مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

پیش بینی مقاومت فشاری بتن توانمند با استفاده از مدل رگرسیون گرادیان تقویتی و رگرسیون تقویتی آدا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه آموزشی مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران و مکانیک، مجتمع فنی و مهندسی اسفراین، اسفراین، ایران
2 گروه آموزشی مهندسی برق، دانشکده مهندسی، دانشگاه بحنورد، بجنورد، ایران
10.48311/mme.2026.118769.82933
چکیده
مقاومت فشاری یکی از مهم‌ترین شاخص‌های عملکردی بتن توانمند است که نقش تعیین‌کننده‌ای در ایمنی، دوام و ظرفیت باربری سازه‌ها ایفا می‌کند. با توجه به هزینه‌بر و زمان‌بر بودن روش‌های آزمایشگاهی متداول برای تعیین این پارامتر، استفاده از روش‌های هوشمند داده‌محور می‌تواند راهکاری کارآمد و دقیق باشد. در این پژوهش، به‌منظور پیش‌بینی مقاومت فشاری بتن توانمند، از دو مدل رگرسیون گرادیان تقویتی و رگرسیون تقویتی آدا به‌عنوان دو مورد از الگوریتم‌های پیشرفته یادگیری ماشین استفاده شده است. مجموعه داده مورد استفاده شامل 1030 نمونه آزمایشگاهی بتن توانمند بوده که از پایگاه داده دانشگاه کالیفرنیا، ایروین گردآوری شده و پارامترهای مختلف طرح اختلاط از جمله مقدار سیمان، آب، سرباره کوره بلند، خاکستر بادی، فوق‌روان‌کننده، سنگدانه‌ها و سن نمونه را در بر می‌گیرد. در گام نخست، تحلیل همبستگی بین متغیرهای ورودی و مقاومت فشاری انجام شد که نتایج آن نشان داد مقدار سیمان، سن بتن و فوق‌روان‌کننده بیشترین همبستگی مثبت و مقدار آب بیشترین همبستگی منفی را با مقاومت فشاری دارند. سپس دو مدل پیشنهادی با استفاده از اعتبارسنجی متقابل ده‌گانه آموزش و ارزیابی شده اند. نتایج حاصل نشان داد که مدل رگرسیون گرادیان تقویتی در تمامی معیارهای ارزیابی نسبت به رگرسیون تقویتی آدا، از دقت و قابلیت اطمینان بالاتری در پیش‌بینی مقاومت فشاری بتن توانمند برخوردار است. یافته‌های این تحقیق بیانگر توانمندی بالای الگوریتم‌های تقویتی یادگیری ماشین به‌عنوان ابزارهای کمکی مناسب و توانمند در کنار روش‌های آزمایشگاهی سنتی در طراحی و ارزیابی بتن‌های پیشرفته است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Prediction of Compressive Strength of High-Performance Concrete Using Gradient Boosting Regression and Ada Boost Regression models

نویسندگان English

amin khazaee 1
Ali khazaee 2
1 Department of Civil Engineering, Esfarayen University of Technology, Esfarayen, Iran
2 Department of Electrical Engineering, University of Bojnord, Bojnurd, Iran
چکیده English

Compressive strength is one of the most critical performance indicators of high-performance concrete (HPC), playing a key role in the safety, durability, and load-bearing capacity of structures. Due to the time-consuming and costly nature of conventional laboratory testing methods for determining this parameter, the application of intelligent data-driven approaches has gained increasing attention as an efficient and accurate alternative. In this study, to predict the compressive strength of high-performance concrete, two models—Gradient Boosting Regression and Ada Boost Regression—were employed as advanced machine learning algorithms. The dataset used in this research consists of 1,030 experimental HPC samples collected from the University of California, Irvine database, including various mix design parameters such as cement content, water, blast furnace slag, fly ash, superplasticizer, aggregates, and specimen age. Initially, correlation analysis was conducted to examine the relationships between input variables and compressive strength, revealing that cement content, concrete age, and superplasticizer dosage have the strongest positive correlations, while water content exhibits the most significant negative correlation with compressive strength. Subsequently, the proposed model was trained and evaluated using a ten-fold cross-validation strategy. Subsequently, the two proposed models were trained and evaluated using 10-fold cross-validation. The results demonstrated that the Gradient Boosting Regression model possesses higher accuracy and reliability in predicting the compressive strength of high-performance concrete across all evaluation metrics. The findings of this study highlight the strong potential of boosting-based machine learning algorithms as reliable and cost-effective alternatives to traditional experimental methods for the design and performance assessment of advanced concrete materials.

کلیدواژه‌ها English

High-Performance Concrete (HPC)
Compressive Strength
Machine Learning
Gradient Boosting Regression
Ada Boost Regression

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 19 اردیبهشت 1405