Hakeem, Ibrahim Y.;Amin, Mohamed;Abdelsalam, Bassam Abdelsalam;Tayeh, Bassam A.;Althoey, Fadi;Agwa, Ibrahim Saad
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.3
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pp.295-312
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2022
This study investigates the effects of nano silica (NS) and micro steel fiber on the properties of ultra-high-performance concrete (UHPC). The experimental consists of three groups, each one with five percentages of NS content (0%, 2%, 4%, 6% and 8%) in addition to the 20% silica fume and 20% quartz powder proportioned according to the weight of cement added to the mixtures. In addition, three percentages of micro steel fibers (0%, 1% and 2%) were considered. Different mixtures with varying percentages of NS and micro steel fibers were prepared to set the water-to-binder ratio, such as 0.16% and 1.8% superplasticizer proportioned according the weight of the binder materials. The fresh properties, mechanical properties and elevated temperatures of the mixtures were calculated. Then, the results from the microstructure analyses were compared with that of the reference mixtureand it was found that 6% replacement of cement with NS was optimum replacement level. When the NS content was increased from 0% to 6%, the air content and permeability of the mixture decreased by 35% and 39%, the compressive and tensile strength improved by 21% and 18% and the flexural strength and modulus of elasticity increased by 20% and 11.5%, respectively. However, the effect of micro steel fibres on the compressive strength was inconclusive. The overall results indicate that micro steel fibres have the potential to improve the tensile strength, flexure strength and modulus of elasticity of the UHPC. The use of 6% NS together with 1% micro-steel fiber increased the concrete strength and reduce the cost of concrete mix.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.5A
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pp.379-387
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2011
According to the development of ultra-high performance concrete (UHPC), its mechanical performance have been known as superior than normal and/or high performance concrete. However, its construction and structural safety must have studied with revisions and supplements. In this study, tests have been performed on UHPC precast segment joint with different levels of joint types and lateral forces under direct shear. From the results of the experimental tests, it can be concluded that the properties of the referred joints are significant for the resistance of shear behavior, and the increase of lateral force in these joints may suggest as critical lateral stress on that behavior.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.6
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pp.76-83
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2021
This study examines the bending behavior of lap-spliced ultra-high-strength fiber-reinforced concrete members and evaluates the safety of the design codes for ultra-high-strength fiber-reinforced concrete structures. An experiment on a total of six beams was performed. The main variables were the fiber-inclusion and the lap-spliced length at the center of the beams. The steel fibers in a volume fraction of 2% were used, and the lap-splice lengths were determined to be 8db and 16db. As a result of the test, the specimens not reinforced with fiber lost abrupt load-bearing capacity at the lap region and did not experience yielding of the reinforcing bar. In the case of fiber-reinforced concrete, if a lap-splice length of 16db is secured, the yielding of the main reinforcing bar can be experienced, and appropriate flexural strength can be expressed. Based on the experimental results of this study, as a result of reviewing the lap-splice length calculation formulas of the current design standards and the ultra-high-strength concrete structural design recommendations, it was found that all of them were evaluated conservatively.
This paper aimed to study the local bond-slip behavior between ultra-high-performance concrete (UHPC) and a reinforcing bar after exposure to high temperatures. A series of pull-out tests were carried out on cubic specimens of size 150×150×150 mm with deformed steel bar embedded for a fixed length of three times the diameter of the tested deformed bar. The experimental results of the bond stress-slip relationship were compared with the Euro-International Concrete Committee (CEB-Comite Euro-International du Beton)-International Federation for Prestressing (FIP-Federation Internationale de la Precontrainte) Model Code and with prediction models found in the literature. In addition, based on the test results, an empirical model of the bond stress-slip relationship was proposed. The evaluation and comparison results showed that the modified CEB-FIP Model code 2010 proposed by Aslani and Samali for the local bond stress-slip relationship for UHPC after exposure to high temperatures was more conservative. In contrast, for both room temperature and after exposure to high temperatures, the modified CEB-FIP Model Code 2010 local bond stress-slip model for UHPC proposed in this study was able to predict the test results with reasonable accuracy.
To explore the feasibility of eliminating the longitudinal rebars and stirrups by using ultra-high-performance fiber reinforcement concrete (UHPFRC) in concrete encased steel composite stub column, compressive behavior of UHPFRC encased steel stub column has been experimentally investigated. Effect of concrete types (normal strength concrete, high strength concrete and UHPFRC), fiber fractions, and transverse reinforcement ratio on failure mode, ductility behavior and axial compressive resistance of composite columns have been quantified through axial compression tests. The experimental results show that concrete encased composite columns with NSC and HSC exhibit concrete crushing and spalling failure, respectively, while composite columns using UHPFRC exhibit concrete spitting and no concrete spalling is observed after failure. The incorporation of steel fiber as micro reinforcement significantly improves the concrete toughness, restrains the crack propagation and thus avoids the concrete spalling. No evidence of local buckling of rebars or yielding of stirrups has been detected in composite columns using UHPFRC. Steel fibers improve the bond strength between the concrete and, rebars and core shaped steel which contribute to the improvement of confining pressure on concrete. Three prediction models in Eurocode 4, AISC 360 and JGJ 138 and a proposed toughness index (T.I.) are employed to evaluate the compressive resistance and post peak ductility of the composite columns. It is found that all these three models predict close the compressive resistance of UHPFRC encased composite columns with/without the transverse reinforcement. UHPFRC encased composite columns can achieve a comparable level of ductility with the reinforced concrete (RC) columns using normal strength concrete. In terms of compressive resistance behavior, the feasibility of UHPFRC encased steel composite stub columns with lesser longitudinal reinforcement and stirrups has been verified in this study.
Bolted connector could be an alternative to replace the conventional welded headed stud in steel-ultra high performance concrete (UHPC) lightweight composite structures. In this paper, a novel demountable bolted shear connector, consisting of a high-strength bolt (HSB) and a specially-designed nut which is pre-embedded in a thin UHPC slab, is proposed, which may result in the quick installation and disassembly, due to the mountable, demountable and reusable features. In order to study the shear behavior of the new type of bolted shear connector, static push-out tests were conducted on five groups of the novel demountable bolted shear connector specimens and one group of conventional welded headed stud specimen for comparison. The effect of the bolt shank diameter and aspect ratio of bolt on failure mode, shear stiffness, peak slip at the steel-UHPC interface, shear strength and ductility of novel bolted connectors is investigated. Additionally, design formula for the shear strength is proposed to check the suitability for assessment of the novel demountable bolted shear connectors.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2022.11a
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pp.65-66
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2022
In this study, the setting characteristics of the high range water reducing agent to minimize the retardation of UHPC were confirmed to minimize the setting time in the hardening of UHPC. As a result of the study, there was a slight change depending on the difference in the type of Superplasticizer, K > P > D = S > E in the order of condensation promotion, and E > S = D = K > P on the 28th day.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.2
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pp.536-544
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2016
Recently, with the increase in the number of high rise and huge scaled buildings, ultra-high strength concrete with 80~100 MPa has been used increasingly to withstand excessive loads. Among the components of concrete, the effects of the kinds and properties of fine aggregates on the performance and economic advantages of ultra-high strength concrete need to be evaluated carefully. Therefore, this study examined the effects of the type of fine aggregates and mixing methods on the engineering properties of ultra-high strength concrete by varying the fine aggregates including limestone fine aggregate (LFA), electrical arc slag fine aggregate (EFA), washed sea sand (SFA), and granite fine aggregate (GFA) and their mixtures. Ultra-high strength concrete was fabricated with a 20 % water to binder ratio (W/B) and incorporated with 70 % of Ordinary Portland cement: 20 % of fly ash:10 % silica fume. The test results indicate that for a given superplasticizer dose, the use of LFA resulted in increases in slump flow and L-flow compared to the mixtures using other aggregates due to the improved particle shape and grading of LFA. In addition, the use of LFA and EFA led to enhanced compressive strength and a decrease in autogenous shrinkage due to the improved elastic properties of LFA and the presence of free-CaO in EFA, which resulted in the formation of C-S-H.
For steel-concrete girders made composite using shear studs, initial damage on studs induced by weld defect, unexpected overloading, fatigue and others might degrade the service performance and even threaten the structural safety. This paper conducted a numerical study to investigate the static behavior of damaged stud shear connectors that were embedded in ultra high performance concrete (UHPC). Parameters included damage degree and damage location. The material nonlinear behavior was characterized by multi-linear stress-strain relationship and damage plasticity model. The results indicated that the shear strength was not sensitive to the damage degree when the damage occurred at 2/3d (d is the stud diameter) from the stud root. An increased stud area would be engaged in resisting shear force as the distance of damage location from stud root increased and the failure section becomes inclined, resulting in a less reduction in the shear strength and shear stiffness. The reduction factor was proposed to consider the degradation of the shear strength of the damaged stud. The reduction factor can be calculated using two approaches: a linear relationship and a square relationship with the damage degree corresponding to the shear strength dominated by the section area and the nominal diameter of the damaged stud. It was found that the proposed method is preferred to predict the shear strength of a stud with initial damage.
Park, Jong-Sup;Lee, Kyu-Wan;Kim, Byong-Suk;Joh, Chang-Bin
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2009.05a
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pp.95-96
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2009
In this paper, the transfer lengths in pretensioned prestressed Ultra High Performance Concrete members are verified to collect the basis data of UHPC increased in practical uses recently. The cover sizes and pretension forces were the main parameters of UHPC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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