MACHINE LEARNING-AIDED OPTIMIZATION OF ULTRA-HIGH PERFORMANCE CONCRETE COMPRESSIVE STRENGTH. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
![]() |
PDF (MSc Thesis)
Muhammed Balogun_Msc_Thesis_Revise.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 30 January 2026. Download (2MB) |
Arabic Abstract
الخرسانةفائقة األداء ( UHPC)معروفة بخصائصها الميكانيكية الفائقة والمتانة في تطبيقات البنية التحتية. يُعتبر التنبؤ أمرابالغ األهمية كمرحلة سابقة إلجراءات تصميم الهياكل. تُعد الصيغ التجريبية التقليدية بمقاومةاالنضغاط للـ UHPC ً طويًل،مما يستدعي الحاجة إلى نهج أكثر كفاءة. تستكشف هذه الدراسة جدوى للـUHPC غالبًا مجهدة وتستغرق وقتًا استخدامنماذج التعلم اآللي ( ML)لتحسين وتوقع مقاومة االنضغاط للـ UHPC .تم استخدام عدة نماذج للتعلم اآللي فيعملية التنبؤ، بما في ذلك نموذج الجيران األقرب ( KNN)،شجرة القرار ( DT)،الغابة العشوائية ( RF)،تعز يز التدرجالمتطرف ( XGB)،آلة المتجهات الداعمة ( SVM)،باإلضافة إلى االنحدار الخطي. ألغراض النمذجة، تم جمعبيانات الـ UHPC بنا ً ءعلى معايير تصميم الخليط من األدبيات مفتوحة المصدر والتي شملت 810 مًلحظة و 15 معلمةإدخال "ميزات". في البداية، تم اعتماد تقنية اختي ارالميزات بنا ً ءعلى تصنيف االرتباط لتقليل معلمات اإلدخال من15 إلى 8 ،مما أدى إلى تحسين التنبؤ بمقاومة االنضغاط للـ UHPC .تم استخدام مقاييس تقييم النماذج، بما في ذلك متوسطالخطأ المطلق ( MAE)،الجذر التربيعي لمتوسط الخطأ المربع ( RMSE)،ومعامل التحديد ( ²R)،لتقييم دقة توقعالنموذج. أشارت النتائج إلى أن نماذج الـ RF والـ XGB تفوقت على النماذج األخرى في دقة التنبؤ. وتؤكد هذه النتائجعلى إمكانيات نماذج التعلم اآللي في تحسين كفاءة وفعالية تكلفة تصميم الخليط للـ UHPC بشكل كبير. تقدم هذه إطاراقويًا يعتمد على الحاسوب يمكن استخدامه لتحسين تصميم الـ UHPC بسرعة ودقة، مما يمهد الطريق الدراسة لتطبيقهبشكل أوسع في صناعة البناء .
English Abstract
Ultra-high-performance concrete (UHPC) is known for its superior mechanical properties and durability for infrastructure applications. The prediction of UHPC compressive strength is crucial in the preliminary stages of structural design. Traditional empirical mixture formulations for non-proprietary UHPC are often labor-intensive and time- consuming, highlighting the need for more efficient approaches. This study explores the feasibility of machine learning (ML) models to optimize and predict the UHPC compressive strength. Several ML models were employed for the prediction process, including K-Nearest Neighbors (KNN), Decision Tree (DT), Random Forest (RF), Extreme Gradient Boosting (XGB), Support Vector Machine (SVM), and Linear Regression. For the modeling purpose, a dataset based on UHPC mix design parameters was collected from the open-source literature, comprising 810 observations with 15 input parameters (“features”). At first, the correlation rank feature selection technique was adopted to reduce the input parameters from 15 to 8, thereby optimizing the prediction of UHPC compressive strength. Model evaluation metrics, including Mean Absolute Error (MAE), Root Mean Squared Error (RMSE), and determination coefficient (R²), were used to assess the model’s predictive accuracy. Results indicated that RF and XGB models outperformed other models in predictive accuracy. The findings underscore the potential of ML models to enhance the efficiency and cost-effectiveness of UHPC mix design significantly. This study provides a robust computer-aided framework for rapid and precise optimization of UHPC, paving the way for its broader application in the construction industry.
Item Type: | Thesis (Masters) |
---|---|
Subjects: | Civil Engineering Civil Engineering > Structural Engineering |
Department: | College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering |
Committee Advisor: | Adekunle, Saheed K. |
Committee Members: | Olatunji, Sunday O. and Yaseen, Zaher M. |
Depositing User: | MUHAMMED BALOGUN (g202110150) |
Date Deposited: | 09 Feb 2025 05:31 |
Last Modified: | 09 Feb 2025 05:31 |
URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143274 |