Ahmed M. Sheta;Xing Ma;Yan Zhuge;Mohamed A. ElGawady;Julie E. Mills;El-Sayed Abd-Elaal
Steel and Composite Structures
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v.46
no.1
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pp.75-92
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2023
The novel composite cold-formed steel (CFS)/engineered cementitious composites (ECC) beams have been recently presented. The new composite section exhibited superior structural performance as a flexural member, benefiting from the lightweight thin-walled CFS sections with improved buckling and torsional properties due to the restraints provided by thinlayered ECC. This paper investigated the shear performance of the new composite CFS/ECC section. Twenty-eight simply supported beams, with a shear span-to-depth ratio of 1.0, were assembled back-to-back and tested under a 3-point loading scheme. Bare CFS, composite CFS/ECC utilising ECC with Polyethylene fibres (PE-ECC), composite CFS/MOR, and CFS/HSC utilising high-strength mortar (MOR) and high-strength concrete (HSC) as replacements for PE-ECC were compared. Different failure modes were observed in tests: shear buckling modes in bare CFS sections, contact shear buckling modes in composite CFS/MOR and CFS/HSC sections, and shear yielding or block shear rupture in composite CFS/ECC sections. As a result, composite CFS/ECC sections showed up to 96.0% improvement in shear capacities over bare CFS, 28.0% improvement over composite CFS/MOR and 13.0% over composite CFS/HSC sections, although MOR and HSC were with higher compressive strength than PE-ECC. Finally, shear strength prediction formulae are proposed for the new composite sections after considering the contributions from the CFS and ECC components.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.13
no.1
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pp.9-18
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2011
The spalling phenomenon occurs in high-strength concrete when several factors such as sharp temperature increase, high water content, low water/cement ratio and local stress concentration in material combine in the concrete material. On the basis of the factors, the preventing methods from the spalling are known as reduction of temperature increase, preventing of concrete fragmentation and fast drying of internal moisture. In this study, the reduction of temperature increase was proposed as the most effective spalling-preventing method among the spalling-preventing methods. Engineered cementitious composite for fireproof and repair materials was developed in order to protect the new and existing RC structures form exterior deterioration factors such as fire, cloride ion, etc. This study was carried out to estimate the fire-resisting performance of high strength concrete slab or tunnel lining by repaired engineered cementitious composite (ECC) or fiber reinforcement cemetitious composite (FRCC) under fire temperature curve. and them we will descrike the result of HIDA tunnel in Japan.
The purpose of this study is to obtain the fundamental fire resistance performance of engineered cementitious composites (ECC) under fire temperature in order to use the fire protection material in high-strength concrete structures. The present study conducted the experiment to simulate fire temperature by employing of ECC and investigated experimentally the explosion and cracks in heated surface of these ECC. In the experimental studies, 5 HSC specimens are being exposed to fire, in order to exami ne the influence of vari ous parameters (such as depth of layer=20, 30, 40 mm; construction method=lining and repairing type) on the fire performance of HSC structures. Employed temperature curve were ISO 834 criterion (3 hr), which are severe in various criterion of fire temperature in building structures. The numerical regressive analysis and proposed equation to calculate ambient temperature distribution is carried out and verified against the experimental data. By the use of proposed equation, the HSC members subjected to fire loads were designed and discussed.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.1
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pp.30-37
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2015
The need to consider torsion in the design of members of a structure has recently been increasing; therefore, many studies on torsion have been carried out. Recent research was focused on the torsional performance of concrete according to the reinforcing materials used. Of particular interest, are torsion studies of beams made of SFRC(steel fiber reinforced concrete), and there has been increasing use of SFRC at construction sites. In contrast, research on the composite PVA-ECC (polyvinyl alcohol-engineered cementitious composite) has only covered its mechanical performance, though it exhibits excellent tensile-strain performance (better than SFRC). Therefore, research on the torsion of concrete beams retrofitted using PVA-ECC is lacking. In this study, the behavior characteristics and performance of reinforced-concrete beams retrofitted by PVA-ECC was investigated experimentally. The experimental results show that the resistance to torsional cracking is increased by PVA-ECC. In addition, the strain on the rebar of the specimen was found to be reduced.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.151-154
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2005
One of the most important characteristics of Engineered Cementitious Composite (ECC) is its strain hardening behavior up to $5\∼6\%$of stain under a tensile loading. So, the ductile behavior of ECC should be utilized in applications to maximize the performance of structures. Thus, in this study, the ductile behavior of ECC as a repair material applied to the tensile region under flexural loads is numerically examined using a developed numerical model. Several strain capacities of ECC are examined to predict the behavior of ECC strengthened flexural structures. The results show that a certain optimal level of ductility in ECCs for repair applications exists and it is an important factor to consider when using ECC as a repairing material.
In order to enhance the greenness in the strain-hardening composites and to reduce the high cost of typical polyvinyl alcohol fiber reinforced engineered cementitious composite (PVA-ECC), an affordable strain-hardening composite with green binder content has been proposed. For optimizing the strain-hardening behavior of cementitious composites, this paper investigates the effects of polypropylene fibers on the first cracking strength, fracture properties, and micromechanical parameters of cementitious composites. For this purpose, digital image correlation (DIC) technique was utilized to monitor crack propagation. In addition, to have an in-depth understanding of fiber/matrix interaction, scanning electron microscope (SEM) analysis was used. To understand the effect of fibers on the strain hardening behavior of cementitious composites, ten mixes were designed with the variables of fiber length and volume. To investigate the micromechanical parameters from fracture tests on notched beam specimens, a novel technique has been suggested. In this regard, mechanical and fracture tests were carried out, and the results have been discussed utilizing both fracture and micromechanical concepts. This study shows that the fiber length and volume have optimal values; therefore, using fibers without considering the optimal values has negative effects on the strain-hardening behavior of cementitious composites.
Yonghun Lee;Jinwoo Kim;Jae-Hwan Kim;Tae-Sung Eom;Sang-Hyun Lee
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.6
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pp.182-192
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2023
In this study, the efficacy of Engineered Cementitious Composite(ECC) jacket for masonry fences subjected to lateral dynamic load was experimentally verified through a shaking table test, comparing it with the performance of an unreinforced masonry(URM) fence. Firstly, dominant frequencies, modal damping ratios and deformed shapes were identified through an impact hammer test. URM and ECC-strengthened fences with heights of 940mm and 970mm had natural frequencies of 6.4 and 35.3Hz, and first modal damping ratios of 7.0 and 5.3%, respectively. Secondly, a shaking table test was conducted in the out-of-plane direction, applying a historical earthquake, El Centro(1940) scaled from 25 to 300%. For the URM fence, flexural cracking occurred at the interface of brick and mortar joint(i.e., bed joint) at the ground motion scaled to 50%, and out-of-plane overturning failure followed during the subsequent test conducted at the ground motion scaled to 30%. On the other hand, the ECC-jacketed fence showed a robust performance without any crack or damage until the ground motion scaled to 300%. Finally, the base shear forces exerted upon the URM and ECC-jacketed fences by the ground motions scaled to 25~300% were evaluated and compared with the ones calculated according to the design code. In contrast to the collapse risk of the URM fence at the ground motion of 1,000-year return period, the ECC-jacketed fence was estimated to remain safe up to the 4,800-year return period ground motion.
This study aims to characterize the multiple cracking behavior of HTPP-ECC (High tenacity polypropylene fiber reinforced engineered cementitious composites) by Digital Image Correlation (DIC) Method. Digital images have been captured from a dogbone shaped HTPP-ECC specimen exhibiting 3.1% tensile ductility under loading. Images analyzed by VIC-2D software and ${\varepsilon}_{xx}$ strain maps have been obtained. Crack widths were computed from the ${\varepsilon}_{xx}$ strain maps and crack width distributions were determined throughout the specimen. The strain values from real LVDTs were also compared with virtual LVDTs digitally attached on digital images. Results confirmed that it is possible to accurately monitor the initiation and propagation of any single crack or multiple cracks by DIC at the whole interval of testing. Although the analysis require some post-processing operations, DIC based crack analysis methodology can be used as a promising and versatile tool for quality control of HTPP-ECC and other strain hardening composites.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.1009-1012
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2008
The fiber dispersion performance in fiber-reinforced cementitious composites is a crucial factor with respect to achieving desired mechanical performance. However, evaluation of the fiber dispersion performance in the composite PVA-ECC(Polyvinyl alcohol-Engineered Cementitious Composite) is extremely challenging because of the low contrast of PVA fibers with the cement-based matrix. In the present work, an enhanced fiber detection technique is developed and demonstrated. Using a fluorescence technique on the PVA-ECC, PVA fibers are observed as green dots in the cross-section of the composite. After capturing the fluorescence image with a Charged Couple Device(CCD) camera through a microscope. The fibers are more accurately detected by employing a series of process based on a categorization, watershed segmentation, and morphological reconstruction.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.1
no.1
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pp.11-18
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2007
In the recent design of high ductile engineered cementitious composites (ECC), optimizing both processing and mechanical properties for specific applications is critical. This study employs a method to develop useful ECC produced with slag particles (slag-ECC) in the field, which possesses different fluid properties to facilitate diverse types of processing (i.e., self-consolidating or spray processing). Control of rheological modulation was regarded as a key factor to allow the performance of the desired processing while retaining the ductile material properties. To control the rheological properties of the composite, the basic slag-ECC composition was initially obtained, determined based on micromechanics and steady-state cracking theory. The stability and consequent viscosity of the suspensions were then mediated by optimizing the dosage of the chemical and mineral admixtures. The rheological properties altered through this approach were revealed to be effective in obtaining ECC-hardened properties, represented by pseudo strain-hardening behavior in uniaxial tension, allowing the readily achievement of the desired function of the fresh ECC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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