Jia-Chen XUE;Ciao-Yin LIANG;Cheng-Xuan YU;Chia-Yun HUANG;Wei-Chien WANG;Ming-Gin LEE
International conference on construction engineering and project management
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2024.07a
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pp.1081-1087
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2024
The construction of 3D Printed Concrete (3DPC) structures, particularly in reinforced concrete, still poses challenges due to constraints in construction methods. Additionally, the unique mixture design of 3DPC typically results in noticeable drying shrinkage. Utilizing short fibers for fiber reinforcement is a reliable approach that may replace reinforcing steel and address the challenge of volume stability. In this study, polypropylene (PP) fibers and polyoxymethylene (POM) fibers were incorporated into the total volume of concrete at additional percentages of 0.5%, 1.0%, and 1.5% to printed the specimen. While ensuring printability, various experiment were conducted to evaluate compressive strength, flexural strength, anisotropy, and drying shrinkage,to ensure the impact of fiber type and content on the mechanical properties and drying shrinkage of 3DPC. The results indicate that 3DPC exhibits significant strength loss after fiber addition, with loss percentages approximately ranging from 5% to 55% for compressive strength and 9% to 57% for flexural strength. The extent of loss improves with increasing PP fiber content, while the strength of POM fibers continues to decline with increased usage. Furthermore, significant anisotropy is observed in 3DPC after fiber addition, with compressive strength relations appearing as X > Y ≈ Z in various directions, while flexural strength relations are demonstrated as Y ≈ Z > X. Concerning drying shrinkage, the addition of 1.0% POM fibers proves most effective in inhibiting drying shrinkage, reducing shrinkage by approximately 6% at the age of 56 days. In contrast, the presence of PP fibers, regardless of quantity, adversely affects drying shrinkage.
In this study, fracture tests were carried out in order to investigate the fracture behavior of SFRC(Steel Fiber Peinforced Concrete) with initial cracks. The relationships between loading. strain, mld-span deflections and CMOD(Crack Mouth Opening Displacement) of the beams were observed under the three point loading system. The effect of the fiber content and the initial crack ratio on the concrete fracture behavior were studied and the fracture toughness, the critical energy release ratio and the fracture energy were also calcul ated from the test results. From the test results, it was known that when the fiber contents are between 0.5% and 1.0%, and 1.5% the average fracture energy of SFRC specimens is about 7~10 times. and about 15 times better than that of the plam concrete specimens respectively.ively.
The variation in microstructure and texture during continuous annealing was examined in a series of 1.6% Mn-0.1% Cr-0.3% Mo-0.005% B steels with carbon contents in the range of 0.010 to 0.030%. It was found that microstructure of hot band consisted of ferrite and pearlite as a consequence of high coiling temperature, and eutectoid carbon content was between 0.011% and 0.016%. Martensite ranged in volume fraction from 1.5% to 4.0% when annealed at $820{\circ}C$ according to the typical continuous annealing cycle. The critical martensite content for the continuous yielding was about 4% from stress-strain curves. The continuous yielding was obtained in the 0.030% carbon steel and 0.010% to 0.020% carbon steels revealed some yield point elongation ranging from 0.8% to 2.2% in as-annealed conditions. Higher tensile strength in the higher carbon steel is due to both increase in the martensite volume fraction and ferrite grain refinement. Decreasing the carbon content to 0.01% strengthened the intensities of ${\gamma}$-fiber textures, resulting in the increase in the $r_m$ value, which was caused by the lower volume fraction of martensite. The higher carbon steels showed the lower $r_m$ value of about 1.0.
This paper is aimed to evaluate the mechanical properties and durability of high-flowable retaining wall material (RWM) with different levels of steel fiber (SF) content. To produce the specimens of RWM, some chemical agents such as superplasticizer (SP), air-entrained agent (AEA) and viscosity modifying agent (VMA) were added in the fresh RWM. The compressive and split tensile strength measurements were performed on the hardened RWM specimens at the predetermined periods. Additionally, surface electric resistivity and absorption tests according to ASTM standards were carried out to examine mechanical properties of RWM mixes. The durable performances such as chloride ions penetrability and freezing-thawing resistance of RWM mixes were experimentally investigated. As resutls, it was found that the performance of RWM mix with SF were much better than that without SF, especially at the 2% addition of SF. Thus, it is noted that the proper addition of SF in the RWM mix may have a beneficial effect to improve mechanical properties and durability of RWM mixes.
Tendon reinforced cemented soil is applied extensively in foundation stabilisation and improvement, especially in areas with soft clay. To solve the deterioration problem led by steel corrosion, the glass fiber-reinforced polymer (GFRP) tendon is introduced to substitute the traditional steel tendon. The interface bond strength between the cemented soil matrix and GFRP tendon demonstrates the outstanding mechanical property of this composite. However, the lack of research between the influence factors and bond strength hinders the application. To evaluate these factors, back propagation neural network (BPNN) is applied to predict the relationship between them and bond strength. Since adjusting BPNN parameters is time-consuming and laborious, the particle swarm optimisation (PSO) algorithm is proposed. This study evaluated the influence of water content, cement content, curing time, and slip distance on the bond performance of GFRP tendon-reinforced cemented soils (GTRCS). The results showed that the ultimate and residual bond strengths were both in positive proportion to cement content and negative to water content. The sample cured for 28 days with 30% water content and 50% cement content had the largest ultimate strength (3879.40 kPa). The PSO-BPNN model was tuned with 3 neurons in the input layer, 10 in the hidden layer, and 1 in the output layer. It showed outstanding performance on a large database comprising 405 testing results. Its higher correlation coefficient (0.908) and lower root-mean-square error (239.11 kPa) were obtained compared to multiple linear regression (MLR) and logistic regression (LR). In addition, a sensitivity analysis was applied to acquire the ranking of the input variables. The results illustrated that the cement content performed the strongest influence on bond strength, followed by the water content and slip displacement.
The CFRP bar was used to achieve more ductile and durable headed-stud shear connectors in composite components. Three series of push-out tests were firstly conducted, including specimens reinforced with pure steel fibers, steel and CFRP bars. The distributed stress was measured by the commercial PPP-BOTDA (Pre-Pump-Pulse Brillouin optical time domain analysis) optical fiber sensor with high spatial resolution. A series of numerical analyses using non-linear FE models were also made to study the shear force transfer mechanism and crack response based on the test results. Test results show that the CFRP bar increases the shear strength and stiffness of the large diameter headed-stud shear connection, and it has equivalent reinforcing effects on the stud shear capacity as the commonly used steel bar. The embedded CFRP bar can also largely improve the shear force transfer mechanism and decrease the tensile stress in the transverse direction. The parametric study shows that low content steel fibers could delay the crack initiation of slab around the large diameter stud, and the CFRP bar with normal elastic modulus and the standard reinforcement ratio has good resistance to splitting crack growth in headed stud shear connectors.
Ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) is a form of cement-based material that has a compressive strength above 150 MPa, excellent ductility, and superior durability. This composite material demonstrates innovation and has the potential to serve as a viable substitute for concrete constructions that are subjected to harsh environmental conditions. Over many decades, extensive research and progressive efforts have introduced several commercial UHPFRC compositions globally. These compositions have been specifically designed to cater to an increasing variety of applications and meet the rising need for building materials of superior quality. However, the effective manufacturing of UHPFRC relies on the composition of its materials, especially the inclusion of fiber content and the proportions in the mixture, resulting in a more compact and comparatively uniform packing of particles. UHPFRC has notable benefits in comparison to conventional concrete, yet its use is constrained by the dearth of design codes and the prohibitive expenses associated with its implementation. The study demonstrates that UHPFRC presents a viable, long-lasting option for improving sustainable construction. This is attributed to its outstanding strength properties and superior durability in resisting water and chloride ion permeability, freeze-thaw cycles, and carbonation. The analysis found that a rheology-based mixture design technique may be employed in the production of UHPFRC to provide enough flowability. The study also revealed that the use of deformed steel fibers has shown enhanced mechanical qualities in comparison to straight steel fibers. However, obstacles such as higher initial costs, the requirement for highly specialized personnel, and the absence of comprehensive literature on global UHPFRC standards that establish minimum strength criteria and testing requirements can hinder the widespread implication of UHPFRC. Finally, this review attempts to deepen our foundational conception of UHPFRC, encourages additional study and applications, and recommends an in-depth investigation of the mechanical and durability properties of UHPFRC to maximize its practicality.
Proceedings of the Korea Association of Crystal Growth Conference
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2000.06a
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pp.195-214
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2000
The high-speed steel (shorten as HSS) consists of Fe and several kinds of transition metal carbides. The cutting tools or wear-resistant materials made from HSS experience relatively high thermal shock because a coolant such as water or oil is flowed over the surface of heated HSS. The purpose of this research is to increase the hardness, strength, fracture toughness and thermal shock resistance of HSS. A possible strategy is to incorporate a hard ceramic material with high strength in HSS matrix. This paper describes the processing, microstructure and mechanical properties of the oriented unidirectional mullite fiber/HSS composite. The unidirectional mullite fibers of 10${\mu}{\textrm}{m}$ diameter were dispersed by the ultrasonic irradiation of 38 kHz in an ethylenglycol suspension containing HSS powder of 11${\mu}{\textrm}{m}$ median size. The dried green composites with 4-68 vol% fibers were hot-pressed for 2h at 100$0^{\circ}C$ in Ar atmosphere under a pressure of 39 MPa. The higher density was achieved in the composite with a lower content of fibers. The oriented unidirectional fibers were well dispersed in the HSS matrix. The average distance between the center of fibers in the cross section was close to the value calculated from the fiber fraction. No reaction occurred at the interfaces between HSS and mullite fibers in the composites. The composite with 13.6 vol% fibers showed 100 MPa of four point flexural strength at room temperature. The thermal expansion of composite with heating was influenced by the orientation of mullite fibers.
This study investigates the fire resistance characteristics of reactive powder concrete according to changes in the cement content per unit area, mixing ratio of metakaolin (MK), and content of polypropylene fiber. A fire test was conducted, and the resulting residual strength characteristics were investigated through flexural and compressive strength measurements, as well as condition rating classification based on visual evaluation. MK effectively reduced the initial high content of calcium hydroxide, thereby reducing the water vapor pressure generated during pyrolysis and slowing spalling. Furthermore, the pore structure and loose tissue were effective for relieving the water vapor pressure in the event of a fire.
Seddighi, Mehdi;Barkhordari, Mohammad A.;Hosseinzadeh, S.A.A.
Steel and Composite Structures
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v.33
no.5
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pp.729-746
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2019
The nonlinear behavior of single- and multi-story steel plate shear walls (SPSWs) strengthened with three different patterns of fiber reinforced polymer (FRP) laminates (including single-strip, multi-strip and fully FRP-strengthened models) is studied using the finite element analysis. In the research, the effects of orientation, width, thickness and type (glass or carbon) of FRP sheets as well as the system aspect ratio and height are investigated. Results show that, despite an increase in the system strength using FRP sheets, ductility of reinforced SPSWs is decreased due to the delay in the initiation of yielding in the infill wall, while their initial stiffness does not change significantly. The content/type/reinforcement pattern of FRPs does affect the nonlinear behavior characteristics and also the mode and pattern of failure. In the case of multi-strip and fully FRP-strengthened models, the use of FPR sheets almost along the direction of the infill wall tension fields can maximize the effectiveness of reinforcement. In the case of single-strip pattern, the effectiveness of reinforcement is decreased for larger aspect ratios. Moreover, a relatively simplified and approximate theoretical procedure for estimating the strength of SPSWs reinforced with different patterns of FRP laminates is presented and compared with the analytical results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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