For the composite behavior of steel tube and inner concrete, the shear connectors should be applied to the CFT structures. However, the present design codes don't provide the design criteria that can be applied on shear connectors in the CFT structures typically filled with plain concrete. This study has been carried out to propose design criteria (shear strength and resistance factor) for the stud shear connectors in CFT structures. Experimental tests using the push-out specimens with the plain concrete blocks and finite element analysis were conducted for the purpose of verifying the main failure mode to propose the shear strength of studs in CFT structures. From the results of this study, the main failure mode of studs in CFT structures is splitting crack of concrete and this failure mode reduces shear strength of studs in CFT structures relatively to those embedded in RC blocks.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.19
no.1
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pp.25-33
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1999
Since concrete is an inhomogeneous material consisting of larger aggregates and sand embedded in a cement paste matrix, it relatively shows a complex failure mechanism. In order to assure the reliability of concrete structure. microscopic fracture behavior and internal damage progress of concrete under the loading should be fully understood. In this study, an acoustic emission(AE) technique has been used to clarify microscopic failure mechanism and their corresponding AE signal characteristics of concrete under three-point bending test. In addition 2-dimensional AE source location has been performed to monitor the progress of an internal damage and the successive crack growth behavior during the loading. The relationship between AE signal characteristics and microscopic fracture mechanism is discussed.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.1
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pp.101-110
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2014
Expansion agent is a very effective admixture for prevention of cracking due to autogenous/drying shrinkage and this can induce internal chemical prestress to embedded reinforcement. In this paper, tension-softening and hardening in cement mortar with steel and CSA expansion agent are experimentally evaluated. Cement mortar with steel reinforcement is prepared and tensile strength test is performed for evaluation of cracking and tensile behavior. In spite of slightly reduced strength and elasticity in CSA mortar, significantly increased tension-hardening behavior is evaluated in CSA mortar with induced chemical prestress. Furthermore previous tension softening models are compared with the test results and improvement are proposed.
In this paper, the fracture characteristics of concrete specimens with different notch depths under three-point flexural loads are studied by finite element and fracture mechanics methods. Firstly, the concrete beams (the size is 700×100×150 mm) with different notch depths (a=30 mm, 45 mm, 60 mm and 75 mm respectively) are tested to study the influence of notch depths on the mechanical properties of concrete. Subsequently, the concrete beams with notch depth of 60 mm are loaded at different loading rates to study the influence of loading rates on the fracture characteristics, and digital image correlation (DIC) is used to monitor the strain nephogram at different loading rates. The test results show that the flexural characteristics of the beams are influenced by notch depths, and the bearing capacity and ductility of the concrete decrease with the increase of notch depths. Moreover, the peak load of concrete beam gradually increases with the increase of loading rate. Then, the fracture energy of the beams is accurately calculated by tail-modeling method and the bilinear softening constitutive model of fracture behavior is determined by using the modified fracture energy. Finally, the bilinear softening constitutive function is embedded into the finite element (FE) model for numerical simulation. Through the comparison of the test results and finite element analysis, the bilinear softening model determined by the tail-modeling method can be used to predict the fracture behavior of concrete beams under different notch depths and loading rates.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.8
no.2
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pp.175-182
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2020
The application of epoxy coated reinforcements is increased as a means to prevent a corrosion of reinforcements embedded in reinforced concrete structures, However, epoxy coating may reduce the bond capacity between concrete and reinforcement, which results a longer development length and lap splice length. This paper aims to the possibility of modification in lap splice length from reduction of basic development length which was confirmed using a direct pull out test. Total 36 beam specimens were tested to compare the lap splice properties of normal and epoxy coated reinforcements with beam-end test for various lap lengths and diameters of reinforcements. According to the results on failure modes, deformations, and crack widths of this experiments, the modification factor of 1.2 should be used, though the direct bond capacity is assured through direct pull out test.
Ji, Qing;Ho, Michael;Zheng, Rong;Ding, Zhi;Song, Gangbing
Smart Structures and Systems
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v.15
no.1
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pp.135-150
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2015
Large concrete structures are prone to cracks and damages over time from human usage, weathers, and other environmental attacks such as flood, earthquakes, and hurricanes. The health of the concrete structures should be monitored regularly to ensure safety. A reliable method of real time communications can facilitate more frequent structural health monitoring (SHM) updates from hard to reach positions, enabling crack detections of embedded concrete structures as they occur to avoid catastrophic failures. By implementing an unconventional mode of communication that utilizes guided stress waves traveling along the concrete structure itself, we may be able to free structural health monitoring from costly (re-)installation of communication wires. In stress-wave communications, piezoelectric transducers can act as actuators and sensors to send and receive modulated signals carrying concrete status information. The new generation of lead zirconate titanate (PZT) based smart aggregates cause multipath propagation in the homogeneous concrete channel, which presents both an opportunity and a challenge for multiple sensors communication. We propose a time reversal based pulse position modulation (TR-PPM) communication for stress wave communication within the concrete structure to combat multipath channel dispersion. Experimental results demonstrate successful transmission and recovery of TR-PPM using stress waves. Compared with PPM, we can achieve higher data rate and longer link distance via TR-PPM. Furthermore, TR-PPM remains effective under low signal-to-noise (SNR) ratio. This work also lays the foundation for implementing multiple-input multiple-output (MIMO) stress wave communication networks in concrete channels.
Steel anchor bolts are installed in concrete using a variety of methods. One of the most common methods of anchor bolt installation is using epoxy resin as an infill material injected into the drilled hole to act as a bonding material between the steel bolt and the surrounding concrete. Typical design standards assume uniform stress distribution along the length of the anchor bolt accompanied with single crack leading to pull-out failure. Experimental evidence has shown that the steel anchor bolts fail owing to the multiple failure patterns, hence these design assumptions are not realistic. In this regard, the presented research work details the analytical model that takes into consideration multiple micro cracks in the infill material induced via impact loading. The impact loading from the Schmidt hammer is used to evaluate the bond condition bond condition of anchor bolt and the epoxy material. The added advantage of the presented analytical model is that it is able to take into account the various type of end conditions of the anchor bolts such as bent or U-shaped anchors. Through sensitivity analysis the optimum stiffness and shear strength properties of the epoxy infill material is achieved, which have shown to achieve lower displacement coupled with reduced damage to the surrounding concrete. The accuracy of the presented model is confirmed by comparing the simulated deformational responses with the experimental evidence. From the comparison it was found that the model was successful in simulating the experimental results. The proposed model can be adopted by professionals interested in predicting and controlling the deformational response of anchor bolts.
Young Cheol Kim;Geunsu Joo;Jisang Park;Woo-Kyoung Lee;Min-Gyu Kang;Ji Hoon Kim
Journal of Wind Energy
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v.14
no.3
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pp.83-90
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2023
The purpose of this study is to evaluate the inter-laminar fracture toughness characteristics of CFRP pultrusion spar cap materials reinforced with non-woven glass fabric. Test specimens were fabricated by the infusion technique. A non-woven glass fabric and artificial defects were embedded on the middle surface between two pultruded CFRP panels. Double cantilever beam (DCB) and End Notched Flexure (ENF) tests were performed according to ASTM standards. Fracture toughness and crack propagation characteristics were evaluated with load-displacement curves and delamination resistance curves (R-Curve). The fracture toughness results were calculated by compliance calibration (CC) method. The initiation and propagation values of Mode-I critical strain energy release rate value GIc were 1.357 kJ/m2 and 1.397 kJ/m2, respectively, and Mode-II critical strain energy release rate values GIIc were 4.053 kJ/m2 for non-precracked test and 4.547 kJ/m2 for precracked test. It was found that the fracture toughness properties of the CFRP pultrusion spar-cap are influenced by the interface between the layers of CFRP and glass fiber non-woven.
LB-DECK, a precast concrete panel type, is a permanent concrete deck form used as a formwork for cast-in-place concrete pouring at bridge construction site. LB-DECK consists of 60 mm thick concrete slab and 125 mm height Lattice-girders partly embedded in the concrete slab. These decks have been applied to the bridges, which girder spacings are short enough to resist longitudinal cracking caused by construction loads. This paper presents experimental research work conducted to evaluate the cracking load of LB-DECKs designed for long span bridge decks. Twenty four non-composite beams and four composite beams are fabricated considering three design variables of thickness of concrete slab, height of lattice-girder, and diameter of top-bar. Static loads controlled by displacements are applied to test beams to obtain cracking and ultimate loads. Vertical displacements at the center of beams, strains of top-bar, crack propagation in concrete slab, and final failure modes are carefully monitored. The obtained cracking loads are compared to the analytical results obtained by elastic analyses. Long-term analyses using age-adjusted effective modulus method (AEMM) are also conducted to investigate the effects of concrete shrinkage on the cracking loads. Based on the test results, the tensile strength and the design details of LB-DECKs are discussed to prevent longitudinal cracking of long span bridge decks.
Laskar, Arghadeep;Zhong, Jianxia;Mo, Y.L.;Hsu, Thomas T.C.
Interaction and multiscale mechanics
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v.2
no.1
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pp.69-89
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2009
Reinforced and prestressed concrete (RC and PC) thin walls are crucial to the safety and serviceability of structures subjected to shear. The shear strengths of elements in walls depend strongly on the softening of concrete struts in the principal compression direction due to the principal tension in the perpendicular direction. The past three decades have seen a rapid development of knowledge in shear of reinforced concrete structures. Various rational models have been proposed that are based on the smeared-crack concept and can satisfy Navier's three principles of mechanics of materials (i.e., stress equilibrium, strain compatibility and constitutive laws). The Cyclic Softened Membrane Model (CSMM) is one such rational model developed at the University of Houston, which is being efficiently used to predict the behavior of RC/PC structures critical in shear. CSMM for RC has already been implemented into finite element framework of OpenSees (Fenves 2005) to come up with a finite element program called Simulation of Reinforced Concrete Structures (SRCS) (Zhong 2005, Mo et al. 2008). CSMM for PC is being currently implemented into SRCS to make the program applicable to reinforced as well as prestressed concrete. The generalized program is called Simulation of Concrete Structures (SCS). In this paper, the CSMM for RC/PC in material scale is first introduced. Basically, the constitutive relationships of the materials, including uniaxial constitutive relationship of concrete, uniaxial constitutive relationships of reinforcements embedded in concrete and constitutive relationship of concrete in shear, are determined by testing RC/PC full-scale panels in a Universal Panel Tester available at the University of Houston. The formulation in element scale is then derived, including equilibrium and compatibility equations, relationship between biaxial strains and uniaxial strains, material stiffness matrix and RC plane stress element. Finally the formulated results with RC/PC plane stress elements are implemented in structure scale into a finite element program based on the framework of OpenSees to predict the structural behavior of RC/PC thin-walled structures subjected to earthquake-type loading. The accuracy of the multiscale modeling technique is validated by comparing the simulated responses of RC shear walls subjected to reversed cyclic loading and shake table excitations with test data. The response of a post tensioned precast column under reversed cyclic loads has also been simulated to check the accuracy of SCS which is currently under development. This multiscale modeling technique greatly improves the simulation capability of RC thin-walled structures available to researchers and engineers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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