Structural design has an imperative role in deciding the failure possibility of a Reinforced Concrete (RC) structure. Recent research works achieved the goal of predicting the structural failure of the RC structure with the assistance of machine learning techniques. Previously, the Artificial Neural Network (ANN) has been trained supported by Particle Swarm Optimization (PSO) to classify RC structures with reasonable accuracy. Though, keeping in mind the sensitivity in predicting the structural failure, more accurate models are still absent in the context of Machine Learning. Since the efficiency of multi-objective optimization over single objective optimization techniques is well established. Thus, the motivation of the current work is to employ a Multi-objective Genetic Algorithm (MOGA) to train the Neural Network (NN) based model. In the present work, the NN has been trained with MOGA to minimize the Root Mean Squared Error (RMSE) and Maximum Error (ME) toward optimizing the weight vector of the NN. The model has been tested by using a dataset consisting of 150 RC structure buildings. The proposed NN-MOGA based model has been compared with Multi-layer perceptron-feed-forward network (MLP-FFN) and NN-PSO based models in terms of several performance metrics. Experimental results suggested that the NN-MOGA has outperformed other existing well known classifiers with a reasonable improvement over them. Meanwhile, the proposed NN-MOGA achieved the superior accuracy of 93.33% and F-measure of 94.44%, which is superior to the other classifiers in the present study.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.2
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pp.149-156
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2007
The present study provides structural design and analysis of main wing and horizontal tail of a small scale WIG(Wing in Ground Effect) vehicle which has been developed as a part of the high speed maritime transportation system for the future of Korea. Weight saving as well as structural stability could be achieved by skin-spar with foam sandwich design and with wide application of carbon/epoxy composite material. A commercial FEM code, NASTRAN, was utilized to confirm the structural safety and stability through sequential design modifications to meet the final design goal. In addition, each wing and the fuselage were fastened together by eight insert bolts with high strength to accomodate easy assembling and disassembling as well as to guarantee a service life longer than 20 years.
In this paper, it is aimed to present a comparative study about the structural behavior of tall buildings consisting of different type of materials such as concrete, steel or timber using finite element analyses and experimental measurements on shaking table. For this purpose, two 1/60 scaled 28 and 30-stories wooden building models with $40{\times}40cm$ and $35{\times}35cm$ ground/floor area and 1.45 m-1.55 m total height are built in laboratory condition. Considering the frequency range, mode shapes, maximum displacements and relative story drifts for structural models as well as acceleration, displacement and weight limits for shaking table, to obtain the typical building response as soon as possible, balsa is selected as a material property, and additional masses are bonded to some floors. Finite element models of the building models are constituted in SAP2000 program. According to the main purposes of earthquake resistant design, three different earthquake records are used to simulate the weak, medium and strong ground motions. The displacement and acceleration time-histories are obtained for all earthquake records at the top of building models. To validate the numerical results, shaking table tests are performed. The selected earthquake records are applied to first mode (lateral) direction, and the responses are recorded by sensitive accelerometers. Comparisons between the numerical and experimental results show that shaking table tests are enough to identify the structural response of wooden buildings. Considering 20%, 10% and 5% damping rations, differences are obtained within the range 4.03-26.16%, 3.91-65.51% and 6.31-66.49% for acceleration, velocity and displacements in Model-1, respectively. Also, these differences are obtained as 0.49-31.15%, 6.03-6.66% and 16.97-66.41% for Model-2, respectively. It is thought that these differences are caused by anisotropic structural characteristic of the material due to changes in directions parallel and perpendicular to fibers, and should be minimized using the model updating procedure.
In recent years, high-strength, light-weight materials have been widely used in the construction of high-rise buildings. Such structures generally have flexible, low-damping characteristics. Consequently, wind-induced oscillation greatly affects the structural safety and the comfort of the building's occupants. In this research, wind tunnel experiments were carried out to study the wind-induced vibration of a building with a tuned liquid column damper (TLCD). Then, a model for predicting the aerodynamic response in the across-wind direction was generated. Finally, a computing procedure was developed for the analytical modeling of the structural oscillation in a building with a TLCD under the wind load. The model agrees substantially with the experimental results. Therefore, it may be used to accurately calculate the structural response. Results from this investigation show that the TLCD is more advantageous for reducing the across-wind vibration than the along-wind oscillation. When the across-wind aerodynamic effects are considered, the TLCD more effectively controls the aerodynamic response. Moreover, it is also more useful in suppressing the acceleration than the displacement in biaxial directions. As s result, TLCDs are effective devices for reducing the wind-induced vibration in buildings. Parametric studies have also been conducted to evaluate the effectiveness of the TLCD in suppressing the structural oscillation. This study may help engineers to more correctly predict the aerodynamic response of high-rise buildings as well as select the most appropriate TLCDs for reducing the structural vibration under the wind load. It may also improve the understanding of wind-structure interactions and wind resistant designs for high-rise buildings.
Structural flood defensive alternatives have been evaluated based on economic feasibility, riskiness of safety and sustainability. Social problems associated with structural flood defensive alternatives such as dams, flood control channels, etc. are currently issued. The evaluation items of policy presented in KDI(2001) are should be modified in order to resolve the social problems. Hence, this study conducted a questionnaire survey of public servants, researchers, and engineers to obtain how to determine evaluation items for policy assessment and to compute their weights in the analytic hierarchy process. This study also compared the weights of the items in KDI(2000) with the weights from the survey in this study. The policy assessment weight was estimated higher than KDI(2000). This result suggests that social awareness increases and the analysis of policy becomes important for selecting optimal structural defensive alternatives.
The geological conditions surrounding the Jijiapo Tunnel of the Three Gorges Fanba Highway project in Hubei Province are very complex. In this paper, a 3-D physical model was carried out to study the evolution process of filling-type fracture water inrush and mud gush based on the conditions of the section located between 16.040 km and 16.042 km of the Jijiapo Tunnel. The 3-D physical model was conducted to clarify the effect of the self-weight of the groundwater level and tunnel excavation during water inrush and mud gush. The results of the displacement, stress and seepage pressure of fracture and surrounding rock in the physical model were analyzed. In the physical model the results of the model test show that the rock displacement suddenly jumped after sustainable growth, rock stress and rock seepage suddenly decreased after continuous growth before water inrushing. Once water inrush occured, internal displacement of filler increased successively from bottom up, stress and seepage pressure of filler droped successively from bottom up, which presented as water inrush and mud gush of filling-type fracture was a evolving process from bottom up. The numerical study was compared with the model test to demonstrate the effectiveness and accuracy of the results of the model test.
Vahedian, Abbas;Mahini, Seyed Saeed;Glencross-Grant, Rex
Structural Monitoring and Maintenance
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v.2
no.3
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pp.269-282
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2015
Civil structures should be designed with the lowest cost and longest lifetime possible and without service failure. The efficient and sustainable use of materials in building design and construction has always been at the forefront for civil engineers and environmentalists. Timber is one of the best contenders for these purposes particularly in terms of aesthetics; fire protection; strength-to-weight ratio; acoustic properties and seismic resistance. In recent years, timber has been used in commercial and taller buildings due to these significant advantages. It should be noted that, since the launch of the modern building standards and codes, a number of different structural systems have been developed to stabilise steel or concrete multistorey buildings, however, structural analysis of high-rise and multi-storey timber frame buildings subjected to lateral loads has not yet been fully understood. Additionally, timber degradation can occur as a result of biological decay of the elements and overloading that can result in structural damage. In such structures, the deficient members and joints require strengthening in order to satisfy new code requirements; determine acceptable level of safety; and avoid brittle failure following earthquake actions. This paper investigates performance assessment and damage assessment of older multi-storey timber buildings. One approach is to retrofit the beams in order to increase the ductility of the frame. Experimental studies indicate that Sprayed Fibre Reinforced Polymer (SFRP) repairing/retrofitting not only updates the integrity of the joint, but also increases its strength; stiffness; and ductility in such a way that the joint remains elastic. Non-linear finite element analysis ('pushover') is carried out to study the behaviour of the structure subjected to simulated gravity and lateral loads. A new global index is re-assessed for damage assessment of the plain and SFRP-retrofitted frames using capacity curves obtained from pushover analysis. This study shows that the proposed method is suitable for structural damage assessment of aged timber buildings. Also SFRP retrofitting can potentially improve the performance and load carrying capacity of the structure.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.23
no.6
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pp.731-738
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2017
Twin-hulls frequently incur structural damage at connecting members between the hull and deck induced by pitching motions during voyages. so, reasonable reinforcement is necessary around vulnerable spots such as corner knuckle, the chine bottom and inner hull. Since guidelines for structural design are not clear, engineers often respond by reinforcing plate thickness, changing stiffener sizes and reducing frame spacing, etc. These members constitute about 85 % of the longitudinal dimensions of the ship, so it is necessary to locally reinforce certain points to minimize weight stress, and also solve construction cost problems while securing the freeboard margin. Therefore, we developed a new program by analyzing the structural design procedures for the twin car-ferries based on Korean Register of Shipping (KR) High Speed Craft Rules, identifying items that need to be added. In order to ensure the reliability of buckling estimations for procedures and design programs, we conducted a comparative study with other standards and confirmed that differences were minimal.
In this study, an optimal structural design of composite helicopter blades is performed using the genetic algorithm-based optimizer PSGA (Particle Swarm assisted Genetic Algorithm). The blade sections consist of the skin, spar, form, and balancing weight. The sectional geometries are generated using the B-spline curves while an opensource code Gmsh is used to discretize each material domain which is then analyzed by a finite element sectional analysis program Ksec2d. The HART II blade formed based on either C- or D-spar configuration is exploited to verify the cross-sectional design framework. A numerical simulation shows that each spar model reduces the blade mass by 7.39% and 6.65%, respectively, as compared with the baseline HART II blade case, while the shear center locations being remain close (within 5% chord) to the quarter chord line for both cases. The effectiveness of the present optimal structural design framework is demonstrated, which can readily be applied for the structural design of composite helicopter blades.
Khodabandelu, Ali;Park, JeeWoong;Choi, Jin Ouk;Sanei, Mahsa
International conference on construction engineering and project management
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2022.06a
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pp.563-570
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2022
Industrialized and modular construction is a growing construction technique that can transfer a large portion of the construction process to off-site fabrication yards. This method of construction often involves the fabrication, pre-assembly, and transportation of massive and long volumetric modules. The module weight keeps increasing as the modules become more complete (with infill) to minimize the work at the site and, as higher productivity can be achieved at the fabrication shop. Thus, a volumetric module delivery gets more challenging and risky. Despite its importance, past research paid relatively insufficient attention to the problem related to the lifting of heavy modules. This can be a complex and time-consuming problem with multiple lifting for transportation-and-installation operations both in fabrication yard and jobsite, and require complex crane operations (sometimes, more than one crane) due to crane load capacity and load balance/stability. This study investigates this problem by focusing on the structural perspective of lifting such long volumetric modules through simulation studies. Various scenarios of lifting a weighty module from the top using four lifting cables attached to crane hooks (either a single crane or double crane) are simulated in SAP software. The simulations account for various factors pertaining to structural indices, e.g., bending stress and deflection, to identify a proper method of module lifting from a structural point of view. The method can identify differences in structural indices allowing identification of structural efficiency and safety levels during lifting, which further allows the selection of the number of cranes and location of lifting points.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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