Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.7
no.2
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pp.158-165
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2019
The purpose of this study is to investigate analytically the flexural behavior of beam reinforced by an alkali-activated slag-based fiber-reinforced composite. The materials and mixture proportion were selected to manufacture an alkali-activated slag-based fiber-reinforced composite with high tensile strain capacity over 7% and compressive strength and tension tests were performed. The composite showed a compressive strength of 32.7MPa, a tensile strength of 8.43MPa, and a tensile strain capacity of 7.52%. In order to analyze the flexural behavior of beams reinforced by ultra-high-ductile composite, nonlinear sectional analysis was peformed for four types of beams. Analysis showed that the flexural strength of beam reinforced partially by ultra-high-ductile composite increased by 8.0%, and the flexural strength of beam reinforced fully by ultra-high-ductile composite increased by 24.7%. It was found that the main reason of low improvement in flexural strength is the low tensile strain at the bottom of beam. The tensile strain at bottom corresponding to the flexural strength was 1.38% which was 18.4% of tensile strain capacity of the composite.
Oxide-dispersion-strengthened (ODS) alloy has been developed to increase the mechanical strength of metallic materials; such an improvement can be realized by distributing fine oxide particles within the material matrix. In this study, the ODS layer was formed in the surface region of Zr-based alloy tubes by laser beam treatment. Two kinds of Zr-based alloys with different alloying elements and microstructures were used: KNF-M (recrystallized) and HANA-6 (partial recrystallized). To form the ODS layer, $Y_2O_3$-coated tubes were scanned by a laser beam, which induced penetration of $Y_2O_3$ particles into the substrates. The thickness of the ODS layer varied from 20 to $55{\mu}m$ depending on the laser beam conditions. A heat affected zone developed below the ODS layer; its thickness was larger in the KNF-M alloy than in the HANA-6 alloy. The ring tensile strengths of the KNF-M and HANA-6 alloy samples increased more than two times and 20-50%, respectively. This procedure was effective to increase the strength while maintaining the ductility in the case of the HANA-6 alloy samples; however, an abrupt brittle facture was observed in the KNF-M alloy samples. It is considered that the initial microstructure of the materials affects the formation of ODS and the mechanical behavior.
Steel-precast ultra-high-performance concrete (UHPC) composite beams with demountable high-strength friction-grip bolt (HSFGB) shear connectors can be used for accelerated bridge construction (ABC) and achieve excellent structural performance, which is expected to be dismantled and recycled at the end of the service life. However, no investigation focuses on the demountability and reusability of such composite beams, as well as the installation difficulties during construction. To address this issue, this study conducted twelve push-out tests to investigate the effects of assembly condition, bolt grade, bolt-hole clearance, infilling grout and pretension on the crack pattern, failure mode, load-slip/uplift relationship, and the structural performance in terms of ultimate shear strength, friction resistance, shear stiffness and slip capacity. The experimental results demonstrated that the presented composite beams exhibited favorable demountability and reusability, in which no significant reduction in strength (less than 3%) and stiffness (less than 5%), but a slight improvement in ductility was observed for the reassembled specimens. Employing oversized preformed holes could ease the fabrication and installation process, yet led to a considerable degradation in both strength and stiffness. With filling the oversized holes with grout, an effective enhancement of the strength and stiffness can be achieved, while causing a difficulty in the demounting of shear connectors. On the basis of the experimental results, more accurate formulations, which considered the effect of bolt-hole clearance, were proposed to predict the shear strength as well as the load-slip relationship of HSFGBs in steel-precast UHPC composite beams.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.5A
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pp.503-510
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2009
Latex modified concrete (LMC) is a successful polymer-portland cement concretes, which have been developed and used for many years, in overlaying bridge decks and resurfacing industrial floors. The excellent bond strength to substrate, easy application and high resistance to impact, abrasion, wear, aggressive chemicals and freeze-thaw deterioration have made this material used widely. The objective of this study was to determine experimentally the load-deflection response and ultimate strength of reinforced RC beams. The cracking patterns and the mode of failure were observed. Because of excellent bond strength and repairing effects, the RC beams repaired by LMC at compression or tension zone showed over 100% recovery from damaged structures. The RC beams overlaid by LMC showed significant improvement at load carrying capacity as overlay thickness increases. However, the beams repaired of tension zone without shear stirrups almost showed no strengthen effect, and indicated an interfacial failures. The interfacial behavior was estimated by numerical method adopting the concept of shear flow.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6A
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pp.853-859
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2008
As a new system of steel pipe pile cap reinforcement, the application of perforated flat bar bolted to the steel pipe pile head was suggested for the improvement of structural performance of footing structure. This study investigates the structural characteristics of perforated flat bar shear connectors according to shape and diameter of hole, number of rebars passing through the hole and the depth of settlement. The result shows several requirements to ensure sufficient pull-out resistance and ductility such as that the hole diameter excluding diameter of rebar should exceed the size of aggregates; the hole should be perforated with diameter as the half of plate height; and the adequate depth of settlement should be ensured for the optimal performance.
Bitumen and high-quality subangular aggregates, the two principal materials used for asphalt concrete construction, are finite and expensive materials. The general availability of crumb rubber and naturally occurring aggregates of different shapes, especially flat and elongated shapes, indicates that they are feasible alternative materials for expanding the volume of bitumen and utilizing a wider range of aggregate shapes for the development of asphalt concrete, with an associated environmental benefit. The study investigated the effect of adding up to 15% crumb rubber and aggregates sorted into different groups, i.e., rounded, elongated, flat, and their combinations, on the rheological and mechanical properties and durability of 50/70 of hot-mix asphalt pavement. The addition of crumb rubber decreased ductility and penetration but increased the softening point. For a 5.5% bitumen content, asphalt concrete briquettes consisting of 7% crumb rubber and three types of aggregate shapes, i.e., 100% rounded, a mix of 75% rounded and 25% elongated, and a mix of 75% rounded, 15% elongated and 10% flat, were associated with high Marshall stability and indirect tensile strength as well as low lateral deformation due to their high solidity and moderate angularity ratio. Also, the addition of 7% crumb rubber resulted in a significant improvement in the tensile strength ratio and rebound strain of briquettes consisting of 75% rounded and 25% elongated aggregates and those with 75% rounded, 15% elongated and 10% flat aggregates. In relation to the parameters investigated, the three groups of briquettes met some of the local (South Africa) requirements for the surface course and base course of low traffic volume roads.
Ultra-high-performance concrete (UHPC) has attracted increasing attention in prefabricated steel-concrete composite beams as achieving the onsite construction time savings and structural performance improvement. The inferior replacement and removal efficiency of conventional prefabricated steel-UHPC composite beams (PSUCBs) has thwarted its sustainable applications because of the widely used welded-connectors. Single embedded nut bolted shear connectors (SENBs) have recently introduced as an attempt to enhance demountability of PSUCBs. An in-depth exploration of the mechanical behavior of SENBs in UHPC is necessary to evidence feasibilities of corresponding PSUCBs. However, existing research has been limited to SENB arrangement impacts and lacked considerations on SENB geometric configuration counterparts. To this end, this paper performed twenty push-out tests and theoretical analyses on the shear performance and design recommendation of SENBs. Key test parameters comprised the diameter and grade of SENBs, degree and sequence of pretension, concrete casting method and connector type. Test results indicated that both diameters and grades of bolts exerted remarkable impacts on the SENB shear performance with respect to the shear and frictional responses. Also, there was limited influence of the bolt preload degrees on the shear capacity and ductility of SENBs, but non-negligible contributions to their corresponding frictional resistance and initial shear stiffness. Moreover, inverse pretension sequences or monolithic cast slabs presented slight improvements in the ultimate shear and slip capacity. Finally, design-oriented models with higher accuracy were introduced for predictions of the ultimate shear resistance and load-slip relationship of SENBs in PSUCBs.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.6
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pp.225-232
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2008
The object of this paper is to study the flexural strengthening effectiveness on the construction method of bonding of the FRP. The existing FRP flexural strengthening methods were divided into FRP sheet strengthening and FRP plate strengthening according to the FRP condition. For improving the existing construction method, this paper proposed the velcro type anchorage system for temporary bonding material, and flexural strengthening effects were tested. Test variables were bonding methods of the FRP strengthening materials, and total 4 specimens were tested. Following to the test results, it is shown that FRP-plate strengthening method using the velcro can get better workability than existing construction methods, and have excellent strengthening performance including flexural strength, stiffness, ductility and failure aspect.
If conventional reinforcements are used for high-strength concrete (HSC) structures, a large amount of the reinforcement must be required to compensate for the brittleness of HSC and make the best use of HSC. This raises some structural problems such as steel congestion and an increase in self-weight. Therefore, alternative reinforcing materials and methods for HSC structures are needed. In this study, four full-scale beam specimens constructed with HSC (100 MPa) were tested to investigate the effect of the different shear reinforcements on the shear behavior. These four specimens were reinforced for shear stirrups with normal and high strength steels, headed bars, and carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) bars, respectively. In addition, steel fibers were added to the HSC in the two of the specimens to observe their beneficial effects. The use of high strength steels resulted in the improvement of the shear capacity since the shear resistance provided by the shear reinforcements and the bond strength were increased. The specimen reinforced with headed bars also showed a superior performance to the conventional steel reinforced specimen due to the considerably high anchorage strength of headed bar. CFRP bars used in this research, however, seemed to be inadequate for shear reinforcement because of the inferior bond capacity. The presence of the steel fibers in concrete led to remarkable improvement in the ductility of the specimens as well as in the overall cracks control capability.
Kim, W.J.;Lee, J.B.;Kim, W.Y.;Jeong, H.G.;Park, J.D.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2006.05a
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pp.57-58
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2006
The effects of lowering ECAP temperature during ECAP process and Post-ECAP annealing on microstructure, texture and mechanical properties of the AZ31 alloys have been investigated in the present study. The as-extruded materials were ECAP processed to 2 passes at 553K prior to subsequent pressing up to 6 passes at 523K or 493K. When this method of lowering ECAP temperature during ECAP was used, the rods could be successfully deformed up to 6 passes without any surface cracking. Grain refinement during ECAP process at 553K might have helped the material to endure further straining at lower deformation temperatures probably by increasing the strain accommodation effect by grain boundary sliding, causing stress relaxation. Texture modification during ECAP has a great influence on the strength of Mg alloys because HCP metals have limited number of slip systems. As slip is most prone to take place on basal planes in Mg at room temperature, the rotation of high fraction of basal planes to the directions favorable for slip as in ECAP decreases the yield stress appreciably. The strength of AZ31 Mg alloys increases with decrease of grain size if the texture is constant though ECAP deformation history is different. A standard positive strength dependence on the grain size for Mg alloys with the similar texture (Fig. 1) supports that the softening of ECAPed Mg alloys (a negative slope) typically observed despite the significant grain refinement is due to the texture modification where the rotation of basal planes occurs towards the orientation for easier slip. It could be predicted that if the original fiber texture is restored after ECAP treatment yielding marked grain refinement, yield stress as high as 500 MPa will be obtained at the grain size of ${\sim}1{\mu}m$. Differential speed rolling (DSR) with a high speed ratio between the upper and lower rolls was applied to alter the microstructure and texture of the AZ31 sheets. Significant grain refinement took place during the rolling owing to introduction of large shear deformation. Grain size as small as $1.4{\mu}m$ could be obtained at 423K after DSR. There was a good correlation between the (0002) pole intensity and tensile elongation. This result indicates that tensile ductility improvement in the asymmetrically rolled AZ31 Mg alloys is closely related to the weakening of basal texture during DSR. Further basal texture weakening occurred during annealing after DSR. According to Hall-Petch relation shown in Fig. 1, the strength of the asymmetrically rolled AZ31 is lower than that of the symmetrically rolled one when compared at the same grain size. This result was attributed to weakening of fiber texture during DSR. The DSRed AZ31, however, shows higher strength than the ECAPed AZ31 where texture has been completely replaced by a new texture associated with high Schmid factors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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