基于仿生优化算法构建混凝土拱结构应力预测模型

作者：周晴晴; 穆琳^*

来源：水电能源科学, 2022, 40(11): 141-145.

DOI：10.20040/j.cnki.1000-7709.2022.20220203

• 混凝土拱
• 应力预测
• 积日数
• 仿生优化算法
• 鲸鱼算法

为获得混凝土拱结构应力预测的标准模型，以实测应力数据为基础，分析得出了混凝土拱结构拱顶、拱脚处正应力和剪应力的变化规律，以BP神经网络模型为基础，基于鲸鱼算法(WOA)、灰狼算法(GWO)、布谷鸟算法(CSA)、蝙蝠算法(BA)和天牛须算法(BAS)5种仿生优化算法，构建了WOA-BP、GWO-BP、CSA-BP、BA-BP、BAS-BP共5种优化模型，并将模型结果与M5树模型(M5T)、随机森林模型(RF)、小波神经网络模型(WNN)计算结果进行了对比，引进积日数(DOY)为模型输入因子，分析得出了最优模型。结果表明，混凝土拱结构自生体积变形及应力变化呈现周期性变化趋势，不同模型对应力的预测精度有所差异，仿生优化算法可提高模型精度，其中WOA-BP模型与实测值的拟合方程斜率分别为0.996、0.998、0.958、0.997,拟合效果最优，同时在4种应力预测中，WOA-BP模型的RRMSE分别为0.021、0.074、0.021、0.062 MPa,R2分别为0.998、0.935、0.992、0.974,ENS分别为0.998、0.930、0.971、0.973,MMAE分别为0.015、0.061、0.018、0.049 MPa, WOA-BP模型在所有模型中精度最高，可作为混凝土拱结构应力预测的标准模型使用。

• 单位
  河北水利电力学院