混杂纤维混凝土性能研究及其基于BP神经网络的强度预测

摘要

纤维增强混凝土是一种多相材料,在土木工程中的应用日益广泛,但是单一纤维对混凝土的增强、增韧作用是有限的,若在混凝土中同时掺入不同性能纤维混杂,可以充分发挥纤维性能,达到逐级阻裂与强化的作用。因此,掺混杂纤维是制备高性能水泥基复合材料的一种有效途径。本文通过正交试验,运用极差分析和方差分析等手段,研究混杂纤维混凝土的工作性、物理力学性能及耐久性能,分析了主要因素对混杂纤维混凝土性能的影响,探讨了混杂纤维混凝土的混杂效应和增强机理;采用统计学软件包SPSS对混杂纤维混凝土坍落度、扩展度、抗压强度、抗折强度、劈拉强度进行了回归分析,并运用收集的样本数据,训练BP神经网络对混杂纤维混凝土强度进行预测。研究取得以下主要结果:①先掺法有利纤维在混凝土中的分散性,可以提高混凝土的工作性;②本试验条件下,掺混杂纤维可使混凝土抗压强度提高10％-20%,提高幅度略低于钢纤维混凝土;③混杂纤维能有效提高混凝土抗拉、抗折强度,提高幅度达20%左右,混凝土韧性增强;④掺加混杂纤维有利于降低混凝土的收缩,混杂纤维混凝土与未掺加纤维的混凝土相比,抑制早期收缩达到60%,到28天后,收缩抑制作用仍然达40%~50%;⑤掺加混杂纤维有利于提高混凝土抗氯离子渗透性,渗透系数大小居于聚丙烯纤维混凝土和钢纤维混凝土之间,比掺加聚丙烯纤维混凝土高85%,比掺加钢纤维混凝土低2%;⑥采用BP神经网络可预测混杂纤维混凝土的强度,所建立模型均具有95%的精度。

目录

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1 绪论

1.1 引言

1.2 纤维混凝土的发展与状况

1.3 混杂纤维混凝土的研究现状

1.4 本文研究目的及意义

1.5 本课题研究内容及方法

2 原材料及试验方案

2.1 原材料

2.1.1 水泥

2.1.2 集料

2.1.3 粉煤灰

2.1.4 纤维

2.2 正交试验方案

2.2.1 正交试验参数与水平

2.2.2 正交试验考核指标

2.2.3 纤维掺加工艺试验

2.2.4 正交试验配合比及试验结果

2.3 本章小结

3 混杂纤维混凝土正交试验结果分析

3.1 正交试验结果级差分析

3.1.1 坍落度极差分析

3.1.2 抗压强度极差分析

3.1.3 抗折强度极差分析

3.1.4 劈拉强度极差分析

3.2 正交试验结果方差分析

3.2.1 坍落度方差分析

3.2.2 抗压强度方差分析

3.2.3 抗折强度方差分析

3.2.4 劈拉强度方差分析

3.3 扩展试验

3.4 本章小结

4 混杂纤维混凝土力学性能及耐久性研究

4.1 混杂纤维混凝土抗压强度试验

4.2 混杂纤维混凝土抗折强度试验

4.3 混杂纤维混凝土劈拉强度试验

4.4 混杂纤维混凝土收缩试验

4.5 混杂纤维混凝土抗氯离子渗透试验

4.6 混杂纤维混凝土混杂效应及增强破坏机理研究

4.6.1 混杂效应

4.6.2 混杂纤维混凝土增强机理分析

4.6.3 混杂纤维混凝土破坏机理分析

4.7 本章小结

5 多元线性回归分析

5.1 坍落度回归分析

5.2 抗压强度回归分析

5.3 抗折强度回归分析

5.4 劈拉强度回归分析

5.5 本章小结

6 基于 BP 神经网络的混杂纤维混凝土强度预测

6.1 BP 神经网络基于MATLAB 语言的实现

6.2 预测模型的建立

6.2.1 网络结构层数的确定

6.2.2 各层神经元数目的选择

6.2.3 网络传递函数的选择

6.2.4 初始权值的选择

6.2.5 学习速率的选取

6.3 实现BP 神经网络预测的MATLAB 程序

6.4 BP 神经网络的训练及仿真模拟

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 研究展望

致谢

参考文献

附录