• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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数据驱动的箍筋加密钢筋混凝土柱爆炸损伤预测与评估模型

王帅帅, 赵春风, 邬成勇, 李晓杰. 数据驱动的箍筋加密钢筋混凝土柱爆炸损伤预测与评估模型[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2025-0409
引用本文: 王帅帅, 赵春风, 邬成勇, 李晓杰. 数据驱动的箍筋加密钢筋混凝土柱爆炸损伤预测与评估模型[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2025-0409
WANG Shuaishuai, ZHAO Chunfeng, WU Chengyong, LI Xiaojie. Data-driven prediction and evaluation model for explosion damage in reinforced concrete columns with densified stirrups[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2025-0409
Citation: WANG Shuaishuai, ZHAO Chunfeng, WU Chengyong, LI Xiaojie. Data-driven prediction and evaluation model for explosion damage in reinforced concrete columns with densified stirrups[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2025-0409

数据驱动的箍筋加密钢筋混凝土柱爆炸损伤预测与评估模型

doi: 10.11883/bzycj-2025-0409
基金项目: 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室开放基金项目(GZ24120);

Data-driven prediction and evaluation model for explosion damage in reinforced concrete columns with densified stirrups

  • 摘要: 钢筋混凝土(RC)柱是工程结构中的核心承重构件,在爆炸荷载作用下可能发生破坏,甚至引起结构的整体倒塌。因此,快速且准确地评估爆炸作用下钢筋混凝土柱的损伤状态对保障结构安全和采取防护措施至关重要。本研究提出了一种基于机器学习(ML)的数据驱动模型,用于预测爆炸荷载作用下RC柱的损伤指标。研究构建了一个包含3133个样本的综合数据库,融合了259个文献数据样本和2874个数值模拟补充数据样本。该数据集不仅包含了RC箍筋均匀分布柱,还包含了符合抗震设计要求的RC箍筋加密柱。选用11个关键参数作为输入特征,钢筋混凝土柱的损伤指标作为输出特征。利用6个ML模型对爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱的损伤指标进行预测,并采用四项回归评价指标对六种模型的预测精度进行对比分析。结果表明,表格先验数据拟合网络(TabPFN)展现出最优的预测精度和泛化能力,其在测试集上的R2高达0.989,MAE值和RMSE仅为0.018和0.03。进一步利用SHAP(SHapley Additive exPlanations)方法对TabPFN模型进行可解释性分析。分析表明,炸药重量、爆炸距离及柱截面深度是主导RC柱损伤程度的关键特征。值得注意的是,体积配箍率在提升RC柱抗爆性能方面的贡献度显著优于纵筋配筋率。最后,通过与有限元模拟结果的对比分析,验证了TabPFN模型在未见工况下具备优异的泛化性能。在计算效能方面,该模型单次损伤预测耗时仅约0.5 s,较传统数值模拟方法的计算效率显著提升了近4个数量级。本研究建立的模型实现了爆炸荷载作用下RC柱损伤的快速、精准预测,为结构抗爆优化设计及灾后快速评估提供指导。
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-12-18
  • 网络出版日期:  2026-07-21

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