This paper discussed and analyzed the interfacial stress distribution characteristic of adjacent cracks in Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) plate strengthened concrete slabs. One un-strengthened concrete test beam and four CFRP plate-strengthened concrete test beams were designed to carry out four-point flexural tests. The test data shows that the interfacial shear stress between the interface of CFRP plate and concrete can effectively reduce the crack shrinkage of the tensile concrete and reduces the width of crack. The maximum main crack flexural height in pure bending section of the strengthened specimen is smaller than that of the un-strengthened specimen, the CFRP plate improves the rigidity of specimens without brittle failure. The average ultimate bearing capacity of the CFRP-strengthened specimens was increased by 64.3% compared to that without CFRP-strengthen. This indicites that CFRP enhancement measures can effectively improve the ultimate bearing capacity and delay the occurrence of debonding damage. Based on the derivation of mechanical analysis model, the calculation formula of interfacial shear stress between adjacent cracks is proposed. The distributions characteristics of interfacial shear stress between certain crack widths were given. In the intermediate cracking region of pure bending sections, the length of the interfacial softening near the mid-span cracking position gradually increases as the load increases. The CFRP-concrete interface debonding capacity with the larger adjacent crack spacing is lower than that with the smaller adjacent crack spacing. The theoretical calculation results of interfacial bonding shear stress between adjacent cracks have good agreement with the experimental results. The interfacial debonding failure between adjacent cracks in the intermediate cracking region was mainly caused by the root of the main crack. The larger the spacing between adjacent cracks exists, the easier the interfacial debonding failure occurs.
Kim, Maan-Won;Lee, Joon-Won;Yoon, Kee-Bong;Park, Jai-Hak
International Journal of Safety
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v.6
no.2
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pp.1-7
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2007
In this study mechanical strength of A53B carbon steel was analyzed using several types of test specimens directly machined from oil recycling pipe experienced a failure due to hydrogen attack in chemical plants. High temperature hydrogen attack (HTHA) is the damage process of grain boundary facets due to a chemical reaction of carbides with hydrogen, thus forming cavities with high pressure methane gas. Driven by the methane gas pressure, the cavities grow on grain boundaries forming intergranular micro cracks. Microscopic optical examination, tensile test, Charpy impact test, hardness measurement, and small punch (SP) test were performed. Carbon content of the hydrogen attacked specimens was dramatically reduced compared with that of standard specification of A53B. Traces of decarburization and micro-cracks were observed by optical and scanning electron microscopy. Charpy impact energy in hydrogen attacked part of the pipe exhibited very low values due to the decarburization and micro fissure formation by HTHA, on the other hand, data tested from the sound part of the pipe showed high and scattered impact energy. Maximum reaction forces and ductility in SP test were decreased at hydrogen attacked part of the pipe compared with sound part of the pipe. Finite element analyses for SP test were performed to estimate tensile properties for untested part of the pipe in tensile test. And fracture toughness was calculated using an equivalent strain concept with SP test and finite element analysis results.
Lee, Deuck Hang;Hwang, Jin-Ha;Ju, Hyunjin;Kim, Kang Su
Computers and Concrete
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v.13
no.1
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pp.49-70
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2014
Steel fiber-reinforced concrete (SFRC) is known as one of the efficient modern composites that can greatly enhance the material performance of cracked concrete in tension. Such improved tensile resistance mechanism at crack interfaces in SFRC members can be heavily influenced by methodologies of treatments of crack direction. While most existing studies have focused on developing the numerical analysis model with the rotating-angle theory, there are only few studies on finite element analysis models with the fixed-angle model approach. According to many existing experimental studies, the direction of principal stress rotated after the formation of initial fixed-cracks, but it was also observed that new cracks with completely different angles relative to the initial crack direction very rarely occurred. Therefore, this study introduced the direct tension force transfer model (DTFTM), in which tensile resistance of the fibers at the crack interface can be easily estimated, to the nonlinear finite element analysis algorithm with the fixed-angle theory, and the proposed model was also verified by comparing the analysis results to the SFRC shear panel test results. The secant modulus method adopted in this study for iterative calculations in nonlinear finite element analysis showed highly stable and fast convergence capability when it was applied to the fixed-angle theory. The deviation angle between the principal stress direction and the fixed-crack direction significantly increased as the tensile stresses in the steel fibers at crack interfaces increased, which implies that the deviation angle is very important in the estimation of the shear behavior of SFRC members.
In the first part of the paper, the crack growth process in rolling contact fatigue has been investigated on ring type plate specimens, in which crack growth is two dimensional and cracks are observed on the side surface of the specimens. The results have shown that cracks are initated from the contact surface in tensile mode in the direction approximately normal to the contact surface and after some short length of growth, shear mode growth occurs from the tip of the crack and it grows until the separation of the surface layer, namely flakung type failure, occurs. In the second part, mode U fatigue crack growth tests have been made by using an apparatus designed based on the concept that the subsurface fatigue crack growth in rolling contact fatigue is the mode U fatigue crack growth under the stress state where the tensile mode growth is suppressed by compression stress. The rest results have shown that the mode U fatigue crack growth occurs if the superposed compression stress is enough to suppress the tensile mode growth.
Resistance spot welding of TRIP780 steels was investigated to enhance understanding of weld fracture mode after tensile shear testing (TST) and L-shape tensile testing (LTT). The main failure mode for spot welds of TRIP780 steels was partial interfacial fracture (PIF). Although PIF does not satisfy the minimum button diameter (4${\surd}$t) for acceptable welds, it shows enough load carrying capacity of resistance spot welds for advanced high strength steels. In the analysis of displacement controlled L-shape tensile test results, cracks initiated at the notch of the faying surface and propagated through the interface of weldments, and finally, cracks change path into the sheet thickness direction. Use of the ductility ratio and CE analysis suggested that the occurrence of PIF is closely related to high hardness and brittle welds, which are caused by fast cooling rates and high chemical compositions of TRIP steels. Analysis of the hold time and weld time in a welding schedule demonstrated that careful control of the cooling rate and the size of a weld nugget and the HAZ zone can reduce the occurrence of PIF, which leads to sound welds with button fractures (BFs).
Haeri, Hadi;Sarfarazi, Vahab;Zhu, Zheming;Marji, Mohammad Fatehi
Smart Structures and Systems
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v.23
no.5
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pp.479-493
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2019
In this paper, the interaction between notch and micro pore under uniaxial compression has been performed experimentally and numerically. Firstly calibration of PFC2D was performed using Brazilian tensile strength, uniaxial tensile strength and biaxial tensile strength. Secondly uniaxial compression test consisting internal notch and micro pore was performed experimentally and numerically. 9 models consisting notch and micro pore were built, experimentally and numerically. Dimension of these models are 10 cm*1 cm*5 cm. the length of joint is 2 cm. the angularities of joint are $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$. For each joint angularity, micro pore was situated 2 cm above the lower tip of the joint, 2 cm above the middle of the joint and 2 cm above the upper of the joint, separately. Dimension of numerical models are 5.4 cm*10.8 cm. The size of the cracks was 2 cm and its orientation was $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$. Diameter of pore was 1cm which situated at the upper of the notch i.e., 2 cm above the upper notch tip, 2 cm above the middle of the notch and 2 cm above the lower of the notch tip. The results show that failure pattern was affected by notch orientation and pore position while uniaxial compressive strength is affected by failure pattern.
This study aims to investigate the causes and countermeasures for the occurrence of tension cracks in the slope of the rock mass of heavy equipment for road construction. Electric resistivity survey was performed to investigate the expandable tensile crack range. As a result of examining the distribution of soft zones in the rock mass, a low specific resistance zone was found at the bottom of the access road where tensile cracks occurred. It was confirmed that a low resistivity zone was distributed near the top of the excavation slope. Therefore, reinforcements was performed by determining the location of the possible tensile crack as the top of the excavation slope. Two rows of reinforced piles and anchors were proposed as a reinforcement method, and the slope stability analysis showed that the allowable safety factor was satisfied after reinforcements.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.3
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pp.31-39
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2021
In this study, the fiber blending ratio and strain rate effect on the tensile properties synergy effect of hybrid fiber reinforced cement composite was evaluated. Hooked steel fiber(HSF) and smooth steel fiber(SSF) were used for reinforcing fiber. The fiber blending ratio of HSF+SSF were 1.5+0.5, 1.0+1.0 and 0.5+1.5vol.%. As a results, in the cement composite(HSF2.0) reinforced with HSF, as the strain rate increases, the tensile stress sharply decreased after the peak stress because of the decrease in the number of straightened pull-out fibers by increase of micro cracks in the matrix around HSF. When 0.5 vol.% of SSF was mixed, the micro cracks was effectively controlled at the static rate, but it was not effective in controlling micro cracks and improving the pull-out resistance of HSF at the high rate. On the other hand, the specimen(HSF1.0SSF1.0) in which 1.0vol.% HSF and 1.0vol.% SSF were mixed, each fibers controls against micro and macro cracks, and SSF improves the pull-out resistance of HSF effectively. Thus, the fiber blending effect of the strain capacity and energy absorption capacity was significantly increased at the high rate, and it showed the highest dynamic increase factor of the tensile strength, strain capacity and peak toughness. On the other hand, the incorporation of 1.5 vol.% SSF increases the number of fibers in the matrix and improves the pull-out resistance of HSF, resulting in the highest fiber blending effect of tensile strength and softening toughness. But as a low volume fraction of HSF which controlling macro crack, it was not effective for synergy of strain capacity and peak toughness.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.2
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pp.1-7
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2021
The concrete deck slab at the continuous span support of the steel box girder bridge is a structure that is combined with the upper flange. It is a structure that can cause tension cracks in the deck slab at the support causing problems such as durability degradation in long span bridges. This is because the tensile stress in the longitudinal direction of the slab exceeds the design tensile strength due to the effects of dead load and live load when applying a long span. Accordingly, it is necessary to control tensile cracking by adding a reinforcing bar in the axial direction to the slab at the support and to introduce additional compressive stress. To solve this problem, a structural system of a steel box girder bridge was proposed that introduces compressive stress as PS steel wire tension in the tensile stress section of the upper slab in the continuous support. The resulting structural performance was compared and verified through the finite element analysis and the steel wire tension test of the actual specimen. By introducing compressive stress that can control the tensile stress and cracking of the slab generated in the negative moment through the tension of the PS steel wire, it is possible to improve structural safety and strengthen durability compared to the existing steel box girder bridge.
Sarfarazi, V.;Hajiloo, M.;Ghalam, E. Zarrin;Ebneabbasi, P.
Computers and Concrete
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v.26
no.6
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pp.565-576
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2020
Experimental and discrete element methods were used to investigate the effects of angle of Y shape non-persistent joint on the tensile behaviour of joint's bridge area under brazilian test. concrete samples with diameter of 100 mm and thikness of 40 mm were prepared. Within the specimen, two Y shape non-persistent notches were provided. The large notch lengths were 6 cm, 4 cm and 2 cm. the small notch lengths were 3 cm, 2 cm and 1 cm. The angle of larger notch related to horizontal axis was 0°, 30°, 60°, 90°. Totally, 12 different configuration systems were prepared for Y shape non-persistent joints. Also, 18 models with different Y shape non-persistent notch angle and notch length were prepared in numerical model. The large notch lengths were 6 cm, 4 cm and 2 cm. the small notch lengths were 3 cm, 2 cm and 1 cm. The angle of larger notch related to horizontal axis was 0, 30, 60, 90, 120 and 150. Tensile strength of model materil was 1 MPa. The axial load was applied to the model by rate of 0.02 mm/sec. This testing showed that the failure process was mostly governed by the Y shape non-persistent joint angle and joint length. The tensile strengths of the specimens were related to the fracture pattern and failure mechanism of the discontinuities. It was shown that the tensile behaviour of discontinuities is related to the number of the induced tensile cracks which are increased by increasing the joint length and joint angle. The minimum tensile strength occurs when the angle of larger joint related to horizontal axis was 60°. Also, the maximum compressive strength occurs when the angle of larger joint related to horizontal axis was 90°. The tensile strength was decreased by increasing the notch length. The failure pattern and failure strength are similar in both methods i.e. the experimental testing and the numerical simulation methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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