Degtyarev, Vitaliy V.;Hicks, Stephen J.;Hajjar, Jerome F.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.3
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pp.293-309
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2022
Accurate design models for predicting the shear resistance of headed studs in solid concrete slabs are essential for obtaining economical and safe steel-concrete composite structures. In this study, symbolic regression with genetic programming (GPSR) was applied to experimental data to formulate new descriptive equations for predicting the shear resistance of studs in solid slabs using both normal and lightweight concrete. The obtained GPSR-based nominal resistance equations demonstrated good agreement with the test results. The equations indicate that the stud shear resistance is insensitive to the secant modulus of elasticity of concrete, which has been included in many international standards following the pioneering work of Ollgaard et al. In contrast, it increases when the stud height-to-diameter ratio increases, which is not reflected by the design models in the current international standards. The nominal resistance equations were subsequently refined for use in design from reliability analyses to ensure that the target reliability index required by the Eurocodes was achieved. Resistance factors for the developed equations were also determined following US design practice. The stud shear resistance predicted by the proposed models was compared with the predictions from 13 existing models. The accuracy of the developed models exceeds the accuracy of the existing equations. The proposed models produce predictions that can be used with confidence in design, while providing significantly higher stud resistances for certain combinations of variables than those computed with the existing equations given by many standards.
Castelli, Mauro;Trujillo, Leonardo;Goncalves, Ivo;Popovic, Ales
Computers and Concrete
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v.19
no.6
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pp.651-658
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2017
High-performance concrete, besides aggregate, cement, and water, incorporates supplementary cementitious materials, such as fly ash and blast furnace slag, and chemical admixture, such as superplasticizer. Hence, it is a highly complex material and modeling its behavior represents a difficult task. This paper presents an evolutionary system for the prediction of high performance concrete strength. The proposed framework blends a recently developed version of genetic programming with a local search method. The resulting system enables us to build a model that produces an accurate estimation of the considered parameter. Experimental results show the suitability of the proposed system for the prediction of concrete strength. The proposed method produces a lower error with respect to the state-of-the art technique. The paper provides two contributions: from the point of view of the high performance concrete strength prediction, a system able to outperform existing state-of-the-art techniques is defined; from the machine learning perspective, this case study shows that including a local searcher in the geometric semantic genetic programming system can speed up the convergence of the search process.
In this paper, functionality of soft computing algorithms such as Group method of data handling (GMDH), Random forest (RF), Random tree (RT), Linear regression (LR), M5P, and artificial neural network (ANN) have been looked out to predict the compressive strength of concrete mixed with marble powder. Assessment of result suggests that, the overall performance of ANN based model gives preferable results over the different applied algorithms for the estimate of compressive strength of concrete. The results of coefficient of correlation were maximum in ANN model (0.9139) accompanied through RT with coefficient of correlation (CC) value 0.8241 and minimum root mean square error (RMSE) value of ANN (4.5611) followed by RT with RMSE (5.4246). Similarly, other evaluating parameters like, Willmott's index and Nash-sutcliffe coefficient value of ANN was 0.9458 and 0.7502 followed by RT model (0.8763 and 0.6628). The end result showed that, for both subsets i.e., training and testing subset, ANN has the potential to estimate the compressive strength of concrete. Also, the results of sensitivity suggest that the water-cement ratio has a massive impact in estimating the compressive strength of concrete with marble powder with ANN based model in evaluation with the different parameters for this data set.
The construction industry, one of the biggest producers of greenhouse emissions, is under a lot of pressure as a result of growing worries about how climate change may affect local communities. Geopolymer concrete (GPC) has emerged as a feasible choice for construction materials as a result of the environmental issues connected to the manufacture of cement. The findings of this study contribute to the development of machine learning methods for estimating the properties of eco-friendly concrete, which might be used in lieu of traditional concrete to reduce CO2 emissions in the building industry. In the present work, the compressive strength (fc) of GPC is calculated using random forests regression (RFR) methodology where natural zeolite (NZ) and silica fume (SF) replace ground granulated blast-furnace slag (GGBFS). From the literature, a thorough set of experimental experiments on GPC samples were compiled, totaling 254 data rows. The considered RFR integrated with artificial hummingbird optimization (AHA), black widow optimization algorithm (BWOA), and chimp optimization algorithm (ChOA), abbreviated as ARFR, BRFR, and CRFR. The outcomes obtained for RFR models demonstrated satisfactory performance across all evaluation metrics in the prediction procedure. For R2 metric, the CRFR model gained 0.9988 and 0.9981 in the train and test data set higher than those for BRFR (0.9982 and 0.9969), followed by ARFR (0.9971 and 0.9956). Some other error and distribution metrics depicted a roughly 50% improvement for CRFR respect to ARFR.
Domain Name Systems (DNS) provide critical performance in directing Internet traffic. It is a significant duty of DNS service providers to protect DNS servers from bandwidth attacks. Data mining techniques may identify different trends in detecting anomalies, but these approaches are insufficient to provide adequate methods for querying traffic data in significant network environments. The patterns can enable the providers of DNS services to find anomalies. Accordingly, this research has used a new approach to find the anomalies using the Neural Network (NN) because intrusion detection techniques or conventional rule-based anomaly are insufficient to detect general DNS anomalies using multi-enterprise network traffic data obtained from network traffic data (from different organizations). NN was developed, and its results were measured to determine the best performance in anomaly detection using DNS query data. Going through the R2 results, it was found that NN could satisfactorily perform the DNS anomaly detection process. Based on the results, the security weaknesses and problems related to unpredictable matters could be practically distinguished, and many could be avoided in advance. Based on the R2 results, the NN could perform remarkably well in general DNS anomaly detection processing in this study.
This study is aimed to predict the behaviour of channel shear connectors in composite floor systems at different temperatures. For this purpose, a soft computing approach is adopted. Two novel intelligence methods, including an Extreme Learning Machine (ELM) and a Genetic Programming (GP), are developed. In order to generate the required data for the intelligence methods, several push-out tests were conducted on various channel connectors at different temperatures. The dimension of the channel connectors, temperature, and slip are considered as the inputs of the models, and the strength of the connector is predicted as the output. Next, the performance of the ELM and GP is evaluated by developing an Artificial Neural Network (ANN). Finally, the performance of the ELM, GP, and ANN is compared with each other. Results show that ELM is capable of achieving superior performance indices in comparison with GP and ANN in the case of load prediction. Also, it is found that ELM is not only a very fast algorithm but also a more reliable model.
Objectives: We analyzed Sasang constitution case reports using text mining to derive network analysis results and designed a classification algorithm using machine learning to select a model suitable for classifying Sasang constitution based on text data. Methods: Case reports on Sasang constitution published from January 1, 2000, to December 31, 2022, were searched. As a result, 343 papers were selected, yielding 454 cases. Extracted texts were pretreated and tokenized with the Python-based KoNLPy package. Each morpheme was vectorized using TF-IDF values. Word cloud visualization and centrality analysis identified keywords mainly used for classifying Sasang constitution in clinical practice. To select the most suitable classification model for diagnosing Sasang constitution, the performance of five models-XGBoost, LightGBM, SVC, Logistic Regression, and Random Forest Classifier-was evaluated using accuracy and F1-Score. Results: Through word cloud visualization and centrality analysis, specific keywords for each constitution were identified. Logistic regression showed the highest accuracy (0.839416), while random forest classifier showed the lowest (0.773723). Based on F1-Score, XGBoost scored the highest (0.739811), and random forest classifier scored the lowest (0.643421). Conclusions: This is the first study to analyze constitution classification by applying text mining and machine learning to case reports, providing a concrete research model for follow-up research. The keywords selected through text mining were confirmed to effectively reflect the characteristics of each Sasang constitution type. Based on text data from case reports, the most suitable machine learning models for diagnosing Sasang constitution are logistic regression and XGBoost.
Zhang, Chunshun;Ji, Jian;Gui, Yilin;Kodikara, Jayantha;Yang, Sheng-Qi;He, Lei
Geomechanics and Engineering
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v.11
no.3
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pp.361-372
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2016
The soil-concrete interface shear strength, although has been extensively studied, is still difficult to predict as a result of the dependence on many factors such as normal stresses, surface roughness, particle sizes, moisture contents, dilation angles of soils, etc. In this study, a well-known rigorous statistical learning approach, namely the least squares support vector machine (LS-SVM) realized in a ubiquitous spreadsheet platform is firstly used in estimating the soil-structure interface shear strength. Instead of studying the complicated mechanism, LS-SVM enables to explore the possible link between the fundamental factors and the interface shear strengths, via a sophisticated statistic approach. As a preliminary investigation, the authors study the expansive soils that are found extensively in most countries. To reduce the complexity, three major influential factors, e.g., initial moisture contents, initial dry densities and normal stresses of soils are taken into account in developing the LS-SVM models for the soil-concrete interface shear strengths. The predicted results by LS-SVM show reasonably good agreement with experimental data from direct shear tests.
Due to the steadily declining supply of natural coarse aggregates, the concrete industry has shifted to substituting coarse aggregates generated from byproducts and industrial waste. Oil palm shell is a substantial waste product created during the production of palm oil (OPS). When considering the usage of OPSC, building engineers must consider its uniaxial compressive strength (UCS). Obtaining UCS is expensive and time-consuming, machine learning may help. This research established five innovative hybrid AI algorithms to predict UCS. Aquila optimizer (AO) is used with methods to discover optimum model parameters. Considered models are artificial neural network (AO - ANN), adaptive neuro-fuzzy inference system (AO - ANFIS), support vector regression (AO - SVR), random forest (AO - RF), and extreme gradient boosting (AO - XGB). To achieve this goal, a dataset of OPS-produced concrete specimens was compiled. The outputs depict that all five developed models have justifiable accuracy in UCS estimation process, showing the remarkable correlation between measured and estimated UCS and models' usefulness. All in all, findings depict that the proposed AO - XGB model performed more suitable than others in predicting UCS of OPSC (with R2, RMSE, MAE, VAF and A15-index at 0.9678, 1.4595, 1.1527, 97.6469, and 0.9077). The proposed model could be utilized in construction engineering to ensure enough mechanical workability of lightweight concrete and permit its safe usage for construction aims.
Machine learning (ML) models based on artificial neural network (ANN) and decision tree (DT) were developed for estimation of axial capacity of concrete columns reinforced with fiber reinforced polymer (FRP) bars. Between the design codes, the Canadian code provides better formulation compared to the Australian or American code. For empirical models based on elastic modulus of FRP, Hadhood et al. (2017) model performed best. Whereas for empirical models based on tensile strength of FRP, as well as all empirical models, Raza et al. (2021) was adjudged superior. However, compared to the empirical models, all ML models exhibited superior performance according to all five performance metrics considered. The performance of ANN and DT models were comparable in general. Under the present setup, inclusion of the transverse reinforcement information did not improve the accuracy of estimation with either ANN or DT. With selective use of inputs, and a much simpler ANN architecture (4-3-1) compared to that reported in literature (Raza et al. 2020: 6-11-11-1), marginal improvement in correlation could be achieved. The metrics for the best model from the study was a correlation of 0.94, absolute errors between 420 kN to 530 kN, and the range being 0.39 to 0.51 for relative errors. Though much superior performance could be obtained using ANN/DT models over empirical models, further work towards improving accuracy of the estimation is indicated before design of FRP reinforced concrete columns using ML may be considered for design codes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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