مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

ارزیابی عملکرد سه الگوریتم یادگیری ماشین در پیش بینی جابجایی نسبی غیرخطی قاب های خمشی فولادی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.
2 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.
3 استاد، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.
10.22065/jsce.2026.550467.3834
چکیده
ماهیت غیرقابل پیش‌بینی زلزله منجر به پاسخ‌های سازه‌ای متنوعی می‌شود که می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیری به همراه داشته باشد. از طرفی، قاب‌های خمشی فولادی به‌طور گسترده در سیستم‌های ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع سازه‌ها در زلزله‌های گذشته آسیب‌های شدیدی را متحمل شده‌اند. یکی از عوامل تاثیرگذار بر عملکرد لرزه‌ای این سازه‌ها، وجود فضای خاک است که می‌تواند با اثرگذاری بر توزیع نیروها و رفتار دینامیکی قاب‌های فولادی، تغییرمکان‌های جانبی نسبی سازه را تغییر دهد. در این پژوهش، از هوش مصنوعی و به‌طور خاص یادگیری ماشین، برای پیش‌بینی تغییرمکان جانبی نسبی طبقات قاب‌های خمشی فولادی درحضور خاک استفاده شده است. بدین منظور، الگوریتم‌های یادگیری نظارت‌شده مبتنی بر داده در محیط برنامه‌نویسی پایتون پیاده‌سازی شده‌اند. به‌منظور ایجاد مجموعه داده‌های آموزشی و آزمایشی، قاب‌های خمشی فولادی با لحاظ نمودن پروفیل خاک دولایه شامل یک لایه خاک رس و یک لایه خاک ماسه، در نرم‌افزار اپنسیس مدل‌سازی شده و تحت حرکات زمین منتخب از مرکز تحقیقات مهندسی زلزله اقیانوس آرام تحلیل شده‌اند. سپس، با اعمال و مقایسه عملکرد سه الگوریتم‌ یادگیری ماشین شامل رگرسیون خطی، رگرسیون چندجمله‌ای و رگرسیون ریج، مدل رگرسیون چندجمله‌ای با ضریب تعیین (R²) برابر با 0/8525 به‌عنوان مدل دقیق‌تر انتخاب شده است. این مدل قادر است به‌طور مؤثرتری پاسخ قاب‌های خمشی فولادی را پیش‌بینی کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Performance Evaluation of Three Machine Learning Algorithms for Predicting Nonlinear Inter-Story Drift in Steel Moment-Resisting Frames

نویسندگان English

Golshid Shid 1
Mohammad Safi 2
Ali Noorzad 3
1 Ph. D candidate, Dept.of Civil, Water and Environmental engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran.
2 Associate Professor, Dept. of Civil Water and Environmental engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran.
3 Professor, Dept. of Civil Water and Environmental engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran.
چکیده English

The inherently unpredictable nature of earthquakes results in diverse structural responses that can lead to irreversible damage. Steel moment-resisting frames (SMRFs) are widely employed in modern building construction because of their ductility and energy dissipation capacity. Nevertheless, these frames have sustained significant levels of damage in several past seismic events, highlighting the need for improved methods of assessing and predicting their performance. One key factor influencing the seismic behavior of SMRFs is the presence of the surrounding soil domain, which can alter force distribution, stiffness degradation, and overall dynamic response, thereby affecting the interstory drift of such frames. In this study, artificial intelligence techniques, specifically, machine learning algorithms, were adopted to predict the nonlinear interstory drift ratios of SMRFs while accounting for soil–structure interaction effects. Three supervised data-driven learning algorithms were implemented using Python programming. To create training and testing datasets, an SMRF with a two-layer soil profile, consisting of a clay deposit overlying a sand layer, was modeled in the OpenSees platform and analyzed under a suite of ground motions obtained from the Pacific Earthquake Engineering Research (PEER) Center database. The predictive performance of three algorithms, including, linear regression, polynomial regression, and ridge regression, was carefully examined. Among these approaches, polynomial regression provided the highest accuracy, yielding a coefficient of determination (R²) of 0.8525, and was therefore identified as the most effective model for predicting the seismic response of SMRFs.

کلیدواژه‌ها English

Steel moment-resisting frame
Artificial intelligence
Machine learning
Inter-story drift ratio
OpenSees

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

  • تاریخ دریافت 03 آبان 1404
  • تاریخ پذیرش 05 خرداد 1405