This study proposed a robust artificial intelligence (AI) model based on the social behaviour of the imperialist competitive algorithm (ICA) and artificial neural network (ANN) for modelling the deflection of reinforced concrete beams, abbreviated as ICA-ANN model. Accordingly, the ICA was used to adjust and optimize the parameters of an ANN model (i.e., weights and biases) aiming to improve the accuracy of the ANN model in modelling the deflection reinforced concrete beams. A total of 120 experimental datasets of reinforced concrete beams were employed for this aim. Therein, applied load, tensile reinforcement strength and the reinforcement percentage were used to simulate the deflection of reinforced concrete beams. Besides, five other AI models, such as ANN, SVM (support vector machine), GLMNET (lasso and elastic-net regularized generalized linear models), CART (classification and regression tree) and KNN (k-nearest neighbours), were also used for the comprehensive assessment of the proposed model (i.e., ICA-ANN). The comparison of the derived results with the experimental findings demonstrates that among the developed models the ICA-ANN model is that can approximate the reinforced concrete beams deflection in a more reliable and robust manner.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.4
no.3
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pp.7-12
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2013
The demand for the structural system of reduction of story height increases because buildings are getting higher. The existing structural systems are not efficiency. Thus, it is hard to reduce the story height and existing methods cannot secure economics as expected. This study aims at developing the partially concrete-filled new type composite beam, which can efficiently resist against the end negative moment and central positive moment, also reduce deflection of beams. Through case studies on loading of concentrated load and uniformly distributed load to fixed beam, we could find the most efficient ratio of moment of inertia and the ratio ${\alpha}$(end beam length to span). The gap space between middle and end beam can be used as facilities installation, consequently the suggested Omega beam system is expected to get the effect of reduction in story height as well as reduction of quantity.
This work presents an efficient and original hyperbolic shear deformation theory for the bending and dynamic behavior of functionally graded (FG) beams resting on Winkler - Pasternak foundations. The theory accounts for hyperbolic distribution of the transverse shear strains and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. Based on the present theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. Navier type analytical solutions are obtained for the bending and vibration problems. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with the existing solutions. It can be concluded that the present theory is not only accurate but also simple in predicting the bending and vibration behavior of functionally graded beams.
In this article, we present torsion-bending analysis of a composite FGM beam with an open section, according to the advanced and refined theory of 1D / 3D beams based on the 3D Saint-Venant's solution and taking into account the edge effects. The (initially one-dimensional) model contains a set of three-dimensional (3D) displacement modes of the cross section, reflecting its 3D mechanical behaviour. The modes are taken into account depending on the mechanical characteristics and the geometrical form of the cross-section of the composite FGM beam. The model considered is implemented on the CSB (Cross-Section and Beam Analysis) software package. It is based on the RBT/SV theory (Refined Beam Theory on Saint-Venant principle) of FGM beams. The mechanical and physical characteristics of the FGM beam continuously vary, depending on a power-law distribution, across the thickness of the beam. We compare the numerical results obtained by the three-beam theories, namely: The Classical Beam Theory of Saint-Venant (Classical Beam Theory CBT), the theory of refined beams (Refined Beam Theory RBT), and the theory of refined beams, using the higher (high) modes of distortion of the cross-section (Refined Beam Theory using distorted modes RBTd). The results obtained confirm a clear difference between those obtained by the three models at the level of the supports. Further from the support, the results of RBT and RBTd are of the same order, whereas those of CBT remains far from those of higher-order theories. The 3D stresses, strains and displacements, obtained by the present study, reflect the 3D behaviour of FGM beams well, despite the initially 1D nature of the problem. A validation example also shows a very good agreement of the proposed models with other models (classical or higher-order beam theory) and Carrera Unified Formulation 1D-beam model with Lagrange Expansion functions (CUF-LE).
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.7
no.1
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pp.9-18
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2016
In this paper, the structural characteristics of a lightweight soundproof tunnel to reduce the dead load imposed on the bridge are investigated. Subsequently, the design procedure of soundproof tunnel structures is reviewed and a design practice for the lightweight soundproof tunnel is carried out according to the reviewed procedure. Next, design compatibility for the lightweight soundproof tunnel is verified through a detailed finite element analysis. The result for evaluation of design compatibility shows that the lightweight soundproof tunnel has structural safety in structural members, welding zones and foundation parts. It is also confirmed that serviceability and buckling safety is excellent.
Kim, Jin-Man;Jung, Mi-Roo;Lee, Jae-Hong;Yoon, Kwang-Sup
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.2
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pp.117-126
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2010
Experiment on flexural analysis of RC beams strengthened with composite material panel is presented. Recently, the strengthening of reinforced concrete structures using advanced fiber reinforced plastic (FRP) composites, and in particular the behavior of FRP-reinforced concrete structure is topic that has become very popular because of good corrosion resistance and easy for site handling due to their light weight. In this study, an efficient computational analysis using ABAQUS to predict the ultimate moment capacity of reinforced concrete beams strengthened with FRP is presented. Test parameters in this study are the shape of fiber arrangement (LT, DB, DBT) and the number of carbon fiber sheets (2ply, 3ply). When comparing with results of the analytical model, results of the experiments show similar values. Furthermore, reinforced concrete beam with FRP obtains improved effects for ultimate strength.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.2
no.3
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pp.42-47
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2011
A method of calculating natural frequencies corresponding to the modes of vibration of beams and tower structures with irregular cross sections and arbitrary boundary conditions was developed. The result is compared with that of the beam theory. Finite difference method is used for this purpose. The influence of the $D_{22}$ stiffness on the natural frequency is rigorously investigated. In this paper, the relation between the applied loading sizes and the natural frequency of vibration of some structural elements is presented. The results of application of this method to steel bridge and reinforced concrete slab bridge by using specially orthotropic plate theory is presented.
A numerical model that can simulate the nonlinear behavior of ultra high strength fiber-reinforced concrete (UHSFRC) structures subject to monotonic loadings is introduced. Since engineering material properties of UHSFRC are remarkably different from those of normal strength concrete and engineered cementitious composite, classification of the mechanical characteristics related to the biaxial behavior of UHSFRC, from the designation of the basic material properties such as the uniaxial stress-strain relationship of UHSFRC to consideration of the bond stress-slip between the reinforcement and surrounding concrete with fiber, is conducted in this paper in order to make possible accurate simulation of the cracking behavior in UHSFRC structures. Based on the concept of the equivalent uniaxial strain, constitutive relationships of UHSFRC are presented in the axes of orthotropy which coincide with the principal axes of the total strain and rotate according to the loading history. This paper introduces a criterion to simulate the tension-stiffening effect on the basis of the force equilibriums, compatibility conditions, and bond stress-slip relationship in an idealized axial member and its efficiency is validated by comparison with available experimental data. Finally, the applicability of the proposed numerical model is established through correlation studies between analytical and experimental results for idealized UHSFRC beams.
We in this paper study nonlinear bending of a functionally graded porous nanobeam subjected to multiple physical load based on the nonlocal strain gradient theory. For more reasonable analysis of nanobeams made of porous functionally graded magneto-thermo-electro-elastic materials (PFGMTEEMs), both constituent materials and the porosity appear gradient distribution in the present expression of effective material properties, which is much more suitable to the actual compared with the conventional expression of effective material properties. Besides the displacement function regarding physical neutral surface is introduced to analyze mechanical behaviors of beams made of FGMs. Then we derive nonlinear governing equations of PFGMTEEMs beams using the principle of Hamilton. To obtain analytical solutions, a two-step perturbation method is developed in nonuniform electric field and magnetic field, and then we use it to solve nonlinear equations. Finally, the analytical solutions are utilized to perform a parametric analysis, where the effect of various physical parameters on static bending deformation of nanobeams are studied in detail, such as the nonlocal parameter, strain gradient parameter, the ratio of nonlocal parameter to strain gradient parameter, porosity volume fraction, material volume fraction index, temperature, initial magnetic potentials and external electric potentials.
This paper deals with the free vibration behavior of rotating composite beams reinforced with carbon nanotubes (CNTs) under uniform thermal loads. The temperature-dependent beam material is assumed to be a mixture of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in an isotropic matrix and five different functionally graded (FG) distributions of CNTs are considered according to the variation along the thickness, namely the UD-uniform, FG-O, FG-V, FG-Λ and FG-X distributions where FG-V and FG-Λ are unsymmetrical patterns. Considering the Timoshenko beam theory (TBT), a new finite element formulation of functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FGCNTRC) beam is created for the first time. And the effects of several essential parameters including rotational speed, hub radius, effective material properties, slenderness ratio, boundary conditions, thermal force and moments due to temperature variation are considered in the formulation. By implementing different boundary conditions, some new results of both symmetric and non-symmetrical distribution patterns are presented in tables and figures to be used as benchmark for further validation. In addition, as an alternative advanced composite application for rotating systems exposed to thermal load, the positive effects of CNT addition in improving the dynamic performance of the system have been observed and the results are presented in several tables and figures.
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