基于GA-BP神经网络的轻骨料混凝土弹性模量预测
Prediction of Elastic Modulus of Lightweight Aggregate Concrete Based on GA-BP Neural Network
摘要: 轻骨料混凝土弹性模量的预测能够优化材料配比、降低工程成本、提升结构安全性和推动绿色建筑发展,具有重要的意义。应用遗传算法(GA)优化BP神经网络的网络结构及网络权重和阈值,使其拥有更高的精度。通过GA-BP神经网络模型预测轻骨料混凝土的弹性模量,并对模型进行评估和应用。结果表明,GA-BP神经网络模型训练完成后的训练集、验证集、测试集和完整数据集的目标间相关度均在0.94以上;GA-BP神经网络模型预测结果所得的RMSE值和MAE值均低于BP神经网络;GA-BP神经网络模型应用所得的预测值与真实值间平均误差为0.759。GA-BP神经网络能够较为准确地预测轻骨料混凝土的弹性模量。
Abstract: The prediction of the elastic modulus of lightweight aggregate concrete holds significant importance for optimizing material mix ratios, reducing engineering costs, enhancing structural safety, and promoting green building development. This study applies the Genetic Algorithm (GA) to optimize the network structure, weights, and thresholds of the BP neural network, thereby improving its prediction accuracy. The GA-BP neural network model is employed to predict the elastic modulus of lightweight aggregate concrete, followed by model evaluation and application. Results demonstrate that the correlation coefficients between targets in the training set, validation set, test set, and complete dataset all exceed 0.94 after GA-BP model training. The Root Mean Square Error (RMSE) and Mean Absolute Error (MAE) values obtained from the GA-BP neural network predictions are lower than those of the conventional BP neural network. The average error between predicted values and actual measurements in model applications reaches 0.759. These findings indicate that the GA-BP neural network can achieve relatively accurate predictions for the elastic modulus of lightweight aggregate concrete.
文章引用:苏棕茗, 隋奕, 黄炜烨. 基于GA-BP神经网络的轻骨料混凝土弹性模量预测[J]. 土木工程, 2025, 14(5): 962-969. https://doi.org/10.12677/hjce.2025.145104

参考文献

[1] 王公志, 许斌, 王江, 等. 轻骨料混凝土单轴受压性能细观模拟[J]. 应用力学学报, 2023, 40(4): 909-916.
[2] 周明翔, 郑祥增, 唐炜业, 等. 最少浆体理论与智能算法的机制砂混凝土配合比设计方法[J]. 福州大学学报(自然科学版), 2025, 53(1): 69-77.
[3] 金浏, 赵瑞, 杜修力. 混凝土抗压强度尺寸效应的神经网络预测模型[J]. 北京工业大学学报, 2021, 47(3): 260-268.
[4] 张久洪, 康转转, 张悦. 基于BP神经网络的再生混凝土抗压强度预测[J]. 江苏建筑, 2022(5): 84-88.
[5] 梁炯丰, 严兰兰, 胡鹏, 等. BP神经网络在再生混凝土强度预测中的应用[J]. 混凝土, 2017(6): 9-12, 16.
[6] 瞿伟, 刘祥斌, 李久元, 等. 改进哈里斯鹰优化算法与BP神经网络组合的滑坡位移高精度预测模型[J]. 地球科学与环境学报, 2023, 45(3): 522-534.
[7] 王鹏. 陶粒混凝土基本力学性能的试验研究[D]: [硕士学位论文]. 长沙: 长沙理工大学, 2008.
[8] 高英力, 陈家宝, 邹超, 等. 基于工业CT试验的轻骨料混凝土细观裂纹扩展规律研究[J]. 硅酸盐通报, 2014, 33(4): 947-952.
[9] 周晓朋, 曹禹, 王娜, 等. 海工轻骨料混凝土力学和耐久性能的试验研究[J]. 中国港湾建设, 2020, 40(8): 33-37.
[10] 喻晓. 高强页岩陶粒制备及其混凝土性能研究[D]: [硕士学位论文]. 重庆: 重庆大学, 2004.
[11] 李平江, 刘巽伯. 高强页岩陶粒混凝土的基本力学性能[J]. 建筑材料学报, 2004, 7(1): 113-116.
[12] Rahai, A., Dolati, A., Kamel, M.E. and Babaizadeh, H. (2014) Studying the Effect of Various Parameters on Mechanical Properties of Lightweight Aggregate Concrete Using MANOVA. Materials and Structures, 48, 2353-2365. [Google Scholar] [CrossRef
[13] Chi, J.M., Huang, R., Yang, C.C. and Chang, J.J. (2003) Effect of Aggregate Properties on the Strength and Stiffness of Lightweight Concrete. Cement and Concrete Composites, 25, 197-205. [Google Scholar] [CrossRef
[14] Lo, T.Y., Cui, H.Z. and Li, Z.G. (2004) Influence of Aggregate Pre-Wetting and Fly Ash on Mechanical Properties of Lightweight Concrete. Waste Management, 24, 333-338. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
[15] 张登祥, 韦莹, 周佳. 自密实轻骨料混凝土约束收缩试验及抗裂性能研究[J]. 硅酸盐通报, 2019, 38(5): 1462-1467, 1476.
[16] 汪洪菊, 段君峰, 武文龙, 等. 页岩陶粒混凝土细观参数及损伤演化研究[EB/OL]. 中国测试, 2023: 1-8.
https://link.cnki.net/urlid/51.1714.TB.20230911.2112.002, 2023-09-12.
[17] 李文斌. 陶粒轻集料高性能混凝土的试验研究[D]: [硕士学位论文]. 西安: 西安建筑科技大学, 2012.
[18] 李想, 张丽娟, 赵军, 等. 陶粒混凝土力学性能试验及数值模拟研究[J]. 混凝土, 2024(3): 111-118.
[19] 王海龙. 轻骨料混凝土早期力学性能与抗冻性能的试验研究[D]: [硕士学位论文]. 呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2009.
[20] 朱然, 徐俊, 占羿箭. 基于成熟度理论的单掺粉煤灰轻质混凝土弹性模量预测新模型[J]. 建筑材料, 2020, 42(11): 2108-2110, 2116.
[21] 陈连发, 陈悦, 李龙, 等. 高性能轻集料混凝土的力学性能研究[J]. 硅酸盐通报, 2015, 34(10): 2822-2828.
[22] 李瑞. 粉煤灰陶粒轻骨料混凝土性能试验研究[D]: [博士学位论文]. 银川: 宁夏大学, 2015.
[23] 曹亮. LC30轻骨料混凝土的研究与应用[J]. 城市建筑, 2020, 17(36): 101-103.
[24] 朱玲, 吴辉琴, 岑钒浬, 等. 粉煤灰陶粒轻骨料混凝土弹性模量试验研究[J]. 广西科技大学学报, 2021, 32(2): 26-32.