Background: Fibers in concrete resist the growth of cracks and enhance the postcracking behavior of structures. The addition of fibers into a conventional reinforced concrete can improve the structural and functional performance of safety-related concrete structures in nuclear power plants. Methods: The influence of fibers on the ultimate internal pressure capacity of a prestressed concrete containment vessel (PCCV) was investigated through a comparison of the ultimate pressure capacities between conventional and fiber-reinforced PCCVs. Steel and polyamide fibers were used. The tension behaviors of conventional concrete and fiber-reinforced concrete specimens were investigated through uniaxial tension tests and their tension-stiffening models were obtained. Results: For a PCCV reinforced with 1% volume hooked-end steel fiber, the ultimate pressure capacity increased by approximately 12% in comparison with that for a conventional PCCV. For a PCCV reinforced with 1.5% volume polyamide fiber, an increase of approximately 3% was estimated for the ultimate pressure capacity. Conclusion: The ultimate pressure capacity can be greatly improved by introducing steel and polyamide fibers in a conventional reinforced concrete. Steel fibers are more effective at enhancing the containment performance of a PCCV than polyamide fibers. The fiber reinforcementwas shown to bemore effective at a high pressure loading and a lowprestress level.
In this study, effect of steel fibers on toughness and some mechanical properties of concrete were investigated. Hooked-end steel fibers were used in concrete samples with three volume fractions (${\nu}_f$) of 0.5%, 0.75% and 1% and for two aspect ratios (l/d) of 45 and 65. Compressive and flexural tensile strength and modulus of elasticity of concrete were determined for cylindrical, cubic and prismatic samples at the age of 7 and 28 days. The stress-strain curves of standard cylindrical specimens were studied to determine the effect of steel fibers on toughness of steel-fiber-reinforced concrete (SFRC). In addition, the relationship between compressive strength and the flexural tensile strength of SFRC were reported. Finally, a simple model was proposed to generate the stress-strain curves for SFRC based on strains corresponding to the peak compressive strength and 60% of peak compressive stress. The proposed model was shown to provide results in good correlation with the experimental results.
While ultra-high performance concrete (UHPC) is commonly reinforced with micro straight steel fibers in existing applications, studies have indicated that the use of deformed steel macro-fibers leads to enhanced ductility and post-peak responses for UHPC structural elements, which is of particular importance for earthquake-resistant structures. However, there are potential concerns regarding the use of UHPC reinforced with macro-fibers due to the issues of workability and fiber distribution. The objective of this study was to address these issues by extensively investigating the restricted and non-restricted deformability, filling ability, horizontal and vertical velocities, and passing ability of UHPC containing macro hooked-end steel fibers. A new approach is suggested to examine the homogeneity of fiber distribution in UHPC. The influences of ultra-fine fillers and steel macro-fibers on the workability of fresh UHPC and the mechanics of hardened UHPC were examined. It was found that although increasing the ratio of quartz powder to cement led to an improvement in the workability and tensile strain hardening behavior of UHPC, it reduced the fiber distribution homogeneity. The addition of 1% volume fraction of macro-fibers in UHPC improved workability, but reduced its compressive strength, which is contrary to the effect of micro-fiber inclusion in UHPC.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.2
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pp.111-118
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2020
In this paper, the flexural creep behavior of hooked-end steel fiber reinforced high-strength concrete was evaluated to investigate the steel fiber content influence on long-term behavior of flexural members. An experimental program consisted of nine prismatic beam specimens with dimensions of 150 × 150 × 600mm reinforced with different contents of steel fiber (0, 0.75 and 1.5% at the volume fraction). To introduce flexural creep loading to notched prismatic beam specimens, a four-point bending test setup was used. The sustained load with 40% of the flexural strength was applied by means of a lever system and controlled by a load cell for 90 days. During sustained loading, crack mouth opening displacement (CMOD) was monitored. Conventional flexural test after creep tests were carried out to evaluate the residual capacity of each specimen. Test results showed that steel fiber content has a significant effect on the flexural creep behavior of high-strength concrete and long-term flexural load with 40% of flexural strength doesn't generate negative effects on the residual capacity of steel fiber reinforced high-strength concrete.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.17
no.2
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pp.167-174
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2017
This research investigated the mechanical performance of slurry infiltrated high performance fiber reinforced cementitious composite (SI-HPFRCC) with high volume blast furnace slag powder. Hooked-end steel fibers (volume fraction of 6.4%) were used for the fabrication of SI-HPFRCC. A series of mechanical performance test was conducted including strength and toughness of SI-HPFRCC in compressive and flexural mode at four different ages. Compressive and flexural strength tests of the slurry matrix at the same ages were also conducted in order to evaluate fiber reinforcing effect on the mechanical performance. The flexural response of SI-HPFRCC shows an increasing brittleness with age. The compressive response also shows an increasing brittleness with age but the degree of brittleness is much lower than the flexural case. In terms of strength, SI-HPFRCC shows about 140~190% of compressive strength improvement and 440~500% flexural strength improvement comparing to the slurry matrix.
The addition of steel fiber with concrete significantly improves the engineering properties of structural members, notably shear strength. The purpose of this study is to determine the steel fiber shape, aspect ratio and volume fraction ratio in a point of practical usage as structural members. Steel fiber factor and volume fraction are also considered to verify the strengthening effect in member level. From the reviewing of previous researches and analyzing of consecutive material test results, the optimum shape and length of steel fiber, which can have a good strengthening effects were defined as a hooked end type and larger than 1.5 times of maximum gravel size. Analyzing the test results of strength and deformation capacity, aspect ratio 75 and volume fraction $1.5\%$ can be having a maximum strengthening effect of steel fiber. Also steel fiber factor, tensile splitting strength, and flexural strength are found as key parameter in shear strengthening effect in member level.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.12
no.2
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pp.183-193
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2012
Compressive property of high strength concrete with amorphous metal fibers subject to high temperature has been investigated. The measure of this investigation includes explosive spalling, weight loss, residual compressive strength, strain at peak stress, elastic modulus, and residual energy absorption capacity after exposure to $400^{\circ}C$, $600^{\circ}C$and $800^{\circ}C$. In addition to the amorphous metal fiber, two other types of fibers (polypropylene fiber and hooked-end steel fiber) were also included in this investigation for comparison. The experimental program was conducted with high strength concrete using several combinations of the fiber types. The testing result shows that the concrete with amorphous metal fibers plus polypropylene fibers shows a superior behavior than those using other combination or single fiber type ingredient.
Dadmand, Behrooz;Pourbaba, Masoud;Sadaghian, Hamed;Mirmiran, Amir
Computers and Concrete
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v.26
no.5
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pp.451-465
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2020
This paper presents experimental and numerical investigations on mechanical properties of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) with four types of steel fibers; micro steel (MS), crimped (C), round crimped (RC) and hooked-end (H), in two fiber contents of 1% and 2% (by volume) and two lengths of 13 and 30 mm. Compression, direct tension, and four-point bending tests were carried out on four types of specimens (prism, cube, dog-bone and cylinder), to study tensile and flexural strength, fracture energy and modulus of elasticity. Results were compared with UHPC specimens without fibers, as well as with available equations for the modulus of elasticity. Specimens with MS fibers had the best performance for all mechanical properties. Among macro fibers, RC had better overall performance than H and C fibers. Increased fibers improved all mechanical properties of UHPFRC, except for modulus of elasticity, which saw a negligible effect (mostly less than 10%). Moreover, nonlinear finite element simulations successfully captured flexural response of UHPFRC prisms. Finally, nonlinear regression models provided reasonably well predictions of flexural load-deflection behavior of tested specimens (coefficient of correlation, R2 over 0.90).
The past earthquakes revealed the importance of the design of moment-resisting reinforced concrete framed structures with ductile behavior. Due to seismic activity, failures in framed structures are widespread in beam-column joints. Hence, the joints must be designed to possess sufficient strength and stiffness. This paper investigates the effects of fibers on the ductility of hybrid fiber reinforced self-compacting concrete (HFRSCC) when subjected to seismic actions; overcoming bottlenecks at the beam-column joints has been studied by adding low modulus sisal fiber and high modulus steel fiber. For this, the optimized dose of hooked end steel fiber content (1.5%) was kept constant, and the sisal fiber content was varied at the rate of 0.1%, up to 0.3%. The seismic performance parameters, such as load-displacement behavior, ductility, energy absorption capacity, stiffness degradation, and energy dissipation capacity, were studied. The ductility factor and the cumulative energy dissipation capacity of the hybrid fiber (steel fiber, 1.5% and sisal fiber, 0.2%) added beam-column joint specimen is 100% and 121% greater than the control specimen, respectively. And also the stiffness of the hybrid fiber reinforced specimen is 100% higher than the control specimen. Thus, the test results showed that adding hybrid fibers instead of mono fibers could significantly enhance the seismic performance parameters. Therefore, the hybrid fiber reinforced concrete with 1.5% steel and 0.2% sisal fiber can be effectively used to design structures in seismic-prone areas.
This work performed to analyses the impact of hooked end steel fibres on the mechanical properties of high performance concrete. The mechanical properties considered incorporate compressive strength, split tensile strength and flexural strength. Taking in to thought parameters, such as, volume fraction of fibres, fibre aspect ratio and grade of concrete, a logical strategy called Taguchi technique was utilized to discover the ideal blend of factors. L9 Orthogonal Array (OA) of Taguchi network comprising of three variables and three dimensions is utilized in this work. The evaluations of concrete considered were M60, M80 and M100. M60 contained 15% of metakaolin as bond swap though for M80 it was 5% of metakaolin and for M100 it was 10% metakaolin and 10% of silica smolder. The volume portion of fiber was fluctuated by 0.5%; 1% and 1.5% and the viewpoints proportions considered were 50, 60 and 80. The test outcomes demonstrate that incorporation of steel fibres enhance significantly the the strength characteristics of concrete, predominantly the splitting tensile strength and flexural strength. In light of relapse investigation of the test information scientific models were produced for compressive strength, split tensile strength and flexural strength of the steel fibre-reinforced high performance concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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