This study evaluates the direct tensile strength of ultra-high-performance concrete (UHPC) using tests. A total of 45 dogbone-shaped specimens are tested, with the test variables being the fiber volume fraction and notch length. The test results showed that the material properties of UHPC were largely dependent on the fiber volume fraction and compressive strength. When steel fibers with more than 1% fiber volume fraction are mixed in the manufacturing of UHPC, the tensile strength can be more than twice that of plain UHPC. In addition, the incorporation of steel fibers enabled the significant improvement of the initial cracking strength. However, the effect of the notch length on the tensile behavior was insignificant. An assessment of the direct tensile strength is conducted using machine-learning algorithms (ML). For evaluation of the direct tensile strength of UHPC using ML, a total of 98 test data, including 53 data from other research works and 45 data from this experimental program, were collected. In total, 67 data with a 70% confidence interval on a normal distribution curve were selected, with 47 data among 67 used for ML training and 20 data used for ML testing. As a result, the machine-learning algorithm with a steel fiber volume fraction predicted that the tensile strength has an average of 0.98 and the lowest values of regression evaluation metrics among analytical and ML-based models. It is considered that an ML-based model can help to predict a more accurate tensile strength of UHPC.
In this study, in order to observe the behaviors of fiber reinforced polymer (FRP) strengthened and steel fiber reinforced concrete specimens for impact and static loads, flexural and punching tests were performed. For the one-way flexural and two-way punching tests, concrete specimens with the dimensions of $50{\times}100{\times}350$ mm and $50{\times}350{\times}350$ mm were fabricated, respectively. The steel fiber reinforced concrete specimens showed much enhanced resistance on two-way punching of static and impact loads. In addition the FRP strengthening system provided the outstanding performance under a punching load. Because of a large tensile strength and toughness of ultra high performance concrete (UHPC), the UHPC specimens retrofitted with FRP showed marginally enhanced strength and energy dissipating capacity.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.2
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pp.177-188
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2016
One of the primary concerns about the design aspects is that how to deal with the shear reinforcement in the ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) beam. This study aims to investigate the shear behavior of UHPFRC rectangular cross sectional beams with fiber volume fraction of 1.5 % considering a spacing of shear reinforcement. Shear tests for simply supported UHPFRC beams were performed. Test results showed that the steel fibers substantially improved of the shear resistance of the UHPFRC beams. Also, shear reinforcement had a synergetic effect on enhancement of ductility. Even though the spacing of shear reinforcement exceeds the spacing limit recommended by current design codes (ACI 318-14), shear strength of UHPFRC beam was noticeably greater than current design codes. Therefore, the spacing limit of 0.75d can be allowed for UHPFRC beams.
To solve the exhaustion problem of natural aggregate which were create the high value in construction and environmental industry, recycled aggregates have considerable benefits than other materials. However, even though many researches have been conducted with recycled aggregates, building structures with recycled aggregated are rarely constructed because it has lower quality than natural aggregates have. In this study, mechanical and strain properties of recycled aggregates concrete containing steel fibers have been reviewed in order to complement performance of recycled aggregates concrete. As results, recycled aggregates concrete showed lower compressive strength and elastic modulus than plain concrete. But, recycled aggregates concrete containing steel fibers showed equivalent performance with plain concrete. In review of drying shrinkage and creep coefficient, recycled aggregates concrete containing steel fibers showed similar behavior with plain concrete in the range of 0.5 Vol.% fiber content rate by internal restraint effect, moisture transport restraint effect and strength enhancement effect of steel fiber. Therefore, it is considered that mixing steel fibers with concrete is the effective method as a active application plan for recycled aggregates.
This paper concerns the flexural behavior of steel fiber-reinforced ultra-high-performance concrete (UHPC) beams with compressive strength of 150 MPa. It presents experimental research results of hybrid steel fiber-reinforced UHPC beams with steel fiber content of 1.5% by volume and steel reinforcement ratio of less than 0.02. This study aims at investigating of compressive and tensile behavior of UHPC to perform a reasonable prediction for flexural capacity of UHPC beams. Tensile behavior modeling was performed using load-crack mouth opening displacement relationship obtained from bending test. The experimental results show that steel fiber-reinforced UHPC is in favor of cracking resistance and ductility of beams. The ductility indices range from 1.6 to 3.0, which means high ductility of hybrid steel fiber-reinforced UHPC. Test results and numerical analysis results for the moment-curvature relationship are compared. Though the numerical analysis results for the bending capacity of the UHPC beam without rebar is larger than test result, the overall comparative results show that the bending capacity of steel fiber-reinforced UHPC beams with compressive strength of 150 MPa can be predicted by using the established method in this paper.
One of the main disadvantages of Ultra High Performance Concrete exists in the large suggested value of UHPC ingredients. The purpose of this study was to find the models mechanical properties which included a 7, 14 and 28-day compressive strength test, a 28-day splitting tensile and modulus of rupture test for Ultra High Performance Concrete, as well as, a study on the interaction and correlation of five variables that includes silica fume amount (SF), cement 42.5 amount, steel fiber amount, superplasticizer amount (SP), and w/c mechanical properties of UHPC. The response surface methodology was analyzed between the variables and responses. The relationships and mathematical models in terms of coded variables were established by ANOVA. The validity of models were checked by experimental values. The offered models are valid for mixes with the fraction proportion of fine aggregate as; 0.70-1.30 cement amount, 0.15-0.30 silica fume, 0.04-0.08 superplasticizer, 0.10-0.20 steel fiber, and 0.18-0.32 water binder ratio.
This paper aims to model the effects of five different variables which includes: cement content (C), the steel fiber amount (F), the silica fume amount (SF), the superplasticizer (SP), the silica fume amount (SF), and the water to cementitious ratio (w/c) on 28 days flexural toughness of Ultra High Performance Concrete (UHPC) as well as, a study on the variable interactions and correlations by using analyze of variance (ANOVA) and response surface methodology (RSM). The variables were compared by fine aggregate mass. The model will be valid for the mixes with 0.18 to 0.32 w/c ratio, 4 to 8 percent steel fiber, 7 to 13 percent cement, 15 to 30 percent silica fume, and 4 to 8 percent superplasticizer by fine aggregate mass.
This study investigated the flowability and mechanical properties of cost-effective steel fiber reinforced ultra-high performance concrete (UHPC) by using locally available materials for field-cast application. To examine the effect of mixture constituents, five mixtures with different fractions of silica fume, silica powder, ground granulated blast furnace slag (GGBS), silica sand, and crushed natural sand were proportionally prepared. Comprehensive experiments for different mixture designs were conducted to evaluate the fresh- and hardened-state properties of self-consolidating UHPC. The results showed that the proposed UHPC had similar mechanical properties compared with conventional UHPC while the flow retention over time was enhanced so that the field-cast application seemed appropriately cost-effective. The self-consolidating UHPC with high flowability and low viscosity takes less total mixing time than conventional UHPC up to 6.7 times. The X-ray computed tomographic imaging was performed to investigate the steel fiber distribution inside the UHPC by visualizing the spatial distribution of steel fibers well. Finally, the tensile stress-strain curve for the proposed UHPC was proposed for the implementation to the structural analysis and design.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.2
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pp.51-58
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2008
This study is to investigate the ultimate shear load of prestressed girder made of Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC). Nine girders were tested until failure in shear. An analytical model to predict the ultimate shear load was formulated based on the Two Bounds Theory. A fiber reinforcing model was constituted based on the random assumption of steel fiber uniform distribution. The predicted values were compared with the conventional predictions and the test results. The proposed equations for computing the ultimate shear strength can be used for the ultimate failure status analysis, which could also be utilized for numerical limit analysis of prestressed UHPFRC girder. The established fiber reinforcing theoretical model can also be a reference for micro-mechanics analysis of UHPFRC.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.3
no.1
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pp.71-77
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2009
A theoretical model of multiple cracking failure mechanism is proposed herein for fiber reinforced high performance Cementitious composites. By introducing partial debonding energy dissipation on non-first cracking plane and fiber reinforcing parameter, the failure mechanism model of multiple cracking is established based on the equilibrium assumption of total energy dissipation on the first crack plane and non-first cracking plane. Based on the assumption of the first crack to be the final failure crack, energy dissipation terms including complete debonding energy, partial debonding energy, strain energy of steel fiber, frictional energy, and matrix fracture energy have been modified and simplified. By comparing multiple cracking number and energy dissipations with experiment results of the reference's data, it indicates that this model can describe the multiple cracking behavior of fiber reinforced high performance cementitious composites and the influence of the partial debonding term on energy dissipation is significant. The model proposed may lay a foundation for the predictions of the first cracking capacity and post cracking capacity of fiber reinforced high performance cementitious composites and also can be a reference for optimal mixture for construction cost.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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