This paper presents the development of systematic machine learning (ML) approach to enable explainable and rapid assessment of fire resistance and fire-induced spalling of reinforced concrete (RC) columns. The developed approach comprises of an ensemble of three novel ML algorithms namely; random forest (RF), extreme gradient boosted trees (ExGBT), and deep learning (DL). These algorithms are trained to account for a wide collection of geometric characteristics and material properties, as well as loading conditions to examine fire performance of normal and high strength RC columns by analyzing a comprehensive database of fire tests comprising of over 494 observations. The developed ensemble is also capable of presenting quantifiable insights to ML predictions; thus, breaking free from the notion of 'blackbox' ML and establishing a solid step towards transparent and explainable ML. Most importantly, this work tackles the scarcity of available fire tests by proposing new techniques to leverage the use of real, synthetic and augmented fire test observations. The developed ML ensemble has been calibrated and validated for standard and design fire exposures and for one, two, three and four-sided fire exposures thus; covering a wide range of practical scenarios present during fire incidents. When fully deployed, the developed ensemble can analyze over 5,000 RC columns in under 60 seconds thus, providing an attractive solution for researchers and practitioners. The presented approach can also be easily extended for evaluating fire resistance and spalling of other structural members and under varying fire scenarios and loading conditions and hence paves the way to modernize the state of this research area and practice.


翻译:本文件介绍了系统机器学习(ML)方法的发展,以便能够对火阻力和强化混凝土(RC)柱子的火阻力进行解释性和快速评估,强化的混凝土(RC)柱子的火阻力和由火引发的脉冲进行快速评估。开发的方法包括三种新型ML算法的组合,即随机森林(RF)、极端梯度增强树(ExGBT)和深层学习(DL)。这些算法经过培训,可以说明广泛收集几何特征和材料特性,以及检查正常和高强度RC柱子消防性能的装填条件,方法是分析一个包含超过494次观测的消防测试的综合数据库。开发的合用词还能为ML预测提供可量化的深度洞察力;从而摆脱“黑盒” ML概念的概念,为透明和可解释的ML建立坚实梯子(ExGBT)和深层学习(DL)。这项工作通过提出新的技术来解决现有消防测试的稀缺性能,可以对标准与设计火暴露以及一、二、三和四面的消防试验进行校准。在60秒内全面分析,在实际的消防中进行广泛的消防分析。

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