The use of carbon fiber-reinforced polymers (CFRP) has widely increased due to its enhancement in the ultimate strength and ductility of the reinforced concrete (RC) structures. This study presents a prediction model for the axial compressive strength and strain of normal-strength concrete cylinders confined with CFRP. Besides, soft computing approaches have been extensively used to model in many areas of civil engineering applications. Therefore, the genetic expression programming (GEP) models to predict axial compressive strength and strain of CFRP-confined concrete specimens were used in this study. For this purpose, the parameters of 283 CFRP-confined concrete specimens collected from 38 experimental studies in the literature were taken into account as input variables to predict GEP based models. Then, the results of GEP models were statistically compared with those of models proposed by various researchers. The values of R2 for strength and strain of CFRP-confined concrete were obtained as 0.897 and 0.713, respectively. The results of the comparison reveal that the proposed GEP-based models for CFRP-confined concrete have the best efficiency among the existing models and provide the best performance.
Murad, Yasmin Z;Tarawneh, Bashar K;Ashteyat, Ahmed M
Computers and Concrete
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v.26
no.6
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pp.497-504
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2020
Concrete can lose its alkalinity by concrete carbonation causing steel corrosion. Thus, the determination of the carbonation depth is necessary. An empirical model is proposed in this research to predict the carbonation depth of concrete using Gene expression programming (GEP). The GEP model was trained and validated using a large and reliable database collected from the literature. The model was developed using the six parameters that predominantly control the carbonation depth of concrete including carbon dioxide CO2 concentration, relative humidity, water-to-cement ratio, maximum aggregate size, aggregate to binder ratio and carbonation period. The model was statistically evaluated and then compared to the Jiang et al. model. A parametric study was finally performed to check the proposed GEP model's sensitivity to the selected input parameters.
In this paper, four formulas are proposed via gene expression programming (GEP)-based models and regression analysis (RA) to predict the flexural strength ($f_s$) values of mortars containing different mineral admixtures that are ground granulated blast-furnace slag (GGBFS), silica fume (SF) and fly ash (FA) at different ages. Three formulas obtained from the GEP-I, GEP-II and GEP-III models are constituted to predict the $f_s$ values from the age of specimen, water-binder ratio and compressive strength. Besides, one formula obtained from the RA is constituted to predict the $f_s$ values from the compressive strength. To achieve these formulas in the GEP and RA models, 972 data of the experimental studies presented with mortar mixtures were gathered from the literatures. 734 data of the experimental studies are divided without pre-planned for these formulas achieved from the training and testing sets of GEP and RA models. Beside, these formulas are validated with 238 data of experimental studies un-employed in training and testing sets. The $f_s$ results obtained from the training, testing and validation sets of these formulas are compared with the results obtained from the experimental studies and the formulas given in the literature for concrete. These comparisons show that the results of the formulas obtained from the GEP and RA models appear to well compatible with the experimental results and find to be very credible according to the results of other formulas.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.9
no.2
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pp.83-89
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2005
In this paper a new algorithm of learning and evolving artificial neural networks using gene expression programming (GEP) is presented. Compared with other traditional algorithms, this new algorithm has more advantages in self-learning and self-organizing, and can find optimal solutions of artificial neural networks more efficiently and elegantly. Simulation experiments show that the algorithm of evolving weights or thresholds can easily find the perfect architecture of artificial neural networks, and obviously improves previous traditional evolving methods of artificial neural networks because the GEP algorithm imitates the evolution of the natural neural system of biology according to genotype schemes of biology to crossover and mutate the genes or chromosomes to generate the next generation, and the optimal architecture of artificial neural networks with evolved weights or thresholds is finally achieved.
This paper develops a comparatively time-efficient methodology for performing seismic fragility analysis of the reinforced concrete (RC) buildings in the presence of uncertainty sources. It aims to appraise the effectiveness of any variation in the material's mechanical properties as epistemic uncertainty, and the record-to-record variation as aleatory uncertainty in structural response. In this respect, the fuzzy set theory, a well-known 𝛼-cut approach, and the Genetic Algorithm (GA) assess the median of collapse fragility curves as a fuzzy response. GA is requisite for searching the maxima and minima of the objective function (median fragility herein) in each membership degree, 𝛼. As this is a complicated and time-consuming process, the authors propose utilizing the Gene Expression Programming-based (GEP-based) equation for reducing the computational analysis time of the case study building significantly. The results indicate that the proposed structural analysis algorithm on the derived GEP model is able to compute the fuzzy median fragility about 33.3% faster, with errors less than 1%.
Mansouri, Iman;Ostovari, Mobin;Awoyera, Paul O.;Hu, Jong Wan
Computers and Concrete
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v.27
no.4
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pp.319-332
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2021
The performance of gene expression programming (GEP) in predicting the compressive strength of bacteria-incorporated geopolymer concrete (GPC) was examined in this study. Ground-granulated blast-furnace slag (GGBS), new bacterial strains, fly ash (FA), silica fume (SF), metakaolin (MK), and manufactured sand were used as ingredients in the concrete mixture. For the geopolymer preparation, an 8 M sodium hydroxide (NaOH) solution was used, and the ambient curing temperature (28℃) was maintained for all mixtures. The ratio of sodium silicate (Na2SiO3) to NaOH was 2.33, and the ratio of alkaline liquid to binder was 0.35. Based on experimental data collected from the literature, an evolutionary-based algorithm (GEP) was proposed to develop new predictive models for estimating the compressive strength of GPC containing bacteria. Data were classified into training and testing sets to obtain a closed-form solution using GEP. Independent variables for the model were the constituent materials of GPC, such as FA, MK, SF, and Bacillus bacteria. A total of six GEP formulations were developed for predicting the compressive strength of bacteria-incorporated GPC obtained at 1, 3, 7, 28, 56, and 90 days of curing. 80% and 20% of the data were used for training and testing the models, respectively. R2 values in the range of 0.9747 and 0.9950 (including train and test dataset) were obtained for the concrete samples, which showed that GEP can be used to predict the compressive strength of GPC containing bacteria with minimal error. Moreover, the GEP models were in good agreement with the experimental datasets and were robust and reliable. The models developed could serve as a tool for concrete constructors using geopolymers within the framework of this research.
In diagnosis of lung cancer, rapid distinction between small cell lung cancer (SCLC) and non-small cell lung cancer (NSCLC) tumors is very important. Serum markers, including lactate dehydrogenase (LDH), C-reactive protein (CRP), carcino-embryonic antigen (CEA), neurone specific enolase (NSE) and Cyfra21-1, are reported to reflect lung cancer characteristics. In this study classification of lung tumors was made based on biomarkers (measured in 120 NSCLC and 60 SCLC patients) by setting up optimal biomarker joint models with a powerful computerized tool - gene expression programming (GEP). GEP is a learning algorithm that combines the advantages of genetic programming (GP) and genetic algorithms (GA). It specifically focuses on relationships between variables in sets of data and then builds models to explain these relationships, and has been successfully used in formula finding and function mining. As a basis for defining a GEP environment for SCLC and NSCLC prediction, three explicit predictive models were constructed. CEA and NSE are requentlyused lung cancer markers in clinical trials, CRP, LDH and Cyfra21-1 have significant meaning in lung cancer, basis on CEA and NSE we set up three GEP models-GEP 1(CEA, NSE, Cyfra21-1), GEP2 (CEA, NSE, LDH), GEP3 (CEA, NSE, CRP). The best classification result of GEP gained when CEA, NSE and Cyfra21-1 were combined: 128 of 135 subjects in the training set and 40 of 45 subjects in the test set were classified correctly, the accuracy rate is 94.8% in training set; on collection of samples for testing, the accuracy rate is 88.9%. With GEP2, the accuracy was significantly decreased by 1.5% and 6.6% in training set and test set, in GEP3 was 0.82% and 4.45% respectively. Serum Cyfra21-1 is a useful and sensitive serum biomarker in discriminating between NSCLC and SCLC. GEP modeling is a promising and excellent tool in diagnosis of lung cancer.
Evolutionary algorithms based on conventional statistical methods such as regression and classification have been widely used in data mining applications. This work involves application of gene expression programming (GEP) for predicting compressive strength of fly ash geopolymer concrete, which is gaining increasing interest as an environmentally friendly alternative of Portland cement concrete. Based on 56 test results from the existing literature, a model was obtained relating the compressive strength of fly ash geopolymer concrete with the significantly influencing mix design parameters. The predictions of the model in training and validation were evaluated. The coefficient of determination ($R^2$), mean (${\mu}$) and standard deviation (${\sigma}$) were 0.89, 1.0 and 0.12 respectively, for the training set, and 0.89, 0.99 and 0.13 respectively, for the validation set. The error of prediction by the model was also evaluated and found to be very low. This indicates that the predictions of GEP model are in close agreement with the experimental results suggesting this as a promising method for compressive strength prediction of fly ash geopolymer concrete.
The seismic design of embankment dams requires more comprehensive studies to understand the behaviour of dams. Deformations primarily control this behaviour occur during or after earthquake loading. Dam failures and incidents show that the impacts of deformations should be reviewed for existing and new embankment dams. Overtopping erosion failure can occur if crest deformations exceed the freeboard at the time of the deformations. Therefore, crest settlement is one of the most critical deformations. This study developed empirical formulas using Gene Expression Programming (GEP) based on 88 cases. In the analyses, dam height (Hd), alluvium thickness (Ha), the magnitude-acceleration-factor (MAF) values developed based on earthquake magnitude (Mw) and peak ground acceleration (PGA) within this study have been chosen as variables. Results show that GEP models developed in the paper are remarkably robust and accessible tools to predict earthquake-induced crest settlement of embankment dams and perform superior to the existing formulation. Also, dam engineering professionals can use them practically because the variables of prediction equations are easily accessible after the earthquake.
Ibrahim Albaijan;Daria K. Voronkova;Laith R. Flaih;Meshel Q. Alkahtani;Arsalan Mahmoodzadeh;Hawkar Hashim Ibrahim;Adil Hussein Mohammed
Geomechanics and Engineering
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v.36
no.5
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pp.465-474
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2024
Uniaxial compressive strength (UCS) is a critical geomechanical parameter that plays a significant role in the evaluation of rocks. The practice of indirectly estimating said characteristics is widespread due to the challenges associated with obtaining high-quality core samples. The primary aim of this study is to investigate the feasibility of utilizing the gene expression programming (GEP) technique for the purpose of forecasting the UCS for various rock categories, including Schist, Granite, Claystone, Travertine, Sandstone, Slate, Limestone, Marl, and Dolomite, which were sourced from a wide range of quarry sites. The present study utilized a total of 170 datasets, comprising Schmidt hammer (SH), porosity (n), point load index (Is(50)), and P-wave velocity (Vp), as the effective parameters in the model to determine their impact on the UCS. The UCS parameter was computed through the utilization of the GEP model, resulting in the generation of an equation. Subsequently, the efficacy of the GEP model and the resultant equation were assessed using various statistical evaluation metrics to determine their predictive capabilities. The outcomes indicate the prospective capacity of the GEP model and the resultant equation in forecasting the unconfined compressive strength (UCS). The significance of this study lies in its ability to enable geotechnical engineers to make estimations of the UCS of rocks, without the requirement of conducting expensive and time-consuming experimental tests. In particular, a user-friendly program was developed based on the GEP model to enable rapid and very accurate calculation of rock's UCS, doing away with the necessity for costly and time-consuming laboratory experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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