【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，具體而言，涉及一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法。
技術(shù)介紹
1、近年來，鋼管混凝土柱因其高承載力、良好的剛度和優(yōu)異的抗震性能，廣泛應(yīng)用于高層建筑中。然而，在遭遇嚴(yán)重火災(zāi)時(shí)，鋼管混凝土柱的力學(xué)性能顯著降低，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部破壞或整體倒塌。隨著抗火領(lǐng)域的發(fā)展，許多學(xué)者基于試驗(yàn)結(jié)果和模擬數(shù)據(jù)，提出了多種鋼管混凝土柱的耐火極限計(jì)算公式。但由于考慮的參數(shù)、研究方法和加熱曲線等方面的差異，這些計(jì)算公式并不統(tǒng)一，難以為抗火設(shè)計(jì)提供可靠的參考。因此，應(yīng)提出一個(gè)統(tǒng)一的鋼管混凝土柱耐火極限計(jì)算公式，以提升抗火設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和安全性。
2、目前，已提出了多種鋼管混凝土柱的耐火極限計(jì)算公式，具體如下：
3、基于數(shù)值分析結(jié)果，回歸了火災(zāi)下鋼管混凝土柱的耐火極限計(jì)算公式，該公式考慮了截面寬度、荷載偏心率、荷載偏心角、長(zhǎng)細(xì)比、荷載比對(duì)耐火極限的影響。
4、上式中，為耐火極限，（min）；?b為截面寬度，（mm）；為荷載偏心角，(°)?為長(zhǎng)細(xì)比，n為荷載比；?e為偏心率。
5、對(duì)目前現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)如下問題：
6、目前已有的鋼管混凝土柱耐火極限計(jì)算公式大多基于少量試驗(yàn)數(shù)據(jù)或有限元模擬結(jié)果，且僅考慮了荷載比、鋼管厚度和截面尺寸等有限參數(shù)。這些計(jì)算公式通常是基于特定試驗(yàn)樣本提出的，因此在適用于其他樣本時(shí)，其準(zhǔn)確性和可靠性較低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)提出一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法，解決目前在進(jìn)
2、本專利技術(shù)提出的一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法，其中具體包括以下步驟：
3、s1對(duì)收集的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值化和歸一化處理，得到數(shù)據(jù)參數(shù)組；
4、s2采用斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)法分析由所述s1步驟得到的數(shù)據(jù)參數(shù)組，確定數(shù)據(jù)組與耐火極限之間的相關(guān)性，通過相關(guān)性高低確定重要參數(shù)；
5、s3采取數(shù)據(jù)訓(xùn)練和測(cè)試機(jī)器學(xué)習(xí)算法，根據(jù)所述s2步驟確定的重要參數(shù)數(shù)據(jù)，建立耐火極限預(yù)測(cè)模型；
6、s4通過擴(kuò)大輸入?yún)?shù)，采用集成模型預(yù)測(cè)耐火極限，建立數(shù)據(jù)庫(kù)；
7、s5利用所述4步驟中建立的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)所述s2步驟中確定的重要參數(shù)進(jìn)行單參數(shù)分析，確定所述重要參數(shù)與耐火極限的函數(shù)關(guān)系；
8、s6采取非線性回歸分析的方式，對(duì)所述s5中得到的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行擬合，得到鋼管混凝土柱的耐火極限計(jì)算公式；
9、s7根據(jù)原始數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，對(duì)所述s6得到的耐火極限計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)驗(yàn)證，并根據(jù)擬合結(jié)果修正計(jì)算公式。
10、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本專利技術(shù)一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法還可以做如下改進(jìn)：
11、進(jìn)一步，s1的具體步驟如下：
12、收集現(xiàn)有的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，確定10個(gè)參數(shù)，包括9個(gè)數(shù)值參數(shù)和1個(gè)分類參數(shù)；
13、對(duì)于數(shù)值參數(shù)，直接以其數(shù)值形式保存；對(duì)于分類參數(shù)，針對(duì)分類形式，將其賦值為0-1，從而轉(zhuǎn)換為數(shù)值形式；
14、隨后，將數(shù)值形式的參數(shù)結(jié)果除以對(duì)應(yīng)最大值，完成文獻(xiàn)參數(shù)數(shù)據(jù)的歸一化處理，將處理結(jié)果范圍限定在0到1之間，得到處理后的數(shù)據(jù)參數(shù)組。
15、進(jìn)一步，s2的具體步驟如下：
16、利用python軟件，對(duì)經(jīng)過s1步驟整理后得到的數(shù)據(jù)參數(shù)組進(jìn)行斯皮爾曼（spearmanr）相關(guān)性分析，并生成各對(duì)應(yīng)參數(shù)與耐火極限的相關(guān)性熱力圖；
17、對(duì)所述熱力圖進(jìn)行分析，識(shí)別確定與耐火極限相關(guān)性大于0.25的五個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，這些參數(shù)被視為影響耐火極限的重要參數(shù)；具體為：截面尺寸，鋼管厚度，荷載比，截面形狀，荷載偏心率。
18、進(jìn)一步，s3的具體步驟如下：
19、利用python軟件，將經(jīng)過s1和s2步驟整理后的數(shù)據(jù)按照7：3的比例劃分為訓(xùn)練集和測(cè)試集，并將所述訓(xùn)練集和測(cè)試集分別輸入到隨機(jī)森林（random?forest?regression）、極限梯度提升（xgboost?regression）、多層感知器（mlp?regression）算法中；
20、通過調(diào)試各算法的基礎(chǔ)參數(shù)，優(yōu)化算法的性能，并對(duì)算法的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)集成，得到對(duì)應(yīng)的耐火極限預(yù)測(cè)模型。
21、進(jìn)一步s4的具體步驟如下：
22、查閱經(jīng)s2步驟確定的五個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的數(shù)據(jù)范圍，并逐個(gè)調(diào)整每個(gè)參數(shù)的數(shù)值，選定其中一個(gè)參數(shù)作為變量，其余參數(shù)均設(shè)置為固定值，將不同參數(shù)組合輸入到預(yù)測(cè)模型中，對(duì)這些構(gòu)件的耐火極限進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到耐火極限數(shù)據(jù)庫(kù)。
23、進(jìn)一步，s5的具體步驟如下：
24、利用origin軟件，根據(jù)s4步驟建立的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)5個(gè)重要參數(shù)分別進(jìn)行單參數(shù)分析，確定各參數(shù)對(duì)耐火極限的最佳擬合函數(shù)關(guān)系；
25、為進(jìn)一步提高方法的精度，同時(shí)收集其他文獻(xiàn)中各參數(shù)與耐火極限的函數(shù)關(guān)系，將收集的函數(shù)關(guān)系與計(jì)算所得最佳擬合函數(shù)關(guān)系對(duì)比，分析對(duì)比結(jié)果；同時(shí)將收集的其他文獻(xiàn)中的參數(shù)數(shù)據(jù)輸入到最佳擬合函數(shù)中，得到驗(yàn)證的函數(shù)關(guān)系結(jié)果，并將驗(yàn)證結(jié)果與原始函數(shù)關(guān)系進(jìn)行對(duì)比分析。
26、進(jìn)一步，s6的具體步驟如下：
27、利用origin軟件，采取參數(shù)函數(shù)關(guān)系連加的形式降低參數(shù)誤差，對(duì)整體數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行非線性回歸分析，得到不同組合形式下的擬合精度，并采取性能指標(biāo)r2進(jìn)行評(píng)估；
28、r2為0.911的組合形式表現(xiàn)出最高精度，采取對(duì)應(yīng)公式形式作為鋼管混凝土柱的耐火極限計(jì)算公式。
29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)提出的一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法的有益效果是：
30、優(yōu)選重要參數(shù)：
31、采用斯皮爾曼（spearmanr）相關(guān)系數(shù)分析方法，確定了5個(gè)對(duì)耐火極限有重要影響的參數(shù)，突破了現(xiàn)有技術(shù)中僅考慮少量參數(shù)的局限性，且該方法對(duì)數(shù)據(jù)分布的無要求，適用于搜集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。這一改進(jìn)使得計(jì)算公式能夠更加全面地反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的耐火性能，從而提高了公式的適用性和準(zhǔn)確性。
32、采取集成模型進(jìn)行數(shù)據(jù)增強(qiáng)：
33、通過集成方法，建立了一個(gè)具備良好泛化性能的預(yù)測(cè)模型，并預(yù)測(cè)大量數(shù)據(jù)，建立龐大的耐火極限數(shù)據(jù)庫(kù)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中因數(shù)據(jù)不足而導(dǎo)致的準(zhǔn)確性問題。這一數(shù)據(jù)庫(kù)的建立使得回歸公式在多個(gè)參數(shù)組合下的計(jì)算精度得到了增強(qiáng)，從而提升了耐火極限計(jì)算公式的可靠性。
34、提高公式的適用性和精度：
35、采取參數(shù)相加的公式形式以降低誤差，基于非線性回歸分析建立的耐火極限計(jì)算公式，結(jié)合了多個(gè)重要參數(shù)的關(guān)系，克服了現(xiàn)有公式在適用性方面的不足。該公式不僅在不同樣本數(shù)據(jù)中表現(xiàn)出良好的適用性，還具備較高的計(jì)算精度，為實(shí)際工程中的抗火設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。
36、增強(qiáng)抗火設(shè)計(jì)的安全性：
37、通過以上改進(jìn)，本專利技術(shù)能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供更準(zhǔn)確的耐火極限數(shù)據(jù)，進(jìn)而增強(qiáng)建筑物在火災(zāi)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法，其特征在于，所述S1的具體步驟如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法，其特征在于，所述S2的具體步驟如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法，其特征在于，所述S3的具體步驟如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法，其特征在于，所述S4的具體步驟如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法，其特征在于，所述S5的具體步驟如下：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法，其特征在于，所述S6的具體步驟如下：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法，其特征在于，所述s1的具體步驟如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法，其特征在于，所述s2的具體步驟如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋼管混凝土柱火災(zāi)下耐火極限計(jì)算方法，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王玉鐲，楊明潤(rùn)，呂曉，張德昭，李齊寧，唐紅元，劉華卿，張海燕，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山東建筑大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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