The main aim of this research was to investigate the shear strength of non-prismatic steel fiber reinforced concrete beams under monotonic loading considering different parameters. Experimental program included tests on fifteen non-prismatic reinforced concrete beams divided into three groups. For the first and the second groups, different parameters were taken into consideration which are: steel fibers content, shear span to minimum depth ratio ($a/d_{min}$) and tapering angle (${\alpha}$). The third group was designed mainly to optimize the geometry of the non-prismatic concrete beams with the same concrete volume while the steel fiber ratio and the shear span were left constant in this group. The presence of steel fibers in concrete led to an increase in the load-carrying capacity in a range of 10.25%-103%. Also, the energy absorption capacity was increased due to the addition of steel fibers in a range of 18.17%-993.18% and the failure mode was changed from brittle to ductile. Tapering angle had a clear effect on the shear strength of test specimens. The increase in tapering angle from ($7^{\circ}$) to ($12^{\circ}$) caused an increase in the ultimate shear capacity for the test specimens. The maximum increase in ultimate load was 45.49%. The addition of steel fibers had a significant impact on the post-cracking behavior of the test specimens. Empirical equation for shear strength prediction at cracking limit state was proposed. The predicted cracking shear strength was in good agreement with the experimental findings.
Using the finite element method and Taguchi's design technique, the displacement in vertical direction, von Mises stress, and strain energy of the corrugation damper have been analyzed as functions of the extruded length and the thickness of the corrugation damper, and the upper and lower corner radii of the damper. The optimized profile design elements of a corrugation damper are very important for increasing a strain energy absorption capacity of a helmet structure, which is attacked by impulsive external forces. In this study, the optimized design data based on the Taguchi's method was computed as a corrugation damper length of L = 20 mm, a damper thickness of t = 2 mm, the upper corner radius of $R_1=4\;mm$, and the lower corner radius of $R_2=3\;mm$. The optimized design parameters of a corrugation damper indicated that the thickness and extruded length of a corrugation damper may affect to increase the strain energy, which absorbs the impact forces of the helmet.
Kim, Byeong-Gu;Tak, Byeong-Su;Jeong, Seung-Reung;Jeong, Min-Jae;Hur, Bo-Young
Journal of Korea Foundry Society
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v.30
no.1
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pp.22-28
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2010
Metal foam is a porous or cellular structure material and representative property is a very high porosity. Foamed materials have very special properties such as sound, vibration, energy and impact absorption capacity. Especially this properties are widely used for safety demands of architecture, auto and aircraft industry. But metal foam need to increased its compression strength and hardness. This study were researched about Al-Si alloy foams with variation amount of Si contents for their fabrication and properties such as porosity, cell structure, microstructure and mechanical properties. The result are that the range of pore size is 2~4 $mm{\phi}$, the high porosity are 88%, high yield strength is 1.8MPa, the strain ratio is 60~70% and vickers hardness is 33.1~50.6.
Mg hydride has a high hydrogen capacity (7.6%), at high temperature, and is a lightweight and low cost material, thus it a promising hydrogen storage material. However, its high operation temperature and very slow reaction kinetics are obstacles to practical application. In order to overcome these disadvantages of Mg hydride, graphene powder was added to it. The addition of graphene has been shown to reduce the operating temperature of dehydrogenation. Moreover, in this report the environmental aspects of $MgH_x$-Graphene composites are investigated by means of the environmental life cycle assessment (LCA) method. $MgH_x$-Graphene mixture was prepared by hydrogen induced mechanical alloy (HIMA). The synthesized powder was characterized by XRD(X-ray Diffraction). The hydrogenation behaviors were evaluated by using a Sievert's type automatic PCT apparatus. Such evaluation of Materials also conducted in the LCA. From the result of P-C-T(Pressure-Composition-Temperature) curves, the $MgH_x$-3wt.% graphene composite was evaluated as having a 5.86wt.% maximum hydrogen storage capacity, at 523K. From absorption kinetic testing, the $MgH_x$-7wt.% graphene composite was evaluated as having a maximum 6.94wt.%/ms hydrogen absorption rate, at 573K. Environment evaluation results for the $MgH_x$-graphene composites and other materials indicated environmental impact from the electric power used and from the materials themselves.
This paper presents a study on the crashworthiness of the scaled-down stiffened panels used on a Korean icebreaker. In order to validate the crashworthiness of the panels, this paper provides various mechanical properties such as the results of a CVN test, quasi-static tensile test, and high-speed tensile test at arctic temperatures. Two types of steels (EH32 and FH32) were chosen for the material tests. CVN tests revealed that the two steels were equivalent up to −60℃ in terms of their impact energy absorption capacity. However, the toughness of FH32 was significantly superior to that of EH32. EH32 showed slightly higher flow stresses at all temperature levels compared to FH32. The improvement ratios of the yield strengths, tensile strengths, plastic hardening exponents, etc. for FH32, which were obtained from quasi-static tensile tests, showed an apparent ascending tendency with a decrease in temperature. Dynamic tensile test results were obtained for the two temperatures levels of 20℃ and −60℃ with two plastic strain rate levels of 1 s−1 and 100 s−1. A closed form empirical formula proposed by Choung et al. (2011;2013) was shown to be effective at predicting the flow stress increase due to a strain rate increase.
Geopolymer concrete production is interesting as it is an alternative to portland cement concrete. However, workability, setting time and strength expectations limit the sustainable application of geopolymer concrete in practice. This study aims to improve the production of geopolymer concrete to mitigate these drawbacks. The improvement in the workability and setting time were achieved with the additional use of NaOH solution whereas an increase in the strength was gained with the addition of recycled steel fibers from waste tires. In addition, the use of 25% basalt powder instead of fly ash and the addition of recycled steel fibers from waste tires improved its environmental feature. The samples with steel fiber ratios ranging between 0.5% and 5% and basalt powder of 25%, 50% and 75% were tested under both compressive and flexure forces. The compressive and flexural capacities were significantly enhanced by utilizing recycled steel fibers from waste tires. However, decreases in these capacities were detected as the basalt powder ratio increased. In general, as the waste wire ratio increased, the compressive strength gradually increased. While the compressive strength of the reference sample was 26 MPa, when the wire ratio was 5%, the compressive strength increased up to 53 MPa. With the addition of 75% basalt powder, the compressive strength decreases by 60%, but when the 3% wire ratio is reached, the compressive strength is obtained as in the reference sample. In the sample group to which 25% basalt powder was added, the flexural strength increased by 97% when the waste wire addition rate was 5%. In addition, while the energy absorption capacity was 0.66 kN in the reference sample, it increased to 12.33 kN with the addition of 5% wire. The production phase revealed that basalt powder and waste steel wire had a significant impact on the workability and setting time. Furthermore, SEM analyses were performed.
Park, Gi-Joon;Kim, Won-Woo;Park, Jung-Jun;Moon, Jae-Heum;Kim, Sung-Wook
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.3
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pp.31-37
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2018
This study evaluates the dynamic tensile behavior of HPFRCC according to compressive strength levels of 100, 140 and 180 MPa. Firstly, the compressive stress-strain relationship of 100, 140 and 180 MPa class HPFRCC was analyzed. As a result, the compressive strengths were 112, 150 and 202 MPa, respectively, and the elastic modulus increased with increasing compressive strength. The static tensile strengths of HPFRCC of 100, 140 and 180 MPa were 10.7, 11.5 and 16.5 MPa, and tensile strength also increased with increasing compressive strength. On the other hand, static tensile strength and energy absorption capacity at 100 and 140 MPa class HPFRCC showed no significant difference according to the compressive strength level. It was influenced by the specification of specimen and the arrangement of steel fiber. As a result of evaluating the dynamic impact tensile strength of HPFRCC, tensile strength and dynamic impact factor of all HPFRCCs tended to increase with increasing strain rate from 10-1/s to 150/s. In the same strain rate range, the DIF of the tensile strength was measured higher as the compressive strength of HPFRCC was lower. It is considered that HPFRCC of 100 MPa is the best in terms of efficiency. Therefore, it is advantageous to use HPFRCC with high compressive strength when a high level of tensile performance is required, and it is preferable to use HPFRCC close to the target compressive strength for more efficient approach at a high strain rate such as explosion.
Yousry B.I. Shaheen;Ghada M. Hekal;Ahmed K. Fadel;Ashraf M. Mahmoud
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.6
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pp.611-633
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2024
This study intends to investigate the response of multi-cell (MC) beams to flexural loads in which the primary reinforcement is composed of both metallic and non-metallic materials. "Multi-cell" describes beam sections with multiple longitudinal voids separated by thin webs. Seven reinforced concrete MC beams measuring 300×200×1800 mm were tested under flexural loadings until failure. Two series of beams are formed, depending on the type of main reinforcement that is being used. A control RC beam with no openings and six MC beams are found in these two series. Series one and two are reinforced with metallic and non-metallic main reinforcement, respectively, in order to maintain a constant reinforcement ratio. The first crack, ultimate load, deflection, ductility index, energy absorption, strain characteristics, crack pattern, and failure mode were among the structural parameters of the beams under investigation that were documented. The primary variables that vary are the kind of reinforcing materials that are utilized, as well as the kind and quantity of mesh layers. The outcomes of this study that looked at the experimental and numerical performance of ferrocement reinforced concrete MC beams are presented in this article. Nonlinear finite element analysis (NLFEA) was performed with ANSYS-16.0 software to demonstrate the behavior of composite MC beams with holes. A parametric study is also carried out to investigate the factors, such as opening size, that can most strongly affect the mechanical behavior of the suggested model. The experimental and numerical results obtained demonstrate that the FE simulations generated an acceptable degree of experimental value estimation. It's also important to demonstrate that, when compared to the control beam, the MC beam reinforced with geogrid mesh (MCGB) decreases its strength capacity by a maximum of 73.33%. In contrast, the minimum strength reduction value of 16.71% is observed in the MC beams reinforced with carbon reinforcing bars (MCCR). The findings of the experiments on MC beams with openings demonstrate that the presence of openings has a significant impact on the behavior of the beams, as there is a decrease in both the ultimate load and maximum deflection.
Yi, Na Hyun;Kim, Sung Bae;Kim, Jang-Ho Jay;Cho, Yun Gu
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.5A
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pp.565-575
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2009
In recent years, there have been numerous explosion-related accidents due to military and terrorist activities. Such incidents caused not only damages to structures but also human casualties, especially in urban areas. To protect structures and save human lives against explosion accidents, better understanding of the explosion effect on structures is needed. In an explosion, the blast load is applied to concrete structures as an impulsive load of extremely short duration with very high pressure and heat. Generally, concrete is known to have a relatively high blast resistance compared to other construction materials. However, normal strength concrete structures require higher strength to improve their resistance against impact and blast loads. Therefore, a new material with high-energy absorption capacity and high resistance to damage is needed for blast resistance design. Recently, Ultra High Strength Concrete(UHSC) and Reactive Powder Concrete(RPC) have been actively developed to significantly improve concrete strength. UHSC and RPC, can improve concrete strength, reduce member size and weight, and improve workability. High strength concrete are used to improve earthquake resistance and increase height and bridge span. Also, UHSC and RPC, can be implemented for blast resistance design of infrastructure susceptible to terror or impact such as 9.11 terror attack. Therefore, in this study, the blast tests are performed to investigate the behavior of UHSC and RPC slabs under blast loading. Blast wave characteristics including incident and reflected pressures as well as maximum and residual displacements and strains in steel and concrete surface are measured. Also, blast damages and failure modes were recorded for each specimen. From these tests, UHSC and RPC have shown to better blast explosions resistance compare to normal strength concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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