This paper presents the design, analysis, and experimental evaluations of precast reinforced UHPC (ultra high-performance concrete) beams with a new design concept of non-uniform flexural members. With outstanding mechanical properties of UHPC which can develop the compressive strength up to 200MPa, the tensile strengths up to 8~20MPa and the tensile strain up to 1~5%, a non-uniform structural shape of UHPC flexural beams were optimally designed using three-dimensional finite element analysis. The experiments were carried out and compared with the design strength in order to verify the performance of them. Proposed non-uniform UHPC beams were evaluated by a series of three-point beam loading test as well as estimated by design bending and shear strength of members. The newly designed UHPC beams show excellent performances not only in transverse load capacities but also in deformation capacities.
The production of ultra-early-strength concrete (UESC) traditionally involves complexity or necessitates high-temperature curing conditions. However, this study aimed to achieve ultra-early-strength performance solely through room-temperature curing. Experimental results demonstrate that under room-temperature (28℃) curing conditions, the concrete attained compressive strengths of 20 MPa at 4 hours and 69.6 MPa at 24 hours. Additionally, it exhibited a flexural strength of 7.5 MPa after 24 hours. In contrast, conventional concrete typically reaches around 20.6 MPa (3,000 psi) after approximately 28 days, highlighting the rapid strength development of the UESC. This swift attainment of compressive strength represents a significant advancement for engineering purposes. Small amounts of steel fibers (0.5% and 1% by volume, respectively) were added to address potential concrete cracking due to early hydration heat and enhance mechanical properties. This allowed observation of the effects of different volume contents on ultra-early-strength fiber-reinforced concrete (UESFRC). Furthermore, the compressive strength of 0.5% and 1% UESFRC increased by 16.3% and 31.3%, respectively, while the flexural strength increased by 37.1% and 47.9%. Moreover, toughness increased by 58.2 and 69.7 times, respectively. These findings offer an effective solution for future emergency applications in public works.
Park, Jung-Jun;Yoo, Doo-Yeol;Kim, Sung-Wook;Yoon, Young-Soo
Structural Engineering and Mechanics
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제49권6호
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pp.763-773
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2014
The recently developed Ultra High Performance Concrete (UHPC) displays outstanding compressive strength and ductility but is also subjected to very large autogenous shrinkage. In addition, the use of forms and reinforcement to confine this autogenous shrinkage increases the risk of shrinkage cracking. Accordingly, this study adopts a combination of shrinkage reducing admixture and expansive admixture as a solution to reduce the shrinkage of UHPC and estimates its appropriateness by evaluating the compressive and flexural strengths as well as the autogenous shrinkage according to the age. Moreover, the coefficient of thermal expansion known to experience sudden variations at early age is measured in order to evaluate exactly the autogenous shrinkage and the thermal expansion is compensated considering these measurements. The experimental results show that the compressive and flexural strengths decreased slightly at early age when mixing 7.5% of expansive admixture and 1% of shrinkage reducing admixture but that this decrease becomes insignificant after 7 days. The use of expansive admixture tended to premature the setting of UHPC and the start of sudden increase of autogenous shrinkage. Finally, the combined use of shrinkage reducing admixture and expansive admixture appeared to reduce effectively the autogenous shrinkage by about 47% at 15 days.
본 연구는 전단철근이 없는 초고강도 섬유보강 콘크리트 프리스트레스 I형거더의 극한전단파괴하중 산정에 대한 이론적 근거를 마련하는데 있다. 9개의 초고강도 섬유보강 콘크리트 거더에 대한 극한 전단하중을 측정하였다. 전단하중을 산정하기 위한 해석식은 두 경계이론을 근거로 유도되었다. 섬유가 부담하는 전단력 산정모델은 섬유가 방향과 길이면에서 균일하게 분포한다는 가정하에서 구성되었다. 본 논문에서 제안한 초고강도 섬유보강 콘크리트 거더에 대한 전단강도식을 기존의 섬유보강 콘크리트 전단강도식과 실험에 의한 전단하중과 비교한 결과 비교적 정확한 산정값을 보여주었다.
Kang, Su-Tae;Lee, Kang-Seok;Choi, Jeong-Il;Lee, Yun;Felekoglu, Burak;Lee, Bang Yeon
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제10권sup3호
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pp.33-41
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2016
Ultra-high performance concrete (UHPC) is one of the most promising construction materials because it exhibits high performance, such as through high strength, high durability, and proper rheological properties. However, it has low tensile ductility compared with other normal strength grade high ductile fiber-reinforced cementitious composites. This paper presents an experimental study on the tensile behavior, including tensile ductility and crack patterns, of UHPC reinforced by hybrid steel and polyethylene fibers and incorporating plastic beads which have a very weak bond with a cementitious matrix. These beads behave as an artificial flaw under tensile loading. A series of experiments including density, compressive strength, and uniaxial tension tests were performed. Test results showed that the tensile behavior including tensile strain capacity and cracking pattern of UHPC investigated in this study can be controlled by fiber hybridization and artificial flaws.
콘크리트 구조물은 화재에 노출시 고온에 의해 내부 구조가 변화하며 보유하고 있는 강도와 변형 성능이 저하되어 최종적으로 수명이 단축하게 된다. 그 성능 저하 수준은 도달된 온도, 고온에 노출된 시간, 콘크리트의 배합, 골재의 특성 및 콘크리트 자체의 특성 등에 의해 결정된다. 이 연구는 물시멘트비, 잔골재율 및 굵은 골재의 최대 크기등의 변수에 대한 초고강도 콘크리트의 열적 거동을 평가하기 위해 실시되었다. 상온 및 $500^{\circ}C$의 온도에 대하여 초음파 속도, 동탄성 계수, 정탄성 계수 및 압축강도 시험은 ${\varnothing}100{\times}200\;mm$ 원주형 콘크리트 시험체를 사용하여 실시되었다. 결과로서 $500^{\circ}C$의 온도에서 가열된 초고강도 콘크리트의 잔존 역학적 특성은 물결합재비, 잔골재율 및 굵은 골재 최대 치수의 변화에 영향을 받는 것으로 나타났다.
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.
프리텐션 콘크리트 부재에서 긴장재에 도입된 프리스트레싱힘은 긴장재와 콘크리트의 직접 부착에 의하여 콘크리트에 전달되므로 응력전달길이를 합리적으로 산정하는 것이 중요하다. 프리텐션부재 또는 프리캐스트 부재에 UHPC를 사용하는 경우 품질관리 측면에서 많은 장점이 있다. 따라서, 이 논문은 초고성능 콘크리트를 사용한 프리텐션 부재에 있어서 PS 강연선의 응력전달길이를 구하기 위하여 초고성능 콘크리트의 압축강도, 피복두께, 긴장재의 지름 및 긴장력을 변수로 하여 실험을 진행하고 그 결과를 분석한 내용을 정리한 것이다. 실험 결과에 따르면 초고성능 콘크리트를 사용한 경우 일반 콘크리트에 비하여 응력 전달길이가 크게 감소하였으며, 압축강도 수준이 증가할수록 응력전달길이가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 초고성능 콘크리트의 높은 부착강도에서 비롯되는 것으로 판단된다. 또한, 실험결과와 기존 설계기준의 응력전달길이 산정식을 비교하고, 초고성능 콘크리트 프리텐션 부재의 응력전달길이를 산정할 수 있는 새로운 공식을 제안하였다.
UHPC(Ultra High Performance Concrete) is used widely with its remarkable performance, such as strength, ductility and durability. Since the fibers in the UHPC can control the tensile crack, the punching shear capacity of UHPC is higher than that of the conventional concrete. In this paper, seven slabs with different thickness and fiber volume ratio were tested. The ultimate punching shear strength was increased with the fiber volume ratio up to 1%. The shear capacity of specimens with the fiber content 1% and 1.5% do not have big differences. The thicker slab has higher punching shear strength and lower deformation capacity. The critical sections of punching shear failure were similar regardless of the fiber volume ratio, but it were larger in thicker slab.
In this study, the modeling of the transverse connection of fully precast steel-UHPC (Ultra-High-Performance Concrete) lightweight composite bridges were conducted. The transverse connection between precast components plays a critical role in the overall performance and safety of the bridge. To achieve an accurate and reliable simulation of the interface behavior, the cohesive model in ABAQUS was employed, considering both bending-tension and compression-shear behaviors. The parameters of the cohesive model are obtained through interface bending and oblique shear tests on UHPC samples with different surface roughness. By validating the numerical simulation against actual joint tests, the effectiveness and accuracy of the proposed model in capturing the interface behavior of the fully precast steel-UHPC lightweight composite bridge were demonstrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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