 J董陇军， 李夕兵， 宫凤强 开采地面沉陷预测的未确知聚类预测模 型 J 】 中国地质灾害与防治学报， 2 0 0 8 ， 1 9 ( 2 ) ： 9 5 9 9 6 I 董陇军， 李夕兵， 宫凤强膨胀土胀缩等级分类中的未确知均值聚类 模型及应用f J 1 中南大学学报， 2 0 0 8 ， 3 9 ( 5 ) ： 1 0 7 5 1 0 8 0 【 7 】董陇军， 赵国彦 未确知均值分级方法及在回采巷道围岩分类中的 应用 J _解放军理工大学学报 ， 2 0 0 9 ， 1 0 ( 6 ) ： 5 7 5 5 7 9 【 8 】董陇军， 王飞跃 基于未确知测度的边坡地震稳定性综合评价【 J 中 国地质灾害与防治学报， 2 0 0 7 ， 1 8 ( 4 ) ： 7 4 7 8 【 9 D O N G L o n g j u n， P E NG G a n g - j i a n， F U Y u - h u a ， e t a1 U n a s c e r t a i n e d me a s u r e m e n t c l a s s i f y i n g m o d e l o f g o a f c o l l a p s e p r e d i c t i o n J J o u r n a l o f c o a l s c i e n c e e n g i n e e r i n g ： E n d i s h e d i t i o n ， 2 0 0 8 ， 1 2 ( 2 ) 2 2 1 2 2 4 I o VU 开第， 庞彦军， 孙光勇， 等 城市环境质量的未确知测度评价f J 1 系 统工程理论与实践， 1 9 9 9 ， 1 9 ( 1 2 ) ： 5 2 5 8 【 1 1 1 万玉成 未确知性在预测与决策问题中的应用【 D 1 南京： 东南大学 ， 2 0 0 4： 2 2 - 2 7 【 1 2 曹庆奎， 刘开展， 张博文用熵计算客观型指标权重的方法【 J 河北建 筑科技学院学报， 2 0 0 0 ， 1 7 ( 3 ) ： 4 0 4 2 作者简介 ： 联 系地址 ： 联 系电话 ： 许元( 1 9 6 3 一 ) ， 女 ， 副教授， 高级工程师 ， 主要研究方向 ： 土 木工程材料应用。 浙江省东阳市广福东街 1 号( 3 2 2 1 0 0 ) 1 3 8 5 8 9 5 6 6 6 2 福田雷萨国IV5 2 m泵车抢攻产业战略高地 2 0 1 1 年 9月 2 9日， 福田雷萨国标准 5 2 m泵车上市仪式在万众瞩 目下正式举行， 这是继福田汽车制定 2 0 2 0发展战略， 确定 将高端装备制造业作为福田汽车重点发展方向之后 ， 福田雷萨泵送事业部的又一重大事件。 据悉， 该泵车也是中国首款达到国排 放标准的自主品牌泵车， 标志着中国自主研制的泵车向着世界工程机械战略高地发起强力进攻。而依托福田汽车集团强大一体化 研发、 一体化制造、 一体化服务优势， 福田雷萨也成为中国工程机械领域最具竞争力的自主品牌力量。 一 体化研发： 抢攻工程机械“ 技术高地” 雷萨 5 2 m新泵车采用了业内领先的高低压切换技术， 当出现堵管时， 可以切换高压进行泵送 ， 将堵管冲开 ， 排除堵管； 自动退 砼技术， 便于砼活塞的维护与更换， 提高工作效率， 延长砼活塞使用寿命 ； 先进的C A N总线运用， 特别增加白 诊断功能、 发动机与上 装通讯功能， 大大降低维修难度 ， 实现节能高效。 一 体化制造： 抢攻工程机械“ 品质高地” 源于福田汽车集团的雷萨一体化制造体系， 代表着中国工程机械领域的最高生产水平。福田雷萨底盘和上装均出自福田世界 级的数字化工厂， 产能已达到 8 0 0 0辆。数字化工厂先进的电脑控制的自动埋弧焊、 滚道整体加工工艺 、 数控水下等离子机、 大型数 控联动折边机等系列设备， 大大提高了雷萨泵车制造的整体质量和效率， 树立了中国泵车制造的品质标杆。 一 体化服务： 抢攻工程机械“ 服务高地” 福田雷萨对“ 一体化服务” 的重视， 进一步让人们感受到雷萨以国际化的标准和理念为准则 ， 树立了品牌价值的信念和态度。从 车辆融资到车辆保险、 配件融资， 雷萨均为用户提供一站式金融解决方案， 金融服务贷款首付低 ， 贷款期限长， 利率低 ， 手续简便， 还 款灵活， 负担小， 让消费者切实体会到了“ 省钱省心” 感受。 同时， 福田雷萨依托欧曼重卡服务网络 ， 建立起遍布全国泵车服务网络， 国内服务站 3 4 0 0 余家， 配件店 2 0 0 0 余家。享誉国内 的福田汽车“ 全程无忧” 服务品牌则成为福田雷萨畅行全国的金字招牌。全天候 、 全过程、 全方位的“ 三全服务” ， 规范化 、 亲情化、 个 性化 、 专业化的“ 四化建设” 标准； 统一服务理念、 统一服务形象、 统一服务标准、 统一服务流程、 统一服务培训、 统-J J 务配件， “ 六大 统一” ， 创造了中国工程机械领域堪比欧美的服务新基准， 展现了福田雷萨作为行业内领先企业的人性化与一流大企的国际风范。 依托一体化研发、 一体化制造、 一体化服务造就的技术、 品质、 品牌的全方位行业新高度 ， 福田雷萨泵车以及搅拌车的市场占 有 率、 品牌美誉度得到大幅提升， 书写了福田汽车高端装备制造领域的新传奇。福田雷萨的锐意突破已经成为中国高端装备制造企业 迈向高端、 布局全球的显著标志。而其高举的低碳旗帜， 也为中国高端装备制造业参与世界竞争、 迈向世界品牌标明了方向。 3 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m