This paper handles the repairing of deficient square Concrete-Filled Steel-Tube (CFST) beams subject to bending through an experimental and numerical program. Eight square-CFST beams were tested. A 5-mm artificial notch was induced at mid-span of seven beams, four of them were repaired by using CFRP sheets and two were repaired by using GFRP sheets. The beam deflection, strain and ultimate moments were recorded. It was found that providing different cut-off points for the different layers of FRP sheets prohibited failure at termination points due to stress concentrations. Using different lengths of FRP sheets around the notch retarded crack propagation and prevented FRP rupture at the crack position. Finite element analysis was then conducted and the proposed FE model was verified against the recorded experimental data. The influence of various parameters as FRP sheet length, tensile modulus and the number of layers were studied. The moment capacity of damaged square-CFST beams was improved up to 77.6% when repaired by using four layers of CFRP, however, this caused a dramatic decrease in beam deflection. U-wrapping of notched-CFST beam with 0.75 of its length provided a comparable behaviour as wrapping the full length of the beam.
Since the mechanical properties of cement-based materials are time-dependent due to the prolonged cement hydration process, those of fiber reinforced concrete(FRC) may also be time-dependent. Toughness is one of important properties of FRC. Therefore, it should be investigated toughness development of FRCs with curing ages to fully understand the time-dependent characteristics of FRCs. To this end, the effect of curing ages on flexural toughness development of steel fiber reinforced concrete is studied. Three point bending test with notched beam specimen was adapted for this study. Hooked-end steel fiber(DRAMIX 40/30) was used as a fiber ingredient to investigate w/c ratio and fiber volume fraction effect on toughness development during curing. Three different water-cement ratios(0.44, 0.5 and 0.6) and fiber volume fractions(0%, 0.5% and 1%) were used as influence factors. Each mixture specimens were tested at five different ages, 0.5, 1, 3, 7 and 28 days. The study shows that flexure toughness development with age is quite different than other concrete material properties such as compressive strength. The study also shows that the toughness development trend correlates more closely to water/cement ratio than to fiber volume fraction.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.3A
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pp.309-316
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2010
This paper proposed a nonlocal anisotropic damage model to simulate the behavior of plain and reinforced concrete structures that are predominantly tensile and compressive load. This model based on continuum damage mechanics, used a symmetric second-order tensor as the damage variable. For quasi-brittle materials, such as concrete, the damage patterns were different in tension and in compression. These two damage states were modeled by damage evolution laws ensuring a damage tensor rate proportional to the total strain tensor in terms of principal components. To investigate the effectiveness of proposed model, the double edge notched specimen experimented by nooru-mohamed and reinforced concrete bending beam were analyzed using the implementation of the proposed model. As the results for the simulation, the nonlocal anisotropic damage model with an adequate control of rupture correctly represented the crack propagation for mixed mode fracture. In the structural failure of reinforced concrete bending beam, the proposed model can be showed up to a very high damage level and yielding of the reinforcements.
This study propose the organic fiber reinforcement for performance improvement of blast resistance. Proposed fibers are polyamide fiber, PET fiber and aramid fiber and fiber reinforcements were produced by ATY method. To evaluate strain energy absorption capacity of organic fiber reinforced concrete using organic fiber reinforcement, 4-point bending test and 3-point bending tests on notched beam were performed. Test results show that PET fiber reinforced concrete has outstanding performance. It is thought that the PET fiber is effective for the performance improvement of blast resistance.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.421-424
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2008
Ultra high strength steel fiber-reinforced concrete is characterized with high tensile strength and ductility. This paper revealed the influence of fiber volume fraction on the tensile softening behaviour of ultra high strength steel fiber-reinforced concrete and developed tensile softening model to predict the deformation capacity by finite element method analysis with experimental results. The initial stiffness of ultra high strength steel fiber-reinforced concrete was constant irrespective of fiber volume fraction. The increase of fiber volume fraction improved the flexural tensile strength and caused more brittle softening behaviour. Finite element method analysis proposed by Uchida et al. was introduced to obtain the tensile softening curve from three point notched beam test results and we proposed the tensile softening model as a function of fiber volume fraction and critical crack width.
This paper dealt with modification of effective crack length model (ECM) by adding Poisson's ratio term to evaluate fracture toughness of asphalt concrete which varies its material property by temperature. The original ECM model was developed for solid materials, such as cement concrete, and Poisson's ratio of materials was not considered. However, since asphalt concrete is sensitive to temperature variation and changes its Poisson's ratio by temperature, it should be taken into consideration to know exact fracture property under various temperatures. Four binders, including 3 polymer-modified asphalt (PMA) binders, were used to make a dense-grade asphalt mixture and 3-point bending test was peformed on notched beam at low temperatures, from -5oC to 35oC. Elastic modulus, flexural strength and fracture toughness were obtained from the test. The results showed that, since Poisson's ratio was considered, the more accurate test values could be obtained using modified ECM equation than original ECM. PMA mixture showed higher stiffness and fracture toughness than normal asphalt mixture under very low temperatures.
Tensile constitutive stress-strain model of steel fiber reinforced concrete (SFRC) in fib MC2010 was investigated. In order to model tensile behavior of SFRC, three point loading flexural tests were conducted on notched small beams according to BE-EN-14651. Design parameters for the constitutive model were determined from the flexural tests. Flexural test and finite element analysis were conducted on large SFRC beam without steel reinforcements and compared with each other. In addition, parametric study on the effect of compressive and tensile model, and characteristic length on flexural behavior of the SFRC beam was conducted also. In results, pre-peak load-displacement curves from the FE analysis was close to experimental curves but significant difference was shown in post-peak behavior. The reason of the difference is originated from the fact that the fiber distribution and orientation were not being properly considered in the MC2010 model. This study shows that modification and detail explanations on the orientation factor K in MC2010 might require to better reproduce the behaviour of large scale SFRC beams.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.3A
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pp.317-328
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2010
The method to evaluate the flexural capacity of steel fiber-reinforced ultra high strength concrete beams was proposed in this study. An experimental program was set up and fourteen beams have been tested. Test results were compared with predictions by design code and by the proposed method, respectively. It was found that predictions by using ACI 544 Committee recommendations considerably underestimate the flexural capacity. Underestimation of flexural capacity resulted from that of tensile stress block. Three-point bending test data of notched prism specimens and their inverse analysis results were incorporated into modeling of tension stress block. The ratio of the predicted to the experimental flexural capacity was in the range of 0.98 to 1.14. The present study represents that the proposed method allows more realistic prediction of flexural capacity of steel fiber-reinforced ultra high strength concrete beams.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.2
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pp.111-118
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2020
In this paper, the flexural creep behavior of hooked-end steel fiber reinforced high-strength concrete was evaluated to investigate the steel fiber content influence on long-term behavior of flexural members. An experimental program consisted of nine prismatic beam specimens with dimensions of 150 × 150 × 600mm reinforced with different contents of steel fiber (0, 0.75 and 1.5% at the volume fraction). To introduce flexural creep loading to notched prismatic beam specimens, a four-point bending test setup was used. The sustained load with 40% of the flexural strength was applied by means of a lever system and controlled by a load cell for 90 days. During sustained loading, crack mouth opening displacement (CMOD) was monitored. Conventional flexural test after creep tests were carried out to evaluate the residual capacity of each specimen. Test results showed that steel fiber content has a significant effect on the flexural creep behavior of high-strength concrete and long-term flexural load with 40% of flexural strength doesn't generate negative effects on the residual capacity of steel fiber reinforced high-strength concrete.
The objective of this study is to develop polymer-impregnated concrete(PIC), which is a newly developed composite material made by impregnating polymer impregnanls into hardened normal concrete, and to develop analytical techniques for its proper applications. Crystalline methyl methacrylate(MMA) is chosen as a monomer of polymer impregnants. The corrlpositions of polymer impregnants and producing processes are developed by analyzing the effects of penetration, polymerization, thermal safety, and strengthening characteristics. On t he basis of experimental results of this study, various strength characteristics and stress strain constitutive relations are formulated in terms of the compressive strength of normal concrete and the polymer loadings, which can be applied for analysis and design of PIC members. In order to provide a model for fracture analysis of flexural members, fracture toughness, fracture energy, critical crack width, and tension softening relations near crack tip are also formulated in terms of member depth, initial notch depth, and the flexural strength of normal concrete. The structural analysis procedure and the finite element computer program developed in the study are applicable to evaluate elastic behavior, ultimate strength, and tension softening behavior of MMA type PIC structural members subject to various loading conditions. The accuracy and effectiveness of the developed computer program is examined by comparing the anal ytical results with the experimental results. Therefore, it is concluded that the developed structural analysis procedure and the finite element computer program are applicable to analysis and design of in-situ and precast PIC structural members.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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