International Journal of Concrete Structures and Materials
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제10권3호
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pp.373-381
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2016
As part of this study, has been developed a numerical method which allows to establish abacuses connecting the normal force with bending moment for a circular section and therefore to predict the rupture of this type of section. This may be for reinforced concrete (traditional steel) or concrete reinforced with steel fibers. The numerical simulation was performed in nonlinear elasticity up to exhaustion of the bearing capacity of the section. The rupture modes considered occur by plasticization of the steel or rupture of the concrete (under compressive stresses or tensile stresses). Regarding the fiber-reinforced concrete, the rupture occurs, usually, by tearing of the fibers. The behavior laws of the different materials (concrete and steel) correspond to the real behavior. The influence of several parameters was investigated, namely; diameter of the section, concrete strength, type of steel, percentage of reinforcement and contribution of concrete in tension between two successive cracks of bending. A comparison was made with the behavior of a section considering the conventional diagrams of materials; provided by the BAEL rules. A second comparative study was performed for fibers reinforced section.
The use of fracture mechanics has traditionally concentrated on crack growth under an opening mechanism. However, many service failure occur from cracks subjected to mixed mode loadings. Hence, it is necessary to evaluate the fatigue behavior under mixed mode loading. Under mixed mode loading conditions, not only the fatigue crack propagation rate is of importance, but also the crack propagation direction. The mode I and II stress intensity factors of CTS specimen were calculated using elastic finite element method. The propagation behavior of the fatigue crack of the STS304 steeds under mixed mode loading condition was evacuated by using stress intensity factors $K_I$ and $K_II. The MTS criterion and effective stress intensity factor were applied to predict the crack propagation direction and the fatigue crack propagation rate.
The experimental investigation focuses on an influence of artificial aging time in longitudinal butt welded Al 6013-T4 aluminum alloy on the fatigue crack growth resistance. The preferred welding processes for this alloy are frequently tungsten inert gas welding (TIG) process due to its comparatively easier applicability and better weldability than other gas metal arc welding. Fatigue crack growth tests were carried out on compact tension specimens (CT) in longitudinal butt TIG welded after T82 heat treatment was varied in three artificial aging times of 6 hours, 18 hours and 24 hours. Of the three artificial aging times, 24 hours of artificial aging time are offering better resistance against the growing fatigue cracks. The superior fatigue crack growth resistance preferred spatial variation of materials within each specimen in the Paris equation based on reliability theory and fatigue crack growth rate by crack length are found to be the reasons for superior fatigue resistance of 24 hours of artificial aging time was compared to other joints. The highest of crack propagation resistance occurs in artificial aging times of 24 hours due to the increase in grain size (fine grained microstructures).
PURPOSES : The purpose of this study is to verify the property of self-healing, and to propose an appropriate duration for wet curing of bridge deck concrete overlays. METHODS : In this study, reinforced bars were inserted into concrete molds in order to prevent brittle fracture and induced cracks in the concrete resulting from indirect tension mode. The induced time of concrete cracking was 3 to 7 days, following which the concrete specimens were cured in water. The resulting concrete crack width was measured using image analysis equipment. Additionally, the self-healing tests were performed using the following three mixtures: OPC, SFC, and LMC. RESULTS : Concrete mixtures with crack widths of $150{\mu}m$ or lower were completely healed by Day 28. Hydrates of crack fills were found to be the calcium carbonate. CONCLUSIONS : The cement-based mixtures exhibit properties of self-healing. Considering these properties, it is necessary to increase the curing duration of concrete overlays for bridge decks.
The wear behavior of $Al_2$O$_3$-40%TiO$_2$deposited on casted aluminum alloy (ASTM A356) by APS (Air Plasma Spray) against SiC ball has been investigated in this work. Wear tests were carried out at room temperature. The friction coefficient of $Al_2$O$_3$-40%TiO$_2$coating is lower than that of pure $Al_2$O$_3$coating(APS). $Al_2$O$_3$-40%TiO$_2$coating indicated the existence of the optimal coating thickness. It is found that voids and pores of coating surface resulted in the generation of cracks, and the cohesive of splats and the porosity of surface play a role in wear characteristics. It is suggested that the mismatch of thermal expansion of substrate and coating play an important role in wear performance. Tension and compression under thermo-mechanical stress may be occurred by the mismatch between thermal expansion of substrate and coating. The crack propagation above interface is observed in SEM.
FFP(Fitness For Purpose) type defect assessment methodologies based on ECA(Engineering Critical Analysis) have been established and are in use for the structural integrity evaluation of gas pipelines. ECA usually includes the fracture mechanics analysis, and it assumes that J-integral uniquely characterizes crack-tip stress-strain fields. However, it has been shown that it is not sufficient to characterize the crack-tip field under low levels of constraint with a single parameter. Since pipeline structures are made of ductile material, locally loaded in tension, cracks may experience low level of constraint, and therefore, J-dominance will be lost. For this reason, the level of constraint must be quantified to establish a precise assessment procedure for pipeline defects. The objective of this paper is to Investigate the fracture behavior of a crack in gas pipeline by quantifying the level of constraint. For this purpose, tensile tests and CTOD tests were performed at room temperature$(24^{\circ}C)$ and low temperature$(-40^{\circ}C)$ to obtain the material properties. J-Q analyses were performed for SENB and SENT specimens based on 2-D finite element analyses, in order to investigate the in-plane constraint effects on pipeline defects.
To investigate the effect of D-ferrite on the hot workability and surface defect of STS 304 billets containing 3 wt. % Cu, microstructure observations and high temperature mechanical properties test were carried out for the specimens extracted mainly from raw or oxidized billets. It was found that the total $\delta$-ferrite content has little influence on the hot workability, even though the fracture cracks due to high temperature tension or compression test were initiated and propagated mostly along $\delta$/${\gamma}$ boundary in the specimens. On the other hand, it was supposed that the direct causes of surface defects in the wire rolled from the as-continuously cast billet were the grain boundary embrittlement arose from the deep diffusion of oxygen into the grain boundary, and the oxidation of $\delta$-ferrite connected by a grain boundary to the surface during the billet reheating process as well.
The paper presents a model to calculate reinforcement strain using measured crack width in members under applied tension, flexure, and/or shear stress. Crack mapping using a new type of distributed coaxial cable sensors for health monitoring of large-scale civil engineering infrastructure was recently proposed and developed by the authors. This paper shows the results and performance of such sensors mounted on near surface of two flexural beams and a large scale reinforced concrete box girder that was subjected to cyclic combined shear and torsion. The main objectives of this health monitoring study was to correlate the sensor's response to strain in the member, and show that magnitude of the signal's reflection coefficient is related to increases in applied load, repeated cycles, cracking, and reinforcement yielding. The effect of multiple adjacent cracks, and signal loss was also investigated. The results shown in this paper are an important step in using the sensors for crack mapping and determining reinforcement strain for in-situ structures.
On mesoscopic level, concrete can be treated as a three-phase composite material consisting of mortar, aggregates and interfacial transition zone (ITZ) between mortar and aggregate. A lot of research has confirmed that ITZ plays a crucial role in the mechanical fracture process of concrete. The aim of the present study is to propose a numerical method on mesoscale to analyze the failure mechanism of reinforced concrete (RC) structures under mechanical loading, and then it will help precisely predict the damage or the cracking initiation and propagation of concrete. Concrete is meshed by means of the Rigid Body Spring Model (RBSM) concept, while the reinforcing steel bars are modeled as beam-type elements. Two kinds of RC members, i.e. subjected to uniaxial tension and beams under bending, the fracture process of concrete and the distribution of cracks, as well as the load-deflection relationships are investigated and compared with the available test results. It is found that the numerical results are in good agreement with the experimental observations, indicating that the model can successfully simulate the failure process of the RC members.
This study simulates the flexural behavior of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) beams reinforced with steel and glass fiber-reinforced polymer (GFRP) rebars. For this, micromechanics-based modeling was first carried out on the basis of single fiber pullout models considering inclination angle. Two different tension-softening curves (TSCs) with the assumptions of 2-dimensional (2-D) and 3-dimensional (3-D) random fiber orientations were obtained from the micromechanics-based modeling, and linear elastic compressive and tensile models before the occurrence of cracks were obtained from the mechanical tests and rule of mixture. Finite element analysis incorporating smeared crack model was used due to the multiple cracking behaviors of structural UHPFRC beams, and the characteristic length of two times the element width (or two times the average crack spacing at the peak load) was suggested as a result of parametric study. Analytical results showed that the assumption of 2-D random fiber orientation is appropriate to a non-reinforced UHPFRC beam, whereas the assumption of 3-D random fiber orientation is suitable for UHPFRC beams reinforced with steel and GFRP rebars due to disorder of fiber alignment from the internal reinforcements. The micromechanics-based finite element analysis also well predicted the serviceability deflections of UHPFRC beams with GFRP rebars and hybrid reinforcements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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