This paper presents six novel hybrid machine learning (ML) models that combine support vector machines (SVM), Decision Tree (DT), Random Forest (RF), Gradient Boosting (GB), extreme gradient boosting (XGB), and categorical gradient boosting (CGB) with the Harris Hawks Optimization (HHO) algorithm. These models, namely HHO-SVM, HHO-DT, HHO-RF, HHO-GB, HHO-XGB, and HHO-CGB, are designed to predict the ultimate strength of both rectangular and circular reinforced concrete (RC) columns. The prediction models are established using a comprehensive database consisting of 325 experimental data for rectangular columns and 172 experimental data for circular columns. The ML model hyperparameters are optimized through a combination of cross-validation technique and the HHO. The performance of the hybrid ML models is evaluated and compared using various metrics, ultimately identifying the HHO-CGB model as the top-performing model for predicting the ultimate shear strength of both rectangular and circular RC columns. The mean R-value and mean a20-index are relatively high, reaching 0.991 and 0.959, respectively, while the mean absolute error and root mean square error are low (10.302 kN and 27.954 kN, respectively). Another comparison is conducted with four existing formulas to further validate the efficiency of the proposed HHO-CGB model. The Shapely Additive Explanations method is applied to analyze the contribution of each variable to the output within the HHO-CGB model, providing insights into the local and global influence of variables. The analysis reveals that the depth of the column, length of the column, and axial loading exert the most significant influence on the ultimate shear strength of RC columns. A user-friendly graphical interface tool is then developed based on the HHO-CGB to facilitate practical and cost-effective usage.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.1
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pp.133-140
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2010
Five strengthened columns and an unstrengthened column were tested under constant axial load and cyclic lateral loads to examine the seismic performance of the unbounded strengthening procedure using wire ropes and T-plates. Main variables considered were the presence of mortar cover for strengthening steel element and anchorage method of T-plate. Test results clearly showed that T-plates having a proper anchorage contribute to transfer of applied moment as well as enhancement of ductility of reinforced concrete columns. However, T-plate not anchored fully into a column base can seldom transfer the externally applied moment, though it highly improves the ductility of column. The presence of mortar cover for strengthening steel elements is significantly effective in enhancing the initial stiffness and flexural capacity of the strengthened columns, but has an adversely effect on enhancing the ductility. The ultimate moment strength predicted from the extended section laminae method in better agreement with test results compared with predictions obtained using stress black specified in ACI 318-05.
After applying the fiber cocktail(polypropylene and steel fibers) into the mixture of high strength concrete with a compressive strength of 50 MP, the fire test was carried out on specimens in order to evaluate the fire resistance performance, such as possible explosive spalling, temperature distributions of concrete and rebar. According to an enforcement ordinance, four column specimens were exposed to the fire for 180 minutes based on the standard curve of ISO-834. No explosive spalling has been observed. The required minimum quantity of polypropylene to prevent explosive spalling is more than 0.57 kg per unit concrete volume. The comparing test results from temperature distributions of concrete and rebar has found that the difference of fiber quantity is insignificant.
This paper presents an investigation on the dynamic behavior of SRC columns with built-in cross-shaped steels under impact load. Seven 1/2 scaled SRC specimens were subjected to low-speed impact by a gravity drop hammer test system. Three main parameters, including the lateral impact height, the axial compression ratios and the stirrup spacing, were considered in the response analysis of the specimens. The failure mode, deformation, the absorbed energy of columns, as well as impact loads are discussed. The results are mainly characterized by bending-shear failure, meanwhile specimens can maintain an acceptable integrity. More than 33% of the input impact energy is dissipated, which demonstrates its excellent impact resistance. As the impact height increases, the flexural cracks and shear cracks observed on the surface of specimens were denser and wider. The recorded time-history of impact force and mid-span displacement confirmed the three stages of relative movement between the hammer and the column. Additionally, the displacements had a notable delay compared to the rapid changes observed in the measured impact load. The deflection of the mid-span did not exceed 5.90mm while the impact load reached peak value. The impact resistance of the specimen can be improved by proper design for stirrup ratios and increasing the axial load. However, the cracking and spalling of the concrete cover at the impact point was obvious with the increasing in stiffness.
In this study, the feasibility and applicability of a friction damper with a vertical installation scheme are investigated. This device is composed of a steel section and two friction hinges at both ends which dissipate seismic energy. Due to its small width and vertical installation scheme, the proposed damper can minimize the interference with architectural functions. To evaluate the performance of the proposed damper, its mechanical behavior is theoretically evaluated and the required formulas for the yield strength and elastic stiffness are derived. The theoretical formulas are verified by establishing the analytical model of the damper in the SAP2000 software and comparing their results. To further investigate the performance of the developed damper, the provided analytical model is applied to a 4-story reinforced concrete (RC) structure and its performance is evaluated before and after retrofit under the Maximum Considered Earthquake (MCE) hazard level. The seismic performance is thoroughly evaluated in terms of maximum interstory drift ratio, displacement time history, residual displacement, and energy dissipation. The results show that the proposed damper can be efficiently used to protect the structure against seismic loads.
Lee Dong Keun;Ha Sang-Su;Han Sang Whan;Lee Li Ryung
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.111-114
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2005
While the existing reinforced concrete flat plate(RC flat plate) has a lot of advantages including reduced building height, it has some weak points such as many steel bars and the brittle rupture by punching shear. Compared with the RC flat plate, the post-tensioned flat plate (PT flat plate) has not only the same merits, but it also makes longer span possible and induces slab-column connections to be failed with the ductile behavior rather than with the brittle behavior by means of post-tensioning. However, it is difficult to define the joint behavior of PT flat plate under vertical and lateral loads since there are limit experimental results. For this reason, the experimental study is undertaken to investigate the comparison of behavior of PT flat plate and RC flat plate, and how flat plate(Gravity Load Resisting System) is displaced as lateral loads, like the wind and the earthquake, are occur. The result of this experiment shows that PT flat plate is generally superior to RC flat plate in terms of controlling crack, postponing stiffness deterioration, energy dissipation, etc.
Kim, HongTaek;Lee, MyungJae;Park, JeeWoong;Yoon, SoonJong;Han, YeonJin
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.12
no.8
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pp.59-67
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2011
The interaction of the ground deformation and composite piles, which is made of fiber glass, was analyzed for the effective pile application under vertical loads. This study was performed to conduct experimentation test and propose the material characteristics of the new type concrete injection circular FRP pile for the improvement of the defect of CFFT-Concrete composition piles and FRP-Concrete composition piles(FRP reinforced column direction). Additionally, in order to analyze the behaviour characteristics of composite pile and steel pile the numerical analyses were carried out.
Precast reinforced concrete bridge columns with hollow rectangular section were tested under cyclic lateral load with constant axial force to investigate its seismic performance. After all the precast column segments were erected, longitudinal reinforcement was inserted in the sheath prefabricated in the segments, which were then mortar grouted. Main variables of the test series were column aspect ratio, longitudinal reinforcement ratio, amount of lateral reinforcement, and location of segment joints. The aspect ratios were 4.5 and 2.5, and the longitudinal steel ratios were 1.15% and 3.07%. The amount of lateral reinforcement were 95%, 55%, 50%, and 27% of the minimum amount for full ductility design requirements in the Korean Bridge Design Code. The locations of segment joints in plastic hinge region were 0.5 and 1.0 times of the section depth from the bottom column end. The test results of cracking and failure mode, axial-flexural strength, lateral load-displacement relationship, and displacement ductility are presented. Then, safety of the ductility demand based seismic design in the Korean Bridge Design Code is discussed. The column specimens showed larger ductility than expected, because buckling of longitudinal reinforcing bar was prevented due to confinement developed not only by transverse steel but also by sheath and infilling mortar.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.6
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pp.197-204
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2006
Recently, in order to realization of construction and economical saving, various studies are progressing. Also, the study on RCS system which is consisted of reinforced concrete column and steel beam is progressing actively. Actually, however, resisting mechanism of panel zone is influenced by transverse beams when the stress transfers inner panel to outer panel but existing literature didn't reflect the effect of transverse beams. This paper is to analyze the test result of five inner beam-column joints specimen with a variable such as web, flange thickness of transverse beam and face bearing plate(FBP) for RCS systems were tested under cyclic loadings conforming to NEHRP recommendation to investigate the effect of transverse beams and the structural performance of beam-column joints. From the test result, it was shown that transverse beams are effective to enhance the shear strength and structural performance of beam-column joints.
Choi, Se Woon;Jeon, Ji Hye;Lee, Hwanyoung;Kim, Yousok;Park, Hyo Seon
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.5
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pp.335-342
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2013
Since the seriousness of environmental pollution came to the fore recently, various efforts have been made globally for the reduction of the environmental load. In particular, in the field of construction, an industry responsible for a considerable amount of pollution, studies have been actively conducted to reduce $CO_2$ emissions and energy consumption. However, most conventional research about pollution as it relates to construction is focused on the maintenance stages where $CO_2$ emissions are the greatest. Research related to the design stage is in its infancy, as it has only been conducted thus far on steel buildings and RC buildings. In fact, in order to achieve environmentally friendly construction considering the Life Cycle Assessment(LCA), the building design should be derived to reduce the $CO_2$ emissions from the early building design stage, and structural engineers should be able to suggest a design plan considering its environmental friendliness. In this study, optimal structural design method for steel reinforced concrete(SRC) columns considering $CO_2$ emissions is presented. The trends of $CO_2$ emissions in SRC columns according to the variations of steel shapes, concrete strengths and loads are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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