International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.1
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pp.61-67
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2015
The concept of horizontal shear connection utilization on wood-concrete beams intends to be an alternative connection detail for composite wood-concrete decks. The volume of sawn-wood is over three times more expensive than concrete, in Brazil. In order to be competitive in the Brazilian market we need a composite deck with the least amount of wood and a simple and inexpensive connection detail. This research project uses medium to high density tropical hardwoods managed from the Brazilian Amazon region and construction steel rods. The beams studied are composed of a bottom layer of staggered wood boards and a top layer of concrete. The wood members are laterally nailed together to form a wide beam, and horizontal rebar connectors are installed before the concrete layer is applied on top. Two sets of wood-concrete layered beams with horizontal rebar connectors (6 and 8) were tested in third-point loading flexural bending. The initial results reveal medium composite efficiency for the beams tested. An improvement on the previously conceived connection detail (set with six connectors) for the composite wood-concrete structural floor system was achieved by the set with eight connectors. The new layout of the horizontal rebar connectors added higher composite efficiency for the beams tested. Further analysis with advanced rigorous numerical Finite Element Modeling is suggested to optimize the connection parameters. Composite wood-concrete decks can attend a large demand for pedestrian bridges, as well as residential and commercial slabs in the Brazilian Amazon.
This paper presents a simple and efficient two-dimensional rigid-body-spring network model able to accurately estimate the fractural behavior of civil fiber reinforced pavements. The proposed rigid-body-spring network model, denoted as RBSN model, considers civil fiber reinforcing materials using the beam elements and link spring elements. The RBSN method is able to model collapse due to asphalt crushing and civil fiber slip. The RBSN model is used to predict the applied load-midspan deflection response of civil fiber retrofitted asphalt specimen subjected to the three-point bending. Numerical simulations and experimental measurements are compared to based on tests available in the literature. The numerically simulated responses agree significantly with the corresponding experimental results until the maximum load. However, It should be mentioned that, in order to more accurately predict the postpeak flexural behavior of the civil fiber retrofitted asphalt pavement, development of the advanced model to simulate the slip relationship between civil fiber and asphalt is required.
Forti, Tiago L.D.;Forti, Nadia C.S.;Santos, Fabio L.G.;Carnio, Marco A.
Computers and Concrete
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v.23
no.4
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pp.235-243
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2019
The discontinuous Galerkin method (DGM) has become widely used as it possesses several qualities, such as a natural ability to dealing with discontinuities. DGM has its major success related to fluid mechanics. Its major importance is the ability to deal with discontinuities and still provide high order of approximation. That is an important advantage when simulating cracking propagation. No remeshing is necessary during the propagation, since the crack path follows the interface of elements. However, DGM comes with the drawback of an increased number of degrees of freedom when compared to the classical continuous finite element method. Thus, it seems a natural approach to combine them in the same simulation obtaining the advantages of both methods. This paper proposes the application of the combined continuous-discontinuous Galerkin method (CDGM) to crack propagation. An important engineering problem is the simulation of crack propagation in concrete structures. The problem is characterized by discontinuities that evolve throughout the domain. Crack propagation is simulated using CDGM. Discontinuous elements are placed in regions with discontinuities and continuous elements elsewhere. The cohesive zone model describes the fracture process zone where softening effects are expressed by cohesive zones in the interface of elements. Two numerical examples demonstrate the capacities of CDGM. In the first example, a plain concrete beam is submitted to a three-point bending test. Numerical results are compared to experimental data from the literature. The second example deals with a full-scale ground slab, comparing the CDGM results to numerical and experimental data from the literature.
Alumina/silver nanocomposites were fabricated using a soaking method through a sol-gel route to construct an intra-type nanostructure. The pulse electric-current sintering (PECS) technique was used to sinter the nanocomposites. Several specimens were annealed after sintering. The microstructure, mechanical properties, critical frontal process zone (FPZ) size, and thermo-mechanical properties of the nanocomposites were estimated. The relative densities of the specimens sintered at 1350 and $1450^{\circ}C$ were 95% and 99%, respectively. The maximum value of the three-point bending strength was found to be 780 MPa for the $2{\times}2{\times}10 mm$ specimen sintered at $1350^{\circ}C$. The fracture toughness of the specimen sintered at $1350^{\circ}C$ was measured to be $3.60 MPa{\cdot}m^{1/2}$ using the single-edge V-notched beam (SEVNB) technique. The fracture mode of the nanocomposites was transgranular, in contrast to the intergranular mode of monolithic alumina. The fracture morphology suggested that dislocations were generated around the silver nanoparticles dispersed within the alumina matrix. The specimens sintered at $1350^{\circ}C$ were annealed at $800^{\circ}C$ for 5 min, following which the maximum fracture strength became 810 MPa and the fracture toughness improved to $4.21 MPam^{1/2}$. The critical FPZ size was the largest for the specimen annealed at $800^{\circ}C$ for 5 min. Thermal conductivity of the alumina/silver nanocomposites sintered at $1350^{\circ}C$ was 38 W/mK at room temperature, which was higher than the value obtained with the law of mixture.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.1
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pp.101-108
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2008
This study is to examine bond strength of beam reinforced with GFRP rebar under 4-point fatigue bending test by adopting BRITISH STANDARD. The variables were made to have bonding length of 5times(5db), and 15times(15db) of the nominal diameter of GFRP rebar and were done to analyze the relationship between the bonding strength and the slip. In the result of the test, pull-out failure was dominant in the 5db specimen, patterns of the pull-out failure and concrete shear failure appeared in the 15db specimen showed only concrete shear failure at the end of bonding length. Therefore, The strain development consist of three different stage : A rapid increases form 0 to about 10% of total fatigue life. A uniform increases form 10% to about 70%~90%. Then a rapid increases until failure, if failure takes place. It seems that stress level has not influence on the secant modules of elasticity. And also according to the outcome the existing strengthening method came out to be the most superiority in S-N graphs.
Zhang, Peng;Gao, Ji-Xiang;Dai, Xiao-Bing;Zhang, Tian-Hang;Wang, Juan
Structural Engineering and Mechanics
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v.59
no.2
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pp.261-275
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2016
Effect of silica fume on fresh properties, compressive strength at 28 days and fracture behavior of fly ash concrete composite were studied in this paper. Test results indicated that the fluidity and flowability of fly ash concrete composites decreased and fly ash concrete composite are more cohesive and appear to be sticky with the addition of silica fume. Addition of silica fume was very effective in improving the compressive strength at 28 days of fly ash concrete composite, and the compressive strength of fly ash concrete composite has a trend of increase with the increase of silica fume content. Results also indicated that all the fracture parameters of effective crack length, fracture toughness, fracture energy, the critical crack opening displacement and the maximum crack opening displacement of fly ash concrete composite decreased with the addition of silica fume. When the content of silica fume increased from 3% to 12%, these fracture parameters decreased gradually with the increase of silica fume content. Furthermore, silica fume had great effect on the relational curves of the three-point bending beam specimen. As the silica fume content increased from 3% to 12%, the areas surrounded by the three relational curves and the axes were becoming smaller and smaller, which indicated that the capability of concrete composite containing fly ash to resist crack propagation was becoming weaker and weaker.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.21
no.5
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pp.675-687
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2019
In recent years, the needs for double deck-tunnels have increased in large cities due to the increase in traffic volume and high land compensation costs. In Korea, a network type tunnel which is smaller than general road tunnels and crosses another tunnel underground is planned. In the shield tunnel joints between the existing shield tunnel and the box-type enlargement section, a partial steel-concrete joint is proposed where the bending moment is large instead of the existing full-section steel joint. In order to analysis the enlargement section of the shield tunnel diverged section to reflect the three-dimensional effect, the two-dimensional analysis model is considered to consider the column effect and the stiffness effect of the longitudinal member. A two-dimensional analysis method is proposed to reflect the stiffness of the longitudinal member and the column effect of the longitudinal point by considering the rigidity of the longitudinal member as the elastic spring point of the connecting part in the lateral model. As a result of the analysis of the model using the longitudinal member, it was considered that the structural safety of the partial steel-concrete joint can be secured by reducing the bending moment of the joint and the box member by introducing the longitudinal member having the stiffness equal to or greater than a certain value.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.2
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pp.201-208
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2016
Recently, extensive research on crack analysis using extended finite element method(XFEM) which has main advantages in element re-meshing and visualization of cracks has been conducted. However, its application was restricted to the members of a single material. In this study, the applicability and feasibility of the XFEM to the multiple crack analysis of reinforced concrete beams were demonstrated. ABAQUS which has implemented XFEM was used for the crack analysis and its results were compared with test results. Enriched degree-of-freedom locking phenomenon was discovered and its causes and the ways to prevent it were suggested. The locking occurs when cracks in the adjacent elements simultaneously develop. A modelling technique for multiple cracking similar to test results was also proposed. The analysis with XFEM showed similar results to the tests in terms of crack patterns, spacing of cracks, and load-deflection relationship.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.20
no.2
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pp.39-49
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2020
In this study, we will develop a hybrid cross-sectional shape of steel inserted type glued-laminated timber that can improve the strength of structural glued-laminated timber and maximize the ductility by using steel plate with excellent tensile and deformation ability. A total of three specimens were fabricated and the flexural performance test was carried out to evaluate the structural performance of the steel inserted type glued-laminated timber. In order to compare the effect of steel inserted glued-laminated timber, one structural glued-laminated timber test specimen composed of pure wood was manufactured. In addition, in order to evaluate the adhesion performance of the steel inserted, one each of a screw joint test specimen and a polyurethane joint test specimen was prepared. As a result, all the specimens showed the initial crack in the finger joint near the force point. This has been shown to be a cause of crack diffusion and strength degradation. The use of finger joints in the maximum moment section is considered to affect the strength and ductility of the glued-laminated timber beam. Polyurethane-adhesive steel inserted glued-laminated timber showed fully-composite behavior with little horizontal separation between the steel plate and glued-laminated timber until the maximum load was reached. This method has been shown to exhibit sufficient retention bending performance.
An experimental method was suggested for obtaining fracture toughness ($K_{Ic}$) and the tensile strength (${\sigma}_t$) of chopped strand glass fiber reinforced polymer concretes (PC). Semi-circular bend (SCB) specimens subjected to three-point bending were used for conducting the experiments on the PC material. While the edge cracked SCB specimen could be used to evaluate fracture toughness, the tensile strength was obtained from the un-cracked SCB specimen. The experiments showed the practical applicability of both cracked and un-cracked SCB specimens for using as suitable techniques for measuring $K_{Ic}$ and ${\sigma}_t$ in polymer concretes. In comparison with the conventional rectangular bend beam specimen, the suggested SCB samples need significantly less material due to its smaller size. Furthermore, the average values of ${\sigma}_t$ and $K_{Ic}$ of tested PC were approximately 3.5 to 4.5 times the corresponding values obtained for conventional concrete showing the improved strength properties of PC relative to the conventional concretes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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