This paper has presented an effective and accurate meso-scale finite element model for simulating the fracture process of concrete under compression-shear loading. In the proposed model, concrete is parted into four important phases: aggregates, cement matrix, interfacial transition zone (ITZ), and the initial defects. Aggregate particles were modelled as randomly distributed polygons with a varying size according to the sieve curve developed by Fuller and Thompson. With regard to initial defects, only voids are considered. Cohesive elements with zero thickness are inserted into the initial mesh of cement matrix and along the interface between aggregate and cement matrix to simulate the cracking process of concrete. The constitutive model provided by ABAQUS is modified based on Wang's experiment and used to describe the failure behaviour of cohesive elements. User defined programs for aggregate delivery, cohesive element insertion and modified facture constitutive model are developed based on Python language, and embedded into the commercial FEM package ABAQUS. The effectiveness and accuracy of the proposed model are firstly identified by comparing the numerical results with the experimental ones, and then it is used to investigate the effect of meso-structure on the macro behavior of concrete. The shear strength of concrete under different pressures is also involved in this study, which could provide a reference for the macroscopic simulation of concrete component under shear force.
Han, Sun-Jin;Kim, Jae Hyun;Choi, Seung-Ho;Heo, Inwook;Kim, Kang Su
Structural Engineering and Mechanics
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제84권3호
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pp.311-321
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2022
In the buildings with long spans and high floors, such as logistics warehouses and semiconductor factories, it is difficult to install supporting posts under beams during construction. Therefore, the size of structural members becomes larger inevitably, resulting in a significant increase in construction costs. Accordingly, a prestressed hybrid wide flange (PHWF) beam with hollowed steel webs was developed, which can reduce construction costs by making multiple openings in the web of the steel member embedded in concrete. However, since multiple openings exist and prestress is introduced only into the bottom flange concrete, it is necessary to identify the shear resistance mechanism of the PHWF beam. This study presents experimental shear tests of PHWF beams with hollowed steel webs. Four PHWF beams with cast-in-place (CIP) concrete were fabricated, with key variables being the width and spacing of the steel webs embedded in the concrete and the presence of shear reinforcing bars, and web-shear tests were conducted. The shear behavior of the PHWF beam, including crack patterns, strain behavior of steel webs, and composite action between the prestressed bottom flange and CIP concrete, were measured and analyzed comprehensively. The test results showed that the steel web resists external shear forces through shear deformation when its width is sufficiently large, but as its width decreased, it exerted its shear contribution through normal deformation in a manner similar to that of shear reinforcing bars. In addition, it was found that stirrups placed on the cross section where the steel web does not exist contribute to improving the shear strength and deformation capacity of the member. Based on the shear behavior of the specimens, a straightforward calculation method was proposed to estimate the web-shear strength of PHWF beams with CIP concrete, and it provided a good estimation of the shear strength of PHWF beams, more accurate than the existing code equations.
CFT 기둥은 시공이 간단하고 경제적이며 구조성능이 우수한 현장타설 매입형 연결 형식이다. 본 연구에서는 모듈러 교각에 적용되는 CFT 기둥-기초 연결부 형식을 제안하고, 실험을 통하여 구조성능을 평가하였다. 기둥-기초 연결부의 구조성능을 평가하기 위해서 기초부 콘크리트에 매입되는 CFT 기둥의 매입깊이를 변수로 총 4개의 실험체를 제작하여 실험을 수행하였다. 준정적 실험결과, 매입깊이가 0.6D인 실험체에서는 낮은 하중단계에서 기초부의 콘파괴로 인하여 상대적으로 낮은 연성능력을 보였다. 그러나 매입깊이가 0.9D 이상인 실험체에서는 기초부의 콘파괴가 방지되고 CFT 기둥 하단부에서 전형적인 휨파괴 거동을 보이며 높은 연성능력을 발휘하였다. 하중-변위 이력곡선, 변위 연성도 및 에너지 소산능력 등을 분석한 결과, 제안된 CFT 기둥-기초 연결부의 매입깊이는 0.9D~1.2D 수준이 내진성능을 발휘하는 합리적인 수준인 것으로 평가되었다.
This study aims to investigate the influence of individual and hybrid fiber on the local bond-slip behavior of medium and high strength concrete after exposure to different high temperatures. Tests were conducted on local pullout specimens (150 mm cubes) with a reinforcing bar embedded in the center section. The embedment lengths in the pullout specimens were three times the bar diameter. The parameters investigated include concrete type (control group: ordinary concrete; experimental group: fiber concrete), concrete strength, fiber type and targeted temperature. The test results showed that the ultimate bond stress in the local bond stress versus slip curve of the high strength fiber reinforced concrete was higher than that of the medium strength fiber reinforced concrete. In addition, the use of hybrid combinations of steel fiber and polypropylene fiber can enhance the residual bond strength ratio of high strength concrete.
Zhao, Huajing;Li, Qingning;Song, Can;Jiang, Haotian;Zhao, Jun
Steel and Composite Structures
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제24권1호
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pp.1-13
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2017
In order to improve the deformation capacity of the high-strength concrete shear wall, five high-strength concrete shear wall specimens confined with high-strength rectangular spiral reinforcement (HRSR) possessing different parameters, were designed in this paper. One specimen was only adopted high-strength rectangular spiral hoops in embedded columns, the rest of the four specimens were used high-strength rectangular spiral hoops in embedded columns, and high-strength spiral horizontal distribution reinforcement were used in the wall body. Pseudo-static test were carried out on high-strength concrete shear wall specimens confined with HRSR, to study the influence of the factors of longitudinal reinforcement ratio, hoop reinforcement form and the spiral stirrups outer the wall on the failure modes, failure mechanism, ductility, hysteresis characteristics, stiffness degradation and energy dissipation capacity of the shear wall. Results showed that using HRSR as hoops and transverse reinforcements could restrain concrete, slow load carrying capacity degeneration, improve the load carrying capacity and ductility of shear walls; under the vertical force, seismic performance of the RC shear wall with high axial compression ratio can be significantly improved through plastic hinge area or the whole body of the shear wall equipped with outer HRSR.
Current form of Corrugated-strip connectors are not popular due to the fact that the two ends of this form need to be welded to steel face plates. To overcome this difficulty, a new system is proposed in this work. In this system, bi-directional corrugated-strip connectors are used in pairs, and only one of their ends is welded to the steel face plates on each side. The other end is embedded in the concrete core. To assemble the system, common welding devices are required, and welding process can be performed in the construction sites. By performing the Push-out test under static loading, the authors experimentally assess the effects of geometric parameters on ductility, failure modes and the ultimate shear strength of the aforesaid connectors. For this purpose, sixteen experimental samples are prepared and investigated. For fifteen of these samples, one end of the shear connectors is welded to steel face plates, and the other end is embedded in the concrete. Another experimental sample is prepared in which both ends are welded to the steel face plates. According to the achieved results, several relations are proposed for predicting the ultimate shear strength and load vs. interlayer slip (load-slip) behavior of corrugated-strip connectors. Moreover, these formulas are compared with those of the well-known codes and standards. Accordingly, it is concluded that the authors' relations are more reliable.
Detection of cracks in concrete beams using optical fiber sensors is useful for monitoring of concrete structures. In this study, optical time domain reflectometry (OTDR) is used to detect cracks. Resolution of OTDR is the main contributor to detect cracks in concrete structures. The OTDR used in this study can detect cracks with high precision of 0.5 m. Two mortar beams, reinforced with a 19 mm diameter steel bar, are made with the dimensions of 140 mm (width) ${\times}$ 200 mm (depth) ${\times}$ 2.000 mm (length). Two fibers are embedded inside each beam and two fibers are attached under the beams. The application of measurement system which consists of fiber and FC/PC connecter is studied. For this, theory of optics, resolution, crack moment, and size of specimens are investigated. From the measured data, it is verified that fibers which are attached under the beam can detect the crack in beams effectively. However, fibers embedded inside the beam are unable to detect cracks in beams using the OTDR in this study.
본 논문에서는 UHF RFID 시스템을 콘크리트 블록에 매립하기 위해 다양한 종류의 RFID tag를 선택하여 실험한다. 매립된 tag의 수신율을 측정하기 위해 매립 깊이를 달리하고, 재질을 바꿔가며 감쇄율을 측정한다. 실험결과에서 콘크리트의 혼합비율은 성능에 큰 영향을 주지 않는 것을 알 수 있다. 본 연구는 GPS 신호를 사용할 수 없는 유비쿼터스 환경의 실내에서 위치기반의 서비스를 위해서 필요한 위치정보를 얻어 내는 방법인 RFID 시스템의 기반시설 매립에 초점을 맞춰 진행한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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