李興權(quán)　孫曉燕　尹　松　陳　偉

摘要：本文利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了方形鋼管混凝土的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP模型。對方鋼管混凝土軸壓短柱，選取試件長度、截面的寬度、鋼管的厚度、混凝土的抗壓強度及鋼材的屈服強度5個影響軸壓短柱極限承載力的主要因素作為輸入單元，選用45組數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，8組數(shù)據(jù)作為測試集，建立了一個3層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，仿真預(yù)測結(jié)果要比現(xiàn)有計算理論更準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：矩形鋼管混凝土；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；極限承載力

本文在采用大量的國內(nèi)外試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立了方形鋼管混凝土的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP模型，對軸心受壓構(gòu)件的極限承載力進行了預(yù)測。

1網(wǎng)絡(luò)模型的建立

根據(jù)已有的研究成果[1.2]和分析相關(guān)的試驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)影響方鋼管混凝土軸心受壓柱極限承載力的主要因素有試件長度、截面的寬度、鋼管的厚度、混凝土的抗壓強度及鋼材的屈服強度等。所以本文選擇了輸入層為5個節(jié)點的BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為承載力訓(xùn)練模型。通過程序的反復(fù)調(diào)試和綜合考慮網(wǎng)絡(luò)的各個參數(shù)選擇一個隱含層，隱含層的節(jié)點數(shù)為13個。其拓撲結(jié)構(gòu)為5-13-1[3]。

2訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)模型

本文采用收集到的66組數(shù)據(jù)[4]進行網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練。試件寬厚比為20.3-74.8；試件的長細比為3.0-27.7；混凝土強度為16.3-78.2MPa。輸入、輸出層變換函數(shù)選擇線性，隱含層采用雙曲線正切S型變換函數(shù)，采用收斂速度最快的Trainlm訓(xùn)練算法，取學(xué)習(xí)效率lr=0.6，慣性因子a=0.5，最大訓(xùn)練步數(shù)epochs=2000，控制誤差goal=0.001。訓(xùn)練之前對數(shù)據(jù)做歸一化處理，這樣便于網(wǎng)絡(luò)快速收斂[5]。訓(xùn)練的誤差隨學(xué)習(xí)次數(shù)的變化曲線如圖1所示，這時訓(xùn)練679次停止，誤差基本趨向穩(wěn)定，達到最好訓(xùn)練效果。訓(xùn)練結(jié)果的最大誤差為20.03%，絕對平均誤差為4.94%，方差為6.73%。說明訓(xùn)練得到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以用來進行仿真預(yù)測，結(jié)果要比現(xiàn)有計算理論更準(zhǔn)確。

3網(wǎng)絡(luò)模型仿真預(yù)測

采用訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)模型對其它與訓(xùn)練數(shù)據(jù)無關(guān)的8組試驗數(shù)據(jù)進行了測試，預(yù)測結(jié)果見表1，其中第2、8組數(shù)據(jù)誤差超過10%，分析原因是試驗數(shù)據(jù)本身明顯偏離了真實值。除此之外，網(wǎng)絡(luò)預(yù)測結(jié)果與試驗值的誤差為5%左右，說明網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練成功，具有一定的泛化性。

4小結(jié)

本文建立了預(yù)測軸心受壓方形鋼管混凝土承載力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過與試驗值、數(shù)值計算值的比較表明該網(wǎng)絡(luò)模型更快、更準(zhǔn)確地計算出方形鋼管混凝土的承載力，并提供了一種新的方法。隨著試驗數(shù)據(jù)的增加和試驗參數(shù)范圍的擴大，必將建立起更加完整、更廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測系統(tǒng)，提高網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測精度，以便在實際工程中推廣應(yīng)用。

考文獻：

[1]陶忠.方鋼管混凝土軸壓力學(xué)性能的理論分析與試驗研究.土木工程學(xué)報,2001,34（2）：17-25.

[2]王海軍,尚作慶等.方鋼管砼柱軸壓力學(xué)性能的研究.沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2005,27（1）：98-102.

[3]姜紹飛.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計.沈陽建筑工程學(xué)報.2001.17（4）:255-258.

[4]高華國.矩形鋼管混凝土構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計研究[碩士論文].沈陽:沈陽工業(yè)大學(xué),2006.

[5]羅漢成.基于MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱的BP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn).計算機仿真，2004，21（5）：109-111.