Aman Kumar;Harish Chandra Arora;Nishant Raj Kapoor;Denise-Penelope N. Kontoni;Krishna Kumar;Hashem Jahangir;Bharat Bhushan
Computers and Concrete
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v.32
no.2
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pp.119-138
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2023
Concrete carbonation is a prevalent phenomenon that leads to steel reinforcement corrosion in reinforced concrete (RC) structures, thereby decreasing their service life as well as durability. The process of carbonation results in a lower pH level of concrete, resulting in an acidic environment with a pH value below 12. This acidic environment initiates and accelerates the corrosion of steel reinforcement in concrete, rendering it more susceptible to damage and ultimately weakening the overall structural integrity of the RC system. Lower pH values might cause damage to the protective coating of steel, also known as the passive film, thus speeding up the process of corrosion. It is essential to estimate the carbonation factor to reduce the deterioration in concrete structures. A lot of work has gone into developing a carbonation model that is precise and efficient that takes both internal and external factors into account. This study presents an ML-based adaptive-neuro fuzzy inference system (ANFIS) approach to predict the carbonation depth of fly ash (FA)-based concrete structures. Cement content, FA, water-cement ratio, relative humidity, duration, and CO2 level have been used as input parameters to develop the ANFIS model. Six performance indices have been used for finding the accuracy of the developed model and two analytical models. The outcome of the ANFIS model has also been compared with the other models used in this study. The prediction results show that the ANFIS model outperforms analytical models with R-value, MAE, RMSE, and Nash-Sutcliffe efficiency index values of 0.9951, 0.7255 mm, 1.2346 mm, and 0.9957, respectively. Surface plots and sensitivity analysis have also been performed to identify the repercussion of individual features on the carbonation depth of FA-based concrete structures. The developed ANFIS-based model is simple, easy to use, and cost-effective with good accuracy as compared to existing models.
This article deals with the vibrational response of a nanobeam made of bi-directional FG materials which is modeled via nonlocal strain gradient theory along with HSDT. Also, the nanobeam is placed on a Winkler-Pasternak foundation and is under axial mechanical loading. By using the variational energy method, the formulation and end conditions are obtained. Then, DSC-IM, as the numerical solution procedure is employed to extract the results. The material properties of the nanobeam are FG which varies in two directions with in exponential manner. The results from DDN are verified by using other papers. Lastly, a thorough parametric investigation is presented to investigated the effect of different parameters.
Monitoring and managing the condition of underground utilities is crucial for ground stability. This study aims to determine whether images obtained using ground penetrating radar (GPR) accurately reflect the characteristics of buried pipelines through image analysis. The investigation focuses on pipelines made from different materials, namely concrete and steel, with concrete pipes tested under various diameters to assess detectability under differing conditions. A total of 400 images are acquired at locations with pipelines, and for comparison, an additional 100 data points are collected from areas without pipelines. The study employs GPR at frequencies of 200 MHz and 600 MHz, and image analysis is performed using machine learning-based convolutional neural network (CNN) techniques. The analysis results demonstrate high classification reliability based on the training data, especially in distinguishing between pipes of the same material but of different diameters. The findings suggest that the integration of GPR and CNN algorithms can offer satisfactory performance in exploring the ground's interior characteristics.
Hyun-Joon Jeong;Hoseong Jeong;Jae Hyun Kim;Kang-Su Kim
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.1
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pp.30-36
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2023
In this study, an image segmentation model that can evaluate surface porosity based on concrete surface images was derived. Three types of concrete specimens with different water-cement ratios (w/c = 54, 35, and 30%) were prepared, and 2,729 surface images were obtained using an optical microscope. Benchmarking tests, parameter optimization, and final model derivation were performed using the surface images, and an image segmentation model with 97% verification accuracy was obtained. The model was verified by comparing the porosity obtained from the model and X-Ray Microscope (XRM). The model provided similar porosity to that of XRM for the specimens with a high water-cement ratio, but tended to give lower porosity for specimens with a low water-cement ratio.
Nassif, Nadia;Al-Sadoon, Zaid A.;Hamad, Khaled;Altoubat, Salah
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.5
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pp.671-680
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2022
The shear capacity of beams is an essential parameter in designing beams carrying shear loads. Precise estimation of the ultimate shear capacity typically requires comprehensive calculation methods. For steel fiber reinforced concrete (SFRC) beams, traditional design methods may not accurately predict the interaction between different parameters affecting ultimate shear capacity. In this study, artificial neural network (ANN) modeling was utilized to predict the ultimate shear capacity of SFRC beams using ten input parameters. The results demonstrated that the ANN with 30 neurons had the best performance based on the values of root mean square error (RMSE) and coefficient of determination (R2) compared to other ANN models with different neurons. Analysis of the ANN model has shown that the clear shear span to depth ratio significantly affects the predicted ultimate shear capacity, followed by the reinforcement steel tensile strength and steel fiber tensile strength. Moreover, a Genetic Algorithm (GA) was used to optimize the ANN model's input parameters, resulting in the least cost for the SFRC beams. Results have shown that SFRC beams' cost increased with the clear span to depth ratio. Increasing the clear span to depth ratio has increased the depth, height, steel, and fiber ratio needed to support the SFRC beams against shear failures. This study approach is considered among the earliest in the field of SFRC.
Khatibinia, Mohsen;Feizbakhsh, Abdosattar;Mohseni, Ehsan;Ranjbar, Malek Mohammad
Computers and Concrete
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v.18
no.6
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pp.1065-1082
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2016
The main aim of this study is to predict the compressive and flexural strengths of self-compacting mortar (SCM) containing $nano-SiO_2$, $nano-Fe_2O_3$ and nano-CuO using wavelet-based weighted least squares-support vector machines (WLS-SVM) approach which is called WWLS-SVM. The WWLS-SVM regression model is a relatively new metamodel has been successfully introduced as an excellent machine learning algorithm to engineering problems and has yielded encouraging results. In order to achieve the aim of this study, first, the WLS-SVM and WWLS-SVM models are developed based on a database. In the database, nine variables which consist of cement, sand, NS, NF, NC, superplasticizer dosage, slump flow diameter and V-funnel flow time are considered as the input parameters of the models. The compressive and flexural strengths of SCM are also chosen as the output parameters of the models. Finally, a statistical analysis is performed to demonstrate the generality performance of the models for predicting the compressive and flexural strengths. The numerical results show that both of these metamodels have good performance in the desirable accuracy and applicability. Furthermore, by adopting these predicting metamodels, the considerable cost and time-consuming laboratory tests can be eliminated.
S. Sivakumar;R. Prakash;S. Srividhya;A.S. Vijay Vikram
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.3
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pp.221-229
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2023
Urbanization and industrialization have significantly increased the amount of solid waste produced in recent decades, posing considerable disposal problems and environmental burdens. The practice of waste utilization in concrete has gained popularity among construction practitioners and researchers for the efficient use of resources and the transition to the circular economy in construction. This study employed Lytag aggregate, an environmentally friendly pulverized fuel ash-based lightweight aggregate, as a substitute for natural coarse aggregate. At the same time, fly ash, an industrial by-product, was used as a partial substitute for cement. Concrete mix M20 was experimented with using fly ash and Lytag lightweight aggregate. The percentages of fly ash that make up the replacements were 5%, 10%, 15%, 20%, and 25%. The Compressive Strength (CS), Split Tensile Strength (STS), and deflection were discovered at these percentages after 56 days of testing. The concrete cube, cylinder, and beam specimens were examined in the explorations, as mentioned earlier. The results indicate that a 10% substitution of cement with fly ash and a replacement of coarse aggregate with Lytag lightweight aggregate produced concrete that performed well in terms of mechanical properties and deflection. The cementitious composites have varying characteristics as the environment changes. Therefore, understanding their mechanical properties are crucial for safety reasons. CS, STS, and deflection are the essential property of concrete. Machine learning (ML) approaches have been necessary to predict the CS of concrete. The Artificial Fish Swarm Optimization (AFSO), Particle Swarm Optimization (PSO), and Harmony Search (HS) algorithms were investigated for the prediction of outcomes. This work deftly explains the tremendous AFSO technique, which achieves the precise ideal values of the weights in the model to crown the mathematical modeling technique. This has been proved by the minimum, maximum, and sample median, and the first and third quartiles were used as the basis for a boxplot through the standardized method of showing the dataset. It graphically displays the quantitative value distribution of a field. The correlation matrix and confidence interval were represented graphically using the corrupt method.
Jang, Arum;Jeong, Sanggi;Park, Jinhan;, Kang Chang-hoon;Ju, Young K.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.22
no.2
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pp.19-27
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2022
Visual inspection methods have limitations, such as reflecting the subjective opinions of workers. Moreover, additional equipment is required when inspecting the high-rise buildings because the height is limited during the inspection. Various methods have been studied to detect concrete cracks due to the disadvantage of existing visual inspection. In this study, a crack detection technology was proposed, and the technology was objectively and accurately through AI. In this study, an efficient method was proposed that automatically detects concrete cracks by using a Convolutional Neural Network(CNN) with the Orthomosaic image, modeled with the help of UAV. The concrete cracks were predicted by three different CNN models: AlexNet, ResNet50, and ResNeXt. The models were verified by accuracy, recall, and F1 Score. The ResNeXt model had the high performance among the three models. Also, this study confirmed the reliability of the model designed by applying it to the experiment.
For producing cement and concrete, the construction field has been encouraged by the usage of industrial soil waste (or) secondary materials since it decreases the utilization of natural resources. Simultaneously, for ensuring the quality, the analyses of the strength along with durability properties of that sort of cement and concrete are required. The prediction of strength along with other properties of High-Performance Concrete (HPC) by optimization and machine learning algorithms are focused by already available research methods. However, an error and accuracy issue are possessed. Therefore, the Enhanced Deep Neural Network (EDNN) based strength along with durability prediction of HPC was utilized by this research method. Initially, the data is gathered in the proposed work. Then, the data's pre-processing is done by the elimination of missing data along with normalization. Next, from the pre-processed data, the features are extracted. Hence, the data input to the EDNN algorithm which predicts the strength along with durability properties of the specific mixing input designs. Using the Switched Multi-Objective Jellyfish Optimization (SMOJO) algorithm, the weight value is initialized in the EDNN. The Gaussian radial function is utilized as the activation function. The proposed EDNN's performance is examined with the already available algorithms in the experimental analysis. Based on the RMSE, MAE, MAPE, and R2 metrics, the performance of the proposed EDNN is compared to the existing DNN, CNN, ANN, and SVM methods. Further, according to the metrices, the proposed EDNN performs better. Moreover, the effectiveness of proposed EDNN is examined based on the accuracy, precision, recall, and F-Measure metrics. With the already-existing algorithms i.e., JO, GWO, PSO, and GA, the fitness for the proposed SMOJO algorithm is also examined. The proposed SMOJO algorithm achieves a higher fitness value than the already available algorithm.
Limited studies are available on the mathematical estimates of the compressive strength (CS) of glass fiber-embedded polymer (glass-FRP) compressive elements. The present study has endeavored to estimate the CS of glass-FRP normal strength concrete (NSTC) compression elements (glass-FRP-NSTC) employing two various methodologies; mathematical modeling and artificial neural networks (ANNs). The dataset of 288 glass-FRP-NSTC compression elements was constructed from the various testing investigations available in the literature. Diverse equations for CS of glass-FRP-NSTC compression elements suggested in the previous research studies were evaluated employing the constructed dataset to examine their correctness. A new mathematical equation for the CS of glass-FRP-NSTC compression elements was put forwarded employing the procedures of curve-fitting and general regression in MATLAB. The newly suggested ANN equation was calibrated for various hidden layers and neurons to secure the optimized estimates. The suggested equations reported a good correlation among themselves and presented precise estimates compared with the estimates of the equations available in the literature with R2= 0.769, and R2 =0.9702 for the mathematical and ANN equations, respectively. The statistical comparison of diverse factors for the estimates of the projected equations also authenticated their high correctness for apprehending the CS of glass-FRP-NSTC compression elements. A broad parametric examination employing the projected ANN equation was also performed to examine the effect of diverse factors of the glass-FRP-NSTC compression elements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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