Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.97-100
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2008
Subjected to seismic action causing large deformation of bridge columns, the plastic hinge region is commonly formed in the column end zone. The deformation capacity of a concrete column can be expressed by using plastic hinge length. The mechanical properties of high-strength reinforcing steel is different from that of normal-strength steel and the mechanical properties of steel will influence the plastic hinge formation. Therefore, in other to accurately predict the deformation of concrete column using high-strength steel, the plastic hinge length can be expressed as a function of the mechanical properties of steel such as the tensile to yield strength ratio and the strain at ultimate state. However, little research has been conducted into the effect of mechanical properties of steel on the plastic hinge length. It was difficult to measure the plastic hinge length from the test results. Therefore, the plastic hinge length of concrete columns was investigated from the curvature profile. A numerical approach was used to study the effect of various parameters on plastic hinge length. Based on the results of the numerical parametric study, a new expression for plastic hinge length was proposed.
Park, Hong-Yong;Kim, Chul-Young;Park, Ik-Chang;Bae, Sang-Wook;Ryu, Jong-Hyun
KCI Concrete Journal
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v.13
no.1
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pp.43-51
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2001
Although portland cement concrete is one of the most universal construction materials, it has some disadvantage such as shrinkage, which is an inherent characteristic. Because of this shrinkage, combined with the low tensile strength of the material, cracks of varying sizes can be found in every reinforced concrete. To prevent this cracking, keeping the concrete in compression by mechanical prestress has been used. This study discusses application of expansive additives for concrete to improve the serviceability of precast concrete box culvert by inducing chemical prestress. For this purpose, both expansive concrete slabs and normal concrete slabs are tested to verify the effect of expansive additives. Then the failure tests of the fullscale precast box culverts were carried out and the critical aspects of the structural behavior were investigated. The result of the material testis shows that the optimal proportion of expansive additives is 13 percent of cement weight, and the properties of expansive concrete are the same as those of normal concrete in that proportion. Both the experimental cracking load and service load of the expansive concrete members are increased in comparison with those of the normal concrete, but the ultimate load is decreased slightly. In addition to the above results, the deformation of expansive concrete member is lets than that of normal concrete member, and permanent strain which results from cyclic load is decreased. It can be concluded that the use of expansive additives to induce chemical prestress in precast concrete box culvert greatly improves the serviceability.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.1045-1048
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2008
Fiber reinforced polymer (FRP) usually exhibits inherent brittleness under tensile stress. Application of FRP tendons to concrete beam leads to undesirable flexural behavior due to limited ductility compared to prestressed concrete beam with steel tendons. It has been experimentally observed that partial improvement of flexural behavior can be achieved by releasing FRP tendons' strain by unbonding FRP tendons. In order to estimate and apply the degree of improvement to the design, reasonable yet practical model predicting flexural strength as well as overall flexural behavior of unbonded FRP prestressed concrete beam is needed. In this study, an elaborated model in describing curvature distributions and flexural strength at ultimate stage of unbonded FRP tendons is described. There have been close agreements on the flexural strength of the FRP prestressed concrete beam between the predictions by nonlinear computer program and by the model.
Thirumalaiselvi, A.;Anandavalli, N.;Rajasankar, J.;Iyer, Nagesh R.
Steel and Composite Structures
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v.20
no.1
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pp.167-184
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2016
This paper presents the details of Finite Element (FE) analysis carried out to determine the limiting deformation capacity and failure mode of Laced Steel-Concrete Composite (LSCC) beam, which was proposed and experimentally studied by the authors earlier (Anandavalli et al. 2012). The present study attains significance due to the fact that LSCC beam is found to possess very high deformation capacity at which range, the conventional laboratory experiments are not capable to perform. FE model combining solid, shell and link elements is adopted for modeling the beam geometry and compatible nonlinear material models are employed in the analysis. Besides these, an interface model is also included to appropriately account for the interaction between concrete and steel elements. As the study aims to quantify the limiting deformation capacity and failure mode of the beam, a suitable damage model is made use of in the analysis. The FE model and results of nonlinear static analysis are validated by comparing with the load-deformation response available from experiment. After validation, the analysis is continued to establish the limiting deformation capacity of the beam, which is assumed to synchronise with tensile strain in bottom cover plate reaching the corresponding ultimate value. The results so found indicate about $20^{\circ}$ support rotation for LSCC beam with $45^{\circ}$ lacing. Results of parametric study indicate that the limiting capacity of the LSCC beam is more influenced by the lacing angle and thickness of the cover plate.
In steel-concrete composite beams, to improve the cracking resistance of the concrete slab in the hogging moment region, a new type of connector in the interface, named uplift-restricted and slip-permitted screw-type (URSP-S) connector has been proposed. This paper focuses on the behavior of steel-concrete composite beams with URSP-S connectors. A total of three beam specimens including a simply supported beam with URSP-S connectors and two continuous composite beams with different connectors arrangements were designed and tested. More specifically, one continuous composite beam was equipped with URSP-S connectors in negative moment region and traditional shear studs in other regions. For comparison, the other one was designed with only traditional shear studs. The failure modes, crack evolution process, ultimate capacities, strain responses at different locations as well as the interface slip of the three tested specimens were measured and evaluated in-depth. Based on the experimental study, the research findings indicate that the larger slip deformation is allowed while using URSP-S connectors. Meanwhile, the tensile stress reduces and the cracking resistance of the concrete slab improves accordingly. In addition, the overall stiffness and strength of the composite beam become slightly lower than those of the composite beam using traditional shear studs. Moreover, the arrangement suggestion of URSP-S connectors in the composite beam is discussed in this paper for its practical design and application.
Si, Hua;Shen, Daoming;Xia, Jinhong;Tahouneh, Vahid
Steel and Composite Structures
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v.36
no.1
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pp.1-16
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2020
In steel-concrete composite beams, to improve the cracking resistance of the concrete slab in the hogging moment region, a new type of connector in the interface, named uplift-restricted and slip-permitted screw-type (URSP-S) connector has been proposed. This paper focuses on the behavior of steel-concrete composite beams with URSP-S connectors. A total of three beam specimens including a simply supported beam with URSP-S connectors and two continuous composite beams with different connectors arrangements were designed and tested. More specifically, one continuous composite beam was equipped with URSP-S connectors in negative moment region and traditional shear studs in other regions. For comparison, the other one was designed with only traditional shear studs. The failure modes, crack evolution process, ultimate capacities, strain responses at different locations as well as the interface slip of the three tested specimens were measured and evaluated in-depth. Based on the experimental study, the research findings indicate that the larger slip deformation is allowed while using URSP-S connectors. Meanwhile, the tensile stress reduces and the cracking resistance of the concrete slab improves accordingly. In addition, the overall stiffness and strength of the composite beam become slightly lower than those of the composite beam using traditional shear studs. Moreover, the arrangement suggestion of URSP-S connectors in the composite beam is discussed in this paper for its practical design and application.
The experimentally determined mechanical behavior of the material under the prescribed service conditions is the basis of advanced engineering optimum design. To allow experimental data on the behavior of the material considered, uniaxial stress tests were made. The aforementioned tests have enabled the determination of mechanical properties of material at different temperatures, then, the material's resistance to creep at various temperatures and stress levels, and finally, insight into the uniaxial high cyclic fatigue of the material under different applied stresses for prescribed stress ratio. Based on fatigue tests, using modified staircase method, fatigue limit was determined. All these data contributes the reliability of the use of material in mechanical structures. Data representing mechanical properties are shown in the form of engineering stress-strain diagrams; creep behavior is displayed in the form of creep curves while fatigue of the material is presented in the form of S-N (maximum applied stress versus number of the cycles to failure) curve. Material under consideration was 18CrNi8 (1.5920) steel. Ultimate tensile strength and yield strength at room temperature and at temperature of $600^{\circ}C$: [${\sigma}_{m,20/600}=(613/156)MPa$; ${\sigma}_{0.2,20/600}=(458/141)MPa$], as well as endurance (fatigue) limit at room temperature and stress ratio of R = -1 : (${\sigma}_{f,20,R=-1}=285.1MPa$).
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.6
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pp.3-10
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2018
This paper described the shear strengthening effect by deviator location in pre-damaged reinforced concrete (RC) beams strengthened with externally post-tensioning steel rods. Three reinforced concrete beams as control beam and eight post-tensioned beams using external steel rods were tested to fail in shear. The externally post-tensioning material was a steel rod of 22 mm diameter, and it had a 655 MPa yield strength and an 805 MPa tensile strength. Specimens depend on multiple variables, such as the number of deviators, location of deviator, and load pattern. The pre-damaged loads up to about 2/3 of ultimate shear capacities were applied to specimens using displacement control and the diagonal shear crack just occurred at these loading levels. And then, the post-tensioning up to when a strain of steel rod reaches about $2000{\mu}{\varepsilon}$ was continuously applied to beam. A displacement control was changed to a load control during post-tensioning. The post-tensioning resulted in increase of load-carrying capacity and restoration of existing deflection. Also, it prevented the existing diagonal cracks from excessively growing. Two deviators effectively improved the load capacity when compared with in case of test which one deviator at mid-span installed. When deviators were located near region which the diagonal crack occurred on, the strengthening impact by post-tensioning was greater.
To investigate the enhancement in strength and deformation capacities of concrete confined by FRP composites, tests under axial loads were carried out on three groups of thirty six short columns in circular section with diverse GFRP confining reinforcement. The major test variables considered include fiber content or orientation, wrap or tube type by varying the end loading condition, and continuous or discontinuous confinement depending on the presence of vortical spices between its two halves. The circumferential FRP strains at failure for different types of confinements were also investigated with emphasis. Various analytical models capable of predicting the ultimate strength and strain of the confined concrete were examined by comparing to observed results. Tests results showed that FRP wraps or tubes provide the substantial increase in strength and deformation, while partial wraps comprising the vertical discontinuities fail in an explosive manner with less increase in strength, particularly in deformation. A bilinear stress-strain response was observed throughout all tests with some variations of strain hardening. The failure hoop strains measured on the FRP surface were less than those obtained from the tensile coupons in all tests with a high degree of variation. In overall, existing predictive equations overestimated ultimate strengths and strains observed in present tests, with a much larger scatter related to the latter. For more accuracy, two simple design- oriented equations correlated with present tests are proposed. The strength equation was derived using the Mohr-Coulomb failure criterion, whereas the strain equation was based on entirely fitting of test data including the unconfined concrete strength as one of governing factors.
Jo, Jihoon;Ham, Daseul;Oh, Seongchan;Cha, Su Yeon;Kang, Hyon Chol
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.31
no.1
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pp.24-31
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2021
We report structural, mechanical, and thermal properties of diecast ADC12 aluminum alloys characterized using synchrotron X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray (EDX) analysis, thermal conductivity (λ), Vickers hardness (Hv), and stress-strain measurements. We also studied the effect of post-annealing performed in a vacuum atmosphere on the mechanical properties of diecast ADC12 alloys. EDX and XRD results revealed that Al2Cu and AlCu3 grains are formed, well dispersed in Al base and highly crystalline. Ultimate tensile strength (UTS) of 307.9 ± 9.1 MPa and elongation of 2.98 ± 0.62 % were estimated. λ was 129.3 ± 0.27 W/m·K and Hv was approximately 130. Both values were significantly higher than the reported values. At annealing temperatures ranging from 25 to 200℃, UTS and Hv values remained constant, while as the annealing temperature increased to 500℃, these values gradually decreased. This is because stabilization of the microstructure improves toughness and ductility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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