Sarfarazi, Vahab;Haeri, Hadi;Shemirani, Alireza Bagher;Zhu, Zheming;Marji, Mohammad Fatehi
Structural Engineering and Mechanics
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v.66
no.5
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pp.569-582
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2018
Effects of crack separation, bridge area, on the tensile behaviour of concrete are studied experimentally and numerically through the Brazilian tensile test. The physical data obtained from the Brazilian tests are used to calibrate the two-dimensional particle flow code based on discrete element method (DEM). Then some specially designed Brazilian disc specimens containing two parallel cracks are used to perform the physical tests in the laboratory and numerically simulated to make the suitable numerical models to be tested. The experimental and numerical results of the Brazilian disc specimens are compared to conclude the validity and applicability of these models used in this research. Validation of the simulated models can be easily checked with the results of Brazilian tests performed on non-persistent cracked physical models. The Brazilian discs used in this work have a diameter of 54 mm and contain two parallel centred cracks ($90^{\circ}$ to the horizontal) loaded indirectly under the compressive line loading. The lengths of cracks are considered as; 10 mm, 20 mm, 30 mm and 40 mm, respectively. The visually observed failure process gained through numerical Brazilian tests are found to be very similar to those obtained through the experimental tests. The fracture patterns demonstrated by DEM simulations are mostly affected by the crack separation but the tensile strength of bridge area is related to the fracture pattern and failure mechanism of the testing samples. It has also been shown that when the crack lengths are less than 30 mm, the tensile cracks may initiate from the cracks tips and propagate parallel to loading direction till coalesce with the other cracks tips while when the cracks lengths are more than 30 mm, these tensile cracks may propagate through the intact concrete itself rather than that of the bridge area.
Ion exchange strengthening is a chemical process whereby large alkali ions(such as potassium) are substituted for smaller ions(sodium) within the surfaces of glasses and ceramics, thereby reducing the thermal expansion coefficient of this surface region, and creating beneficial state of compressive stress within the near surface region. The purpose of this study was to determine the effects of ion exchange and etching treatments on the strength of some dental porcelains. Two feldspathic dental porcelains(Vitadur-N, G-Cera) were used in this study. A commercial ion exchange paste and etching gel containing 8% hydrofluoric acid were used for surface conditioning. Transverse strength was measured using a universal testing machine and the technique of EPMA(electron probe micro analysis) was used to access the potassium contents. The results were as follows: 1. Improvement in strength was only obtained by treating the surface placed in tension. 2. No changes in the dimensions of the treated specimens were detected when samples were measured with a micrometer. 3. There was significant increase in transverse strength of G-Cera IV group treated with etching and ion exchange, compared with G-Cera II group only treated with ion exchange. 4. From the results of EPMA test, increase in potassium contents was observed on the surface treated with ion exchange paste.
Purpose : To investigate the relationship between three-dimensional (3D) bone imaging parameters and trabecular strength in the mandible. Materials and Methods : Bone specimens were obtained from the mandibles of five male pigs weighing around 110 kg each. Of those, 43 samples were selected for 3D analysis and measured by micro-computed tomography. The five morphometric parameters were trabecular thickness (Tb.Th), bone specific surface (BS/BV), percent bone volume (BV/TV), structure model index (SMI) and degree of anisotropy (DA). Through destructive mechanical testing, strength parameters were obtained. Results : BV/TV, SMI, BS/BV, and Tb.Th showed significant correlations with strength parameters. DA did not show any correlation with the other parameters. In multiple linear regression analysis, BV/TV alone explained $43\%$ of the variance in Young's modulus. By stepwise inclusion of SMI, the variance in the Young's modulus was better explained up to $52\%$. Conclusions : Predicting trabecular strength in the mandible through architectural analysis would be possible. Further study is needed to establish the tendency and variety of trabecular architecture and strength according to the locations within the mandible.
This study presents the testing of 15 hwangtoh-based cementless concrete mixes to explore the significance and limitations of the development of eco-friendly concrete without carbon dioxide emissions while maintaining various beneficial effects. Hwangtoh, which is a kind of kaolin, was incorporated with inorganic materials, such as calcium hydroxide, to produce a cement-less binder. The main variables investigated were the water-to-binder ratio and fine aggregate-to-total aggregate ratio to ascertain the reliable mixing design of hwangtoh-based cementless concrete. The variation of slump with elapsed time was recorded in fresh concrete specimens. Mechanical properties of hardened concrete were also measured: including compressive strength gain, splitting tensile strength, moduli of rupture and elasticity, stress-strain relationship, and bond resistance. In addition, mechanical properties of hwangtoh-based cement-less concrete were compared with those of ordinary portland cement (OPC) concrete and predictions obtained from the design equations specified in ACI 318-05 and CEB-FIP for OPC concrete, wherever possible. Test results show that the mechanical properties of hwangtoh-based concrete were significantly influenced by the water-to-binder ratio and to less extend by fine aggregate-to-total aggregate ratio. The moduli of rupture and elasticity of hwangtoh-based concrete were generally lower than those of OPC concrete. In addition, the stress-strain and bond stress-slip relationships measured from hwangtoh-based concrete showed little agreement with the design model specified in CEB-FIP. However, the measured moduli of rupture and elasticity, and bond strength were higher than those given in ACI 318-05 and CEB-FIP. Overall, the test results suggest that the hwangtoh-based concrete shows highly effective performance and great potential as an environmental-friendly building material.
Zhang, Benjiao;Mei, Can;Huang, Bin;Fu, Xudong;Luo, Gang;Lv, Bu
Geomechanics and Engineering
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v.12
no.4
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pp.611-626
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2017
The research reported herein is concerned with the model testing of piles socketed in soft rock which was simulated by cement, plaster, sand, water and concrete hardening accelerator. Model tests on a single pile socketed in simulated soft rock under axial cyclic loading were conducted and the bearing capacity and accumulated deformation characteristics under different static, and cyclic loads were studied by using a device which combined oneself-designed test apparatus with a dynamic triaxial system. The accumulated deformation of the pile head, and the axial force, were measured by LVDT and strain gauges, respectively. Test results show that the static load ratio (SLR), cyclic load ratio (CLR), and the number of cycles affect the accumulated deformation, cyclic secant modulus of pile head, and ultimate bearing capacity. The accumulated deformation increases with increasing numbers of cycles, however, its rate of growth decreases and is asymptotic to zero. The cyclic secant modulus of pile head increases and then decreases with the growth in the number of cycles, and finally remains stable after 50 cycles. The ultimate bearing capacity of the pile is increased by about 30% because of the cyclic loading thereon, and the axial force is changed due to the applied cyclic shear stress. According to the test results, the development of accumulated settlement is analysed. Finally, an empirical formula for accumulated settlement, considering the effects of the number of cycles, the static load ratio, the cyclic load ratio and the uniaxial compressive strength, is proposed which can be used for feasibility studies or preliminary design of pile foundations on soft rock subjected to cyclic loading.
The execution of an experiment is a complex affair. It includes the preparation of test specimens, the measurement process itself and also the evaluation of the experiment as such. Financial requirements can differ significantly. In contrast, the cost of numerical simulations can be negligible, but what is the credibility of a simulated experiment? Discussions frequently arise concerning the methodology used in simulations, and particularly over the geometric model used. Simplification, rounding or the complete omission of details are frequent reasons for differences that occur between simulation results and the results of executed experiments. However, the creation of a very complex geometry, perhaps all the way down to the resolution of the very structure of the material, can be complicated. The subject of the article is therefore a means of creating the material structure of concrete contained in a test specimen. Because a complex approach is taken right from the very start of the numerical simulation, maximum agreement with experimental results can be achieved. With regard to the automation of the process described, countless material structures can be generated and randomly produced samples simulated in this way. Subsequently, a certain degree of randomness can be observed in the results obtained, e.g., the shape of the failure - just as is the case with experiments. The first part of the article presents a description of a complex approach to the creation of a geometry representing real concrete test specimens. The second part presents a practical application in which the numerical simulation of the compressive testing of concrete is executed using the generated geometry.
Kim, Jin-Cheol;Shim, Jae-Won;Cho, Kyou-Sung;Choi, Go-Il
International Journal of Highway Engineering
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v.6
no.4
s.22
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pp.25-33
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2004
The waste concrete produced by the process of the highway construction and management, has been crushed in-situ, and the waste aggregate has been experimentally used for anti-freezing layer and lean concrete. After testing the bearing capacity on anti-freezing layer, it was found that when the waste aggregates mixed with natural sand would be within the required gradations, the layer meets the requirements of limitation and the percentage to passing 2$\sim$20mm sieve increased by 5$\sim$13% because the flimsy mortars on aggregate were re-crushed by vibrated-roller compactor. The compressive strength of lean concrete using recycled aggregate was 71$\sim$85% of the natural coarce aggregate made, but nevertheless the recycled aggregates are applicable to the lean concrete because they largely exceeded the required strength, $57.5kgf/cm^2$.
This study developed a permanent deformation model for asphalt concrete based on shear properties. Repeated load triaxial compression (RLTC), triaxial compressive strength, and indirect tension strength tests were performed for the three types of asphalt mixtures at various loading and temperature conditions to correlate shear properties of asphalt mixtures to rutting performance. For the given mixtures, as testing temperature increased, cohesion decreased, but friction angle was insensitive to temperature at $40^{\circ}C$ or higher. It was observed that deviatoric stress, confining pressure, temperature, and load frequency affected the permanent deformation of asphalt mixtures significantly. The permanent deformation model based on shear stress to strength ratio and loading time was developed using the laboratory test results and calibrated using accelerated pavement test data. The proposed model was able to predict the permanent deformation of the asphalt mixtures in a wide range of loading and temperature conditions with constant model coefficients.
The pulished works on Accelerated Curing Effect were generally performed around from 1960 to 1970th century for 18 to 24 hours - total curing periods. It is not possible to define the effect of temperature rise because those results were obtaine mainly by using the manually operated steam-curing tank. Thus, it may not be available to apply those data immediately on the domestic PC wall production line. The testing specimens were made from the standard mix proportion according to those of domestic PC factories to establish a basic data for the Accelerated Curing Effect. The experimental tests were conducted according to the conditions of each sub-curing periods. By comparing the results of compression tests on de-molded and 28-day water-curing specimens, we find that the most effective curing condition to obtain more than the required design strength after 28 day of water curing may be as follows: the presteaming period does not affect seriously and less than$30^{circ}C/hr$- the rate of temperature rise andless than $82^{circ}C$ - maximum temperature are necessary. It seems that post-curing procedure is very important factor to increase the effect of accelerated curing.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.377-380
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2008
Structural lightweight concrete will reduced total loads of supporting sections and foundations in archtectural and civil structures. So, the lightweight concrete can use widely for various purpose in the archtectural and civil structures. However, the performance of lightweight concrete is essentially dependent of properties of used lightweight aggregates. So, in this paper were examined the fresh and hardened properties of lightweight concrete that are used 3types of the differences properties of lightweight aggregates from lower water-ratio to higher water-ratio of concrete mixing regions. Lightweight concrete was somewhat exhibit larger slump loss than ordinary concrete. Also, the development of compressive strength was lower than ordinary concrete, however it was not showed a marked difference. According to types of lightweight aggregates, the case of synthetic lightweight aggregate are highest performance in fresh and hardened concrete, but it is should be to evaluate the structural performance testing as anchoring and bond strength with reinforcing steel bars.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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