Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo để dự đoán cường độ nén của bê tông đầm lăn làm bằng cốt liệu xỉ thép EAF và tro bay

2020

Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo để

Dự đoán cường độ nén của bê tông đầm lăn

Làm bằng cốt liệu xỉ thép EAF và tro bay

Lâm Ngọc Trà My

ii

MỤC LỤC

Chƣơng 1: Giới thiệu chung .......................................................................................1

1.1 Lý do nghiên cứu và tính cấp thiết của đề tài...........................................................1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................2

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu.................................................................................2

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................2

Chƣơng 2: Tổng quan ..................................................................................................3

2.1 Bê tông đầm lăn........................................................................................................3

2.2 Xỉ thép EAF..............................................................................................................6

2.2.1 Đặc điểm.....................................................................................................6

2.2.2 Ứng dụng của xỉ thép .................................................................................8

2.3 Tro bay......................................................................................................................8

2.4 Mạng nơ ron nhân tạo...............................................................................................9

2.5 Tình hình nghiên cứu..............................................................................................11

2.5.1 Trong nước ...............................................................................................11

2.5.2 Ngoài nước ...............................................................................................12

Chƣơng 3: Phƣơng pháp nghiên cứu........................................................................14

3.1 Nguyên vật liệu.......................................................................................................14

3.1.1 Xi măng ....................................................................................................14

3.1.2 Tro bay......................................................................................................14

3.1.3 Cốt liệu .....................................................................................................16

3.1.4 Xỉ thép ......................................................................................................17

3.2 Tạo mẫu và phương pháp thí nghiệm.....................................................................18

iii

3.2.1 Cấp phối hỗn hợp bê tông đầm lăn...........................................................18

3.2.2 Tạo mẫu và phương pháp thí nghiệm cường độ nén................................18

3.3 Mô hình dự đoán.....................................................................................................20

3.3.1 Phương trình hồi qui tuyến tính................................................................20

3.3.2 Mạng nơ ron nhân tạo...............................................................................20

3.3.3 Logic mờ...................................................................................................23

Chƣơng 4: Các kết quả và thảo luận ........................................................................26

4.1 Hàm lượng nước tối ưu cho các cấp phối bê tông đầm lăn ....................................26

4.2 Cường độ chịu nén..................................................................................................28

4.3 Mô hình dự đoán.....................................................................................................30

4.3.1 Phương trình hồi qui tuyến tính................................................................30

4.3.2 Mạng nơ ron nhân tạo...............................................................................32

4.3.3 Logic mờ...................................................................................................36

Chƣơng 5: Kết luận và kiến nghị ..............................................................................42

5.1 Kết luận...................................................................................................................42

5.2 Kiến nghị ................................................................................................................42

Tài liệu tham khảo......................................................................................................43

iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thành phần cấp phối cốt liệu của bê tông đầm lăn theo ACPA .........................5

Bảng 2.2 Tính chất vật lý của xỉ thép EAF ........................................................................6

Bảng 2.3 Thành phần hóa học của xỉ thép EAF.................................................................7

Bảng 3.1 Thành phần hóa học và các tính chất cơ lý của tro bay và xi măng .................15

Bảng 3.2 Tính chất cơ lý của cốt liệu tự nhiên và xỉ thép ................................................16

Bảng 3.3 Thành phần hóa học của xỉ thép........................................................................17

Bảng 3.4 Thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông đầm lăn ................................................19

Bảng 4.1 Độ ẩm tối ưu và khối lượng thể tích khô lớn nhất của hỗn hợp bê tông đầm lăn

..........................................................................................................................................28

Bảng 4.2 Cường độ chịu nén của các hỗn hợp bê tông đầm lăn ......................................29

Bảng 4.3 Các luật mờ .......................................................................................................37

v

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Tổng diện tích sử dụng bê tông đầm lăn ở nước Mỹ từ năm 1983 ................... 3

Hình 2.2 Thành phần nguyên vật liệu theo thể tích của bê tông thông thường và bê tông

đầm lăn ............................................................................................................................. 4

Hình 2.3 Thi công kết cấu mặt đường bằng bê tông đầm lăn .......................................... 4

Hình 2.4 Xỉ thép EAF....................................................................................................... 6

Hình 2.5 Cấu tạo của tế bào nơ ron sinh học.................................................................. 10

Hình 2.6 Kiến trúc một nơ ron nhân tạo......................................................................... 10

Hình 2.7 Cấu trúc mạng nơ ron truyền thẳng 3 lớp ....................................................... 11

Hình 3.1 Tro bay............................................................................................................. 14

Hình 3.2 Thành phần cấp phối hạt cốt liệu sử dụng trong nghiên cứu........................... 16

Hình 3.3 Xỉ thép EAF thay thế cốt liệu lớn.................................................................... 17

Hình 3.4 Quá trình bảo dưỡng mẫu ................................................................................ 20

Hình 3.5 Mô hình ANN được đề xuất trong nghiên cứu................................................ 22

Hình 3.6 Các hàm thành viên của các tham số đầu vào, (a) hàm lượng tro bay, (b) hàm

lượng xỉ thép EAF, (c) tuổi của mẫu .............................................................................. 24

Hình 3.7 Hệ thống logic mờ ........................................................................................... 25

Hình 4.1 Đường cong đầm nén....................................................................................... 27

Hình 4.2 Cường độ chịu nén của bê tông đầm lăn ......................................................... 28

Hình 4.3 Các giá trị dự đoán theo mô hình MRA và các giá trị đích của tập huấn luyện31

Hình 4.4 Mối quan hệ giữa các giá trị dự đoán theo mô hình MRA và các giá trị đích của

tập huấn luyện................................................................................................................. 31

Hình 4.5 Các giá trị dự đoán theo mô hình MRA và các giá trị đích của tập kiểm tra .. 32

Hình 4.6 Mối quan hệ giữa các giá trị dự đoán theo mô hình MRA và các giá trị đích của

tập kiểm tra ..................................................................................................................... 32