Cho, Hae-Chang;Park, Min-Kook;Hwang, Jin-Ha;Kang, Won-Hee;Kim, Kang Su
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.4
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pp.503-514
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2020
This study proposes prediction models for the shear strength of steel fiber reinforced concrete (SFRC) and ultra-high-performance fiber reinforced concrete (UHPC) beams using a Bayesian parameter estimation approach and a collected experimental database. Previous researchers had already proposed shear strength prediction models for SFRC and UHPC beams, but their performances were limited in terms of their prediction accuracies and the applicability to UHPC beams. Therefore, this study adopted a statistical approach based on a collected database to develop prediction models. In the database, 89 and 37 experimental data for SFRC and UHPC beams without stirrups were collected, respectively, and the proposed equations were developed using the Bayesian parameter estimation approach. The proposed models have a simplified form with important parameters, and in comparison to the existing prediction models, provide unbiased high prediction accuracy.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.1
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pp.21-28
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2008
The CFT (Concrete Filled Steel Tube) columns became popular in high rise building construction due to not only its composite effect but also economic advantage. However, it has been pointed out in various previous researches that the current practice in CFT columns may lead the steel tube to probable local buckling at critical sections of the columns right after yielding. To resolve such a problem, the TR-CFT (Transversely Reinforced Concrete Filled Steel Tube) column is proposed to control or at least delay the local buckling state at the critical section by wrapping the CFT columns with carbon fiber sheet. The validity of the proposed column system is validated through the present paper by observing the experimental performance and comparing it with the analytical prediction of the TR-CFT columns with hish strength concrete. It is also shown that the current design code provisions such as ACI-318, in which the contribution of concrete confining effect filled in steel tube is not appropriately accounted for, may contain too much conservatism.
Kh., Hind M.;Ozakca, Mustafa;Ekmekyapar, Talha;Kh., Abdolbaqi M.
Computers and Concrete
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v.18
no.5
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pp.999-1018
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2016
Enhanced tensile properties of fiber reinforced concrete make it suitable for strengthening of reinforced concrete elements due to their superior corrosion resistance and high tensile strength properties. Recently, the use of fibers as strengthening material has increased motivating the development of numerical tools for the design of this type of intervention technique. This paper presents numerical analysis results carried out on a set of concrete beams reinforced with short fibers. To this purpose, a database of experimental results was collected from an available literature. A reliable and simple three-dimensional Finite Element (FE) model was defined. The linear and nonlinear behavior of all materials was adequately modeled by employing appropriate constitutive laws in the numerical simulations. To simulate the fiber reinforced concrete cracking tensile behavior an approach grounded on the solid basis of micromechanics was used. The results reveal that the developed models can accurately capture the performance and predict the load-carrying capacity of such reinforced concrete members. Furthermore, a parametric study is conducted using the validated models to investigate the effect of fiber material type, fiber volume fraction, and concrete compressive strength on the performance of concrete beams.
Lee, Jin Young;Kim, Mi Hye;Min, Kyung Hwan;Yoon, Young Soo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.4
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pp.155-164
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2011
In the case of impact loading test, measurement of the test data has difficulties due to fast loading velocity. In addition, the dynamic behaviors of specimens are distorted by ignoring local fracture. In this study, therefore, finite element analysis which considers local fracture and strain rate effect on impact load was performed by using LS-DYNA, an explicit analysis program. The one-way and two-way specimens strengthened with FRP Sheets and steel fibers were considered as analysis models. The results showed that the impact resistance of steel fiber reinforced concrete (SFRC) and ultra high performance concrete (UHPC) was enhanced. In the case of specimens strengthened with FRP Sheets, GFRP was superior to CFRP in the performance of impact resistance, and there was little effect of the FRP Sheet orientation. The reliability of this analysis model was verified by comparing with previous experimental results.
A novel type of steel fiber with a rounded-end shape is presented to improve the bonding behavior of fibers with Carbon Nanotubes (CNT)-reinforced Ultra-High Performance Concrete (UHPC) matrix. For this purpose, by performing a parametric study and using the nonlinear finite element method, the impact of geometric characteristics of the fiber end on its bonding behavior with UHPC has been studied. The cohesive zone model investigates the interface between the fibers and the cement matrix. The mechanical properties of the cohesive zone model are determined by calibrating the finite element results and the experimental fiber pull-out test. Also, the results are evaluated with the straight steel fibers outcomes. Using the novel presented fibers, the bond strength has significantly improved compared to the straight steel fibers. The new proposed fibers increase bond strength by 1.1 times for the same diameter of fibers. By creating fillet at the contact area between the rounded end and the fiber, bond strength is significantly improved, the maximum fiber capacity is reachable, and the pull-out occurs in the form of fracture and tearing of the fibers, which is the most desirable bonding mode for fibers. This also improves the energy absorbed by the fibers and is 4.4 times more than the corresponding straight fibers.
Kim, Seung-Won;Cho, Hyun-Myung;Lee, Hak-Yong;Park, Cheol-Woo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.4
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pp.109-115
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2015
High performance fiber reinforced cementitious composite (HPFRCC) can provide high fracture energy absorption as well as high strength with high fiber volume fraction. The increased fracture energy helps resisting high frequency loadings, such as earthquake, impact or blast. This study investigates the flexural performance of slurry infiltrated fiber concrete (SIFCON), one of the important HPFRCC, with respect to varying fiber volume fraction. The maximum fiber volume fraction was 8.0 % and reduced to 6.0% by 0.5% and the maximum volume fraction is obtained by packing fibers with simple tapping by hands. The used fiber was a steel fiber with the length 30 mm and the diameter of 0.5 mm. The flexural strengths were 48.7 MPa at 8.0 % and 22.8 MPa at 6.0 %. The measured flexural strength is much higher compared to other cememtitious composite materials but decreased proportional to the fractions. This result implies that for SIFCON considered herein the reduced amount of steel fibers may affect its flexural performance in a negatively way. The flexural toughness, an index to represent the fracture energy absorption, also decreased with the reduced fiber amount.
Lee Young Oh;Yang Il Seung;Han Byung Chan;Park Wan Shin;Yun Hyun Do;Moon Youn Joon
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.231-234
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2005
Steel braced frames retrofit method has been broadly used due to their effectiveness in both light weight and construction periods. However, steel braced frames retrofit method has difficulties in application on the inner frames of buildings to be retrofitted consequently, there have been demands for the braced frames retrofit method that can be broadly and easily applicable to both inner and outer frames of the buildings. The objective of this study is to develop and evaluate the seismic retrofit method applicable to the inner frame also by dividing the reinforcing frames into three unit. From the cyclic test of specimens, the test results dearly showed that steel brace using HPFRCCs and steel bars ensure the better cyclic compressive performance than the normal braced members.
A numerical model that can simulate the nonlinear behavior of ultra high strength fiber-reinforced concrete (UHSFRC) structures subject to monotonic loadings is introduced. Since engineering material properties of UHSFRC are remarkably different from those of normal strength concrete and engineered cementitious composite, classification of the mechanical characteristics related to the biaxial behavior of UHSFRC, from the designation of the basic material properties such as the uniaxial stress-strain relationship of UHSFRC to consideration of the bond stress-slip between the reinforcement and surrounding concrete with fiber, is conducted in this paper in order to make possible accurate simulation of the cracking behavior in UHSFRC structures. Based on the concept of the equivalent uniaxial strain, constitutive relationships of UHSFRC are presented in the axes of orthotropy which coincide with the principal axes of the total strain and rotate according to the loading history. This paper introduces a criterion to simulate the tension-stiffening effect on the basis of the force equilibriums, compatibility conditions, and bond stress-slip relationship in an idealized axial member and its efficiency is validated by comparison with available experimental data. Finally, the applicability of the proposed numerical model is established through correlation studies between analytical and experimental results for idealized UHSFRC beams.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.7
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pp.152-163
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2019
In this paper, effect of steel fiber inclusion, compressive strength of matrix, shear reinforcement and shear span to depth ratio on the flexural behavior of UHPFRC(Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete) were investigated with test of 10-UHPFRC beam specimens. All test specimens were subjected to the flexural static loading. It was shown that steel fiber significantly improve the shear strength of UHPFRC beams. 2% volume fraction of steel fiber change the mode of failure from shear failure to flexural failure and delayed the failure of compressive strut with comparatively short shear span to depth ratio. UHPFRC beams without steel fiber had a 45-degree crack angle and fiber reinforced one had lower crack angle. Shear reinforcement contribution on shear strength of beams can be calculated by 45-degree truss model with acceptable conservatism. Using test results, French and Korean UHPFRC design recommendations were evaluated. French recommendation have shown conservative results on flexural behavior but Korean recommendation have shown overestimation for flexural strength. Both recommendations have shown the conservatism on the flexural ductility and shear strength either.
Impact experiments have been carried out on concrete slabs. The first group was traditionally manufactured, densely reinforced concrete targets, and the next were ordinary Portland and calcium aluminate cement based HPSFRC (High performance steel fiber reinforced concrete) and SIFCON (Slurry infiltrated concrete) targets. All specimens were hit by anti-armor tungsten projectiles at a muzzle velocity of over 4 Mach causing destructive perforation. In Part I of this article, production and experimental procedures are described. The first group of specimens were ordinary CEM I 42.5 R cement based targets including only dense reinforcement. In the second and third groups, specimens were produced using CEM I 42.5 R cement and Calcium Aluminate Cement (CAC40) with ordinary reinforcement and steel fibers 2 percent in volume. In the fourth group, SIFCON specimens including 12 percent of steel fibers without reinforcement were tested. A high-speed camera was used to capture impact and residual velocities of the projectile. Sample tests were performed to obtain mechanical properties of the materials. In the companion Part II of this study, numerical investigations and simulations performed will be presented. Few studies exist that examine high-velocity impact effects on CAC40 based HPSFRC targets, so this investigation gives an insight for comparison of their behavior with Portland cement based and SIFCON specimens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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