Page 213 - 《爆炸与冲击》2026年第5期

第 46 卷 赵春风，等： 基于XGBoost的PC板爆炸损伤评估模型 第 5 期

load parameters (explosive weight and explosive distance) were selected as input features. Three machine learning algorithms
(GPR, RF, and XGBoost) were used to predict the maximum displacement of PC slabs, and their prediction accuracies are
compared by root mean square error, coefficient of determination, mean absolute error, scattering index, and comprehensive
performance objective function. Furthermore, a damage classification evaluation model based on the support rotation angle
damage criterion is proposed. The performance differences of the model under three criteria are analyzed by confusion matrix
and five classification indices (accuracy, precision, recall, F -score, and Kappa coefficient), and compared with simplified
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models and empirical prediction methods. The research results indicate that in terms of maximum displacement prediction for
PC slabs under explosion loads, the XGBoost model demonstrates the best performance among the three machine learning
models (GPR, RF and XGBoost). Specifically, the fitting degree of XGBoost is superior to those of GPR and RF models.
Meanwhile, and the XGBoost shows the most outstanding comprehensive performance, with a damage recognition accuracy of
92.5%, which demonstrates its high-efficiency in identifying different damage types. The XGBoost-based damage
classification evaluation model for PC slabs under explosion loads exhibits powerful performance, providing important
references for structural blast resistance design and rapid post-blast damage assessment.
Keywords: precast reinforced concrete slab; machine learning; extreme gradient boosting; damage assessment

预制钢筋混凝土（precast reinforced concrete, PC）板作为装配式建筑体系中主要的承重构件，其安全
性至关重要。与梁、柱等构件相比，PC 板在爆炸作用下受荷面积更大，因而更易发生局部破坏甚至整体
失效。PC 板受爆炸冲击产生破坏，将导致相邻构件侧向支撑失效，进而引发结构连续性倒塌。因此，从
整体结构安全性角度分析，PC 板的抗爆性能决定了建筑物的整体抗爆能力。深入探究 PC 板在爆炸冲
击下的动力响应特性，并准确评估其损伤程度，对于提升建筑抗爆性能、保障结构安全具有重要的理论
价值及工程意义。
近年来，学者们针对装配式结构的爆炸响应进行了研究，早期的研究主要聚焦于军事应用中，后逐
渐转移到民用建筑中。Ye 等 [1] 基于 LS-DYNA 软件建立了预制混凝土夹芯聚苯乙烯泡沫板（precast
concrete sandwich EPS panels，PCSP）三维模型，开展了爆炸行为研究，分析了保温层厚度、连接件间距和
布局等因素的影响，并提出了简化模型。结果表明，保温层厚度的影响较小，窄间距连接件可增强抗爆
性能，竖向连接件的 PCSP 破坏较轻，连接件间距和布局可对板的最大位移和有效塑性应变产生影响。

PCSP 抗爆性弱于传统钢筋混凝土板。Zhao 等 [2] 研究发现，板厚度、爆炸当量、混凝土抗压强度对预制
混凝土板的抗爆性能具有显著影响，并提出了预测爆炸荷载作用下预制钢筋混凝土板最大挠度的理论
分析模型，该模型能合理预测最大位移。李圣童等 [3] 通过实验发现，在远爆冲击波作用下，随爆炸荷载
峰值强度增加，钢筋混凝土梁板组合结构的破坏模式由弯曲破坏演变为弯剪联合破坏，最终呈现冲切破
坏，板的破坏先于梁发生且损伤程度更显著。压力-冲量（p-I）曲线分析是钢筋混凝土结构抗爆研究中采
用的关键方法，该方法由 Norris [4] 首次提出，能够准确预测构件在爆炸作用下的损伤程度。基于已验证
的等效单自由度（equivalent single degree of freedom，ESDOF）模型，苏琼等 [5] 构建了超高性能混凝土
（ultra-high performance concrete，UHPC）板弯曲损伤等级的 p-I 曲线评估体系，并系统量化了关键参数对
抗爆性能的影响机制，参数敏感性分析表明：提升 UHPC 材料强度等级和钢筋屈服强度、增大受拉区配
筋率及板厚、缩减净跨距，均可显著增强 UHPC 板的抗爆承载力，其中净跨距缩减产生的强化效应最显
著。Li 等 [6] 为探讨不同荷载形式对 p-I 曲线特征的影响规律，采用量纲分析法研究了理想弹塑性单自由
度体系在爆炸冲击下的 p-I 曲线。等效单自由度 [7] 方法适用于爆炸等短时间作用下的结构响应分析，可
较好地反映瞬间荷载作用下的动态特性。由于爆炸试验成本高、难度大，较少通过试验研究 p-I 曲线，采
用数值模拟方法能够获得相较于试验和理论计算更高精度的预测结果。基于 Timoshenko 梁理论以及考
虑应变率效应的弯矩-曲率关系，Park 等 探究了梁的弯曲和直接剪切行为，将数值模拟与现有试验结果
[8]
相结合，绘制了 p-I 曲线，并利用其评估柱的抗爆能力。

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