基于机器学习的钢-自燃煤矸石混凝土组合梁栓钉抗剪承载力研究

目的确定影响栓钉抗剪承载力的主要因素,量化自燃煤矸石骨料取代率对栓钉抗剪承载力的影响。方法基于机器学习中的随机森林算法,选取影响栓钉抗剪承载力的7个因素作为输入变量、将栓钉抗剪承载力作为输出变量,构建栓钉抗剪承载力预测模型,并利用现有试验结果验证模型的可靠性,进行输入变量的特征重要性分析;收集现有考虑不同骨料取代率的自燃煤矸石混凝土抗压强度与弹性模量,量化自燃煤矸石骨料取代率对栓钉抗剪承载力的影响。结果基于机器学习建立的模型判定系数R2为0.94、平均绝对误差MAE为10.56、均方误差MSE为180.44、均方根误差RMSE为13.43;栓钉抗剪承载力的影响因素主要为栓钉直径和混凝土抗压强度,而且栓钉直径与混凝土抗压强度对栓钉抗剪承载力的影响存在耦合关系;与普通混凝土试件相比,取代率为25%、50%、75%和100%时栓钉的抗剪承载力平均降低2.49%、4.46%、6.35%和7.31%。结论基于随机森林算法所建立的模型具有较高的预测精度;栓钉直径、混凝土抗压强度是影响栓钉抗剪承载力的主要因素;栓钉抗剪承载力随自燃煤矸石骨料取代率的增加而降低。

钢-煤矸石混凝土组合梁抗弯性能及其设计方法

采用ABAQUS软件建立钢-混凝土组合梁抗弯性能有限元模型,并利用现有的钢-混凝土组合梁抗弯性能足尺试验结果验证模型的可靠性;进行参数分析,量化自燃煤矸石粗骨料取代率及抗剪连接度等参数对钢-混凝土组合梁抗弯性能的影响;基于有限元分析结果对现行的钢-混凝土组合梁设计方法的适用性进行评述,进而提出钢-自燃煤矸石混凝土组合梁抗弯设计方法。研究结果表明:钢-混凝土组合梁抗弯性能随自燃煤矸石粗骨料取代率的增加而降低,相比钢-普通混凝土组合梁,自燃煤矸石粗骨料取代率为50%和100%的组合梁抗弯承载力分别降低1.1%~2.6%和2.2%~5.4%、抗弯刚度分别降低3.6%~4.7%和8.3%~10.0%;自燃煤矸石粗骨料取代率及抗剪连接度对钢-混凝土组合梁抗弯性能存在耦合影响,随着抗剪连接度的增大,自燃煤矸石粗骨料取代率对组合梁抗弯承载力的影响增大、对组合梁抗弯刚度的影响降低;提出考虑取代率和抗剪连接度影响的组合梁设计方法,可有效预测钢-自燃煤矸石组合梁的抗弯性能,且与钢-普通混凝土组合梁设计方法的预测精度相近。

钢-再生混凝土组合梁受弯性能与设计方法研究

为研究再生粗骨料掺入量对钢-混凝土组合梁受弯性能的影响并提出钢-再生混凝土组合梁受弯性能设计方法,基于ABAQUS软件建立组合梁的精细化有限元模型,采用15组钢-再生(普通)混凝土组合梁足尺试验结果验证模型的可靠性。通过参数分析,量化再生粗骨料取代率对组合梁受弯性能(包括受弯承载力与抗弯刚度)的影响。根据参数分析结果对现有的组合梁设计方法进行评估,进而提出钢-再生混凝土组合梁受弯性能设计方法。研究结果表明:对于混凝土强度相同的组合梁,与采用普通混凝土相比,再生粗骨料取代率为50%和100%时,组合梁受弯承载力分别降低0.8%~2.2%和1.5%~3.5%,抗弯刚度分别降低1.2%~5.4%和4.2%~7.3%;对于不同再生粗骨料取代率的组合梁受弯性能(包括受弯承载力与抗弯刚度),GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的设计方法计算结果与有限元分析结果的比值的分布规律相同,再生粗骨料取代率是钢-再生混凝土组合梁受弯性能的最主要影响参数;考虑再生粗骨料取代率影响的钢-再生混凝土组合梁设计方法与钢-普通混凝土组合梁设计方法计算精度相近,且具有更高的安全储备。