Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.13-16
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2008
In a tension-controlled section, all steel tension reinforcement is assumed to yield at ultimate when using the strength design method to calculate the nominal flexural strength of members with steel reinforcement arranged in multiple layers. Therefore, the tension force is assumed to act at the centroid of the reinforcement with a magnitude equal to the area of tension reinforcement times the yield strength of steel. Because FRP materials have no plastic region, the stress in each reinforcement layer will vary depending on its distance from the neutral axis. Similarly, if different types of FRP bars are used to reinforce the same member, the stress level in each bar type will vary, and the member will show different behavior from our expectation. In this study, six high-strength concrete beam specimens reinforced with conventional steels, CFRP bars, and GFRP bars as flexural reinforcements were constructed and tested. The members reinforced with hybrid reinforcements showed higher stiffness, smaller crack width, and better ductility than the members reinforced with single type of FRP bars.
Saw wires have been widely used in industries to slice silicon (Si) ingots into thin wafers for semiconductor fabrication. This study investigated the microstructural and mechanical properties, such as abrasive wear and tensile properties, of a saw wire sample of 0.84 wt.% carbon steel with a 120 ${\mu}M$ diameter. The samples were subjected to heat treatment at different linear velocities of the wire during the patenting process and two different wear tests were performed, 2-body abrasive wear (grinding) and 3-body abrasive wear (rolling wear) tests. With an increasing linear velocity of the wire, the tensile strength and microhardness of the samples increased, whereas the interlamellar spacing in a pearlite structure decreased. The wear properties from the grinding and rolling wear tests exhibited an opposite tendency. The weight loss resulting from grinding was mainly affected by the tensile strength and microhardness, while the diameter loss obtained from rolling wear was affected by elongation or ductility of the samples. This result demonstrates that the wear mechanism in the 3-body wear test is much different from that for the 2-body abrasive wear test. The ultra-high tensile strength of the saw wire produced by the drawing process was attributed to the pearlite microstructure with very small interlamellar spacing as well as the high density of dislocation.
Twinning-induced plasticity (TWIP) steels with the austenite structure containing high manganese exhibit both good strength and excellent formability. Such properties originate from crystallographic slip and mechanical twins produced when the austenite structure is under mechanical stress. There are 12 twin systems, referred to as twin variants, when slip is induced. These twin systems include twin planes and twin directions and play an important role in determining strength and ductility of the material by strongly influencing texture formation of the austenite structure. In the present study, twins produced in a high-Mn TWIP steel as a result of uniaxial tension were observed using a transmission electron microscope; a comparative analysis was performed through interaction energy calculations. Electron diffraction was used to determine the twin system with respect to the uniaxial tension direction in each grain. Both the Schmid factors and interacting energies required for the generation of twins were calculated and subsequently compared with experimental results. This approach demonstrated the possibility of predicting the deformation behavior of the material.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.1
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pp.55-63
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2012
This paper presents materials and processing technique to manufacture low viscous strain-hardening cementitious composite which is suitable for structures requiring low viscosity of materials. The micromechanics and fracture mechanics tools coupled with processing techniques were adopted to achieve low viscosity of composites as well as high tensile strain capacity. Optimal volume and length of fibers and interfacial properties between fibers and matrix for composites with tensile strength of 2~3MPa were determined on the basis of the micromechanical analysis and the steady-state cracking theory. Then six mixtures were determined and the experiment was carried out to evaluate the viscosity and uniaxial tensile performance of those. From the test results, it is verified that the strain-hardening cementitious composite with low viscosity suitable for grouting applications in fresh state as well as high ductility over 1.5% in hardened state can be feasible.
Zaheer, Mohd Moonis;Jafri, Mohd Shamsuddin;Sharma, Ravi
Advances in concrete construction
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v.8
no.3
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pp.207-215
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2019
Application of nanotechnology can be used to tailor made cementitious composites owing to small dimension and physical behaviour of resulting hydration products. Because of high aspect ratio and extremely high strength, carbon nanotubes (CNTs) are perfect reinforcing materials. Hence, there is a great prospect to use CNTs in developing new generation cementitious materials. In the present paper, a parametric study has been conducted on cementitious composites reinforced by two types of multi walled carbon nanotubes (MWCNTs) designated as Type I CNT (10-20 nm outer dia.) and Type II CNT (30-50 nm outer dia.) with various concentrations ranging from 0.1% to 0.5% by weight of cement. To evaluate important properties such as flexural strength, strain to failure, elastic modulus and modulus of toughness of the CNT admixed specimens at different curing periods, flexural bending tests were performed. Results show that composites with Type II CNTs gave more strength as compared to Type I CNTs. The highest increase in strength (flexural and compressive) is of the order of 22% and 33%, respectively, compared to control samples. Modulus of toughness at 28 days showed highest improvement of 265% for Type II 0.3% CNT composites. It is obvious that an optimum percentage of CNT could exists for composites to achieve suitable reinforcement behaviour and desired strength properties. Based on the parametric study, a tentative optimum CNT concentration (0.3% by weight of cement) has been proposed. Scanning electron microscope image shows perfect crack bridging mechanism; several of the CNTs were shown to act as crack arrestors across fine cracks along with some CNTs breakage.
Chen, Ping;Qiu, Bowen;Li, Yuanming;Wu, Yingwei;Hui, Yongbo;Deng, Yangbin;Zhang, Kun
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.4
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pp.1236-1249
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2021
Although there are still controversial opinions and uncertainty on application of SiCf/SiC composite cladding as next-generation cladding material for its great oxidation resistance in high temperature steam environment and other outstanding advantages, it cannot deny that SiCf/SiC cladding is a potential accident tolerant fuel (ATF) cladding with high research priority and still in the engineering design stage for now. However, considering its disadvantages, such as low irradiated thermal conductivity, ductility that barely not exist, further evaluations of its in-pile behaviors are still necessary. Based on the self-developed code we recently updated, relevant thermohydraulic and mechanical models in FROBA-ATF were applied to simulate the cladding behaviors under normal and accident conditions in this paper. Even through steady-state performance analysis revealed that this kind of cladding material could greatly reduce the oxidation thickness, the thermal performance of UO2-SiC was poor due to its low inpile thermal conductivity and creep rate. Besides, the risk of failure exists when reactor power decreased. With geometry optimization and dopant addition in pellets, the steady-state performance of UO2-SiC was enhanced and the failure risk was reduced. The thermal and mechanical performance of the improved UO2-SiC was further evaluated under Loss of coolant accident (LOCA) and Reactivity Initiated Accident (RIA) conditions. Transient results showed that the optimized ATF had better thermal performance, lower cladding hoop stress, and could provide more coping time under accident conditions.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.35
no.4
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pp.135-146
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2019
Deep beam has high section modules compared with shallow beam of the same weight. However, deep beam has low rotational capacity and high possibility of brittle failure so it is not possible to apply deep beams with a long span to intermediate moment frames, which should exhibit a ductility of 0.02rad of a story drift angle of steel moment frames. Accordingly, KBC and AISC limit the beam depth for intermediate and special moment frame to 750mm and 920mm respectively. The purpose of this paper is to improve the seismic performance of intermediate moment frame with 1200mm depth beam. In order to enhance vulnerability of plastic deformation capacity of deeper beam, Multi-Reduced Taper Beam(MRTB) shape that thickness of beam flange is reinforced and at the same time some part of the beam flange width is weakened are proposed. Based on concept of multiple plastic hinge, MRTB is intended to satisfy the rotation requirement for intermediate moment frame by dividing total story drift into each hinge and to prevent the collapse of the main members by inducing local buckling and fracture at the plastic hinge location far away from connection. The seismic performance of MRTB is evaluated by cyclic load test with conventional connections type WUF-W, RBS and Haunch. Some of the proposed MRTB connection satisfies connection requirements for intermediate moment frame and shows improved the seismic performance compared to conventional connections.
The present study experimentally and analytically investigated the push-out behaviour of H-shaped steel section embedded in ultrahigh-performance fibre-reinforced concrete (UHPFRC). The effect of significant parameters such as the concrete types, fibre content, embedded steel length, transverse reinforcement ratio and concrete cover on the bond stress, development of bond stress along the embedded length and failure mechanism has been reported. The test results show that the bond slip behaviour of steel-UHPFRC is different from the bond slip behaviour of steel-normal concrete and steel-high strength concrete. The bond-slip curves of steel-normal concrete and steel-high strength concrete exhibit brittle behaviour, and the bond strength decreases rapidly after reaching the peak load, with a residual bond strength of approximately one-half of the peak bond strength. The bond-slip curves of steel-UHPFRC show an obvious ductility, which exhibits a unique displacement pseudoplastic effect. The residual bond strength can still reach from 80% to 90% of the peak bond strength. Compared to steel-normal concrete, the transverse confinement of stirrups has a limited effect on the bond strength in the steel-UHPFRC substrate, but a higher stirrup ratio can improve cracking resistance. The experimental campaign quantifies the local bond stress development and finds that the strain distribution in steel follows an exponential rule along the steel embedded length. Based on the theory of mean bond and local bond stress, the present study proposes empirical approaches to predict the ultimate and residual bond resistance with satisfactory precision. The research findings serve to explain the interface bond mechanism between UHPFRC and steel, which is significant for the design of steel-UHPFRC composite structures and verify the feasibility of eliminating longitudinal rebars and stirrups by using UHPFRC in composite columns.
Mohabeddine, Anis I.;Eshaghi, Cyrus;Correia, Jose A.F.O.;Castro, Jose M.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.4
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pp.447-456
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2022
Recent experimental studies showed that deep steel I-shaped profiles classified as high ductility class sections in seismic design international codes exhibit low deformation capacity when subjected to cyclic loading. This paper presents an innovative retrofit solution to increase the rotation capacity of beams using bonded carbon fiber reinforced polymers (CFRP) patches validated with advanced finite element analysis. This investigation focuses on the flexural cyclic behaviour of I-shaped hot rolled steel deep section used as beams in moment-resisting frames (MRF) retrofitted with CFRP patches on the web. The main goal of this CFRP reinforcement is to increase the rotation capacity of the member without increasing the overstrength in order to avoid compromising the strong column-weak beam condition in MRF. A finite element model that simulates the cyclic plasticity behavior of the steel and the damage in the adhesive layer is developed. The damage is modelled using the cohesive zone modelling (CZM) technique that is able to capture the crack initiation and propagation. Details on the modelling techniques including the mesh sensitivity near the fracture zone are presented. The effectiveness of the retrofit solution depends strongly on the selection of the appropriate adhesive. Different adhesive types are investigated where the CZM parameters are calibrated from high fidelity fracture mechanics tests that are thoroughly validated in the literature. This includes a rigid adhesive commonly found in the construction industry and two tough adhesives used in the automotive industry. The results revealed that the CFRP patch can increase the rotation capacity of a steel member considerably when using tough adhesives.
Haeum Park;Yeon Woo Kim;Seungyeon Lee;Kyung Tae Kim;Ji-Hun Yu;Jung Gi Kim;Jeong Min Park
Journal of Powder Materials
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v.30
no.2
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pp.140-145
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2023
Although the Ti-6Al-4V alloy has been used in the aircraft industry owing to its excellent mechanical properties and low density, the low formability of the alloy hinders broadening its applications. Recently, laser-powder bed fusion (L-PBF) has become a novel process for overcoming the limitations of the alloy (i.e., low formability), owing to the high degree of design freedom for the geometry of products having outstanding performance used in high-tech applications. In this study, to investigate the effect of bulk shape on the microstructure and mechanical properties of L-PBFed Ti-6Al-4V alloys, two types of samples are fabricated using L-PBF: thick and thin samples. The thick sample exhibits lower strength and higher ductility than the thin sample owing to the larger grain size and lower residual dislocation density of the thick sample because of the heat input during the L-PBF process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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