Tran, M. Khoa;Park, Jung-Hee;Byun, Yong-Hoon;Shin, Ho-Sung;Lee, Jong-Sub
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.27
no.12
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pp.17-25
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2011
A fabric of soil media may change due to certain factors such as dissolution of soluble particles, desiccation, and cementation. The fabric changes affect the mechanical behavior of soils. The purpose of this study is to investigate the effects of geo-material dissolution on shear strength. Experiments and numerical simulations are carried out by using a conventional direct shear and the discrete element method. The dissolution specimens are prepared with different volumetric salt fraction in sand soils. The dissolution of the specimens is implemented by saturating the salt-sand mixtures at different confining stresses in the experimental study or reducing the sizes of soluble particles in the numerical simulations. Experimental results show that the angle of shearing resistance decreases with the increase in the soluble particle content and the shearing behavior changes from dilative to contractive behavior. The numerical simulations exhibit that macro-behavior matches well with the experimental results. From the microscopic point of view, the particle dissolution produces a new fabric with the increase of local void, the reduction of contact number, the increase of shear contact forces, and the anisotropy of contact force chains compared with the initial fabric. The shearing behavior of the mixture after the particle dissolution is attributed to the above micro-behavior changes. This study demonstrates that the reduction of shearing resistance of geo-material dissolution should be considered during the design and construction of the foundation and earth-structures.
Ultra high performance concrete (UHPC) can be used in the UHPC-steel composite structures especially for bridge structures to achieve high stiffness and high fatigue resistance with low self-weight. The structural performances of UHPC-steel composite slabs subjected to hogging moment have a significant influence on the global stiffness and durability of UHPC-steel composite structures. In order to study the structural behaviors of non-steam-cured UHPC-steel composite slabs subjected to negative moment, five composite slabs combined the thin UHPC layers to steel plates via shear stud connecters with the diameter of 16mm were fabricated and tested under negative moment. The test program aimed to investigate the effect of stud spacing and longitudinal reinforcement ratios on the failure mode, load-deflection behaviors, cracking patterns, bond-slips, and carrying capacities of composite slabs subjected to negative moment. In addition, direct tensile tests for the dog-bone UHPC specimens with longitudinal reinforcement bars were carried out to study the effect of reinforcement bars on the tensile strength of UHPC in the thin structure members. Based on the experimental results, analytical models were also developed to predict the cracking load and ultimate load of UHPC-steel composite slabs subjected to negative moment.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.5
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pp.233-241
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2020
This paper is to investigate the retrofitting effect for a non-seismic reinforced concrete frame strengthened by perimeter steel moment frames with indirect integrity, which ameliorates the problems of the direct integrity method. To achieve this, first, full-scale tests were conducted to address the structural behavior of a two-story non-seismic reinforced concrete frame and a strengthened frame. The non-seismic frame showed a maximum strength of 185 kN because the flexural-shear failure at the bottom end of columns on the first floor was governed, and shear cracks were concentrated at the beam-column joints on the second floor. The strengthened frame possessed a maximum strength of 338 kN, which is more than 1.8 times that of the non-seismic specimen. A considerable decrease in the quantity of cracks for the strengthened frame was observed compared with the non-seismic frame, while there was the obvious appearance of the failure pattern due to the shear crack. The lateral-resisting capacity for the non-seismic bare frame and the strengthened frame may be determined per the specified shear strength of the reinforced columns in accordance with the distance to a critical section. The effective depth of the column may be referred to as the longitudinal length from the border between the column and the foundation. The lateral-resisting capacity for the non-seismic bare frame and the strengthened frame may be reasonably determined per the specified shear strength of the reinforced columns in accordance with the distance to a critical section. The effective depth of the column may be referred to as the longitudinal length from the border between the column and the foundation. The proposed method had an error of about 2.2% for the non-seismic details and about 4.4% for the strengthened frame based on the closed results versus the experimental results.
This paper investigates the shear properties of waste tire-bottom ash mixture with various particle size of waste tire powder. Test specimens were prepared at 5 different percentages of waste tire powder content (i.e., 0%, 25%, 50%, 75%, 100% by weight of the dry bottom ash), and with three different particle sizes of waste tire powder (i.e., 0.1 mm~2.0 mm, 0.9 mm~5 mm and 2 mm~10 mm). In this study several series of direct shear tests were carried out. The experimental results indicate that the mechanical characteristics of waste tire-bottom ash mixture are strongly influenced by the particle size as well as waste tire powder content. It is shown that the shear strength and internal friction angle of waste tire-bottom ash mixture decrease with an increase in waste tire powder content. However, the shear strength and internal friction angle of the mixture increase due to interlocking effect between waste tire powder and bottom ash as the particle size of waste tire powder increases.
Oscar H. Moreno-Torres;Cristhian Mendoza-Bolanos;Andres Salas-Montoya
Geomechanics and Engineering
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v.35
no.4
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pp.449-464
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2023
Advanced nonlinear effective stress constitutive models are started to be frequently used in one-dimensional (1D) and two-dimensional (2D) site response analysis for assessment of porewater generation and liquefaction potential in soft soil deposits. The emphasis of this research is on the assessment of the implementation of this category of models at the element stage. Initially, the performance of a coupled porewater pressure (PWP) and constitutive models were evaluated employing a catalogue of 40 unidirectional cyclic simple shear tests with a variety of relative densities between 35% and 80% and effective vertical stresses between 40 and 80 kPa. The authors evaluated three coupled constitutive models (PDMY02, PM4SAND and PDMY03) using cyclic direct simple shear tests and for decide input parameters used in the model, procedures are recommended. The ability of the coupled model to capture dilation as strength is valuable because the studied models reasonably capture the cyclic performance noted in the experiments and should be utilized to conduct effective stress-based 1D and 2D site response analysis. Sandy soils may become softer and liquefy during earthquakes as a result of pore-water pressure (PWP) development, which may have an impact on seismic design and site response. The tested constitutive models are mathematically coupled with a cyclic strain-based PWP generation model and can capture small-strain stiffness and large-strain shear strength. Results show that there are minor discrepancies between measured and computed excess PWP ratios, indicating that the tested constitutive models provide reasonable estimations of PWP increase during cyclic shear (ru) and the banana shape is reproduced in a proper way indicating that dilation and shear- strain behavior is well captured by the models.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.6
s.171
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pp.152-158
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2005
The stress conditions acting on the practical structure are complex, and thus most cracks existing in the practical structures are under mixed-mode loading conditions. The effect of shear load component of mixed-mode loading acts more greatly in the stage of crack initiation and initial propagation than crack propagation stage. Hence, research on the behavior in the stage of crack initiation and initial propagation need to be examined in order to evaluate behavior of mixed-mode fatigue cracks. In this study, the crack tip displacement(CTD) was measured by using the direct measuring method(DMM). We examined the behavior at crack tip by determining crack opening load$(P_{op})$. From the test results, the propagation behavior of mixed-mode fatigue cracks was evaluated by considering mixed-mode crack closure. Also, we examined the characteristic of crack propagation under mixed-mode loading with crack propagation direction.
Kim, Youngsang;Suh, Dongeun;Kim, Wonbong;Lee, Woobum
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.10
no.6
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pp.19-25
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2009
The current study developed light-weighted mixed soil that can solve problems related with soft soil such as ground subsidence, sliding and lateral displacement of ground. By reducing weight of reclaimed soil through mixing phosphogypsum and recycled EPS beads with the weathered granite soil. A series of geotechnical laboratory tests including physical index test, compaction test, CBR test, and direct shear test were performed and engineering properties were reviewed in order to assess applicability of the light-weighted mixed soil for roads and abutment and various back-filling materials at the reclamation area. Based on the laboratory test results, it was found that the maximum dry unit weight of the light-weighted soil ranges $14.32{\sim}15.79kN/m^3$ and the optimum water content ranges 21.91~24.23%, which means there is 11~19.3% weight decrease effect when comparing with general weathered granite soil. Also it was found that the corrected CBR value ranges 10.4~18.4% satisfying the domestic regulations on road subgrade and back-filling material. In addition, as for shear strength parameter, cohesion ranges 10.79~18.64 kPa and internal frictional angle ranges $35.4{\sim}37.2^{\circ}$, which are similar with those of general construction soil and back-filling material used in Korea. So it can be concluded that light-weighted mixed soil with phosphogypsum can be used effectively for soft reclamation ground as actual filling material and back-filling material. From the current study, it was found that light-weighted mixed soil with phosphogypsum has not only weight reduction effect, but also has no special problems in shear strength and bearing capacity. Therefore, it is expected that phosphogypsum can be recycled in bulk as road subgrade and back-filling material at the reclamation area.
The purpose of this investigation was to observe the viscoelastic properties of five commercial flowable(Aeliteflo, Flow it, Revolution, Tetric flow, Compoglass flow), three conventional hybrid(Z-100, Z-250, P-60) and two condensable(Synergy compact, SureFil) resin composites. A dynamic oscillatory shear test was done to evaluate the storage shear modulus (G'), loss shear modulus(G"), loss tangent(tan ${\delta}$) and complex viscosity(${\eta}^*$) of the resin composites as a function of frequency - dynamic frequency sweep test from 0.01 to 100 rad/s at $25^{\circ}C$ - by using Advanced Rheometric Expansion System(ARES). To investigate the effect on the viscosity of resin composites of filler volume fraction, the filler weight % and volume % were measured by means of Archimedes' principle using a pyknometer. The results were as follows 1. The complex viscosity ${\eta}^*$ of flowable resins was lower than that of hybrid resins and significant differences were observed between brands. The complex viscosity ${\eta}^*$ of condensable resins was higher than that of hybrid resins. The order of complex viscosity ${\eta}^*$ at ${\omega}$=10 rad/s was as follows, Surefil, Synergy compact, P-60, Z-250, Z-100, Aeliteflo, Tetric flow, Compoglass flow, Flow it, Revolution. The relative complex viscosity of flowable resins compared to Z-100 was 0.04~0.56 but Surefil was 30.4 times higher than that of Z-100. 2. The storage shear modulus G' and the loss shear modulus G" of flowable resins were lower than those of hybrid resins but those of condensable resins were higher. The patterns of the change of loss tangent, tan ${\delta}$, of resin composites with increasing frequency were significantly different between brands. The phase angles, ${\delta}$, ranged from $30.2{\sim}78.1^{\circ}$ at ${\omega}$=10 rad/s. 3. All composite resins represent pseudoplastic nature with increasing shear rate. 4. The complex shear modulus $G^*$ and the phase angle ${\delta}$ was represented by the frequency domain phasor form, $G^*({\omega})=G^*e^{i{\delta}}=G^*{\angle}{\delta}$. The locus of frequency domain phasor plots in a complex plane was a valuable method that represent the viscoelastic properties of composite resins. 5. There was no direct linear correlationship but a weak positive relation was observed between filler volume % or weight % and the viscosity of the resin composites.
The mechanical behavior of frozen soils is different from that of unfrozen soils due to the phase change between water and ice. The strength characteristics of frozen soils are governed by the intrinsic material properties such as grain size, ice and water content, air bubbles, and by externally imposed testing conditions such as temperature, freezing time, and strain rate. Especially, the strength of the frozen soils is generally higher than that of unfrozen soils due to ice binding capacity with soil particles, and is strongly affected by a highly complex interaction between the solid soil skeleton and the pore matrix, composed of ice and unfrozen water. In this study, the direct shear test and unconfined compression test are carried out inside of a large-scaled freezing chamber, and the relationships between cohesion and unconfined compression strength under various freezing temperature conditions are discussed.
Kim, Byung-Gon;Shin, Hyunjin;Lee, Seunghak;Park, Junboum
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.21
no.2
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pp.1-7
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2016
Ferrous slag is a by-product from steel making process and waste concrete is generated from construction activities. Large part of ferrous slag and waste concrete are recycled as construction materials. However, Ca2+ leaching out of ferrous slag and waste concrete in the water-contacting environment can cause a strength change. Strength can be reduced due to the dissolution of solid form of CaO which is one of the main contents of ferrous slag and waste concrete. On the other hand, strength can be enhanced due to the pozzolanic reaction of cementitious components with water. In this study, steelmaking slag, blast furnace slag, and waste concrete were aged by exposure to raining events, and the change of their compaction and shear strength characteristics was investigated. Optimum moisture content of all materials used in this study increased with aging period while maximum dry unit weight slightly decreased, implying that the relative contents of fine particles increased as the CaO solid particles were dissolved. Internal friction angle and shear strength of recycled materials also increased with aging period, indicating that the materials became denser by the decrease of void ratio attributed to the fine particles generated during the weathering process and the development of cementitious compounds increasing the bonding and interlocking forces between the particles. The results of this study demonstrated that mechanical strength of recycled materials used as construction materials has little chance to be deteriorated during their service life.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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