In recent times, there has been a growing need to retrofit and strengthen reinforced concrete (RC) structures that have been damaged. Numerous studies have explored various methods for strengthening RC beams. However, there is a significant dearth of research investigating the utilization of ultra-high-performance concrete (UHPC) for retrofitting damaged RC beams within a concrete frame. This study aims to develop a finite element (FE) model capable of accurately simulating the nonlinear behavior of RC beams and subsequently implementing it in an RC concrete frame. The RC frame is subjected to loading until failure at two distinct degrees, followed by retrofitting and strengthening using Ultra high performance shotcrete (UHPS) through two different methods. The results indicate the successful simulation of the load-displacement curve and crack patterns by the FE model, aligning well with experimental observations. Novel techniques for reinforcing deteriorated concrete frame structures through ABAQUS are introduced. The second strengthening method notably improves both the load-carrying capacity and initial stiffness of the load-displacement curve. By incorporating embedded rebars in the frame's columns, the beam's load-carrying capacity is enhanced by up to 31% compared to cases without embedding. These findings indicate the potential for improving the design of strengthening methods for damaged RC beams and utilizing the FE model to predict the strengthening capacity of UHPS for damaged concrete structures.
This paper presents the test results of total 24 beam-end specimens to investigate the effect of high-strength concrete and cover thickness on the development resistance capacity in tensile lap splice length regions. Based on bond characteristics that an increase in concrete strength results in higher bond stress and shortening of the transfer length, cracking behavior that thin cover thickness induced a splitting crack easily and brittle crack propagation, current design code that development length provisions as uniform bond stress assumption was investigated apply as it. The results showed that as higher strength concrete was employed, not only development resistance capacity was influenced by cover thickness, but also more sufficient safety factor reserved shorter than the lap splice length provision in current design code. From experimental research results, high-strength concrete development length was not inverse ratio of $\sqrt{f_{ck}}$ but directly inverse of $f_{ck}$, and it is also said that there is a certain limit length of the embedded steel over which the assumption of uniform bond stress distribution is valid specially for high-strength concrete not having a same embed length such as normal-strength concrete in current design criteria hypothesis.
This paper investigates the lap splice performance of structural steel bars embedded in high performance fiber reinforced cementitious composite(HPFRCC) with various matrix ductilities. Matrix ductility is governed fiber type and fiber volume fraction. Fiber types were polypropylene(PP), polyethylene(PE) and hybrid fiber[polyethylene fiber+steel cord(PE+SC)]. The lap splice length$(l_d)$ was calculated according to the relevant ACI code requirements for reinforcing bars in normal concrete. As the result of tests, lap splice strength of HPFRCC using PE1.5 and hybrid fiber increased by up to $82{\sim}91$ percent more than that of concrete. Splice strength and energy absorption capacity of PE0.75+SC0.75 or PE1.5(fiber volume fraction 1.5%) specimen increased more than that of PP2.0(fiber volume fraction 2.0%) specimen. Therefore lap splice performance depends on fiber tensile strength and Young's modulus more than fiber volume fraction. Also, HPFRCC appear multiple crack and ductile postpeak behavior due to bridging of fiber in cementitious composite.
Sin, Hyeon-Jong;Kim, In-Su;Lee, Jae-Hyeon;Heo, Seong-Gang;Jo, Chang-Yong
Korean Journal of Materials Research
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v.11
no.1
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pp.8-14
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2001
Microstructural evolution and creep failure behavior of GTD 111 have been studied. Solidification and precipitation behaviors of the alloy during casting have been analyzed by microstructural observations. It has been found that MC carbides solidify just before the $\gamma$/$\gamma$' eutectic solidification. The ηphase was found to be formed by transformation of Ti-rich $\gamma$'phase. PFZ has formed in the vicinity of the transformed $\eta$ phase. A few MC particles, which have been identified as TaC, precipitated within the PFZ. Creep failure along grainboundary was dominant at and above $871^{\circ}C$. Creep failure above$ 871^{\circ}C$ was caused by the propagation of surface cracks and internal cracks. Creep crack has initiated at the microporosities embedded on the grainboundary. The $\eta$phase and PFZ have been found to be little or no effect on creep crack initiation.
Steel-concrete composite rigid-frame bridge is a type of integral bridge having advantages in bridge maintenance and structural efficiency from eliminating expansion joints and bridge supports, the main problems in bridge maintenance. The typical steel-concrete composite rigid-frame bridge has the girder-abutment connection where a part of its steel girder is embedded in abutment for integrity. However, the detail of typical girder-abutment connection is complex and increases the construction cost, especially when a part of steel girder is embedded. Recently, a new type of bridge was proposed to compensate for the disadvantages of complex details and cost increase. The compensation are expected to improve efficiency of construction by simplifying the construction detail of the girder-abutment connection. In this study, a static load test has been carried out to examine the behavior of the girder-abutment connection using real-scale specimens. The results of the test showed that the girder-abutment connection of proposed girder bridge has sufficient flexural capacity and rebars to control concrete crack should be placed on the top of abutment.
PURPOSES : The piezoelectric energy road analysis technology using a three-dimensional finite element method was developed to investigate pavement behaviors when piezoelectric energy harvesters and a new polyurethane surface layer were installed in field conditions. The main purpose of this study is to predict the long-term performance of the piezoelectric energy road through the proposed analytical steps. METHODS : To predict the stresses and strains of the piezoelectric energy road, the developed energy harvesters were embedded into the polyurethane surface layer (50 mm from the top surface). The typical type of triaxial dump truck loading was applied to the top of each energy harvester. In this paper, a general purpose finite element analysis program called ABAQUS was used and it was assumed that a harvester is installed in the cross section of a typical asphalt pavement structure. RESULTS : The maximum tensile stress of the polyurethane surface layer in the initial fatigue model occurred up to 0.035 MPa in the transverse direction when the truck tire load was loaded on the top of each harvester. The maximum tensile stresses were 0.025 MPa in the intermediate fatigue model and 0.013 MPa in the final fatigue model, which were 72% and 37% lower than that of the initial stage model, respectively. CONCLUSIONS : The main critical damage locations can be estimated between the base layer and the surface layer. If the crack propagates, bottom-up cracking from the base layer is the main cracking pattern where the tensile stress is higher than in other locations. It is also considered that the possibility of cracking in the top-down direction at the edge of energy harvester is more likely to occur because the material strength of the energy harvester is much higher and plays a role in the supporting points. In terms of long-term performance, all tensile stresses in the energy harvester and polyurethane layer are less than 1% of the maximum tensile strength and the possibility of fatigue damage was very low. Since the harvester is embedded in the surface layer of the polyurethane, which has higher tensile strength and toughness, it can assure a good, long-term performance.
This paper is a report about lap splice performance of rebar embedded in the strain-hardening cement-based composites (SHCCs) under monotonic and repeated tension loading. Ten mix proportions of cement-based composites such as SHCCs and normal concrete were investigated. The study parameters are comprised of (1) types of reinforcing fibers (polyethylene and steel fiber), (2) replacement levels of expansive admixture (EXA, 0% and 10%), and (3) compressive strength (30 and 100 MPa) of cement-based composites. Lap splice lengths (ld) of rebars in SHCC materials and normal concrete were 60% and 100% of splice length calculated by code requirements for structural concrete, respectively. Test results indicated that SHCCs materials can lead to enhancements in the lap splice performance of embedded rebar. All of the fiber reinforcement conditions (PE-SHCC and PESF-SHCC) considered in this study produced considerable improvements in the tensile strength, cracking behavior, and bond strength of lap-spliced rebar. Furthermore, adding EXA to SHCC matrix improved the tensile lap splice performance of rebar in SHCC materials. However, for controlling crack behavior, the performance of PE-SHCC was better than that of PESF-SHCC due to its mechanical properties. This study demonstrated an effective approach for reducing required development length of lap spliced rebar by using SHCC materials.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.2
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pp.269-279
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1994
This paper concentrates on the finite element analysis of concrete structures considering the material nonlinearity and time-dependent structural behavior. Using the rotating crack model among the smeared cracking model, the structural behavior up to ultimate load is simulated, and concrete is assumed to be an orthotropic material. Especially to include the tension stiffening effect in bending behavior, a criterion based on the fracture mechanics concept is introduced and the numerical error according to the finite element mesh size can be minimized through the application of the proposed criterion. Besides, the governing equation for steel is systematized by embeded model to cope with the difficulty in modeling of complex geometry. Finally, to trace the structural behavior with time under cracked and/or uncracked section, an algorithm for the purpose of time-dependent analysis is formulated in plane stress-strain condition by the age-adjusted effective modulus method.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.15
no.6
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pp.579-587
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2015
In this paper, microencapsulated healing agent was embedded in the polymer matrix to obtain self healing properties. Microencapsulation of methacrylate using polyurea-formaldehyde as a shell material and studied the effect of agitation rate on capsule characteristics such as size, shell thickness, and surface morphology. The formation of microcapsules was confirmed by FTIR and TGA, and capsule characteristics were studied by optical microscopy and SEM. The self-healing effect was evaluated using permeability measurements and further confirmed by surface analytical tools including optical microscope. According to the experimental results, the microencapsulated healing system has the self-heaing ability for artificial cracks.
Though steel reinforcing bars are the most widely used tensile reinforcement, corrosion problems are encountered due to the exposure to aggressive environments. As an alternative material to steel, the fiber reinforced polymers have been used as reinforcement in concrete structures. However, bond strength of FRP rebar is relatively low compared to steel rebar. It has been reported that fibers in matrix can resist crack growth, propagation and finally result in an increase of toughness. In this study, high-strength concrete reinforced with structural fibers was produced to enhance interfacial bond behavior between FRP rebar and concrete matrix. The interfacial bond-behaviors were investigated from a direct pullout test. The test variables were surface conditions of GFRP bars and fiber types. Total of 54 pullout specimens with three different types of bars were cast for bond strength tests. The bond strength-slip responses and resistance of the bond failure were evaluated. The test results showed that the bond strength and toughness increased according to the increased fiber volume.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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