مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

توسعه یک مدل استنتاج فازی بهینه شده برای پیش‌بینی مقاومت برشی تیرهای بتن مسلح شده با الیاف فولادی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری مهندسی عمران، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران
2 - استاد مهندسی عمران، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران
3 گروه عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز، تبریز، ایران مرکز تحقیقات رباتیک و فناوری های نرم، دانشگاه آزاد
4 استادیار مهندسی عمران، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران
10.22065/jsce.2026.585914.4017
چکیده
با توجه به استفاده گسترده از بتن در ساخت و ساز در چند دهه گذشته، یک روش کارآمد و قابل اعتماد برای تخمین مقاومت آن براساس پارامترهای طرح اختلاط نیاز است. دلیل این امر، ارتباط پیچیده و غیرخطی بین مقاومت اجزای بتن و مولفه‌های تشکیل دهنده آن است. هوش مصنوعی به عنوان ابزاری قدرتمند برای شبیه‌سازی رفتار غیرخطی سیستم‌های پیچیده و پیش‌بینی پاسخ سیستم‌ها ظهور کرده است. این مطالعه مدل‌های هوش مصنوعی را برای پیش‌بینی مقاومت برشی تیرهای بتن مسلح به الیاف فولادی، با تمرکز بر یک سیستم استنتاج فازی TSK آموزش دیده با روش‌های فراابتکاری، توسعه و ارزیابی کرده است. در این راستا، یک نسخه بهبود یافته از GOA برای آموزش دقیق مدل TSK پیشنهاد شده است. مدل EGOA-TSK توسعه یافته در دو حالت، با برخی دیگر از روش‌های فراابتکاری و هوش مصنوعی مانند ANFIS و MLP، ارزیابی می شود. برای پیاده‌سازی روش پیشنهادی در پیش‌بینی مقاومت برشی برای SFRCB، از یک مجموعه داده با 243 نمونه استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهد که EGOA-TSK به عنوان روش برتر ظاهر شد و به دلیل معماری ترکیبی فازی-بهینه‌سازی خود، به کمترین خطای RMSE (0791/0 برای آموزش و 1195/0 برای آزمایش) و بالاترین R² (9977/0 برای آموزش و 9933/0 برای آزمایش) دست یافت. در همین حال، روش‌های MT-TSK انعطاف‌پذیری دقیقی را برای پیش‌بینی مقاومت برشی SFRCB نشان دادند، در حالی که ANFIS و MLP به دلیل بیش‌برازش و محدودیت‌های ساختاری، عملکرد ضعیفی داشتند. این در حالی است که توانایی EGOA-TSK در بهره‌برداری از روابط غیرخطی، آن را به عنوان ابزاری قابل اعتماد برای پیش‌بینی مقاومت، حتی در سناریوهای با محدودیت داده، قرار می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Development of an Optimized Fuzzy Inference Model for Shear Strength Prediction of Steel Fiber-Reinforced Concrete Beams

نویسندگان English

Houshang Habibi 1
Yousef Zandi 2
Adel Ferdousi 3
Jamshid Sabouri 4
1 PhD Student, dept. of Civil Engineering, Ta. C., Islamic Azad University, Tabriz, Iran
2 Professor, dept. of Civil Engineering, Ta. C., Islamic Azad University, Tabriz, Iran
3 Department of Civil Engineering, Ta. C., Islamic Azad University, Tabriz, Iran Robotics & Soft Technologies Research Center, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran.
4 Assistant professor, dept. of Civil Engineering, Ta. C., Islamic Azad University, Tabriz, Iran
چکیده English

Considering the extensive use of concrete in construction over the last few decades, a robust and reliable method is required to estimate its strength based on mix parameters. The reason behind this is the complex and nonlinear connection between the strength of concrete and its constituent components. Artificial intelligence has emerged as a powerful tool for simulating the nonlinear behavior of complex systems and predicting the response of systems. This study developed and evaluated AI models for predicting the shear strength of steel fiber reinforcement concrete beams, focusing on a metaheuristics-trained TSK fuzzy inference system. In this regard, an enhanced version of GOA is proposed for accurate training of the TSK model. The developed EGOA-TSK model is evaluated in two ways, with some other metaheuristics and AI methods such as ANFIS and MLP. To implement the proposed method in the prediction of shear strength for SFRCB, a dataset with 243 samples is used. The results show that the TSK-CGO emerged as the superior method, achieving the lowest RMSE (0.0791 for training and 0.1195 for testing) and highest R² (0.9977 for training and 0.9933 for testing) due to its hybrid fuzzy-optimization architecture. Meanwhile, the MT-TSK methods demonstrated accurate resilience to predict the shear strength of SFRCB, whereas ANFIS and MLP faltered due to overfitting and structural limitations. This is whileو EGOA-TSK's ability to exploit nonlinear relationships positions it as a reliable tool for strength prediction, even in data-constrained scenarios.

کلیدواژه‌ها English

shear strength
Steel fiber reinforced concrete beam
Strength prediction
Fuzzy inference system
Meta-heuristic algorithm

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 18 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 22 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 29 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 18 مرداد 1405