基于模糊系统方法的混凝土强度评定模型研究

论文摘要

近年来建筑工程质量事故已经成为困扰土木工程界的一个世界性问题。混凝土是建筑工程中最主要的结构材料之一。工程质量事故的发生多与混凝土抗压强度未达到设计要求有密切的关系。因此,加强混凝土的质量检测与控制成为当今建筑工程技术中的重要课题。在我国,混凝土无损检测以其简单、易行、经济等优点被广泛应用于结构混凝土强度评定。根据多个被测物理量从不同角度对混凝土强度进行综合评定,比单一物理量的无损检测方法具有更高的准确性和可靠性,是目前混凝土强度无损检测技术的一个重要发展方向。但是同时考虑多个被测物理量并不能克服混凝土强度评定中的不确定性,混凝土强度评定受到如原材料、配合比、龄期、养护条件等多个因素的影响,具有一定的不确定性。模糊数学是解决不确定问题的有力工具,因此,本文提出了一种基于模糊系统方法的混凝土强度多参数综合评定模型。主要完成了以下工作:(1)提出了一个针对混凝土强度评定问题的特殊的建模优化方案。整个过程并不是单向的,而是循环的。随着模型的不断使用,数据集中的数据将会不断增多,新的知识将被发现,已有的知识可能会被修正,知识的精度将会越来越高,蕴含在数据中的信息的价值将得到体现,大量的工程检测数据将得到有效利用。(2)在青岛市建筑工程质量监督站的配合下,对青岛地区5市3区范围内混凝土常用原材料的基本情况进行了较细致的调查,包括:常用的水泥厂家、品种情况;常用的细骨料级配情况;常用的粗骨料品种、级配情况;常用的混凝土外加剂品种等。为后续的混凝土无损检测试验提供了可靠的依据。(3)采用青岛地区具有代表性的混凝土原材料及成型养护条件,严格按照地区测强规程的要求,制作了一千两百多组标准试件。对这些试件进行非破损法检测和试压法测定抗压强度,经过两年系统的试验研究,建立了一个适合于青岛地区的混凝土强度评定原始数据集,其中每组数据均由超声值(km/s)、回弹值、碳化深度值(mm)、含水率(%)和混凝土抗压强度(MPa),共计5个被测参数组成;提出了数据集中一些数据预处理的方法;确定了混凝土强度模糊评定模型的输入变量为:超声值、回弹值、碳化深度值、含水率,输出变量为:混凝土抗压

论文目录

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• 摘 要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 混凝土无损检测强度评定研究意义
• 1.2 国内、外研究现状
• 1.3 论文课题的提出
• 1.4 本论文的主要工作
• 2 数据建模方法
• 2.1 数据建模的核心问题及模型结构分析
• 2.1.1 数据建模问题的描述
• 2.1.2 数据建模困难所在
• 2.1.3 模型结构的选择
• 2.1.4 模型结构及其性能分析
• 2.1.4.1 线性回归模型
• 2.1.4.2 多项式回归模型
• 2.1.4.3 决策树模型
• 2.1.4.4 投影跟随模型
• 2.1.4.5 前向神经网络模型
• 2.1.4.6.R BF 神经网络模型
• 2.1.4.7 模糊系统模型
• 2.1.5 几种模型结构的比较
• 2.2 数据建模优化方案
• 2.2.1 通用的数据建模框架
• 2.2.2 建模优化方案的基本框架
• 2.2.3 实施建模优化方案的步骤
• 2.3 本章小结
• 3 混凝土强度评定模型数据集的构建
• 3.1 混凝土无损检测试验研究
• 3.1.1 试验目的
• 3.1.2 试块的制作
• 3.1.3 试验中被测参数的确定
• 3.1.4 试块的测试
• 3.2 数据预处理
• 3.2.1 异常数据的处理
• 3.2.2 缺失数据的处理
• 3.3 确定数据建模的输入及输出变量
• 3.4 本章小结
• 4 模糊系统方法
• 4.1 模糊理论基础
• 4.1.1 模糊集合
• 4.1.1.1 模糊集合的表示方法
• 4.1.1.2 模糊集合的补集、并集和交集算子
• 4.1.2 隶属函数
• 4.1.3 模糊系统
• 4.2 模糊规则库
• 4.2.1 模糊命题
• 4.2.2 IF－THEN 规则的解释
• 4.2.3 规则集合的特性
• 4.3 模糊推理机
• 4.3.1 推理合成规则
• 4.3.2 独立推理方法
• 4.3.3 各类推理机
• 4.4 模糊器
• 4.5 解模糊器
• 4.6 本章小结
• 5 基于模糊系统方法的混凝土强度评定模型
• 5.1 模糊系统建模方法
• 5.1.1 模糊规则库的构建
• 5.1.1.1 基于输入－输出数据对训练形成模糊规则
• 5.1.1.2 形成外延模糊规则
• 5.1.1.3 形成模糊规则库
• 5.1.2 模糊系统设计
• 5.2 混凝土强度模糊评定模型
• 5.2.1 模糊建模
• 5.2.2 实验结果
• 5.2.3 模糊建模与回归分析比较
• 5.2.4 混凝土强度模糊评定模型的验证
• 5.3 本章小结
• 6 模糊系统的逼近精度研究
• 6.1 理论证明
• 6.2 影响模糊系统逼近精度的因素
• 6.3 实验
• 6.4 本章小结
• 7 混凝土强度模糊评定模型优化
• 7.1 评定输入变量的重要性
• 7.1.1 算法实现
• 7.1.2 实验结果
• 7.2 调整和删减模糊集合
• 7.2.1 算法实现
• 7.2.2 实验结果
• 7.3 本章小结
• 8 基于模糊系统方法的混凝土强度评定软件开发
• 8.1 软件开发工具简介
• 8.2 建模优化系统的设计
• 8.2.1 功能模块结构
• 8.2.2 外部文件描述
• 8.2.3 功能模块描述
• 8.3 建模优化系统的开发
• 8.4 本章小结
• 9 总结与展望
• 9.1 论文总结
• 9.2 今后研究的展望
• 参考文献
• 附录:博士研究生阶段所发表的论文
• 致 谢