Kim, Tae Min;Park, Jong Heon;Kim, Moon Kyum;Lim, Yun Mook
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.2A
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pp.65-73
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2012
In this study, we tested structural performance of Half-Decked PSC girder which was developed for applying to long span bridge. We operated 4 point bending test with 60 m span full scale girder designed as simple bridge with hinge-roller boundary condition. Actuators were set on the both sides of girder, 5.5 m away from the center, and 4 stages of cyclic loading was applied at rate of 1 kN/sec. Through stages 1 to 4, loading and unloading 1,000 kN, 1,200 kN, 1,500 kN, and 2,000 kN were repeated and displacement, strain of concrete and steel, crack of girder were checked. From these results, the strength of girder was assessed and resilience and ductility were observed after removing the load. Since initial flexural crack occurred in the vicinity of 1,400 kN, non-linearity of load-displacement curve appeared and definite residual strain was measured at that point. The test result showed that initial cracking load was over twice the DB-24 load which means the developed girder had sufficient strength. To verify the experimental results, we numerically analyze the test and confirmed that the data were similar with results from the test above. Half-Decked PSC type of 60 m-girder developed in this study showed its adequate structural capacity through static loading test, which proved that possibility of applying the girder to actual bridges practically.
Digital image correlation (DIC) is a method used to measure the displacement and strain of structures. It involves transforming and analyzing images before and after deformation using correlation coefficients from irregular light and shade on the surface of structures. In the present study, a microspeckle pattern was applied to the surface of a specimen to identify initial cracking. The test specimen constituted CFRP composites laminated on a curved Al liner The specimen was manufactured by stacking 100 ply of CFRP prepregs in the 0° and 90° directions in a three-point bending test. The equivalent strain was evaluated through DIC analysis after monitoring deformation using a CCD camera. Fracture shape was observed using a microscope. The equivalent strain contour distribution was checked until the maximum load fracture occurred at the center of the test specimen. Variations in the strain indicated the initial occurrence and progression of microcracks. These results can be used to improve the accuracy of detecting micro crack initiation and to achieve structural stability.
This study investigates a new method of using a concrete disk to calculate stress intensity factor (SIF) for mixed mode cases. The results indicate that the disk method is more accurate than three point bending test (TPB) in obtaining correct SIF values for mixed mode fracture propagation. Stress intensity factors $K_{I}$ and $K_{II}$ are calculated using a center notched disk subjected to splitting load. The notch angle is calculated by finite element (FEM). Fracture toughness $K_\textsc{k}$ of the concrete is obtained from the load intensities at the initiation of crack propagation. According to the finite element analysis(FEA) and disk test, the results show that mode I and mixed mode cracks propagate toward the directions of crack face and loading point, respectively. The results from FEA with maximum stress theory compare well with the experimental date. Unlike TPB method where an accurate fracture toughness value is difficult to obtain due to the irregular shape of load deflection curve and delayed final crack propagation (following slow stable cracking). fracture toughness value is easily measured in the disk test from the crack initial load. Therefore, it is safe to conclude that disk method is more advantageous than TPB method in analyzing combined mode fracture problems.
Lightweight concrete is a superior material due to its light weight and high strength. There however remain significant lacunae in engineering knowledge with regards to shear failure of lightweight fiber reinforced concrete beams. The main aim of the present study is to investigate the optimum usage of steel fibers in lightweight fiber reinforced concrete (LWFRC). Multi-scale finite element model calibrated with experimental results is developed to study the effect of steel fibers on the mechanical properties of LWFRC beams. To decrease the amount of steel fibers, it is preferred to reinforce only the middle section of the LWFRC beams, where the flexural stresses are higher. For numerical simulation, a multi-scale finite element model was developed. The cement matrix was modeled as homogeneous and uniform material and both steel fibers and lightweight coarse aggregates were randomly distributed within the matrix. Considering more realistic assumptions, the bonding between fibers and cement matrix was considered with the Cohesive Zone Model (CZM) and its parameters were determined using the model update method. Furthermore, conformity of Load-Crack Mouth Opening Displacement (CMOD) curves obtained from numerical modeling and experimental test results of notched beams under center-point loading tests were investigated. Validating the finite element model results with experimental tests, the effects of fibers' volume fraction, and the length of the reinforced middle section, on flexural and residual strengths of LWFRC, were studied. Results indicate that using steel fibers in a specified length of the concrete beam with high flexural stresses, and considerable savings can be achieved in using steel fibers. Reducing the length of the reinforced middle section from 50 to 30 cm in specimens containing 10 kg/m3 of steel fibers, resulting in a considerable decrease of the used steel fibers by four times, whereas only a 7% reduction in bearing capacity was observed. Therefore, determining an appropriate length of the reinforced middle section is an essential parameter in reducing fibers, usage leading to more affordable construction costs.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.4
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pp.513-525
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2016
The resistance-demand approach has emerged as an effective approach for determining the shear capacity of reinforced concrete beams. This approach is based on the fact that both the shear resistance and shear demand are correlated with flexural tensile strain from compatibility and equilibrium requirements. The basic shear strength, under a given loading is determined from the intersection of the demand and resistance curves. This paper verifies the applicability of resistance-demand procedure for predicting the shear capacity of high strength concrete beams without web reinforcement. A total of 18 beams were constructed and tested in four-point bending up to failure. The test variables included the longitudinal reinforcement ratio, the shear span to depth ratio, and the beam depth. The shear capacity of the beams was predicted using the proposed procedure and compared with the experimental values. The results of the comparison showed good prediction capability and can be useful to design practice.
Kim, Young-Sam;Jeon, Chi-Hoon;Tumur-Ochir, Erdenebat;Yum, Young-Jin
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.12
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pp.1549-1556
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2011
Tensile and creep tests were performed at various temperatures to investigate the mechanical properties of plastics used in automotive instrument panels. Mechanical properties such as Young's modulus and Poisson's ratios changed markedly with the test temperature. Three-point bending creep tests were performed for three kinds of plastics under four loading conditions. Coefficients in the time-hardening power law creep equation were obtained from the experiment, and the creep behavior was represented by a simple expression. The results of finite element creep analysis showed good agreement with the experimental results, while the difference between the numerical and experimental results increased with the load.
The purpose of this paper is to provide an experimental and analytical study on the reinforced large diameter pretensioned high strength concrete (R-LDPHC) pile. R-LDPHC pile was reinforced with infilled concrete, longitudinal, and transverse rebar to increase the flexural and shear strength of conventional large diameter PHC (LDPHC) pile without changing dimension of the pile. To evaluate the shear and flexural strength enhancement effects of R-LDPHC piles compared with conventional LDPHC pile, a two-point loading tests were conducted under simple supported conditions. Nonlinear analysis on the basis of the conventional layered sectional approach was also performed to evaluate effects of infilled concrete and longitudinal rebar on the flexural strength of conventional LDPHC pile. Moreover, ultimate strength design method was adopted to estimate the effect of transverse rebar and infilled concrete on the shear strength of a pile. The analytical results were compared with the results of the bending and shear test. Test results showed that the flexural strength and shear strength of R-LDPHC pile were increased by 2.3 times and 3.3 times compared to those of the conventional LDPHC pile, respectively. From the analytical study, it was found that the flexural strength and shear strength of R-LDPHC pile can be predicted by the analytical method by considering rebar and infilled concrete effects, and the average difference of flexural strength between experimental results and calculated result was 10.5% at the ultimate state.
Kim, Kwang-Seop;Lee, Hee-Jung;Kim, Hee-Yeoun;Kim, Jae-Hyun;Hyun, Seung-Min;Lee, Hak-Joo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.7
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pp.929-933
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2010
Four-point bending tests were performed to investigate the interfacial adhesion of Cu-Cu bonding fabricated by thermo-compression process for three dimensional packaging. A pair of Cu-coated Si wafers was bonded under a pressure of 15 kN at $350^{\circ}C$ for 1 h, followed by post annealing at $350^{\circ}C$ for 1 h. The bonded wafers were diced into $30\;mm\;{\times}\;3\;mm$ pieces for the test. Each specimen had a $400-{\mu}m$-deep notch along the center. An optical inspection module was installed in the testing apparatus to observe crack initiation at the notch and crack propagation over the weak interface. The tests were performed under a fixed loading speed, and the corresponding load was measured. The measured interfacial adhesion energy of the Cu-to-Cu bonding was $9.75\;J/m^2$, and the delaminated interfaces were analyzed after the test. The surface analysis shows that the delamination occurred in the interface between $SiO_2$ and Ti.
The objectives of this study were to evaluate the removal characteristics of total nitrogen, the influence factor of denitrification and the optimum operating condition in the pigment wastewater treatment using PAC-A/O process. The operating conditions of PAC-A/O process were mean BOD volumetric loading $0.86kgBOD/m^3/day$, mean F/M ratio 0.072~0.13 kgBOD/kgMLVSS/day and mean C/N ratio 3.47, respectively. The conditions of anoxic process in the field plant test were mean pH 8.3~8.7 and mean temperature $34.1{\sim}44.0^{\circ}C$. The ORP bending point knee was eventually appeared in the ORP -107 mV and $NO_3{^-}-N$ removal efficiency was increased according to the ORP decrease. In the ORP -107 mV below condition, the removal efficiency of T-N and $NO_3{^-}-N$ was 92.3~95.0% and 98.5~99.7%. Denitrification rate was calculated to be 1.581~1.791 mg $NO_3{^-}-N/gMLSS/hr$. The experimental results showed that the ORP control in the PAC-A/O process could be an effective method for treatment of pigment wastewater.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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