Our ability to predict hydration behavior is becoming increasingly relevant to the concrete community as modelers begin to link material performance to the dynamics of material properties and chemistry. At early ages, the properties of concrete are changing rapidly due to chemical transformations that affect mechanical, thermal and transport responses of the composite. At later ages, the resulting, nano-, micro-, meso- and macroscopic structure generated by hydration will control the life-cycle performance of the material in the field. Ultimately, creep, shrinkage, chemical and physical durability, and all manner of mechanical response are linked to hydration. As a way to enable the modeling community to better understand hydration, a review of hydration models is presented offering insights into their mathematical origins and relationships one-to-the-other. The quest for a universal model begins in the 1920's and continues to the present, and is marked by a number of critical milestones. Unfortunately, the origins and physical interpretation of many of the most commonly used models have been lost in their overuse and the trail of citations that vaguely lead to the original manuscripts. To help restore some organization, models were sorted into four categories based primarily on their mathematical and theoretical basis: (1) mass continuity-based, (2) nucleation-based, (3) particle ensembles, and (4) complex multi-physical and simulation environments. This review provides a concise catalogue of models and in most cases enough detail to derive their mathematical form. Furthermore, classes of models are unified by linking them to their theoretical origins, thereby making their derivations and physical interpretations more transparent. Models are also used to fit experimental data so that their characteristics and ability to predict hydration calorimetry curves can be compared. A sort of evolutionary tree showing the progression of models is given along with some insights into the nature of future work yet needed to develop the next generation of cement hydration models.
Gunaydin, Murat;Adanur, Suleyman;Altunisik, Ahmet Can;Sevim, Baris;Turker, Emel
Steel and Composite Structures
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v.17
no.4
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pp.405-429
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2014
In this paper, it is aimed to determine the structural behavior of suspension bridges considering construction stages and different soil conditions. Bosporus Suspension Bridge connecting the Europe and Asia in Istanbul is selected as an example. Finite element model of the bridge is constituted using SAP2000 program considering existing drawings. Geometric nonlinearities are taken into consideration in the analysis using P-Delta large displacement criterion. The time dependent material strength of steel and concrete and geometric variations is included in the analysis. Time dependent material properties are considered as compressive strength, aging, shrinkage and creep for concrete, and relaxation for steel. To emphases the soil condition effect on the structural behavior of suspension bridges, each of hard, medium and soft soils are considered in the analysis. The structural behavior of the bridge at different construction stages and different soil conditions has been examined. Two different finite element analyses with and without construction stages are carried out and results are compared with each other. At the end of the analyses, variation of the displacement and internal forces such as bending moment, axial forces and shear forces for bridge deck and towers are given in detail. Also, displacement and stresses for bridge foundation are given with detail. It can be seen from the analyses that there are some differences between both analyses (with and without construction stages) and the results obtained from the construction stages are bigger. It can be stated that the analysis without construction stages cannot give the reliable solutions. In addition, soil condition have effect on the structural behavior of the bridge. So, it is thought that construction stage analysis using time dependent material properties, geometric nonlinearity and soil conditions effects should be considered in order to obtain more realistic structural behavior of suspension bridges.
The aim of this paper is to determine the effect of soil-structure interaction and time dependent material properties on behavior of concrete box-girder highway bridges. Two different finite element analyses, one stage and construction stage, have been carried out on Komurhan Bridge between Elazi$\breve{g}$ and Malatya province of Turkey, over Fırat River. The one stage analysis assume that structure was built in a second and material properties of structure not change under different loads and site conditions during time. However, construction stage analysis considers that construction time and time dependent material properties. The main and side spans of bridge are 135 m and 76 m, respectively. The bridge had been constructed in 3 years between 1983 and 1986 by balanced cantilever construction method. The parameters of soil-structure interaction (SSI), time dependent material properties and construction method are taken into consideration in the construction stage analysis while SSI is single parameter taking into consideration in the one stage analysis. The 3D finite element model of bridge is created the commercial program of SAP2000. Time dependent material properties are elasticity modulus, creep and shrinkage for concrete and relaxation for steel. Soft, medium, and firm soils are selected for evaluating SSI in both analyses. The results of two different finite element analyses are compared with each other. It is seen that both construction stage and SSI have a remarkable effect on the structural behavior of the bridge.
We have studied the vortex dynamics in YBa$_2Cu_3O_7$ single crystals with columnar defects using micro Hall-probe array. The Hall-probe array technique allowed a simultaneous measurement of the time and spatial dependence of the vortex density so that more detailed information on flux dynamics could be obtained. We found that field profiles inside sample were similar to the Bean's critical state model from the magnetic hysteresis measurement. Normalized relaxation rates were maximum near the center and decreased toward the edge if applied field H$_{app}$ is greater than the penetration field H. But applied magnetic field H$_{app}$ is less than H, relaxation rates were minimum near the center and increased toward edge. We found that glassy exponent ${\mu}$ has the value of ${\sim}$ 1 whose corresponding vortex motion is half-loop excitation. However, single vortex creep, ${\mu}$${\sim}$ 1/7, was also found at 30 K and H$_{app}$${\cong}$ H'. Calculation of activation energy, U, was possible from direct analysis of the local relaxation data using the basic diffusion equation. From these results, we found that U increases logarithmically with time and U around center was lower than that at the edge.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.5
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pp.531-542
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2011
The time-dependent temperature distribution across the section in bridges is determined on the basis of the three-dimensional finite element analyses and numerical time integration in this study. The material properties which change with time and thermal stress of concrete are taken into account to effectively trace the early-age structural responses. Since the temperature distribution is nonlinear and depends upon many material constants such as the thermal conductivity, specific heat, hydration heat of concrete, heat transfer coefficients and solar radiation, three representative influencing factors of the construction season, wind velocity and bridge pavement are considered at the parametric studies. The validity of the introduced numerical model is established by comparing the analytical predictions with results from previous analytical studies. On the basis of parametric studies for four different bridge sections, it is found that the creep deformation in concrete bridges must be considered to reach more reasonable design results and the temperature distribution proposed in the Korean bridge design specification need to be improved.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.7
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pp.1317-1323
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2002
This paper describes the comparison of calculated effective stress with experimental one in austenitic heat resistant steels, STS310J1TB and STS310S with and without a small amount of Nb and N. Based on a solute atoms diffusion model, contribution from soluble nitrogen to the high-temperature strength was numerically examined for austenitic heat-resisting Fe-Cr-Ni-N(STS310J1TB) and Fe-Cr-Ni (STS310S) alloys. The solute atmosphere dragging stress of dislocation was calculated in optional dislocation velocity of STS310J1TB and STS310S at $650^{\circ}C$, $675^{\circ}C$ and $700^{\circ}C$. As a result of the numerical calculation, the solute atmosphere dragging stress of STS310J1TB was about 50 times larger than that of STS310S. When the temperature became high, the maximum value of solute atmosphere dragging stress was small and the velocity of moving dislocation was fast. From the relationship between the dislocation rate and the solute atmosphere dragging stress, the relation of both was proportional and the inclination is about 1 in the level with low velocity of moving dislocation. From above results, the mechanism of dislocation movement in STS310J1TB was the solute atmosphere dragging stress. The solute atmosphere dragging stress, which was calculated from the numerical calculation was close to the effect stress in stress relaxation tests.
Recently, EPS which has unit weight of only 20~30kg/m3, is used for acquiring the safety of settlement and bearing capacity, In Korea, EPS was first used in 1993 as backfill material for abutment that was constructed on soft ground in Inchon. Since then EPS has been used increasingly as backfill material. However, adequate modelling has not yet been proposed for the prediction of the behavior of EPS. Only it's design strength was proposed as the results of unconfined strength and creep test. Accordingly this paper executed triaxial compression test on EPS with various density and confining pressure. Through the analysis of test data the behavior of EPS for strainstress, tangential modulus and poisson's ratio can be expressed in functions with parameters of density and confining pressure of EPS. From these results, this paper proposed a nonliner model describing the behavior of EPS.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.39
no.3
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pp.72-82
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1997
In all inelastic deformations time rate effects are always present to some degree. Whether or not their exclusion has a significant influence on the prediction of the material behaviour depends upon several factors. In the study of structural components under static loading conditions at normal temperature it is accepted that time rate effects are generally not important. However metals, especially under high temperatures, exhibit simultaneously the phenomena of creep and viscoplasticity. In this study, elastoplastic and elasto-viscoplastic models include nonlinear geometrical effects were developed and several numerical examples are also included to verify the computer programming work developed here in this work. Comparisons of the calculated results, for the elasto-viscoplastic analysis of an internally pressurised thick cylinder under plane strain condition, have shown that the model yields excellent results. The results obtained from the numerical examples for an elasto-viscoplastic analysis of the Nuclear Reinforced Concrete Containment Structure(NRCCS) subjected to an incrementally applied internal pressure were summarized as follows : 1. The steady state hoop stress distribution along the shell layer of dome and dome wall junction part of NRCCS were linearly behave and the stress in interior surfaces was larger than that in exterior. 2.However in the upper part of the wall of NRCCS the steady state hoop stress in creased linearly from its inner to outer surfaces, being the exact reverse to the previous case of dome/dome-wall junction part. 3.At the lower part of wall of NRCCS, the linear change of steady state hoop stress along its wall layer began to disturb above a certain level of load increase.
Park, Joo-Young;Hong, Dong-Seong;Kim, Yeon-Tae;Jeong, Jin-Hoon
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.2
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pp.729-737
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2013
The environmental load of concrete pavement can be categorized by temperature and moisture loads, which mean temperature distribution, and drying shrinkage and creep in the concrete slab. In this study, a method calculating the environmental load essential to mechanistic design of airport concrete pavement was developed. First, target area and design slab thickness were determined. And, the concrete temperature distribution with slab depth was predicted by a pavement temperature prediction program to calculate equivalent linear temperature difference. The concrete drying shrinkage was predicted by improving an existing model to calculate differential shrinkage equivalent linear temperature difference considering regional relative humidity. In addition, the stress relaxation was considered in the drying shrinkage. Eventually, the equivalent linear temperature difference due to temperature and the differential shrinkage equivalent linear temperature difference due to moisture were combined into the total equivalent linear temperature difference as terminal environmental load. The environmental load of eight civilian and two military airports which represent domestic regional weather conditions were calculated and compared by the method developed in this study to show its application.
Park, Je Young;Chung, Kyung Soo;Kim, Woo Jae;Lee, Jong In;Kim, Yong Min
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.26
no.6
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pp.707-714
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2014
CFT (Concrete-Filled Tube) is a type of steel column comprised of steel tube and concrete. Steel tube holds concrete and the concrete inside tube takes charge of compressive load. This study presents structural performance of the CFT column which has 73~100 MPa high strength concrete inside. Fluidity, mechanical compression, pump pressure test in flexible pipe were conducted for understanding properties of the high strength concrete. Material properties were achieved by various experimental tests, such as slump, slump flow, air content, U-box, O-Lot, L-flow. In addition, mock-up tests were conducted to monitor concrete filling, hydration heat, compressive strength. From construction sites in Sang-am dong and University of Seo-kang, long-term behaviors could be effectively predicted in terms of ACI 209 material model considering elastic deformation, shrinkage and creep.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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