The main goal of this study is to prepare a program for analyzing High Strength Steel Fibrous Reinforced Concrete (HSSFRC) slabs and predict the response and strength of the slab instead of preparing a prototype and testing it in the laboratory. For this purpose, new equations are proposed to represent the material properties of High Strength Steel Fibrous Reinforced Concrete. The proposed equations obtained from performing regression analysis on many experimental results using statistical programs. The finite element method is adopted for non-linear analysis of the slabs. The eight-node "Serendipity element" (3 DoF) is chosen to represent the concrete. The layered approach is adopted for concrete elements and the steel reinforcement is represented by a smeared layer. The compression properties of the concrete are modeled by a work hardening plasticity approach and the yield condition is determined depending on the first two stress invariants. A tensile strength criterion is adopted in order to estimate the cracks propagation. many experimental results for testing slabs are compared with the numerical results of the present study and a good agreement is achieved regarding load-deflection curves and crack pattern. The response of the load deflection curve is slightly stiff at the beginning because the creep effect is not considered in this study and for assuming perfect bond between the steel reinforcement and the concrete, however, a great agreement is achieved between the ultimate load from the present study and experimental results. For the models of the tension stiffening and cracked shear modulus, the value of Bg and Bt (Where Bg and Bt are the curvature factor for the cracked shear modulus and tension stiffening models respectively) equal to 0.005 give good results compared with experimental result.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.5A
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pp.719-727
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2008
The tensile and bond performance of GFRP rebar are different from those of conventional steel reinforcement. It requires some studies on concrete members reinforced with GFRP reinforcing bars to apply it to concrete structures. GFRP has some advantages such as high specific strength, low weight, non-corrosive nature, and disadvantage of larger deflection due to the lower modulus of elasticity than that of steel. Bridge deck is a preferred structure to apply FRP rebars due to the increase of flexural capacity by arching action. This paper focuses on the behavior of concrete bridge deck reinforced with newly developed GFRP rebars. A total of three real size bridge deck specimens were made and tested. Main variables are the type of reinforcing bar and reinforcement ratio. Static test was performed with the load of DB-24 level until failure. Test results were compared and analyzed with ultimate load, deflection behavior, crack pattern and width.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.7
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pp.3562-3569
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2013
The performance of concrete structure decreases with change in time and the external environment. In order to reinforce the structure, the research about new material development and application of newly developed materials are widely conducted. In the case of composite FRP, it received good attention in the academia due to its high intensity-weight ratio, excellent corrosion resistency as well as good workability. When applying at the construction field, however, the utilization of FRP did not increase as much due to lack of reliability and design standard. Current study investigated the material characteristics during the temperature change at high temperature and the structural behavior from restraint effect for GFRP reinforcing materials. Two experimental variables were set in this study: GFRP reinforcements due to tensile properties of temperature and restraint compression effects. Three concrete specimen were selected for each set temperatures. For this reason, as a variable to experiment with the effects confined compression concrete members value and tensile properties with temperature reinforcement GFRP, experiment produced three pieces each for each set temperature, the concrete specimen, which is confined in the GFRP was selected each I did. For the temperature change during the experiment, the concrete specimen were mounted in order to expose to experimental high temperature for certain period of time. For compression performance evaluation, reinforcement effect from horizontal constraint of the fiber were measured using an Universal Material Testing Machine (UTM). Finally, this study revealed that the binding characteristics of GFRP materials from temperature change decreased. Also, this study showed that the maximum compression intensity decreased as the temperature increased up to $150^{\circ}C$ in the constraints ability of the GFRP reinforcements during the horizontal constraint of concrete.
The limitation of the yield strength in reinforced concrete columns is given for the effective use of high-strength steel bar, because very high-strength steel bar does not yield while concrete fails in compression. In order to overcome this limitation, it is required to increase peak strain of the concrete. The objective of this study is to examine the confinement effect of plate type lateral reinforcement in reinforced concrete columns. From this experimental study, the reinforced concrete columns confined by plate type carbon fiber sheets showed higher compressive strength and peak concrete strain comparing to the unconfined columns. The confinement effect is higher when cross-sectional type is a circular one than a square one. Moreover, the confinement effect was also higher for circular type confinement. Based on this study, high-strength steel bars with strength exceeding 800 MPa can be effectively used for reinforced concrete columns confined by plate type lateral reinforcements.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.6
no.2
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pp.100-107
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2018
The material and geometrical nonlinear finite elment analysis of UHPFRC 50M composite box girder was carried out. Constitute law in tension and compressive region of UHPFRC and HPC were modeled based on specimen test. The accuracy of nonlinear FEM analysis was verified by the experimental result of UHPFRC 50M composite girder. The UHPFRC 50M segmental composite box girder which has 1.5% steel fiber of volume fraction, 135MPa compressive strength and 18MPa tensile strength was tested. The post-tensioned UHPFRC composite girder consisted of three segment UHPFRC U-girder and High Strength Concrete reinforced slab. The parts of UHPFRC girder were modeled by 8nodes hexahedron elements and reinforcement bars and tendons were built by 2nodes linear elements by Midas FEA software. The constitutive laws of concrete materials were selected Multi-linear model both of tension and compression function under total strain crack model, which was included in classifying of smeared crack model. The nonlinearity of reinforcement elements and tendon was simulated by Von Mises criteria. The nonlinear static analysis was applied by incremental-iteration method with convergence criteria of Newton-Raphson. The validation of numerical analysis was verified by comparison with experimental result and numerical analysis result of load-deflection response, neutral axis coordinate change, and cracking pattern of girder. The load-deflection response was fitted very well with comparison to the experimental result. The finite element analysis is seen to satisfactorily predict flexural behavioral responses of post-tensioned, reinforced UHPFRC composite box girder.
Kim, Kang Seok;Nah, Hwan Seon;Kim, Kang Sik;Lee, Hyeon Ju;Lee, Kang Min
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.2
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pp.61-69
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2011
Fiber Reinforced Plastic (FRP) sheets have been widely used to retrofit and rehabilitate RC structures, while in case of retrofitting steel structures, there are no codes and researches. It stems from configuration of member and characteristics of bonding behavior. This study focused on the static behavior of steel beams reinforcement by AFRP sheets. The main objective of the experimental programme was the evaluation of the force transfer mechanism, the increment of the beam load carrying capacity and the bending stiffness. A bending test was conducted on a H-shaped steel beam, with aramid FRP sheets bonded to its flanges. The mid-span deflection and the strain from three points along AFRP sheets were recorded Test results exhibit that the increment of the load-carrying capacity with reference to a mid-span deflection level of 15 mm(1/125mm of the clear span) was equal to 9.4% and for the two layers case, an elastic stiffness increment is slightly higher than one layer case.
Research was conducted on a PA material-based composite material manufacturing method for application to engine mount brackets. Engine mount brackets must have heat resistance, impact resistance, and damping performance. PA66 resin was used as the base material for the composite material. The glass fiber was used as the reinforcement material. The composite material was manufactured using the injection molding method. The thermal, mechanical, and morphological characteristics were analyzed depending on the content of glass fiber. 3D model was created using the property evaluation database of composite materials(input data). The damping performance of the generated 3D model was extracted as out-put data. The reason for evaluating the characteristics of PA-based composite materials and conducting simulations on the damping performance of 3D models of engine brackets is because product performance can be predicted without manufacturing actual automobile parts and conducting damping performance tests. As a result of the damping simulation, damping performance tended to increase proportionally as the mass fraction of the reinforcement increased. But above a certain level, it no longer increased and slightly decreased. As a result of comparing the actual experimental values a nd the simulated values, the approximate value was within ±5%.
The peculiarity pointed out for high strength concrete is the occurrence of spalling during a fire. Recently, there are many efforts such as development of all types of spalling reducing materials and other innovative materials in various fields. Need is now to examine the adequate mixing proportions of these materials. This study intended to derive experimentally and statistically mix proportions that can represent the basic quality requirements as well as the optimal effects on the fire-resistance for 4 types of functional materials that are metakaolin, waste tire chip, polypropylene fiber and steel fiber. Here, the tests were planned through an optimal test method using an orthogonal array table with 4 parameters and 3 levels. The statistical analysis adopted the response surface analysis method. Results verified mutual complementary contribution between the materials when using a combination of the functional materials selected as parameters for the strengthening of the fire-resistance of 80 MPa-class high strength concrete. Besides, the optimal conditions of the fire-resistance strengthening materials derived through response surface analysis were a volumetric replacement of silica fume by 80% of metakaolin, a volumetric replacement of fine aggregates by 3% of tire waste chip, and an addition of 0.2% of the whole volume by polypropylene fiber without mixing of steel fiber. In such cases, the basic characteristics as well as the fire-resistant characteristics of high strength concrete were also satisfied.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.6
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pp.92-98
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2019
In this study, we developed a repair material incorporating PVA powder resin and nylon fiber into cemented carbide used in the existing field to improve adhesion performance and water tightness with existing concrete. Flexural behavior evaluation was performed. The main experimental variables were PVA powder resin, nylon fiber mixing rate and damage type, and performance tests were conducted to evaluate compressive strength and flexural behavior after repairing materials. It was found that all formulations fully satisfied the required performance of the repair material. The flexural strength test results of the repaired tube specimens showed that the performance of the repaired materials was maximized when the nylon fiber was added and the PVA powder was added in an appropriate amount. The flexural behavior of all the specimens showed the flexural behavior of the structural members with a low rebar ratio, suggesting that the amount of iron wire in the domestic fume pipe was somewhat insufficient. That is, it was confirmed that the amount of reinforcement of the steel wire was somewhat small, so that the concrete was cracked before the behavior of the concrete and the steel wire reached the extreme state, and the concrete was immediately destroyed beyond the tensile strength of the concrete.
The cracks are developed in reinforced concrete(RC) beams at the early stage of service load because of the relatively small tensile strength of concrete. The structural strength and stiffness are decreased by reduction of tensile resistance capacity of concrete due to the developed cracks. Using the fiber reinforced concrete that is increased the flexural strength and tensile strength at tensile part can enhance the strength and stiffness of concrete structures and decrease the tensile flexural cracks and deflections. Therefore, the RC beams used of the fiber reinforced concrete at. tensile part ensure the safety and serviceability of the concrete structures. In this work, analytical model of a dual concrete beams composed of the normal strength concrete at compression part and the high tension strength concrete at tensile part is developed by using the equilibrium conditions of forces and compatibility conditions of strains. Three groups of test beams that are formed of one reinforced concrete beam and two dual concrete beams for each steel reinforcement ratio are tested to examine the flexural behavior of dual concrete beams. The comparative study of total nine test beams is shown that the ultimate load of a dual concrete beams relative to the RC beams is increased in approximately 30%. In addition, the flexural rigidity, as used here, referred to the slope of load-deflection curves is increased and the deflection is decreased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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