复杂环境下混凝土动弹性模量的灰色预测

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发布时间：2021-09-12

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复杂环境下混凝土动弹性模量的灰色预测
郭钟群，赵奎，谢良，肖海平
(1．江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西赣州341000；2．江西理工大学工程研究院，江西赣州341000)
摘要：干湿循环条件下混凝土性能所涉及到的问题较多，具有不确定性。在混凝土受干湿循环硫酸盐腐
蚀的试验基础上，研究了不同环境条件下混凝土动弹性模量的变化规律，并运用灰色系统理论，对混凝
土动弹性模量值进行了预测。结果表明，干湿循环条件下，试件的动弹性模量在初期有微小上升后明显
下降；浸泡环境下，试件的动弹性模量先上升后缓慢下降，说明干湿循环较浸泡环境下混凝土腐蚀更快
速。GM(1，1)灰色模型对混凝土动弹性模量预测精度较高，为混凝土受腐蚀破坏的预报提供了参考。
关键词：灰色理论混凝土硫酸盐腐蚀干湿循环动弹性模量
中图分类号：TU528．33 文献标识码：A DOI：10．3969／j．issn．1003—1995．2012．10—45
动弹性模量是评价干湿循环条件下混凝土抗硫酸
盐侵蚀性能的一个重要指标。大量研究表明，干湿循
环条件下的混凝土受到硫酸盐的侵蚀要比长期处于浸
泡环境中的混凝土更加严重，其力学性能下降更明
显，但对其长期性能的预测，国内外研究较少。灰色理
论适用于无经验、少数据的不确定性问题，并且灰色理
论GM(1，1)模型建模所需样本量少，计算方法简便，
对系统已知数据的模拟和对未知数据的预测精度均较
高。本文采用动弹性模量为判据来评价混凝土在干湿
循环条件下抗硫酸盐侵蚀的性能，并以试验测得的数
据为建模样本，运用灰色预测理论进行分析，对其动弹
性模量的发展趋势进行预测。
1 灰色理论与预测模型
1．1 灰色系统理论
在控制论中，常用颜色的深浅形容信息的明确程
度。灰色系统是相对于白色系统和黑色(黑箱)系统
而言的。一个由诸多事物或参数构成的系统，如果事
物或参数间的关系完全明确，或可用数学模型给出的，
则称为白色系统；如果事物或参数问的关系是未知的
系统，称为黑色(黑箱)系统；而灰色系统则介于白色
系统与黑色系统之间，只已知部分信息，是信息不完全
的系统。这里“信息不完全”一般是指：① 参数信息不
完全；② 结构信息不完全；③ 边界信息不完全；④ 运行
收稿日期：2011—10-13；修回13期：2012—03—20
基金项目：国家自然科学基金资助项目(51104069)，江西省教育厅青年
科学基金资助项目(GJJ11130)，江西理工大学科研基金项目
(jxxjl1008)
作者简介：郭钟群(1987一)，男，江西九江人，助教，硕士。
行为信息不完全。
灰色系统理论是中国学者邓聚龙教授在1982年
所创立的一种研究少数据、贫信息不确定问题的新方
法。它的一个基本观点是，把一切随机量都看作是在
一定范围内变化的灰色量。对灰色量的处置不是寻找
概率分布、寻求统计规律，而是将原始数据按一定的要
求作生成、开发处理，提取有价值的信息，从而实现对
系统行为和演化规律的探索和有效监控。
1．2 建立预测模型
灰色预测是基于人们对系统演化的不确定性特征
的认识，运用序列算子对原始数据进行生成、处理，挖
掘系统的演化规律，建立灰色系统模型，对系统的未来
状态做出科学的定量预测，即是基于灰色动态模型
(grey dynamic model，GM)的预测。一般预测模型是因
素模型，由于客观世界是一个整体，各因素之间总存在
着某种直接或间接的联系，若按因素的变化来预测系
统的行为，则由于因素中又含有因素，最后分析者将坠
入因素的海洋而不能自拔，所以灰色理论主张用单因
素模型GM(1，1)进行预测，而把基于GM(1，1)模型
的预测称为灰色预测。GM(1，1)的含义为一阶
(order)、1个变量(variable)的灰色模型(grey mode1)，
是基本预测模型，具有全信息。本文对干湿循环条
件下混凝土受硫酸盐侵蚀时动弹性模量的发展趋势进
行预测，只有时间1个因素，所以采用GM(1，1)模型。
灰色GM(1，1)模型建立过程如下：
设原始数列为