This study was conducted to investigate the residual bearing capacity of steel-concrete composite beams under high-cycle fatigue loading through experiments and theoretical analysis. Six test beams with stud connectors were designed and fabricated for static, complete fatigue, and partial fatigue tests. The failure modes and the degradation of several mechanical performance indicators of the composite beams under high-cycle fatigue loading were analyzed. A calculation method for the residual bearing capacity of the composite beams after certain quantities of cyclic loading cycles was established by introducing nonlinear fatigue damage models for concrete, steel beam, and shear connectors beginning with the material residual strength attenuation process. The results show that the failure mode of the composite beams under the given fatigue load appears to be primarily affected by the number of cycles. As the number of fatigue loadings increases, the failure mode transforms from mid-span concrete crushing to stud cutting. The bearing capacity of a 3.0-m span composite beam after two million fatigue cycles is degraded by 30.7% due to premature failure of the stud. The calculated values of the residual bearing capacity method of the composite beam established in this paper agree well with the test values, which indicates that the model is feasibly applicable.
Kim, Woo-Jae;Kim, Hyun-Bae;Kim, Kyu-Yong;Kim, Young-Sun
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2009.11a
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pp.61-64
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2009
Recently, the higher buildings are, the stronger concrete are used. Ultra high strength concrete have the possibility of spalling when a fire breaks out. so the fire-resistance performance is necessary to use the ultra high strength concrete on the high-rise building. On this study, the heating test for the concrete with loading/unloading is performed for ultra high strength concrete using nylon fiber. The heating test followed by ISO-834 heating curve on the real-size specimen and the strength of concrete are 60, 80, 100, 200 MPa.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.10a
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pp.380-385
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1998
Nowadays, shotcrete plays an essential part in he construction of underground structures, and steel fiber is so useful for increasing the toughness of the concrete that is spotlighted at tunnel or pavement site. A variety of tests have been developed to measure and quantity the improvements achievable in steel fiber reinforced concrete(SFRC) and shotcrete. But Korea doesn`t have specific standards in this respect, and the only criteria that KHC(Korea Highway Corporation) applies to tunnel shotcreting are flexural strength and toughness quotient. Test results in order to manage the quality of steel fiber reinforced concrete and shocrete are very affected by various test method. Therefore, this study deals with the test methodological effects on SFRC quality. The major interests are loading method, that is, load control and displacement control, loading velocity, support condition.
This paper presents the experimental investigations on the seismic performance of a peculiar steel-concrete vertical hybrid structural system referred to as steel truss-RC tubular column hybrid structure. It is typically applied as the supporting structural system to house air-cooled condensers in thermal power plants (TPPs). Firstly, pseudo-dynamic tests (PDTs) are performed on a scaled substructure to investigate the seismic performance of this hybrid structure under different hazard levels. The deformation performance, deterioration behavior and energy dissipation characteristics are analyzed. Then, a cyclic loading test is conducted after the final loading case of PDTs to verify the ultimate seismic resistant capacity of this hybrid structure. Finally, the failure mechanism is discussed through mechanical analysis based on the test results. The research results indicate that the steel truss-RC tubular column hybrid structure is an anti-seismic structural system with single-fortification line. RC tubular columns are the main energy dissipated components. The truss-to-column connections are the structural weak parts. In general, it has good ductile performance to satisfy the seismic design requirements in high-intensity earthquake regions.
The response of concrete to transient dynamic loading has received extensive attention for both civil and military applications. Accordingly, thoroughly understanding the response and failure modes of concrete subjected to impact or explosive loading is vital to the protection provided by fortifications. Reactive powder concrete (RPC), as developed by Richard and Cheyrezy (1995) in recent years, is a unique mixture that is cured such that it has an ultra-high compressive strength. In this work, the concrete cylinders with different steel fiber volume fractions were subjected to repeated impact loading by a split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) device. Experimental results indicate that the ability of repeated impact resistance of ultra-high-strength concrete was markedly superior to that of other specimens. Additionally, the rate of damage was decelerated and the energy absorption of ultra-high-strength concrete improved as the steel fiber volume fraction increased.
Garcia, Victor J.;Marquez, Carmen O.;Zuniga-Suarez, Alonso R.;Zuniga-Torres, Berenice C.;Villalta-Granda, Luis J.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.343-363
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2017
The objective of this work was finding out the most advisable testing conditions for an effective and robust characterization of the tensile strength (TS) of concrete disks. The independent variables were the loading geometry, the angle subtended by the contact area, disk diameter and thickness, maximum aggregate size, and the sample compression strength (CS). The effect of the independent variables was studied in a three groups of experiments using a factorial design with two levels and four factors. The likeliest location where failure beginning was calculated using the equations that account for the stress-strain field developed within the disk. The theoretical outcome shows that for failure beginning at the geometric center of the sample, it is necessary for the contact angle in the loading setup to be larger than or equal to a threshold value. Nevertheless, the measured indirect tensile strength must be adjusted to get a close estimate of the uniaxial TS of the material. The correction depends on the loading geometry, and we got their mathematical expression and cross-validated them with the reported in the literature. The experimental results show that a loading geometry with a curved contact area, uniform load distribution over the contact area, loads projected parallel to one another within the disk, and a contact angle bigger of $12^{\circ}$ is the most advisable and robust setup for implementation of BT on concrete disks. This work provides a description of the BT carries on concrete disks and put forward a characterization technique to study costly samples of cement based material that have been enabled to display new and improved properties with nanomaterials.
The aim of the present paper is to present the cyclic behavior of strengthened reinforced concrete shear wall test specimen, which was reinforced with cold drawn welded wire mesh fabric. Two reinforced concrete shear wall specimens have been tested in the present study. The walls were tested under reversed cyclic loading with loading applied near the tip of the walls. The control wall is tested in its original state to serve as a baseline for the evaluation of the repair and strengthening techniques. The two test specimens include a control wall and a repaired wall. The control wall test specimen was designed and detailed to simulate non-ductile reinforced concrete shear walls that do not meet the modern seismic provisions. The response of the original wall was associated with the brittle failure. The control shear wall was repaired by addition of the reinforcements and the concrete and then it was reloaded. The effectiveness of the repair technique was investigated. Test results indicate that there can be a near full restoration of the walls' strength. The data from this test, augmenting other data available in the literature, will be useful in calibrating improved analytical methods as they are developed.
This study focused on modeling the behavior of the compressive stress using the average strain and ultrasonic test results in concrete. Feed-forward backpropagation artificial neural network (ANN) models were used to compare four types of concrete mixtures with varying water cement ratio (WC), ordinary concrete (ORC) and concrete with short steel fiber-reinforcement (FRC). Sixteen (16) $150mm{\times}150mm{\times}150mm$ concrete cubes were used; each contained eighteen (18) data sets. Ultrasonic test with pitch-catch configuration was conducted at each loading state to record linear and nonlinear test response with multiple step loads. Statistical Spearman's rank correlation was used to reduce the input parameters. Different types of concrete produced similar top five input parameters that had high correlation to compressive stress: average strain (${\varepsilon}$), fundamental harmonic amplitude (A1), $2^{nd}$ harmonic amplitude (A2), $3^{rd}$ harmonic amplitude (A3), and peak to peak amplitude (PPA). Twenty-eight ANN models were trained, validated and tested. A model was chosen for each WC with the highest Pearson correlation coefficient (R) in testing, and the soundness of the behavior for the input parameters in relation to the compressive stress. The ANN model showed increasing WC produced delayed response to stress at initial stages, abruptly responding after 40%. This was due to the presence of more voids for high water cement ratio that activated Contact Acoustic Nonlinearity (CAN) at the latter stage of the loading path. FRC showed slow response to stress than ORC, indicating the resistance of short steel fiber that delayed stress increase against the loading path.
Concrete filled steel tube (CFST) structures have been used widely in high-rise buildings and bridges due to the efficiency of structurally favourable interaction between the steel tube and the concrete core. In the current design codes only one loading condition in the column members is considered, i.e., the load is applied on the steel tube and concrete core at the same time. However, in engineering practice the tube structures may be subjected to various loading conditions such as loading on the concrete core only, preloading on the steel tube skeleton before filling of concrete core, and so on. In this research, a series of comparative experiments were carried out to study the structural performance of concrete filled circular steel tube columns subject to four concentric loading schemes. Then, a generalized prediction method is developed to evaluate the ultimate load capacity of CFST columns subject to various loading conditions. It is shown that the predictions by the proposed method agree well with test results.
Anchor channels are commonly used for façade, tunnel, and structural connections. These connections encounter various types of loadings during their service life, including high rate or impact loading. For anchor channels that are placed close and parallel to an edge and loaded in shear perpendicular to and towards the edge, the failure is often governed by concrete edge breakout. This study investigates the transverse shear behavior of the anchor channels under quasi-static and high rate loadings using a numerical approach (3D finite element analysis) utilizing a rate-sensitive microplane model for concrete as constitutive law. Following the validation of the numerical model against a test performed under quasi-static loading, the rate-sensitive static, and rate-sensitive dynamic analyses are performed for various displacement loading rates varying from moderately high to impact. The increment in resistance due to the high loading rate is evaluated using the dynamic increase factor (DIF). Furthermore, it is shown that the failure mode of the anchor channel changes from global concrete edge failure to local concrete crushing due to the activation of structural inertia at high displacement loading rates. The research outcomes could be valuable for application in various types of connection systems where a high rate of loading is expected.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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