To study the working mechanism and size effect of an innovative dovetail UHPC joint originated from the 5th Nanjing Yangtze River Bridge, a large-scale testing subject to negative bending moment was conducted and compared with the previous scaled specimens. The static responses, i.e., the crack pattern, failure mode, ductility and stiffness degradation were analyzed. It was found that the scaled specimens presented similar working stages and working mechanism with the large-scale ones. However, the post-cracking ductility and relative stiffness degradation all decrease with the enlarged length/scale, apart from the relative stiffness after flexural cracking. The slab stiffness at the flexural cracking stage is 90% of the initial stiffness while only 24% of the initial stiffness reserved in the ultimate stage. Finite element model (FEM) was established and compared with the experiments to verify its effectiveness in exploring the working mechanism of the innovative joint. Based on this effective method, a series of FEMs were established to further study the influence of material strength, pre-stressing level and ratio of reinforcement on its deflection-load relationship. It is found that the ratio of reinforcement can significantly improve its load-carrying capacity among the three major-influenced factors.
In recent year, the coat layer drops and the rebar rust of bridge parapets, which caused the structural performance degradation. In order to achieve the comprehensive rehabilitation, ultra high performance cementitious composites is proposed to existing RC parapet rehabilitation. The influence factors of UHPCC rehabilitation includes two parts, i.e., internal factors related with material, such as UHPCC layer thickness, corrosion ratio of rebars, fiber volume fraction, and external factors related with the load, such as impact speeds, impact angles, vehicle mass. The influence of the factors was analyzed in this paper based on the nonlinear finite element. The analysis results of the maximum dynamic deformation and the peak impact load of parapets revealed the influence of the internal factors and the external factors on anti-collision performance and degree degradation. This research may provide a reference for the comprehensive multifunctional rehabilitation of existing bridge parapets.
Le, An H.;Ekkehard, Fehling;Thai, Duc-Kien;Nguyen, Chau V.
Steel and Composite Structures
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v.29
no.1
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pp.125-138
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2018
The research on the confinement behavior of ultra high performance concrete without and with the use of steel fibers (UHPC and UHPFRC) has been extremely limited. In previous studies, authors experimentally investigated the axially compressive behavior of circular steel tube confined concrete (STCC) short and intermediate columns with the employment of UHPC and UHPFRC. Under loading on only the concrete core, the confinement effect induced by the steel tube was shown to significantly enhance the utimate stress and its corresponding strain of the concrete core. Therefore, this paper develops a simplified stress - strain model for circular STCC columns using UHPC and UHPFRC with compressive strength ranging between 150 MPa and 200 MPa. Based on the regression analysis of previous test results, formulae for predicting peak confined stress and its corresponding strain are proposed. These proposed formulae are subsequently compared against some previous empirical formulae available in the literature to assess their accuracy. Finally, the simplified stress - strain model is verified by comparison with the test results.
The primary aim of this study is to develop a three dimensional finite element (FE) model to predict the axial stress-strain relationship and ultimate strength of the FRP-wrapped UHPC columns by comparing experimental results. The reliability of four selected confinement models and three design codes such as ACI-440, CSA-S806-02, and ISIS CANADA is also evaluated in terms of agreement with the experimental results. Totally 6 unconfined and 36 different types of the FRP-wrapped UHPC columns are tested under monotonic axial compression. The values of ultimate strengths of FRP-wrapped UHPC columns obtained from the experimental results are compared and verified with finite element (FE) analysis results and the design codes mentioned above. The concrete damage plasticity model (CDPM) in Abaqus is utilized to represent the confined behavior of the UHPC. The results indicate that agreement between the test results and the non-linear FE analysis results is highly satisfactory. The CSA-S806-02 design code is considered more reliable than the ACI-440 and the ISIS CANADA design codes to calculate the ultimate strength of the FRP-wrapped UHPC columns. None of the selected confinement models that are developed for FRP-wrapped low and normal strength concrete columns can safely predict the ultimate strength of FRP-wrapped UHPC columns.
An experimental study on six axially-loaded composite short columns with different thicknesses of steel tube and that of the concrete plate was carried out. Compared to the mechanical behavior of component specimens under axially compressed, the failure modes, compression deformation, and strain process were obtained. The two main parameters that have a significant enhancement to cross-sectional strength were also analyzed. The failure of an axially loaded UHPC-CFST short column is due to the crushing of the UHPC plate, while the CFST member does reach its maximum resistance. A reduction coefficient K'c, related to the confinement coefficient, is introduced to account for the contribution of CFST members to the ultimate load-carrying capacity of the UHPC-CFST composite short columns. Based on the regression analysis of the relationship between the confinement index ξ and the value of fcc/fc, a unified formula for estimating the axial compressive strength of CFST short columns was proposed, combined with the experimental results in this research, and an equation for reliably predicting the strength of UHPC-CFST composite short columns under axial compression were also proposed.
Jianwei Zhang;Siyuan Wang;Man Zhang;Yuping Sun;Hongwei Wang
Steel and Composite Structures
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v.52
no.3
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pp.357-376
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2024
In this paper, weakly bonded ultra-high-strength steel bars (UHSS) were used as longitudinal reinforcement in recycled aggregate concrete shear walls to achieve resilient performance. The study evaluated the repairability and hysteresis performance of shear walls before and after retrofitting. Quasi-static tests were performed on recycled aggregate concrete (RAC) and steel fiber reinforced recycled aggregate concrete (FRAC) shear walls to investigate the reparability of resilient shear walls when loaded to 1% drift ratio. Results showed that shear walls exhibited drift-hardening properties. The maximum residual drift ratio and residual crack width at 1% drift ratio were 0.107% and 0.01mm, respectively, which were within the repairable limits. Subsequently, shear walls were retrofitted with bonded X-shaped CFRP strips and steel plates wrapped at the bottom and retested. Except for a slight reduction in initial stiffness, earthquake-damaged resilient shear walls retrofitted with a composite method still had satisfactory hysteresis performance. A revised damage assessment index D, has been proposed to assess of damage degree. Moreover, finite-element analysis for the shear wall before and after retrofit retrofitting was established in OpenSees and verified with experimental results. The finite element results and test results were in good agreement. Finally, parametric analysis was performed.
Ultra-High-Performance Steel Fiber-Reinforced Concrete (SUPER Concrete) exhibits improved compressive and tensile strengths far superior to those of conventional concrete. These characteristics can significantly reduce the cross sectional area of the member and the anchorage strength of a headed bar is expected to be improved. In this study, the anchorage strengths of headed bars with $4d_b$ or $6d_b$ embedment length were evaluated by simulated exterior beam-column joint tests where the headed bars were used as beam bars and the joints were cast of 120 or 180 MPa SUPER Concrete. In all specimens, the actual yield strengths of the headed bars over 600 MPa were developed. Some headed bars were fractured due to the high anchorage capacity in SUPER Concrete. Therefore, the headed bar with only $4d_b$ embedment length in 120 MPa SUPER Concrete can develop a yield strength of 600 MPa which is the highest design yield strength permitted by the KCI design code. The previous model derived from tests with normal concrete and the current design code underestimate the anchorage capacity of the headed bar anchored in SUPER Concrete. Because the previous model and the current design code do not consider the effects of the high tensile strength of SUPER Concrete. From a regression analysis assuming that the anchorage strength is proportional to $(f_{ck})^{\alpha}$, the model for predicting anchorage strength of headed bars in SUPER Concrete is developed. The average and coefficient of variation of the test-to-prediction values are 1.01 and 5%, respectively.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.7
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pp.152-163
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2019
In this paper, effect of steel fiber inclusion, compressive strength of matrix, shear reinforcement and shear span to depth ratio on the flexural behavior of UHPFRC(Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete) were investigated with test of 10-UHPFRC beam specimens. All test specimens were subjected to the flexural static loading. It was shown that steel fiber significantly improve the shear strength of UHPFRC beams. 2% volume fraction of steel fiber change the mode of failure from shear failure to flexural failure and delayed the failure of compressive strut with comparatively short shear span to depth ratio. UHPFRC beams without steel fiber had a 45-degree crack angle and fiber reinforced one had lower crack angle. Shear reinforcement contribution on shear strength of beams can be calculated by 45-degree truss model with acceptable conservatism. Using test results, French and Korean UHPFRC design recommendations were evaluated. French recommendation have shown conservative results on flexural behavior but Korean recommendation have shown overestimation for flexural strength. Both recommendations have shown the conservatism on the flexural ductility and shear strength either.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.725-728
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2008
Most of shrinkage is mainly caused by autogenous shrinkage in Ultra high strength steel-fiber reinforced cementitious composites(UHSFRC). water to binder ratio is very low, about 0.2. It occurs faster hydration and cause a large amount of autogenous shrinkage in early ages. the large autogenous shrinkage can cause harmful cracks in a structure and deteriorate the designed structural performance. therefore it is very important to predict the autogenous shrinkage accurately. The study about the autogenous shrinkage of UHSFRC was carried out in this paper. through comparing with JSCE recommendations for UHSFRC, it was found out that UHSFRC in this study showed higher autogenous shrinkage than that of JSCE. And Applicability of early proposed models by some researchers was also investigated. the analytical results let us know that Miyazawa's model showed the best agreement with the experimentally obtained autogenous shrinkage of UHSFRC.
Kim, Min-Seong;Yang, Hyun-Min;Lee, Han-Seung;Cho, Keun-hee
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.1
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pp.25-32
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2016
The purpose of this study is to evaluate the performance on the compressive bonding shear strength of ultra-high strength steel fiber reinforced cementitous composites(UHSCC). As a result of compressive bonding shear strength through Direct shear test, It was found that the specimen($150{\times}150{\times}150mm$) of NC(Normal concrete) + NC showed similar compressive bonding shear strength at whole experimental level. On the other hand, the specimen of UHSCC + UHSCC showed decrease of compressive bonding shear strength from after 30 minutes of the retarded placement than 0 minute. As a result of analyzing failure mode of bonding interface, It was found that the specimen of NC + NC showed mixed failure at whole experimental level. In case of the specimen of UHSCC + UHSCC, it showed interface failure from the specimen that are 30 minutes, 60 minutes and 90 minutes of delay of concrete placing. As a result of analyzing XRD test in terms of the placement interface on the specimen of NC and UHSCC, relatively much amount of $SiO_2$ was detected from the specimen of UHSCC than that of NC. It is judged that the most of main components of coating film shown in the specimen of UHSCC is $SiO_2$. In conclusion, it is judged that UHSCC which is made from after 30 minutes of delay of concrete placing is unable to be used as structural member because of deterioration of bonding performance. From later study, it is judged that the improvement of bonding performance from the part of cold joint occurrence is necessary through the interface preparation method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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