مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

ارائه مدلی برای پیش‌بینی مقاومت برشی تیرهای بتنی مسلح شده با الیاف پلیمری با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 - کارشناسی ارشد مدیریت ساخت، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی عمران ، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران
2 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی،گروه مهندسی عمران، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران
چکیده
سازه‌های بتنی مسلح به دلیل ویژگی‌های باربری مطلوب، مقاومت بالا در برابر فشار و قابلیت ساخت اقتصادی، به‌طور گسترده در زیرساخت‌های عمرانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این وجود، عملکرد برشی این سازه‌ها همواره یکی از نگرانی‌های اصلی در طراحی و بهره‌برداری از آن‌ها بوده است .یکی از روش‌های متداول تقویت اعضای بتن مسلح، استفاده از الیاف پلیمری است. میلگردهای ساخته‌شده از الیاف پلیمری مسلح (FRP) به دلیل مزایای متعدد، نسبت به میلگردهای فولادی به‌صورت گسترده‌تری مورد استفاده قرار می‌گیرند. بااین‌حال، مطالعات انجام‌شده بر روی تیرهای بتنی مسلح با FRP عمدتاً بر رفتار طولی این تیرها متمرکز بوده و مقاومت برشی آن‌ها به‌طور کامل بررسی نشده است. هدف اصلی این پژوهش، ارائه مدلی مبتنی بر شبکه‌های عصبی مصنوعی (ANN) برای پیش‌بینی مقاومت برشی تیرهای بتنی مسلح با الیاف پلیمری است. بدین منظور، یک پایگاه داده شامل 177 تیر بتن مسلح با FRP از نتایج تحلیل مقالات موجود گردآوری شد. مدل پیشنهادی امکان پیش‌بینی مقاومت برشی تیرهای مذکور را با دقت بالا فراهم می‌کند. علاوه بر این، به‌منظور ارزیابی عملکرد مدل پیشنهادی، تحلیل باقیمانده و مقایسه خروجی‌های سیستم استنتاج فازی عصبی تطبیقی (ANFIS) و شبکه عصبی مصنوعی (ANN) انجام شد. نتایج نشان داد که مدل شبکه عصبی از دقت بالاتری برخوردار است. این مدل پیشنهادی می‌تواند به‌عنوان ابزاری کارآمد برای محاسبه مقاومت برشی تیرهای بتنی مسلح با FRP مورد استفاده قرار گیرد. به این ترتیب، در بازه پارامترهای تعریف‌شده در این پژوهش، دیگر نیازی به صرف هزینه و زمان برای مطالعات آزمایشگاهی وجود نخواهد داشت.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

A model for predicting the shear strength of reinforced concrete beams strengthened with polymeric fibers using artificial neural networks

نویسندگان English

moein chamak 1
seyed amir hossein hashemi 2
Pooria Rashvand 2
1 - Master's in Construction Management, Faculty of Engineering, Civil Engineering Department, Qazvin Branch, Islamic Azad University, Qazvin, Iran
2 Assistant Professor, Faculty of Engineering, Civil Engineering Department, Qazvin Branch, Islamic Azad University, Qazvin, Iran
چکیده English

Reinforced concrete structures are widely used in civil infrastructure due to their favorable load-bearing properties, high compressive strength, and economical construction. However, the shear performance of these structures has always been a major concern in their design and operation. One of the common methods for strengthening reinforced concrete members is the use of fiber-reinforced polymers (FRP). Reinforcing bars made of FRP are widely utilized due to their numerous advantages compared to steel reinforcement. However, studies conducted on FRP-reinforced concrete beams have primarily focused on their longitudinal behavior, and their shear strength has not been comprehensively investigated. The primary aim of this research is to propose a model based on Artificial Neural Networks (ANN) for predicting the shear strength of FRP-reinforced concrete beams. For this purpose, a database of 177 FRP-reinforced concrete beams was compiled from the results of existing studies. The proposed model provides a high-accuracy prediction of the shear strength of these beams. Additionally, to evaluate the performance of the proposed model, residual analysis and comparisons of the outputs of the Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) and the Artificial Neural Network (ANN) were conducted. The results demonstrated that the ANN model exhibits superior accuracy. The proposed model can serve as an efficient tool for calculating the shear strength of FRP-reinforced concrete beams. Consequently, within the parameter ranges defined in this study, there will be no need for costly and time-consuming experimental studies.

کلیدواژه‌ها English

Polymeric fibers '
FRP'
Reinforced concrete '
shear strength of beams'
'
artificial neural network
 [1] Liang, X., et al. (2023). Shear performance of the concrete beams reinforced with FRP bars. City: Publisher, Page 129996.
 [2] ACI 440.2R-17 (2017). Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures. City: Publisher.
 [3] Ahmed, et al. (2020). FRP stirrups in shear performance. Journal of Structural Engineering.
 [4] Taher, et al. (2021). Fiber orientation effect on shear resistance of FRP-reinforced concrete. Composite Structures.
 [5] Huang, et al. (2022). FRP grid systems for shear enhancement. Materials and Structures.
 [6] Dong, et al. (2021). Prestressed FRP systems in shear reinforcement. Construction and Building Materials.
 [7] Cao, et al. (2022). Hybrid FRP-concrete elements for shear strengthening. Journal of Composite Materials.
 [8] Sandeep, et al. (2023). Shear strength prediction of reinforced concrete beams using machine learning. Structures, 47, 1196–1211.
 [9] Amani & Moeini (2021). Artificial Neural Networks for shear strength prediction. Computers and Concrete.
 [10] Naderpour & Mirrashid (2020). Adaptive Neuro-Fuzzy models in structural engineering. Engineering Structures.
 [11] Chou, et al. (2022). Hybrid AI models for predicting shear resistance. Expert Systems with Applications.
 [12] Nasrollahzadeh & Basiri (2021). Fuzzy logic models for FRP beams. Applied Soft Computing.
 [13] Tanarslan, et al. (2021). ML models for FRP-reinforced beams. Journal of Structural Engineering.
 [14] Zhou, et al. (2022). Deep Learning Models for Shear Strength Prediction of FRP-Reinforced Concrete Beams. Automation in Construction.
 [15] Keshtegar, et al. (2021). Optimization of Hybrid Machine Learning Algorithms for Shear Strength Prediction. Materials Today: Proceedings.
 [16] Yaseen, et al. (2021). Comparative Study of Machine Learning Models for Shear Strength Prediction of Concrete Beams. Neural Computing and Applications.
 [17] Akbari, M., Jafari Deligani, V., & Nezami-Nia, H. (2017). Estimation of Shear Strength of Reinforced Concrete Beams Reinforced with Polymer Fibers: Comparison of Artificial Neural Networks and Code Relationships. Journal of Structural Engineering and Construction, Winter, Issue 4, pages 81-82.
 [18] Cao, Y., et al. (2020). Computational parameter identification of strongest influence on the shear resistance of reinforced concrete beams by fiber reinforcement polymer. Structures, 27, 118–127. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2020.05.031.
[19] Marani, A., & Nehdi, M. L. (2022). Predicting shear strength of FRP-reinforced concrete beams using novel synthetic data driven deep learning. Engineering Structures, 257, 114083. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.114083
[20] El-Sayed, A. K., El-Salakawy, E. F., & Benmokrane, B. (2006). Shear strength of FRP-reinforced concrete beams without transverse reinforcement. ACI Materials Journal, 103(2), 235-242. https://doi.org/10.14359/18455

  • تاریخ دریافت 29 بهمن 1403
  • تاریخ بازنگری 26 اسفند 1403
  • تاریخ پذیرش 18 فروردین 1404