Home < Articles < Article Details
Accuracy Assessment of Python- Implemented Artificial Intelligence Models for Predicting Moment Capacity of FRP Reinforced concrete Beams
| Researcher(s): | |
| Institution: | Faculty of Engineering, Sabratha University, Sabratha, Libya |
| Field: | Civil and Architectural Engineering |
| Published in: | 38th volume - April 2026 |
الملخص
يُعد التنبؤ الدقيق بسعة العزم أمرًا بالغ الأهمية للتصميم الآمن والفعال للهياكل الخرسانية المسلحة .(RC) وقد تناولت الدراسات السابقة سلوك الانحناء للكمرات الخرسانية المسلحة باستخدام التسليح التقليدي من الصلب وكذلك قضبان البوليمر المقوى بالألياف(FRP) ، حيث أظهرت أن نسبة التسليح، وخصائص المواد، وأبعاد الكمرة، ومقاومة الضغط للخرسانة تؤثر بشكل كبير على سعة العزم القصوى. ومع ذلك، فإن السلوك غير الخطي للخرسانة والخصائص المميزة لمواد FRP لا تزال تشكل تحديًا أمام التنبؤ الدقيق باستخدام الطرق التقليدية.
تهدف هذه الدراسة إلى تقييم أداء نماذج الذكاء الاصطناعي (AI) المطورة باستخدام لغة البايثون (Python) للتنبؤ بسعة العزم للكمرات الخرسانية البسيطة الارتكاز والمسلحة بقضبان الحديد و.FRP ويعتمد الإطار المقترح على دمج النمذجة المعتمدة على البيانات مع تحليل بارامتري منهجي لتقييم تأثير نسبة التسليح، ونوع التسليح) الحديد، CFRP، BFRP، AFRP، (GFRP، وأبعاد المقطع العرضي للكمرة، ومقاومة الضغط للخرسانة.(fc′) تم استخدام كمرة مرجعية (Control Beam) كأساس للمقارنة، كما تم دراسة عدة سلاسل تصميمية لتحليل حساسية سعة العزم (Mu) تجاه هذه المتغيرات. تم التحقق من صحة نموذج الذكاء الاصطناعي بمقارنته مع نتائج دراسات تجريبية منشورة سابقًا لضمان موثوقيته. وأظهرت المؤشرات الإحصائية، بما في ذلك معامل التحديد(R²) ، ومتوسط الخطأ المطلق (MAE)، والجذر التربيعي لمتوسط مربع الخطأ (RMSE)، توافقًا قويًا بين القيم المتوقعة والتجريبية. كما أظهر التحليل البارامتري أن زيادة نسبة التسليح من 0.0019 إلى 0.0074 أدت إلى زيادة سعة العزم من 68.00 كيلو نيوتن·متر إلى 259.89 كيلو نيوتن·متر. كذلك، كان لأبعاد الكمرة ومقاومة الخرسانة تأثير كبير على الأداء، في حين أبرزت الفروقات بين أنواع FRP والحديد تأثير نوع المادة. تشير النتائج إلى أن النمذجة باستخدام الذكاء الاصطناعي المعتمدة على لغة البايثون (Python) توفر بديلاً دقيقا وفعالًا للاختبارات التجريبية (Experimental Tests)، كما تقدم أداة موثوقة قائمة على البيانات لتصميم وتحسين الكمرات الخرسانية المسلحة..............
الكلمات المفتاحية: ............الكمرات الخرسانية المسلحة، سعة العزم، تسليحFRP ، تسليح فولاذي، الذكاء الاصطناعي، المحاكاة باستخدام لغة البايثون (Python) .
Abstract
Accurate prediction of moment capacity is critical for the safe and efficient design of reinforced concrete (RC) structures. Previous studies have investigated the flexural behaviour of RC beams reinforced with conventional steel and fiber-reinforced polymer (FRP) bars, showing that reinforcement ratio, material properties, beam dimensions, and concrete compressive strength significantly influence ultimate moment capacity. However, the nonlinear behaviour of concrete and the distinct characteristics of FRP continue to challenge precise prediction using conventional methods.
This study evaluates the performance of artificial intelligence (AI) models developed in Python for predicting the moment capacity of simply supported RC beams reinforced with steel and FRP bars. The framework integrates data-driven modelling with systematic parametric analysis to assess the influence of reinforcement ratio, reinforcement type (Steel, CFRP, BFRP, AFRP, GFRP), beam cross-sectional dimensions, and concrete compressive strength (fc′). A control beam was used as a reference, and multiple design series examined sensitivity of moment capacity (Mu) to these parameters. The AI model was validated against previously published experimental studies to ensure reliability.
Statistical indicators, including the coefficient of determination (R²), mean absolute error (MAE), and root mean square error (RMSE), confirmed strong agreement between predicted and experimental values. Parametric analysis showed that increasing reinforcement ratio from 0.0019 to 0.0074 raised moment capacity from 68.00 kN·m to 259.89 kN·m. Beam dimensions and concrete strength also significantly affected performance, while differences among FRP types and steel highlighted material effects. The results demonstrate that Python-based AI modelling provides an accurate and efficient alternative to extensive experimental testing, offering a reliable data-driven tool for structural design and optimization of concrete beams..............
Keywords ..........:Reinforced Concrete (RC) Beams, Moment Capacity, FRP Reinforcement, Steel Reinforcement, Artificial Intelligence (AI), Python-Based Simulation.