4th International Conference on Structural Health Monitoring and Engineering Structures (SHM&ES 2025)
Advances in Sustainable Engineering and Management: Innovations for Reducing Energy Consumption and Carbon Footprint
- 2026
- Buch
- Herausgegeben von
- Le Thanh Cuong
- Nicholas Fantuzzi
- Roberto Capozucca
- Vu Thi Bich Quyen
- Samir Khatir
- Buchreihe
- Lecture Notes in Civil Engineering
- Verlag
- Springer Nature Switzerland
Über dieses Buch
Dieses Buch enthält ausgewählte Beiträge von der 4. Internationalen Konferenz über strukturelle Gesundheitsüberwachung und technische Strukturen (SHM & ES), die vom 7. bis 8. August 2025 in Nha Trang City, Vietnam, stattfand. Er beleuchtet die jüngsten Fortschritte bei der Überwachung der strukturellen Gesundheit, der Erkennung und Bewertung von Schäden, zerstörungsfreien Tests, inversen Problemen, Optimierung, künstlichen neuronalen Netzwerken, technischem Management und architektonischen Innovationen. Zu den Schlüsselthemen zählen innovative Konstruktionen zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen sowie neue Techniken zur Diagnose von Strukturschäden. Die Konferenz behandelt auch Anwendungen in der industriellen Technik, theoretische und analytische Methoden, numerische Simulationen und experimentelle Ansätze. Darüber hinaus befassen sich die Diskussionen mit Managementstrategien für nachhaltige Entwicklung und betonen die Integration von Nachhaltigkeit in die technische Praxis, um neben technologischer Innovation ökologischen und sozialen Verantwortlichkeiten Priorität einzuräumen. Das Buch ist eine wertvolle Ressource für Forscher und Fachleute, die sich mit der Gesundheitsüberwachung und nachhaltigen Entwicklung technischer Strukturen beschäftigen.
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Über dieses Buch
This book features selected papers from the 4th International Conference on Structural Health Monitoring & Engineering Structures (SHM&ES), held in Nha Trang City, Vietnam, on August 7–8, 2025. It highlights recent advancements in structural health monitoring, damage detection and assessment, non-destructive testing, inverse problems, optimization, artificial neural networks, engineering management, and architectural innovations. Key topics include innovative structural designs aimed at reducing energy consumption and CO2 emissions, as well as emerging techniques for structural damage diagnosis. The conference also covers applications in industrial engineering, theoretical and analytical methods, numerical simulations, and experimental approaches. Moreover, discussions address management strategies for sustainable development, emphasizing the integration of sustainability into engineering practices to prioritize environmental and social responsibilities alongside technological innovation. The book is a valuable resource for researchers and professionals engaged in the health monitoring and sustainable development of engineering structures.
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Inhaltsverzeichnis
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Advances in Engineering and Materials
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Frontmatter
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Hempcrete—A Carbon Negative Material: From Its Performance to Application in Buildings
Pham Tien Cuong, Hoang Quoc Tuan, Nguyen Gia Bao, Dhiraj Kumar ShahDieses Kapitel befasst sich mit den Eigenschaften und Anwendungen von Hanfbeton, einem biobasierten Verbundwerkstoff aus Hanfschürzen und einem Bindemittel auf Kalkbasis. Es hebt die Fähigkeit von Hanfbeton hervor, Kohlenstoff zu binden, wodurch es zu einem kohlenstoffnegativen Material wird, das mit nachhaltigen Baumethoden in Einklang steht. Der Text untersucht die Leichtigkeit des Materials, seine hervorragenden Isolationseigenschaften und seine Feuerbeständigkeit und vergleicht es positiv mit traditionellem Beton und Ziegeln. Außerdem werden der Herstellungsprozess, physikalische und mechanische Eigenschaften sowie praktische Anwendungen im Wand-, Boden- und Dachbau diskutiert. Das Kapitel schließt mit einer umfassenden Analyse des Potenzials von Hanfbeton, zur Dekarbonisierung der Bauindustrie beizutragen, und betont seine Rolle bei der Schaffung umweltfreundlicher und energieeffizienter Gebäude.KI-Generiert
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AbstractWe are living in an era where environmental challenges are becoming increasingly urgent, as the pursuit of economic growth continues to accelerate. The construction industry, in particular, significantly contributes to greenhouse gas emissions due to the processes involved in the production, construction, and lifecycle use of building materials. Addressing this issue requires innovative approaches and materials that balance economic and environmental priorities. Hempcrete, a composite material made from hemp shives (the woody core of the hemp plant) and lime, has emerged as a promising solution. It is recognized as a “carbon-negative” material because it absorbs more CO2 during its lifecycle than it emits. Moreover, hempcrete is derived from natural, renewable resources, making it inherently eco-friendly. This material is not only sustainable but also offers exceptional properties, such as being lightweight, highly soundproof, and providing superior thermal insulation. The application of hempcrete in construction projects represents a forward-thinking approach to green building. This paper delves into the performance characteristics of hempcrete and highlights its multifaceted benefits. Beyond its contributions to environmental protection and energy efficiency, hempcrete can reduce the loads on buildings by replacing traditional masonry materials like burned clay and unburned bricks, it saves the materials like concrete and steel, further promoting sustainability in the construction industry. -
Impact of Opening Ratio on the Structural Performance of Reinforced Concrete Frames with Infill Walls
Phu-Anh-Huy Pham, Cao-Vinh Le, Van-Tien NguyenDieses Kapitel geht dem signifikanten Einfluss der Wandöffnungsverhältnisse auf das strukturelle Verhalten von Stahlbetonrahmen mit Füllwänden (IWs) nach. Anhand numerischer Simulationen wird untersucht, wie unterschiedliche Öffnungsverhältnisse und Wanddicken die seitliche Verschiebung, Vibrationszyklen, Scherkräfte und Biegemomente beeinflussen. Die Forschung unterstreicht die entscheidende Rolle der IWs bei der Verbesserung der Rahmensteifigkeit und Tragfähigkeit und untersucht zugleich die nachteiligen Auswirkungen größerer Öffnungen auf die strukturelle Leistungsfähigkeit. Das Kapitel stellt ein neuartiges "Gap Element" -Modell vor, das die nichtlineare Interaktion zwischen IWs und RC-Rahmen präzise erfasst und wertvolle Erkenntnisse zur Optimierung der Konstruktion liefert. Darüber hinaus vergleicht die Studie verschiedene Modellierungsstrategien für IWs, einschließlich des entsprechenden diagonalen Strebenmodells, des Multistrebenmodells und der Finite-Elemente-Methode, und bietet einen umfassenden Überblick über ihre Vorteile und Grenzen. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung einer Begrenzung der Wandöffnungsverhältnisse, um die strukturelle Stabilität zu erhalten, und schlagen Bewehrungsmaßnahmen für Rahmen mit größeren Öffnungen vor. Das Kapitel schließt mit Empfehlungen für zukünftige Forschungen, die die Notwendigkeit dynamischer Lasteffekte und experimenteller Validierung fortgeschrittener Verstärkungsstrategien betonen.KI-Generiert
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AbstractThis study investigates the influence of the wall opening ratio on the structural behavior of reinforced concrete (RC) frames with infill walls (IWs), focusing on the responses of columns, beams, and the first natural period T1. A finite element model incorporating stiffness degradation and gap elements was developed and validated against experimental results. Numerical analyses were conducted for four wall thicknesses (70, 110, 220, and 330 mm) and opening ratios ranging from 0 to 100%. Results indicate that in columns, lateral displacement (\(\Delta\)) increases significantly with the opening ratio, while bending moment (M) also increases and shear force (Q) decreases—demonstrating internal force redistribution from the IWs to the RC frame. In beams, deflection (f) increases markedly, especially beyond 60% opening ratio, while both M and Q decrease sharply, reflecting reduced wall–beam interaction. Thicker walls lead to smaller deformations and more uniform structural responses. The study also shows that T1 increases as the opening ratio rises and decreases as wall thickness increases, indicating a reduction in lateral stiffness caused by the infill walls. Based on the results, a 40% opening ratio is recommended as a practical limit to maintain overall structural stability, while reinforcement measures are advised for ratios exceeding 60%. The findings provide a quantitative basis for optimizing the seismic design of RC frames with IWs under lateral loading conditions. -
Effects of Circular Web Holes on Shear Strengths of Cold-Formed Steel Channel Sections
Quoc Anh Vu, Ngoc Hieu PhamDiese Studie untersucht die Auswirkungen kreisförmiger Bahnlöcher auf die Scherfestigkeit von kaltgeformten Stahlkanalprofilen (CFS), die häufig in Stahlkonstruktionsprojekten verwendet werden. Die Forschung konzentriert sich auf die Auswirkungen von Bahnlöchern auf die Scherkräftungskapazitäten, die für die Verbesserung der Anwendung von CFS im Hochbau von entscheidender Bedeutung sind. Die Studie bewertet die Scherkapazitäten von CFS-Abschnitten mit Perforationen mithilfe der Direct Strength Method (DSM) unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren wie Lochgröße, Form und Platzierung. Die Ergebnisse zeigen, dass die Größe des Bohrlochs die Scherkapazität signifikant beeinflusst, wobei dickere Abschnitte ausgeprägtere Verringerungen erfahren. Das Verhältnis zwischen Höhe und Dicke wird als entscheidender Faktor identifiziert, wobei kleinere Verhältnisse zu signifikanteren Auswirkungen auf die Scherfestigkeit führen. Die Studie liefert wertvolle Erkenntnisse für Konstrukteure, um die optimalen Kapazitäten der Strukturglieder sicherzustellen, was sie zu einer unverzichtbaren Ressource für Fachleute auf diesem Gebiet macht.KI-Generiert
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AbstractHoles are typically drilled into cold-formed steel sections to meet the requirements for installing technical systems in buildings. These drilled holes can impact the load-bearing capacity of the sections, a factor that has been studied and incorporated into design standards. In addition to evaluating compression and bending capacities, it’s crucial to also address the effect of these drilled holes on shear strength in design considerations. This paper, therefore, aims to explore how drilling, specifically circular holes, affects the shear strength of a common structural section namely the channel section. The study focuses on widely used sections in the market, with materials and design methods following Australian standards. The findings will help evaluate how the size of circular holes influences the shear strength of channel sections. Additionally, the paper provides recommendations for selecting hole sizes to assist designers in considering the shear strength of perforated sections. -
Impact of Dimensions of Flanges and Lips on Shear Strengths of Thin-Walled Steel Channel Sections
Le Thuy Nguyen, Ngoc Hieu PhamDieses Kapitel geht der entscheidenden Rolle von Flansch- und Lippenabmessungen bei der Bestimmung der Scherfestigkeit dünnwandiger Stahlkanalprofile nach. Es unterstreicht die Bedeutung des Verständnisses von Scherknickbelastungen, die traditionell unterschätzt wurden, indem man sich ausschließlich auf das Netz der Sektion konzentrierte. Die Studie nutzt die THIN-WALL-2-Software zur Analyse verschiedener geometrischer Konfigurationen und zeigt, dass die Scherkapazitäten bei bestimmten Breiten-Tiefen-Verhältnissen und Lippenlängen ihren Höhepunkt erreichen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Flansche insbesondere bei niedrigeren Breiten-Tiefen-Verhältnissen erheblich zur Scherfestigkeit beitragen, während größere Flansche die Leistung aufgrund erhöhter Schlankheit beeinträchtigen können. Das Kapitel untersucht auch, wie Lippen Scherknickprobleme abmildern, indem sie höhere Scherkapazitäten beibehalten, selbst wenn die Flanschbreite zunimmt. Durch den Vergleich der Ergebnisse mit etablierten Konstruktionsvorschriften identifiziert die Studie Diskrepanzen und schlägt Änderungen vor, um die Genauigkeit der Scherfestigkeitsprognosen zu verbessern. Die Schlussfolgerungen enthalten praktische Empfehlungen zur Optimierung der Konstruktion dünnwandiger Stahlkanalabschnitte, die eine verbesserte Leistung und Effizienz bei bautechnischen Anwendungen gewährleisten.KI-Generiert
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AbstractThin-walled steel sections are widely utilized in construction due to their advantageous properties. From a structural perspective, these sections are designed to withstand various forces, including compression, bending, and shear, among others. While the behaviors under compression and bending are well-established within theoretical calculations, the analysis of shear resistance involves a range of different considerations and theories. Historically, shear capacities were traditionally assumed to be considered solely by webs of steel sections although the presence of the lips and flanges also significantly influences the shear strengths of these sectional types. With advancements in linear buckling analysis, the influence of these components on shear strengths of such sections is now being considered. Therefore, this paper will explore the impact of the dimensions of components such as lips and flanges on the shear capacity of cold-formed steel sections with channel shapes. The goal is to provide recommendations for optimizing the shear resistance of these sections. -
Numerical Simulation of Combustion Kinetics for Thermal Degradation in Laminated Veneer Lumber (LVL) Under Fire Exposure
T. T. Tran, T. B. Q. Vu, Thi-Thanh-Hoa Nguyen, Viet-Phuong NguyenDieses Kapitel beschäftigt sich mit der numerischen Simulation der Verbrennungskinetik für den thermischen Abbau von Furnierschichtholz (LVL) unter Brandeinwirkung. Es unterstreicht die Bedeutung des Verständnisses und der Modellierung des Verbrennungsverhaltens und der thermischen Zersetzungsprozesse von LVL, um Brandrisiken zu bewerten und die Sicherheitsstandards in Gebäuden zu verbessern. Die Forschung entwickelt und validiert ein fortgeschrittenes numerisches Modell, das detaillierte Pyrolyse und kinetische Verbrennungsreaktionen enthält und innerhalb der Finite-Elemente-Software Abaqus implementiert wurde. Die Studie vergleicht die Genauigkeit des Modells mit experimentellen Messungen, der Vorhersagemethode Eurocode 5 und bestehenden kinetischen Modellen zur Modellierung der Pyrolyse. Zu den Schlüsselthemen gehören die grundlegende Wärmegleichung für die thermische Zersetzung, die Broström et al. kinetisches Modell für Zersetzungs- und Oxidationsverhalten und die Implementierung des Modells in Aquarien unter Verwendung des benutzerdefinierten Werkstoffunterprogramms UMATHT. Simulationsergebnisse und Diskussionen konzentrieren sich auf die Bewertung der Feuerbeständigkeit, Temperaturschwankungen in verschiedenen Tiefen und die Bildung von Verkohlungen zu verschiedenen Brandaussetzungszeiten. Das Kapitel schließt mit der Betonung der verbesserten Vorhersagefähigkeit der Pyrolyse- und kinetischen Verbrennungsmodelle gegenüber dem Eurocode-5-Modell, wodurch die Grundlagen für zukünftige Forschungen an technischen Holzprodukten geschaffen werden.KI-Generiert
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AbstractThis research presents a detailed numerical simulation of combustion kinetics and thermal decomposition characteristics of Laminated Veneer Lumber (LVL) when subjected to fire conditions. A comprehensive finite element modeling framework is implemented to simulate heat transfer and predict the progression of material degradation in LVL structures exposed to elevated temperatures. The study incorporates advanced kinetic reaction models to accurately depict the complex thermal decomposition processes, providing insight into structural behavior and fire performance of engineered wood materials. -
Modelling of Timber-to-Timber Composite Beam Using Welded-Through Wood Dowels
N. Hong Son, T. Trong Tuan, N. Le Thuy, L. Huu Thanh, N. G. HuyDieses Kapitel untersucht die Verwendung von durchgeschweißten Holzdübeln als Scherverbinder in Holz-Holz-Verbundträgern und bietet eine nachhaltige Alternative zu traditionellen Metallverbindern. Anhand von Vier-Punkt-Biegetests und Finite-Elemente-Simulationen in Abaqus bewertet die Studie die Biegeleistung und Steifigkeitssteigerung dieser Balken. Schlüsselthemen sind die Beschreibung der Probe, Modellierungstechniken in Aquarien, Materialeigenschaften und Interaktionssimulationen. Die Ergebnisse zeigen, dass durchgeschweißte Holzdübel die Verbundwirkung und die Lastübertragung zwischen den Schichten deutlich verbessern. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass diese Methode eine praktikable und nachhaltige Lösung für den modernen Holzbau darstellt, mit Potenzial für weitere Optimierung und praktische Anwendungen.KI-Generiert
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AbstractThis study investigates the structural behavior of timber-to-timber composite beams connected using welded-through wood dowels, a novel fastening technique that enhances compatibility and sustainability compared to traditional metal connectors. Full-scale two-layer timber beams were fabricated and subjected to four-point bending tests to assess flexural performance, stiffness, and load distribution. Each specimen consisted of solid wood boards joined with 56 welded dowels, evenly spaced along the beam span. A corresponding finite element model was developed using Abaqus, exploiting geometric symmetry to improve computational efficiency. Two models were compared: a dowel-connected beam and an unjointed reference beam. Orthotropic material properties were assigned to simulate the anisotropic behavior of spruce timber, with fictitious vertical dowels adjusted for oblique orientation through local material rotation. The model incorporated detailed contact interactions and boundary conditions to replicate the physical test setup accurately. Results demonstrate that welded-through dowels significantly enhance shear transfer between timber layers, increasing global stiffness and improving structural integrity. Load–deflection curves from both experimental and numerical models confirm the effectiveness of the dowel system in achieving partial to near-full composite action. These findings suggest that welded-through dowels are a viable solution for sustainable, high-performance timber composites in structural applications. -
Ground Granulated Blast Furnace Slag and Fly Ash in Cement with Ultra-Low Clinker Content
Hong Thi Luu, Mai Thanh Pham, Cham Thi Trinh, Amir MirzaattariDieses Kapitel befasst sich mit dem innovativen Einsatz von zermahlener granulierter Hochofenschlacke (GGBFS) und Flugasche zur Herstellung von Zement mit extrem niedrigem Klinkergehalt, um die CO2-Emissionen deutlich zu reduzieren und natürliche Ressourcen zu schonen. Die Studie untersucht die Auswirkungen dieser Zusätze auf zentrale Zementeigenschaften, einschließlich Wasserbedarf, Abbindezeiten und Druckfestigkeit. Durch eine Reihe von Experimenten wird die Machbarkeit der Herstellung von Zement mit weniger als 10% Klinker untersucht und die Vorteile und Herausforderungen der Einbindung von GGBFS und Flugasche aufgezeigt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Druckfestigkeit der neuen Formulierungen zwar niedriger ist als herkömmlicher Zement, der Einsatz von GGBFS und Flugasche jedoch eine nachhaltige Alternative mit vielversprechendem Potenzial für die Bauindustrie darstellt. Das Kapitel schließt mit Einsichten in das optimale Verhältnis dieser Zusatzstoffe, um das beste Gleichgewicht zwischen Umweltnutzen und technischer Leistung zu erreichen.KI-Generiert
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AbstractThis paper presents research conducted into cement production with an extremely low clinker content. Hoang Thach Portland clinker was used at a dosage of less than 10% by mass. Fly ash and ground granulated blast furnace slag (GGBFS) were utilized in varying proportion, with slag content ranging from 60 to 90% and fly ash content from 10 to 30%. The results show that all samples exhibited acceptable consistency and setting times. More importantly, the cement containing 90% GGBFS, 9.6% clinker and 0.4% gypsum demonstrated good compressive strength. Its compressive strength, at 28 days of age, exceeded 30 MPa, equivalent to 60% of that of conventional cement containing 96% clinker. Another mix comprising 80% GGBFS and 10% fly ash achieved a compressive strength of nearly 28 MPa, which represented 54% of the control sample’s strength. In conclusion, it is feasible to produce cement with ultra-low clinker content using ground granulated blast furnace slag and fly ash. -
Strengthening Old Post-tensioned Concrete Beams Using External FRP Sheets
Phuong Phan-Vu, Dinh Trung Nghia PhamDieses Kapitel befasst sich mit der experimentellen Untersuchung der Verstärkung alter ungebundener Pfostenbeton-Träger (UPC) mit externen GFK-Laminaten. Die Studie konzentriert sich auf vier großflächige UPC-T-Träger und vergleicht die Leistung neuer und alter Träger, die mit GFK sowohl verstärkt als auch nicht verstärkt wurden. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen die Auswirkungen langfristiger Effekte wie Schrumpfung und Kriechen auf das strukturelle Verhalten von UPC-Trägern, die Wirksamkeit von FVK bei der Verringerung von Rissbreite und Durchbiegung und die Verbesserung der Biegefähigkeit. Im Kapitel werden auch die unterschiedlichen Versagensarten von GFK-verstärkten Trägern und ihre verbesserte Belastbarkeit hervorgehoben. Die Ergebnisse zeigen, dass GFK-Laminate die Funktionalität alter UPC-Träger effektiv wiederherstellen und verbessern können und neue Träger in der Endphase übertreffen. Diese Forschungsarbeiten liefern wertvolle Erkenntnisse über die Sanierung alternder Betonkonstruktionen und bieten praktische Lösungen zur Aufrechterhaltung ihrer Tragfähigkeit und Funktionalität.KI-Generiert
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AbstractThe efficacy of externally bonded fibre-reinforced polymer (FRP) systems for reinforcing old unbonded post-tensioned concrete (UPC) beams remains unexplored. This experimental research aims to address this gap. The experiment involved four UPC beams, i.e., one new beam and three old beams (aged more than 6.5 years). External FRP sheets proved effective in restoring the deteriorated functionality of the old UPC beams and improving their performance. By resisting tensile stresses and increasing flexural stiffness, FRP reinforcement significantly improved the old beams’ behaviour in terms of deflection and load-carrying capacity. The FRP-strengthened old beams outperformed the new beam, especially in the ultimate stage. -
Investigation of Local Buckling Loads of Cold-Formed Steel Channel Sections with Eccentric Web Holes Under Compression
Van Thanh Thinh, Ngoc Hieu Pham, Ngoc Thang Nguyen, Le Thuy NguyenDieses Kapitel geht den Auswirkungen exzentrischer Steglöcher auf die lokalen Knicklasten kaltgeformter Stahlkanalprofile unter Druck nach. Die Studie vergleicht das Verhalten von Abschnitten mit konzentrischen und exzentrischen Bohrungen und zeigt signifikante Verringerungen der Knicklasten, insbesondere bei kleineren Lochhöhen. Die Forschungsergebnisse unterstreichen die Wichtigkeit der Berücksichtigung von Lochexzentrizität in der Konstruktion, da sie zu einer Reduzierung der Tragfähigkeit um bis zu 70% führen kann. Die Analyse verwendet die THIN-WALL-2-Software zur Ermittlung lokaler Knickbelastungen und liefert ein umfassendes Verständnis der strukturellen Auswirkungen. Die Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit weiterer Forschung und verfeinerter Konstruktionsrichtlinien, um die einzigartigen Herausforderungen durch exzentrische Löcher in kaltgeformten Stahlprofilen genau zu berücksichtigen.KI-Generiert
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AbstractThin-walled steel sections with perforations are widely used for technical installation requirements, but their structural capacities are reduced due to the presence of perforations. These reductions are addressed in the American Specification through the Direct Strength Method (DSM), a modern approach for designing cold-formed steel sections. The DSM allows for the prediction of strengths of perforated sections by utilising elastic buckling loads, with this analysis being a necessary component for its application. Currently, design guidelines apply to thin-walled sections with concentric web holes, and elastic buckling analyses are typically based on this configuration. Web holes, however, are often drilled eccentrically due to technical constraints; and this can alter the strengths and behaviors of such steel members. This paper therefore investigates the impact of eccentric web holes on local buckling loads of thin-walled sections due to compression. The THIN-WALL-2 software package will be used for the elastic buckling analysis. The investigated results will demonstrate the reduction in local buckling loads for sections with eccentric holes compared to concentric ones. This will be the foundation for further research to provide design recommendations. -
Energy Consumption Comparison Using 6D BIM Tool: A Case Study of a 2-Storey House in Hanoi, Vietnam
Tran-Hieu Nguyen, Do Thi Mai DungDieses Kapitel untersucht den Energieverbrauch eines zweistöckigen Hauses in Hanoi, Vietnam, mithilfe eines 6D-BIM-Tools namens TerMus-PLUS. Die Studie konzentriert sich auf die Bewertung des Energieverbrauchs, der durch verschiedene Gestaltungsparameter wie Lackfarbe, Wandmaterialien, Fenstertypen und Solltemperatur beeinflusst wird. Die Forschungsmethode umfasst die Erstellung eines 6D-BIM-Modells des Hauses, die Durchführung parametrischer Analysen und die Anwendung der Ergebnisse auf eine Fallstudie. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen der Einfluss von Wandstärke, Material und Farbe auf die Energieeffizienz sowie die Bedeutung des Fenster-Wand-Verhältnisses und der Solltemperatur. Die Studie schließt mit praktischen Empfehlungen zur Verringerung des Energieverbrauchs in Wohngebäuden und hebt das Potenzial von 6D-BIM-Tools für nachhaltiges Design hervor.KI-Generiert
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Abstract6D Building Information Modeling (BIM) enhances energy-efficient design by integrating advanced energy analysis into building models. This study employs TerMus PLUS, a 6D BIM tool, to assess energy consumption in a typical 2-storey residential house in Hanoi, northern Vietnam. In more detail, a parametric study examines the impact of key design parameters, including exterior and interior wall materials and thickness, painting color, window type, and window area, on the building’s energy performance. Using Hanoi’s hot-humid climate data, energy simulations were conducted to compare various design configurations. The results identify painting color, window type and window area as the most influential factors in reducing energy consumption. The findings offer practical recommendations for optimizing residential designs in Vietnam’s tropical climate. This study highlights the potential of 6D BIM tools like TerMus PLUS to support sustainable design, providing architects and engineers with accurate forecasts of building energy consumption, thereby providing optimal design options. -
An Investigation on the Multi-storey Building’s the Modal Vibration Using Low-Cost Sensor Based on Frequency Domain Decomposition
Vinh Nguyen-Quang, Hung Nguyen-Quoc, Linh Huynh-Cong, Toan Pham-BaoDieses Kapitel befasst sich mit dem Einsatz kostengünstiger Sensoren, insbesondere des MPU6050, zur Analyse der modalen Schwingungen eines mehrstöckigen Gebäudemodells. Die Studie nutzt die Frequency Domain Decomposition (FDD) -Technik, um modale Eigenschaften wie Eigenfrequenzen und Modus-Formen zu extrahieren. Die Untersuchung beginnt mit einem theoretischen Modell eines vierstöckigen Gebäudes, das das Eigenwertproblem löst, um die Eigenfrequenzen zu bestimmen. Anschließend werden experimentelle Messungen mit dem Sensor MPU6050 durchgeführt, um diese Frequenzen zu validieren. Das Kapitel beleuchtet die Vorteile und Grenzen des Einsatzes kostengünstiger Sensoren, insbesondere die Herausforderungen durch die Aufteilung von Frequenzspitzen. Um dieses Problem zu lösen, wird das Stabilitätsdiagramm (SD) verwendet, um stabile Häufigkeiten zu identifizieren und die modalen Eigenschaften zu validieren. Die Studie untersucht auch das Torsionsverhalten des Baumodells und deckt zusätzliche Eigenfrequenzen auf, die in den seitlichen Messungen nicht erkennbar sind. Die Schlussfolgerung betont das Potenzial kostengünstiger Sensoren, zufriedenstellende Ergebnisse für einfache Systeme mit mehreren Freiheitsgraden (MDOF) zu erzielen, und diskutiert zugleich die Effektivität der FDD-Technik in der Modalanalyse.KI-Generiert
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AbstractModal Analysis (MA) techniques are considered to have made significant contributions in modern fields, including aerospace, mechanical, and civil engineering, especially in the Structural Health Monitoring (SHM). The main task of MA is to perform analysis based on measurement data such as vibration responses and desired outputs suitable for condition monitoring objectives based on vibration features. In this study, the modal vibration modes of a multi-storey building model were experimentally investigated and analyzed using the Frequency Domain Analysis technique (FDD). The multi-storey building model is modeled into Multiple Degree of Freedom (MDOF) systems with generalized coordinates in the lateral direction along with theoretical dynamic parameters for the purpose of determining the initial natural frequencies by the eigenvalue method. Experimental measurements are utilized to identify the modal frequencies, which are then compared to theoretical results. Experiments are conducted using Low-Cost Sensors MPU6050 in conjunction with a cost-effective Arduino system designed for simplicity and cost-effectiveness while ensuring reliable results. Consequently, the FDD technique is utilized to determine the vibration characteristics as modal parameters. The results from FDD are integrated with the Stabilization Diagram (SD) and compared with the theoretical problem to evaluate the sensor’s and the model’s reliability. -
An Enhanced Algorithm for Segmenting Point Clouds into Clusters Based on Euclidean Distance
Tran Thanh Ha, Van Vy, Nguyen Quang TanDieses Kapitel stellt einen erweiterten Algorithmus zur Segmentierung von Punktwolken in Cluster auf der Grundlage der euklidischen Entfernung vor, der die Beschränkungen traditioneller Methoden adressiert. Die Studie untersucht verschiedene Segmentierungstechniken, einschließlich kantenbasierter, regionaler Anbau- und Modellanpassungsmethoden, und präsentiert einen neuartigen Ansatz, der die Clustergenauigkeit verbessert. Der vorgeschlagene Algorithmus wird mit traditionellem euklidischen entfernungsbasiertem Clustering und DBSCAN verglichen, was seine überlegene Leistung in Bauanwendungen demonstriert. Experimentelle Ergebnisse zeigen die Fähigkeit der erweiterten Methode, Punktwolken präzise zu gruppieren, wobei der Schwerpunkt auf Landvermessung, Straßenplanung und Baustellenüberwachung liegt. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die erweiterte euklidische entfernungsbasierte Methode ein vielversprechendes Werkzeug für Punktwolkencluster ist, das hohe Genauigkeit und Effizienz bietet.KI-Generiert
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AbstractThis paper introduces an enhanced algorithm for segmenting point clouds into clusters based on Euclidean distance. By considering Euclidean distance— a simple and powerful geometric measure—we introduce a new method that not only outperforms previous methods in segmentation accuracy but also handles the scale sensitivity issue of existing Euclidean distance-based work. Our experiments demonstrate that our improved algorithm has a greater ability to accurately segment complex point cloud data, representing significant progress in the algorithm and the application of the field. By exploring segmentation process’s different approaches and presenting an advanced algorithm, this paper makes a contribution to the evolution of point cloud processing, providing valuable knowledge and tools for both researchers and practitioners. Results demonstrate that the performance of clustering is enhanced by the proposed algorithm as opposed to the other algorithms. -
Enhancement of Mechanical Performance of Cement Pastes Prepared with Concrete Reclaimed Water Using CO2 Intermixing
Tuan Minh Ha, Toan-Hiep Luong, Hong-Ba-Thi DinhDieses Kapitel befasst sich mit der Verbesserung der mechanischen Leistungsfähigkeit von Zementpasten, die mit Betonwasser durch CO2-Vermischung hergestellt werden. Die Studie untersucht die Auswirkungen von CO2 auf Frischeeigenschaften, Hydratationswärme und Druckfestigkeitsentwicklung in verschiedenen Altersgruppen. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen die Verringerung der Fließfähigkeit durch die Einarbeitung von aufbereitetem Wasser und die weitere Verringerung durch CO2-Zugabe, die auf die Bildung von CaCO3 zurückzuführen ist. Die Studie untersucht auch, wie kleine Mengen CO2 die Hydratation verbessern und die Druckfestigkeit verbessern, während übermäßiges CO2 die Hydratation hemmt und die Festigkeit verringert. Die Forschung bietet praktische Einblicke in die Nutzung von aufbereitetem Wasser und CO2-Mischungen für die nachhaltige Betonproduktion und bietet wertvolle Daten für Fachleute in der Bau- und Umweltbranche.KI-Generiert
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AbstractThis study investigates the effects of CO2 intermixing on the fresh and hardened properties of cement pastes made with concrete reclaimed water. The reclaimed water, sourced from a construction site and stored for 30 days, was used to completely replace potable water in the cement paste preparation. The mixing process involved introducing CO2 in varying amounts (0–1.2% of total cement weight) into cement pastes made with reclaimed water. Five cement paste formulations were studied: a control sample using potable water and four samples using reclaimed water with different CO2 doses. The fresh properties of the cement pastes were evaluated through flowability and rheological tests, while the hardened properties were assessed by compressive strength and hydration heat measurements. The results showed that using reclaimed water slightly reduced the flowability of cement pastes, with a notable increase in rheological properties. Higher CO2 doses intensified this effect due to the accelerated hydration kinetics from carbonation reactions that formed CaCO3. Hydration heat patterns were similar between samples made with potable and reclaimed water, with 0.3% and 0.6% CO2 significantly increasing hydration heat, while 1.2% CO2 reduced it. The compressive strength of samples with 0.3% and 0.6% CO2 was 10% higher than the control at 28 days. However, the 1.2% CO2 dose caused a 15% decrease in compressive strength, likely due to hydration inhibition. These findings suggest that CO2 intermixing can enhance the mechanical properties of cement pastes made with reclaimed water, with optimal CO2 doses around 0.6%. -
A Hybrid Whale Optimization Algorithm Approach for Efficient Bottled Water Distribution
Van Nam Nguyen, Trong Phuoc NguyenDieses Kapitel untersucht die Anwendung eines Hybridwal-Optimierungsalgorithmus (HWA) zur Lösung des Capacity Vehicle Routing Problems (CVRP) im Zusammenhang mit der Verteilung von Mineralwasser. Die Studie konzentriert sich auf die Entwicklung und Umsetzung des HWA, das den Whale Optimization Algorithm mit neuartigen Strategien wie Pooling, Migration, Präferenzselektion und Beuteanreicherung kombiniert. Die Forschungsarbeiten umfassen eine umfassende Überprüfung metaheuristischer Algorithmen und Methoden zur Entscheidungsunterstützung, wobei ihre Relevanz für das CVRP hervorgehoben wird. Computerexperimente mit Benchmark-Funktionen und Fallstudien aus der realen Welt in Vietnam zeigen die überlegene Leistung des HWA bei der Minimierung der Fahrstrecke und der Einhaltung von Kapazitätsbeschränkungen für Fahrzeuge. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das HWA ein robustes und effizientes Werkzeug zur Optimierung der Wasserverteilung in ländlichen Gebieten ist und signifikante Verbesserungen gegenüber herkömmlichen Algorithmen bietet. Das Kapitel schließt mit einer detaillierten Analyse der Effektivität des Algorithmus und seiner potenziellen Auswirkungen auf das nachhaltige Management von Wasserressourcen.KI-Generiert
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AbstractThis study aims to construct an optimized distribution schedule for bottled water suppliers. The study introduces the Hybrid Whale Optimization Algorithm (HWA), which integrates three core search mechanisms: migration, priority selection, and prey enrichment, along with opposition-based learning and mutation-crossover methods. Its effectiveness has been validated through evaluations using 23 standard functions and a real-world case study focusing on water distribution in Vietnam. The results show that HWA is a powerful decision support tool that effectively facilitates optimal decision-making processes in water distribution path management. -
Microgrid Energy Management with the Sand Cat Swarm Optimization
Vu Hong Son Pham, Thanh Thien Vo, Van Nam Nguyen, Nghiep Trinh Nguyen DangDieses Kapitel untersucht die Anwendung des Sand Cat Swarm Optimization (SCSO) Algorithmus zur Verbesserung des Energiemanagements in Mikronetzen (Microgrids, MGs). Die Studie befasst sich mit den Herausforderungen durch die Integration erneuerbarer Energiequellen wie Windkraft, Photovoltaik und Kraft-Wärme-Kopplung, die intermittierende und dynamische Lastschwankungen mit sich bringen. Traditionelle Optimierungstechniken tun sich oft schwer mit diesen Komplexitäten und erfordern fortgeschrittene Methoden wie SCSO. Der SCSO-Algorithmus, der dem Jagdverhalten von Sandkatzen nachempfunden ist, balanciert globale Exploration und lokale Ausbeutung effektiv aus, um den Betrieb von Mikronetzen zu optimieren. Die Studie bewertet die Leistung des SCSO anhand mehrerer Benchmark-Methoden und zeigt seine Zuverlässigkeit und Effektivität bei der Senkung der Erzeugungskosten und der Verbesserung der Umweltleistung. Computerexperimente, die am IEEE 37-Knoten-Microgrid-System durchgeführt wurden, bestätigen die überlegene Leistungsfähigkeit des SCSO und erzielen signifikante Kostensenkungen im Vergleich zu anderen Optimierungsmethoden. Die Ergebnisse unterstreichen das Potenzial von SCSO als leistungsstarkes Instrument, um den Betrieb von Mikronetzen in Richtung größerer Nachhaltigkeit und Effizienz voranzutreiben.KI-Generiert
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AbstractMicrogrid optimization is essential for enhancing economic efficiency, ensuring reliable operation, and integrating renewable energy sources (RESs) into the power grid. However, the variability of renewable generation, fluctuating demand, and dynamic environmental conditions pose significant challenges to conventional optimization methods. This paper proposes an innovative energy management strategy based on the sand cat swarm optimization (SCSO) algorithm. Inspired by the adaptive hunting behavior of sand cats in harsh desert environments, SCSO offers strong robustness in addressing the complex, multi-dimensional, and nonlinear nature of microgrid optimization. The proposed strategy optimizes power allocation among photovoltaic systems (PVs), wind power plants (WPs), and combined heat and power plants (CHPs) to meet hourly demand while accommodating intermittent generation. Simulations on the IEEE 37-node system confirm the algorithm’s superior performance, with notable improvements in energy cost reduction, emission minimization, and renewable energy utilization, outperforming several benchmark optimization methods. -
Influence of Sample Shape and Compaction Energy on the Compressive Strength of Slag-RCC Prepared Using the Modified Proctor Test
Chau-Tuan Le, My Ngoc-Tra Lam, Trong Nghia-NguyenIn diesem Kapitel wird der Einfluss von Probenform und Verdichtungsenergie auf die Druckfestigkeit von Rollenbeton (RCC) untersucht, der mit dem modifizierten Proctor-Test hergestellt wurde. In der Studie werden die Auswirkungen unterschiedlicher granulierter Hochofenschlacke (GGBS) auf die Druckfestigkeit des RCC untersucht (15, 30, 45 und 60%). Es bewertet den Einfluss der Probenform (zylindrisch vs. zylindrisch) kubisch) und untersucht den Einfluss der Verdichtungsenergie auf die Druckfestigkeit von Schlacke-RCC. Die Forschung zielt darauf ab, einen zuverlässigen Umrechnungskoeffizienten für die Druckfestigkeit zwischen zylindrischen und kubischen Proben in Schlacke-RCC-Gemischen zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigen, dass würfelförmige Schlacken-RCC-Proben eine höhere Druckfestigkeit aufwiesen als ihre zylinderförmigen Pendants. Der Umrechnungskoeffizient, der verwendet wird, um die Druckfestigkeit von Zylindern mit der von Würfeln in Beziehung zu setzen, nahm mit zunehmender Druckfestigkeit ab. Die Erhöhung der Verdichtungsenergie hatte nur einen bescheidenen Effekt auf die Druckfestigkeit von Schlacke-RCC, wobei die Verdoppelung der Verdichtungsenergie eine Erhöhung der Druckfestigkeit um etwa 10% ergab.KI-Generiert
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AbstractThis study examines the compressive strength of roller-compacted concrete (RCC) incorporating ground granulated blast-furnace slag (GGBS) using the modified Proctor compaction method. GGBS replaced cement at four levels: 15, 30, 45, and 60%, producing slag-RCC mixtures. These mixtures were compacted in cylindrical and cubic molds using a Proctor hammer to evaluate the influence of sample shape on compressive strength. Additionally, low and high compaction energy levels were applied to assess their effects. Results showed that the conversion coefficient from cylindrical to cubic specimens was lower for slag-RCC than for conventional RCC. The conversion coefficient decreased with increasing compressive strength, depending on the strength level. Increasing compaction energy by 100% led to approximately a 10% increase in compressive strength, while reducing energy by 50% resulted in a similar 10% decrease. -
The Impact of Periodic Tidal Variations on the Stability of Riverbanks
Yen Hai Tran, Nhut-Nhut NguyenDieses Kapitel geht den entscheidenden Faktoren nach, die die Stabilität der Flussufer beeinflussen, wobei der Schwerpunkt auf den Auswirkungen periodischer Gezeitenschwankungen liegt. Mittels fortschrittlicher PLAXIS-2D-Finite-Elemente-Analyse untersucht die Studie die Stabilität, Verformung und das Versickerungsverhalten des Saigon-Ufers unter verschiedenen Gezeitenbedingungen. Die Forschung identifiziert wichtige Schwellenwerte für die Hangstabilität und liefert empirische Zusammenhänge zur Bewertung des Erosionsrisikos. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung proaktiver Maßnahmen zum Schutz von Flussufern vor tideninduzierter Erosion und bieten praktische Werkzeuge zur Stabilitätsbewertung und Erosionsprognose. Die Studie schließt mit Empfehlungen zur Aufrechterhaltung der Uferstabilität und schlägt Bereiche für zukünftige Forschung vor, darunter die Einbeziehung komplexerer Geometrien und Auswirkungen des Klimawandels.KI-Generiert
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AbstractThere are many causes leading to riverbank instability and erosion, such as excessive sand exploitation, ship waves, water flow, tidal level, floods, soft ground, human construction activities, etc. In Ho Chi Minh City, where the river system is quite developed and is greatly affected by high tide flooding, the riverbank geology is also strongly affected by tidal fluctuations. The study thus focuses on analyzing the influence of periodic tidal variations on the stability of riverbank slopes. PLAXIS 2D is applied to model riverbank cross- sections with different slopes, from 16° to 55°, under the influence of tidal levels which change over time to assess their influence on displacement, hydraulic gradient and stability coefficient. Consequently, warnings are given about slopes with high risk of erosion. These slopes are compared with observed erosion slopes to check the reliability of modeling. The findings contribute to improving erosion prediction methods by demonstrating how repeated tidal fluctuations can induce progressive weakening of the riverbank structure. These insights have practical implications for the design of riverbank protection systems in estuarine and coastal river environments where tidal actions are prominent. -
Determination of Wind Load on High-Rise Buildings by Wind Tunnel Test in Vietnam
Nguyen Le Thuy, Vu Thanh Trung, Nguyen Hong SonIn diesem Kapitel wird die Bedeutung von Tests im Windkanal für die Beurteilung der Windlasten an Hochhäusern in Vietnam untersucht, einem Land, das sich in einer rapiden Stadtentwicklung befindet. Es behandelt Schlüsselaspekte wie die Prinzipien der Windkanalmodellierung, die Simulation von Windbedingungen und die Analyse von Druck- und Kraftdaten. Der Text untersucht auch die Auswirkungen der Windrichtung auf strukturelle Kräfte und Momente und liefert wertvolle Erkenntnisse über das dynamische Verhalten hoher Gebäude unter Windeinwirkung. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Windkanaltests häufig niedrigere Windlastwerte ergeben als Standardberechnungen, was die Bedeutung dieser Methode für die präzise Konstruktion unterstreicht. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Zuverlässigkeit von Windkanaltests bei der Bestimmung der Windbelastung von Strukturen und bietet einen umfassenden Überblick über deren Vorteile und Anwendungen.KI-Generiert
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AbstractAs buildings in Vietnam become increasingly taller and more architecturally complex, the application of current Vietnamese and international wind loading standards has proven inadequate in many design scenarios. In response, wind tunnel testing has gained prominence as a modern and effective method for accurately determining wind loads in structural design. This technique not only enhances the reliability of wind load assessments but also contributes to improved design efficiency and reduced construction costs. Typically, wind loads determined through wind tunnel testing are 20–30% lower than those estimated using conventional code-based methods. This paper presents a comprehensive review of wind tunnel testing applications carried out over the past decade at the Vietnam Institute for Building Science and Technology. -
Silica Effects on Properties of Portland Cement Used in Oil Well Construction
Hong Thi Luu, Hieu Duy Nguyen, Mai Thanh Pham, Amir MirzaattariDieses Kapitel untersucht die Auswirkungen von Kieselsäurezusätzen auf die Eigenschaften von Portland-Zement, der für den Bau von Ölquellen von entscheidender Bedeutung ist. Es untersucht, wie Kieselsäure die Hydratation, Abbindezeiten und Druckfestigkeit beeinflusst, insbesondere unter für tiefe Ölquellen typischen Hochtemperaturbedingungen. Die Studie zeigt, dass ein erhöhter Kieselgehalt die frühe Druckfestigkeit erhöht und die Abbindezeiten bei erhöhten Temperaturen verringert, wodurch es ideal für Anwendungen in Ölquellen ist. Unter normalen Härtungsbedingungen kann jedoch ein höherer Kieselsäuregehalt zu einer geringeren Langzeitfestigkeit führen. Die Forschungsergebnisse kommen zu dem Schluss, dass eine 15% ige Kieselsäuremischung optimal für den Bau von Ölquellen in Tiefen bis zu 1000 Metern ist und ein Gleichgewicht zwischen früher Festigkeit und Verarbeitbarkeit bietet.KI-Generiert
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AbstractThis paper presents the finding of a study investigating the effects of silica additive on certain properties of Hoang Thach Portland cement and evaluates its suitability for oil well construction at a depth of 1000 m. In this study, silica was added to the cement in varying proportions from 0 to 25% by mass. The results indicate that as the silica content increased, the water requirement of the mixtures gradually rose, while the slurry density slightly declined. At a curing temperature of 52 °C, both the initial and final setting times of the cement paste decreased, and the 1-day compressive strength of the hardened samples increased sharply. Notably, sample M3, containing 15% silica, achieved the highest compressive strength, 1.28 MPa—approximately three times higher than that of the reference sample. However, under standard conditions, the strength of silica-modified samples dropped significantly. These results suggest that Hoang Thach Portland cement, when combined with an appropriate amount of silica, can be effectively used in oil well construction. -
Steel Slag as a Sustainable Substitute in Concrete
Van Nam Nguyen, Phuoc Trong NguyenDieses Kapitel untersucht die Verwendung von Stahlschlacke (SS) als nachhaltiger Ersatz für Beton und konzentriert sich dabei auf ihr Potenzial als teilweiser Zementersatz und Zuschlagstoff. Die Studie bewertet drei Betonmischungen: M1 (Kontrollmischung mit natürlichem Zuschlagstoff), M2 (Ersatz von natürlichem Zuschlagstoff durch Stahlschlacke) und M3 (Einbeziehung von Stahlschlackenpulver und Flugasche). Zu den wichtigsten Erkenntnissen zählen die erhöhte Dichte und beschleunigte Abbindezeit von Beton mit Stahlschlacke sowie verbesserte Langzeitfestigkeit und mikrostrukturelle Veredelung in Kombination mit Flugasche. Die Studie hebt auch die erhöhte Biegefestigkeit und die verringerte Porosität hervor, die durch den Einsatz von Stahlschlacke erreicht werden. Die REM-Analyse bestätigt die positiven Auswirkungen von Stahlschlacke und Flugasche auf die Hydratation und die mikrostrukturelle Veredelung und legt nahe, dass Stahlschlacke ein vielversprechender alternativer Werkstoff für nachhaltige Betonanwendungen ist. Die relativ hohe Dichte von Stahlschlacke schränkt jedoch ihre Anwendung in bestimmten strukturellen Zusammenhängen ein, was auf die Notwendigkeit weiterer Forschung und konstruktiver Optimierungen hindeutet.KI-Generiert
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AbstractThis study investigates the feasibility of using steel slag (SS) as a sustainable alternative in concrete by partially replacing cement, coarse, and fine aggregates. Three concrete mixes were designed: M1 (control), M2 (SS as coarse aggregate), and M3 (SS powder and fly ash replacing cement). Workability tests showed SS aggregates reduced slump retention due to their porous structure, while FA in M3 improved it. SS accelerated cement setting, with M2 setting faster than M1, while M3 had a slightly delayed setting due to FA. Strength tests revealed similar compressive strengths among all mixes at 90 days, with M2 enhancing flexural strength by 12.7%. SEM analysis confirmed improved microstructure in M3, with a dense C-S–H gel network reducing voids and cracks. These findings highlight SS’s potential as a viable replacement material in sustainable concrete production.
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- Titel
- 4th International Conference on Structural Health Monitoring and Engineering Structures (SHM&ES 2025)
- Herausgegeben von
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Le Thanh Cuong
Nicholas Fantuzzi
Roberto Capozucca
Vu Thi Bich Quyen
Samir Khatir
- Copyright-Jahr
- 2026
- Verlag
- Springer Nature Switzerland
- Electronic ISBN
- 978-3-032-04645-1
- Print ISBN
- 978-3-032-04644-4
- DOI
- https://doi.org/10.1007/978-3-032-04645-1
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