Samaaneh, Mohammad A.;Sharif, Alfarabi M.;Baluch, Mohammed H.;Azad, Abul K.
Steel and Composite Structures
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v.21
no.6
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pp.1307-1325
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2016
Nonlinear behavior of two-span, continuous composite steel-concrete girders strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) bonded to the top of concrete slab over the negative moment region was evaluated using a non-linear Finite Element (FE) model in this paper. A three-dimensional FE model of continuous composite girder using commercial software ABAQUS simulated and validated with experimental results. The interfacial regions of the composite girder components were modeled using suitable interface elements. Validation of the proposed numerical model with experimental data confirmed the applicability of this model to predict the loading history, strain level for the different components and concrete-steel relative slip. The FE model captured the different modes of failure for the continuous composite girder either in the concrete slab or at the interfacial region between CFRP sheet and concrete slab. Through a parametric study, the thickness of CFRP sheet and shear connection required to develop full capacity of the continuous composite girder at negative moment zone have been investigated. The FE results showed that the proper thickness of CFRP sheet at negative moment region is a function of the adhesive strength and the positive moment capacity of the composite section. The shear connection required at the negative moment zone depends on CFRP sheet's tensile stress level at ultimate load.
Characterization of discontinuous media is an endeavor that poses great challenge to engineers in practice. Since the inherent defects in cracked domains can substantially influence material resistance and govern its behavior, a lot of work is dedicated to efficiently model such effects. In order to overcome difficulties of material instability problems, one needs to comprehensively represent the geometry of cracks along with their impact on the mechanical properties of the intact material. In the present study, stress-strain results from laboratory experiments on Inada granite was used to derive crack tensor as a tool for the evaluation of fractured domain stability. It was found that the formulations proposed earlier could satisfactorily be employed to attain crack tensor via the invariants of which judgment on cracks population and induced anisotropy is possible. The earlier criteria based on crack tensor analyses were reviewed and compared to the results of the current study. It is concluded that the geometrical parameters calculated using mechanical properties could confidently be used to judge the anisotropy as well as strength of the cracked domain.
Mining activities focus on the production of mineral resources for energy generation and raw material requirements worldwide and it is a known fact that shallow reserves become scarce. For this reason, exploration of new resources proceeds consistently to meet the increasing energy and raw material demand of industrial activities. Rock mechanics has a vital role in underground mining and surface mining. Devices and instruments used in laboratory testing to determine rock mechanics related parameters might have limited sensing capability of the failure behavior. However, methodologies such as, thermal cameras, digital speckle correlation method and acoustic emission might enable to investigate the initial crack formation in detail. Regarding this, in this study, thermographic analysis was performed to analyze the failure behaviors of different types of rock specimens during uniaxial compressive strength experiments. The energy dissipation profiles of different types of rocks were characterized by the temperature difference recorded with an infrared thermal camera during experiments. The temperature increase at the failure moment was detected as 4.45℃ and 9.58℃ for andesite and gneiss-schist specimens, respectively. Higher temperature increase was observed with respect to higher UCS value. Besides, a temperature decreases of about 0.5-0.6℃ was recorded during the experiments of the marble specimens. The temperature change on the specimen is related to release of radiation energy. As a result of the porosity tests, it was observed that increase in the porosity rate from 5.65% to 20.97% can be associated to higher radiation energy released, from 12.68 kJ to 297.18 kJ.
The sandwich structure, consisting of a core and a face sheet, is used for lightweight structural application. Generally, cellular structures like honeycomb, foam, and lattice structures are utilized for the core. Among these, lattice structures have several advantages over other types of structures. In other studies, curved lattice structures were reported to have higher mechanical properties than straight structures by converting shear stresses acting on the structure into compressive stresses. Moreover, the addition of vertical struts can have a positive effect on the mechanical properties of the lattice structure. For the purpose, two lattice structures with Circle Arch (CC) and Circular Arch with a vertical column (CC_C) were studied, which were fabricated by using selective laser sintering was conducted. The result showed that CC_C has dramatic performance improvements in specific strength, modulus, and strain energy density compared to CC, confirming that vertical struts played a significant role in the lattice core. Finite element analysis was employed to determine the cause of the stress behavior of CC and CC_C. This study is expected to help design structurally superior lattice cores and sandwich structures.
Mohammad Reza Halvaeyfar;Ehsanollah Zeighami;S. Mohammad Mirhosseini;Ali Hassani Joshaghani
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.4
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pp.375-389
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2023
In many fiber concrete beams with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP), debonding occurs between the carbon sheets and the concrete due to the low strength of the bonding resin. A total of 42 fiber concrete beams with a cross-section of 10×10 cm with a span length of 50 cm are fabricated and retrofitted with CFRP and subjected to a 4-point bending test. Graphene Oxide (GO) at 1, 2, and 3 wt% of the resin is used to improve the mechanical properties of the bonding resins, and the effect of length, width, and the number of layers of CFRP and resin material are investigated. The crack pattern, failure mode, and stress-strain curve are analyzed and compared in each case. The results showed that adding GO to polyamine resin could improve the bonding between the resin and the fiber concrete beam. Furthermore, the optimum amount of nanomaterials is equal to 2% by the weight of the resin. Using 2% nanomaterials showed that by increasing the length, width, and number of layers, the bearing and stiffness of fiber concrete beams increased significantly.
In general typically granular soils contain a certain amount of fines. It is also widely recognized that foundation soils under working loads show highly non-linear behavior from very early stages of loading. In the present study, a series of laboratory tests with sands of different silt contents are conducted and methods to assess strength and stiffiness characteristics are proposed. Modified hyperbolic stress-strain model is used to analyze non-linearity of silty sands in terms of non-linear Degradation parameters f and g as a function of silt contents and Relative density Dr. Stress-strain curves were obtained from a series of triaxial tests on sands containing different amounts of silt. Initial shear modulus, which is used to normalize Degradation modulus of silty sands, was determined from resonant column test results. From the laboratory test results, it was observed that, as the Relative density increases, values of f decrease and those of g increase. In addition, it was found that values of f and g increase and decrease respectively as a Skeleton void ratio $(e_{sk})$ increases.
This research investigated the influence of the number of twist on single fiber pullout behavior of Twisted steel (T-) fiber and tensile behavior of high performance cementitious composites reinforced with the (T-) fibers (HPFRCC). Micromechanical pullout model for T- fibers has been applied to analytically investigate the influence of various fiber parameters including the number of twist on single fiber pullout behavior; and, to optimize the number of twist to generate larger pullout energy during fiber pullout without fiber breakage. In addition, an experimental program including single fiber pullout and tensile tests has been performed to investigate the influence of twist ratio experimentally. Two types of T- fiber with different twisted ratios, T(L)- fiber (6ribs/30 mm) and T(H)- fiber (18ribs/30 mm), were tested. T(L)- fiber produced higher equivalent bond strength (larger pullout energy) although T(H)- fiber produced higher pullout stress during pullout since T(H)- fiber showed fiber breakage during pullout. Tensile test results confirmed that T(L)- fiber in high strength mortar generates better tensile performance of HPFRCC, e.g., load carrying capacity, strain capacity and multiple micro-cracking behavior.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.3
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pp.133-149
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2021
This study aims to report the behavioral mechanism of steel pipe reinforcement grouting, which is being actively used to ensure the stability of the excavation surface during tunnel excavation, based on measurements taken at the actual site. After using a 12 m steel pipe attached with a shape displacement meter and a strain gauge to reinforce the actual tunnel surface, behavioral characteristics were identified by analyzing the measured deformation and stress of the steel pipe. Taking into account that the steel pipes were overlapped every 6 m, the measured data up to 7 m of excavation were used. In addition, the behavioral characteristics of the steel pipe reinforcement according to the difference in strength were also examined by applying steel pipes with different allowable stresses (SGT275 and SGT550). As a result of analyzing the behavior of steel pipes for 7 hours after the first excavation for 1 m and before proceeding with the next excavation, the stress redistribution due to the arching effect caused by the excavation relaxation load was observed. As excavation proceeded by 1 m, the excavated section exhibited the greatest deformation during excavation of 4 to 6 m due to the stress distribution of the three-dimensional relaxation load, and deformation and stress were generated in the steel pipe installed in the ground ahead of the tunnel face. As a result of comparing the behavior of SGT275 steel pipe (yield strength 275 MPa) and SGT550 steel pipe (yield strength 550 MPa), the difference in the amount of deformation was up to 18 times and the stress was up to 12 times; the stronger the steel pipe, the better it was at responding to the relaxation load. In this study, the behavior mechanism of steel pipe reinforcement grouting in response to the arching effect due to the relaxation load was identified based on the measured data during the actual tunnel excavation, and the results were reported.
Han, Sun-Jin;Lee, Jungmin;Kim, Min-Seok;Kim, Jae-Hyun;Kim, Kang Su;Oh, Young-Hun
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.3
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pp.77-84
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2021
In this study, flexural tests of prestressed high strength spun concrete (PHC) piles reinforced with infilled concrete and longitudinal rebars were conducted, where the longitudinal rebar ratio and the presence of sludge formed on the inner surface of PHC pile were set as key test variables. A total of six PHC pile specimens were manufactured, and their flexural behaviors including failure mode, crack pattern, longitudinal strain distribution in a section and end slip between external PHC pile and infilled concrete were measured and discussed in detail. The test results revealed that the flexural stiffness and strength increased as the longitudinal rebar ratio became larger, and that the sludge formed on the inner surface of PHC pile did not show any detrimental effect on the flexural performance. In addition to the experimental approach, this study presents a nonlinear flexural analysis model considering compatibility conditions and strain and stress distributions of the PHC piles and infilled concrete. The rationality of the nonlinear flexural analysis model was verified by comparing it with test results, and it appeared that the proposed model well evaluated the flexural behavior of PHC piles reinforced with infilled concrete and longitudinal rebars with a good accuracy.
Kim, Si-Hwan;Koh, Kyung-Taek;Lee, Jang-Hwa;Ryu, Gum-Sung
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.2
no.1
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pp.52-59
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2014
This study examines the compressive strength, elastic modulus and splitting tensile strength of geopolymer concrete in order to evaluate its mechanical characteristics according to the admixing of fly ash and blast furnace slag. Moreover, identical tests are also conducted considering the amount of powder, the mixing ratio of alkali activator and the mixing ratio of silica fume for further comparative analysis considering various variables. The comparison with the formulae specified in Korean and overseas codes reveal that a mixing ratio of 18% is adequate for the alkali activator and that a replacement ratio of 5% by silica fume is recommended for silica fume. The elastic modulus of the geopolymer concrete appears to increase slightly with the increase of the compressive strength per variable and age and to be smaller than the values predicted by the formulae specified in Korean and overseas codes. In addition, the examination of the stress-strain curves shows that the geopolymer concrete exhibits ductile behavior compared to the conventional OPC. In view of the splitting tensile strength, high strength is observed for a powder content of $400kg/m^3$ and a replacement ratio of 18% by silica fume. The resulting ratio of the compressive strength to the splitting tensile strength is seen to range between 8.7 and 10.2%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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