مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

پیش‌بینی مقاومت چسبندگی در بتن پرمقاومت مسلح‌شده با میلگرد‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف شیشه (GFRP) با استفاده از یادگیری ماشین

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسنده
استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه ازاد اسلامی واحد دشتستان، برازجان، ایران
10.22065/jsce.2026.541432.3800
چکیده
با گسترش استفاده از مصالح نوین در سازه‌های مقاوم، آرماتورهای پلیمری شیشه‌ای به‌عنوان جایگزینی سبک و مقاوم در برابر خوردگی برای میلگردهای فولادی مطرح شده‌اند. با این حال، رفتار چسبندگی این آرماتورها با بتن‌های پرمقاومت به‌طور کامل درک نشده و پیش‌بینی دقیق آن با چالش‌هایی همراه است. این پژوهش با هدف توسعه مدلی داده‌محور برای پیش‌بینی مقاومت چسبندگی بین میلگردهای پلیمری شیشه‌ای و بتن‌های پرمقاومت انجام شده است. بدین منظور، پایگاه داده‌ای شامل ۱۶۲ نمونه آزمایشگاهی از منابع معتبر گردآوری شد. ویژگی‌هایی نظیر قطر میلگرد، طول مهاری، پوشش بتن، مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته و مقاومت کششی میلگرد در این مجموعه ثبت شده‌اند. سه الگوریتم یادگیری ماشین شامل درخت تصمیم، جنگل تصادفی و نزدیک‌ترین همسایگان برای مدل‌سازی به‌کار گرفته شدند. همچنین، از جستجوی شبکه‌ای برای بهینه‌سازی پارامترهای مدل‌ها استفاده شد. نتایج نشان دادند که مدل درخت تصمیم، دقت بالاتری نسبت به سایر مدل‌ها دارد و پس از بهینه‌سازی به ضریب تعیین 0/93، میانگین خطای مطلق برابر با 1/52 و ریشه میانگین مربعات خطا برابر با 1/92 مگاپاسکال دست یافت. مدل نزدیک‌ترین همسایگان نیز عملکرد قابل توجهی پیدا کرد و ضریب تعیین آن از 0/69 به 0/89 افزایش یافت، هرچند همچنان از درخت تصمیم ضعیف‌تر بود. جنگل تصادفی نیز بهبود نسبی داشت اما دقت کمتری نشان داد. تحلیل اهمیت ویژگی‌ها بیانگر نقش کلیدی طول مهاری میلگرد بود که نزدیک به نیمی از سهم مدل را به خود اختصاص داد. در نهایت، پژوهش حاضر نشان می‌دهد که مدل‌های یادگیری ماشین، به‌ویژه درخت تصمیم، ابزاری مؤثر، دقیق و تفسیرپذیر برای پیش‌بینی رفتار چسبندگی میلگردهای پلیمری شیشه‌ای در بتن‌های پرمقاومت هستند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Machine Learning Prediction of Bond Strength in GFRP-Reinforced Ultra-High Performance Concrete

نویسنده English

vahid Bahreini
Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Borazjan Branch, Islamic Azad University, Borazjan, Iran
چکیده English

With the increasing use of advanced materials in resilient structures, glass fiber-reinforced polymer (GFRP) bars have emerged as a lightweight and corrosion-resistant alternative to traditional steel reinforcement. However, the bond behavior between GFRP bars and high-strength concrete is not yet fully understood, making accurate prediction a challenge. This study aims to develop a data-driven model for predicting the bond strength between GFRP bars and high-strength concrete. A database of 162 experimental specimens was compiled from reputable sources, including features such as bar diameter, embedment length, concrete cover, compressive strength, elastic modulus, and tensile strength. Three machine learning algorithms including Decision Tree, Random Forest, and K-Nearest Neighbors, were used, with grid search applied for hyperparameter optimization. The Decision Tree model outperformed the others, achieving an R² of 0.93, MAE of 1.53 MPa, and RMSE of 1.92 MPa. The K-Nearest Neighbors model also improved significantly, with R² increasing from 0.69 to 0.89, though still lagging behind the Decision Tree. The Random Forest showed moderate improvement but lower accuracy. Feature importance analysis revealed that embedment length was the most influential parameter, contributing nearly half of the model’s predictive power. This study demonstrates that machine learning models—particularly the Decision Tree—are effective, accurate, and interpretable tools for predicting the bond behavior of GFRP bars in high-strength concrete.

کلیدواژه‌ها English

Bond Strength
GFRP
Machine Learning
Random Forest
Hyperparameter tuning

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 28 اردیبهشت 1405

  • تاریخ دریافت 17 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 14 دی 1404
  • تاریخ پذیرش 28 اردیبهشت 1405