Dự đoán ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép với polyme cốt sợi carbon và cốt liệu tái chế sử dụng mô hình KAN

Tóm tắt

Việc tích hợp cốt liệu bê tông tái chế (RCA) và polyme gia cường sợi carbon (CFRP) trong dầm bê tông cốt thép mang đến một giải pháp kết cấu bền vững. Tuy nhiên, các tương tác phi tuyến giữa những vật liệu không đồng nhất - bao gồm sự thay đổi tỷ lệ cốt liệu tái chế, muội silic (silica fume) và tro bay - đặt ra những thách thức mô hình hóa đáng kể đối với các phương pháp tính toán truyền thống. Nghiên cứu này đề xuất một khung dự đoán mới dựa trên mạng Kolmogorov-Arnold (KAN) để ước lượng toàn bộ đáp ứng tải trọng - chuyển vị của các dầm composite này. Khác với các mạng nơ-ron truyền thẳng (Multi-Layer Perceptrons) thông thường, mạng KAN sử dụng các hàm kích hoạt B-spline có thể học được đặt trên các cạnh của mạng lưới, mang lại khả năng xấp xỉ vượt trội đối với các quy luật cấu thành (quan hệ ứng suất - biến dạng) phức tạp. Sử dụng một tập dữ liệu thực nghiệm gồm 4.851 mẫu, kiến trúc mô hình – cụ thể là kích thước lưới và bậc của spline - đã được tối ưu hóa thông qua thuật toán Tree-structured Parzen Estimator (TPE). Các kết quả chứng minh rằng mô hình KAN sau tối ưu đạt được hệ số xác định (R²) là 0,974 trên tập dữ liệu kiểm tra độc lập, giúp giảm 80,9% sai số toàn phương trung bình (MSE) so với cấu hình cơ sở. Nghiên cứu này khẳng định mạng KAN cung cấp một giải pháp thay thế mạnh mẽ, đạt độ chính xác cao cho các mô hình "hộp đen" tiêu chuẩn trong việc đánh giá độ tin cậy kết cấu của cơ sở hạ tầng bền vững.