Concrete's compressive strength is widely studied in order to understand many qualities and the grade of the concrete mixture. Conventional civil engineering tests involve time and resources consuming laboratory operations which results in the deterioration of concrete samples. Proposing efficient non-destructive models for the prediction of concrete compressive strength will certainly yield advancements in concrete studies. In this study, the efficiency of using radial basis function neural network (RBFNN) which is not common in this field, is studied for the concrete compressive strength prediction. Complementary studies with back propagation neural network (BPNN), which is commonly used in this field, have also been carried out in order to verify the efficiency of RBFNN for compressive strength prediction. A total of 13 input parameters, including novel ones such as cement's and fly ash's compositional information, have been employed in the prediction models with RBFNN and BPNN since all these parameters are known to influence concrete strength. Three different train: test ratios were tested with both models, while different hidden neurons, epochs, and spread values were introduced to determine the optimum parameters for yielding the best prediction results. Prediction results obtained by RBFNN are observed to yield satisfactory high correlation coefficients and satisfactory low mean square error values when compared to the results in the previous studies, indicating the efficiency of the proposed model.
In this paper, the non-linear mathematical problem is solved via numerical scheme by utilizing shooting method. Brownian diffusion and thermophoresis along mass and heat transfer are accounted for. Non-linear expression is reduced via non-dimensional variables. The simplified ordinary differential equations are tackled by shooting technique. Behavior of distinct influential parameters is investigated graphically and analyzed for temperature and concentration profile. Our finding indicates that temperature profile is enhanced for the thermophoresis, Brownian motion coefficient, Prandtl number, Eckert number and temperature slip parameter. Comparison of numerical technique with the extant literature is made and an acceptable agreement is attained. Graphs are plotted to examine the influence of these parameters.
de Oliveira, Lucas C.;de Almeida, Felipe S.;Gomes, Herbert M.
Computers and Concrete
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v.30
no.2
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pp.127-141
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2022
In this paper, a numerical procedure is proposed for achieving the minimum cost design of reinforced concrete polygonal column cross-sections under compression and biaxial bending. A methodology is developed to integrate the metaheuristic algorithm Quantum Particle Swarm Optimization (QPSO) with an algorithm for the evaluation of the strength of reinforced concrete cross-sections under combined axial load and biaxial bending, according to the design criteria of Brazilian Standard ABNT NBR 6118:2014. The objective function formulation takes into account the costs of concrete, reinforcement, and formwork. The cross-section dimensions, the number and diameter of rebar and the concrete strength are taken as discrete design variables. This methodology is applied to polygonal cross-sections, such as rectangular sections, rectangular hollow sections, and L-shaped cross-sections. To evaluate the efficiency of the methodology, the optimal solutions obtained were compared to results reported by other authors using conventional methods or alternative optimization techniques. An additional study investigates the effect on final costs for an alternative parametrization of rebar positioning on the cross-section. The proposed optimization method proved to be efficient in the search for optimal solutions, presenting consistent results that confirm the importance of using optimization techniques in the design of reinforced concrete structures.
On the premise of ensuring that the automatic and quantitative discharging function of concrete conveyors is met, the accuracy of the weight forecast by the mathematical model of the screw conveying volume is improved, and the error of the weight of the concrete parts and the accumulation thickness is reduced. In this paper, the discrete element method (DEM) is used to simulate the macroscopic flow of concrete. Using the concrete discrete element model, the size of the screw conveyor is set, and establish the response model between the influencing factors (process and structure) and the concrete mass flow rate according to the design points of the screw discharging experiment. The nonlinear data fitting method is used to obtain the volumetric efficiency function under the influence of process and structural factors, and the traditional screw conveying volume model is improved. The mass flow rate of concrete predicted by the improved mathematical model of screw conveying volume is consistent with the test results. The model can accurately describe the conveying process of concrete and achieve the purpose of improving the accuracy of forecasting the weight of discharged concrete.
Li Li;Yapeng Qin;Mingli Cao;Junfeng Guan;Chaopeng Xie
Computers and Concrete
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v.31
no.3
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pp.197-206
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2023
In this paper, the bending performance of a MSFRHPC (containing steel fiber, polyvinyl alcohol (PVA) fiber, and CW)-reinforced beam was studied for the first time. Introducing a multiscale fiber system increased the first crack load (up to 150%), yield load (up to 50%), and peak load (up to 15%) of reinforced beams. The multiscale fiber system delays cracking of the reinforced beam, reduces crack width of the reinforced beam in normal use, and improves the durability of the beam. Considering yield load and peak load, the reinforcing effect of multiscale fiber on the high-reinforcement ratio beam (1.00%) is better than that on the low-reinforcement ratio beam (0.57%). Introducing fibers slowed the development of cracks in the reinforced beam under bending. With the added hybrid fiber, the deformation concentration of reinforced beams after yield was more significant with concentration in 1 or 2 cracks. A model for predicting the flexural capacity of MSFRHPC-reinforced beams was proposed, considering the action of multiscale hybrid fibers. This research is helpful for structure application of MSFRHPC-containing CW.
Corrosion of rebar is one of the major deteriorating mechanisms that affect the durability of reinforced concrete (RC) structures. The increase in CO2 concentration in the atmosphere leads to early carbonation and deterioration due to corrosion in RC structures. In the present study, an attempt has been made to modify the existing carbonation depth prediction empirical model. The modified empirical model is verified from the carbonation data collected from selected RC structures of CSIR-SERC campus, Chennai and carbonation data available from the reported literature on in-situ RC structures. Attempt also made to study the carbonation depth in the laboratory specimens using oxygen permeability index (OPI) test. The carbonation depth measured from RC structures and laboratory specimens are compared with estimated carbonation depth obtained from OPI test data. The modified empirical model shows good correlation with measured carbonation depth from the identified RC structures and the reported RC structures from the literature. The carbonation depth estimated from OPI values for both in-situ and laboratory specimens show lesser percentage of error compared to measured carbonation depth. From the present investigation it can be said that the OPI test is the suitable test method for both new and existing RC structures and laboratory RC specimens.
In this study, the flexural behaviors of one- and two-way reinforced concrete (RC) slabs strengthened with carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) strips under impact loads were investigated. The flexural strengthening of RC slabs under simulated static monotonic loads has been comprehensively studied. However, the flexural behavior of RC slabs strengthened with CFRP strips has not been investigated extensively, particularly those conducted numerically. Nonlinear three-dimensional finite element models were developed, executed, and verified against previous experimental results, producing satisfactory models with approximately 4% error. The models were extended to a parametric study, considering three geometric parameters: the slab rectangularity ratio, CFRP strip width, and CFRP strip configuration. Finally, the main results were used to derive a new formula for predicting the total deflection of RC slabs strengthened with CFRP strips under impact loads with an error of approximately 10%. The proposed equation reflected the slab rectangularity, CFRP strip width, equivalent slab stiffness, and dropped weight. Results indicated that the use of CFRP strips enhanced the overall impact performance, the wider the CFRP width, the better the enhancement. Moreover, the application of diagonally oriented CFRP strips diminished the cracking zone compared to straight strips. Additionally, the diagonal orientation of CFRP strips was more efficient for two-way slabs while the vertical orientation was found to be better in the case of one-way slabs.
Zuohua Li;Jiafei Ning;Qingfei Shan;Hui Pan;Qitao Yang;Jun Teng
Computers and Concrete
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v.31
no.3
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pp.223-239
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2023
Geometric nonlinear performance simulation and analysis of complex modern buildings and industrial products require high-performance shell elements. Balancing multiple aspects of performance in the one geometric nonlinear analysis element remains challenging. We present a new shell element, flat shell DKMGQ-CR (Co-rotational Discrete Kirchhoff-Mindlin Generalized Conforming Quadrilateral), for linear and geometric nonlinear analysis of both thick and thin shells. The DKMGQ-CR shell element was developed by combining the advantages of high-performance membrane and plate elements in a unified coordinate system and introducing the co-rotational formulation to adapt to large deformation analysis. The effectiveness of linear and geometric nonlinear analysis by DKMGQ-CR is verified through the tests of several classical numerical benchmarks. The computational results show that the proposed new element adapts to mesh distortion and effectively alleviates shear and membrane locking problems in linear and geometric nonlinear analysis. Furthermore, the DKMGQ-CR demonstrates high performance in analyzing thick and thin shells. The proposed element DKMGQ-CR is expected to provide an accurate, efficient, and convenient tool for the geometric nonlinear analysis of shells.
Lei Zhou;Hadi Haeri;Vahab Sarfarazi;Mohammad Fatehi Marji;A.A. Naderi;Mohammadreza Hassannezhad Vayani
Computers and Concrete
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v.31
no.1
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pp.71-84
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2023
In this paper, the effects of the thickness of cubic samples on the tensile strength of concrete blocks were studied using experimental tests in the laboratory and numerical simulation by the particle flow code in three dimensions (PFC3D). Firstly, the physical concrete blocks with dimensions of 150 mm×190 mm (width×height) were prepared. Then, three specimens for each of seven different samples with various thicknesses were built in the laboratory. Simultaneously with the experimental tests, their numerical simulations were performed with PFC3D models. The widths, heights, and thicknesses of the numerical models were the same as those of the experimental samples. These samples were tested with a new tensile testing apparatus. The loading rate was kept at 1 kg/sec during the testing operation. Based on these analyses, it is concluded that when the thickness was less than 5 cm, the tensile strength decreased by increasing the sample thickness. On the other hand, the tensile strength was nearly constant when the sample thickness was raised to more than 5 cm (which can be regarded as a threshold limit for the specimens' thickness). The numerical outputs were similar to the experimental results, demonstrating the validity of the present analyses.
Reinforced concrete flat slab (RCFS) with columns is a standard gravity floor system for tall buildings in North America. Typically, RCFS-column connections are designed to resist gravity loads, and their contribution to resisting seismic forces is ignored. However, past experimental research has shown that RCFS-column connections have some strength and ductility, which may not be ignored. Advanced numerical models have been developed in the past to determine the nonlinear cyclic behavior of RCFS-column connections. However, these models are either too complicated for nonlinear dynamic analysis of an entire building or not developed to model the behavior of modern RCFS-column connections. This paper proposes a new nonlinear model suitable for modern RCFS-column connections. The numerical model is verified using experimental data of specimens with various material and reinforcement properties. A 40-story RC shear wall building was designed and analyzed to investigate the influence of RCFS on the global response of tall concrete buildings. The seismic responses of the building with and without the RCFS were modelled and compared. The results show that the modelling of RCFS has a significant impact on the inter-story drifts and force demands on both the seismic force-resisting and gravity elements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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