The stress triaxiality and lode angle are known to be most dominant fracture parameters in ductile materials. This paper proposes a three-dimensional failure strain surface for a ductile steel, called a low-temperature high-tensile steel (EH36), using average stress triaxiality and average normalized lode parameter, along with briefly introducing their theoretical background. It is an extension of previous works by Choung et al. (2011; 2012; 2014a; 2014b) and Choung and Nam (2013), in which a two-dimensional failure strain locus was presented. A series of tests for specially designed specimens that were expected to fail in the shear mode, shear-tension mode, and compression mode was conducted to develop a three-dimensional fracture surface covering wide ranges for the two parameters. This paper discusses the test procedures for three different tests in detail. The tensile force versus stroke data are presented as the results of these tests and will be used for the verification of numerical simulations and fracture identifications in Part II.
Kim, Jeong-Su;Lee, Bang Yeon;Kwon, Seong-Hee;Kim, Jin-Keun;Kim, Yun Yong
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.933-936
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2008
An engineered cementitious composite (Engineered Cementitious Composite) had been developed in previous study. Theoretical prediction of the tensile stress-strain relation of ECC is important in providing the material constitutive relation necessary for designing structural members. But, few studies have been reported with regard to predicting the tensile stress-strain relation of ECC. Prediction of the tensile stress-strain relation of ECC accounting for actual bridging curve, such as fiber dispersion is needed. The present study extends the work as developed by Kanda et al., by modeling the bridging curve, accounting for fiber dispersion, the degree of matrix spalling, and fiber rupture to predict the tensile stress-strain relation of ECC. The role of material variation in the bridging curve, such as number of effective fiber actually involved in the bridging capacity and how it affects the multiple cracking process is discussed. The approach for formulating the tensile stress-strain relation is discussed next, where the procedure for obtaining the necessary parameters, such as the crack spacing, is presented. Finally, the predicted stress-strain relation will be validated with experimental tests results.
Current design methods for reinforced earth structures take no account of the magnitude of the strains induced in the tensile members as these are invariably manufactured from high modulus materials, such as steel, where straits are unlikely to be significant. With fabrics, however, large strains may frequently be induced and it is important to determine these to enable the stability of the structure to be assessed. In the present paper internal design method of analysis relating to the use of fabric reinforcements in reinforced earth structures for both stress and strain considerations is presented. For the internal stability analysis against rupture and pullout of the fabric reinforcements, a strain compatibility analysis procedure that considers the effects of reinforcement stiffness, relative movement between the soil and reinforcements, and compaction-induced stresses as studied by Ehrlich 8l Mitchell is used. I Bowever, the soil-reinforcement interaction is modeled by relating nonlinear elastic soil behavior to nonlinear response of the reinforcement. The soil constitutive model used is a modified vertsion of the hyperbolic soil model and compaction stress model proposed by Duncan et at., and iterative step-loading approach is used to take nonlinear soil behavior into consideration. The effects of seepage pressures are also dealt with in the proposed method of analy For purposes of assessing the strain behavior oi the fabric reinforcements, nonlinear model of hyperbolic form describing the load-extension relation of fabrics is employed. A procedure for specifying the strength characteristics of paraweb polyester fibre multicord, needle punched non-woven geotHxtile and knitted polyester geogrid is also described which may provide a more convenient procedure for incorporating the fablic properties into the prediction of fabric deformations. An attempt to define improvement in bond-linkage at the interconnecting nodes of the fabric reinforced earth stracture due to the confining stress is further made. The proposed method of analysis has been applied to estimate the maximum tensions, deformations and strains of the fabric reinforcements. The results are then compared with those of finite element analysis and experimental tests, and show in general good agreements indicating the effectiveness of the proposed method of analysis. Analytical parametric studies are also carried out to investigate the effects of relative soil-fabric reinforcement stiffness, locked-in stresses, compaction load and seepage pressures on the magnitude and variation of the fabric deformations.
The purpose of this study is to investigate the mechanical characteristics of plain and steel fiber high strength concrete under uniaxial and biaxial loading condition. A number of plain and steel fiber high strength concrete cubes having 28 days compression strength of 82.7MPa(12,000 psi) were made and tested. Four principal compression stress ratios ($\sigma_2/\sigma_1$=0.00, 050, 0.75 and 1.00), and four fiber concentrations($V_f$ =0.0, 0.5, 1.0 and $1.5\%$) were selected as major test variables. From test results, it is shown that confinement stress in minor stress direction has pronounced effect on the strength and deformational behavior. Both of the stiffness and ultimate strength of the plain and fiber high strength concrete Increased. The maximum increase of ultimate strength occurred at biaxial stress ratio of 0.5($\sigma_2/\sigma_1=0.5$) in the plain high strength concrete and the value were recorded $30\%$ over than the strength under uniaxial condition. The failure modes of plain high strength concrete under uniaxial compression were shown as splitting type of failure but steel fiber concrete specimens under biaxial condition showed shear type failure. The values of elastic modulus were also examined higher than that from ACI and CEB expression under biaxial compression condition.
This paper is a part of a research aimed at the verification of basic design rules of high-strength concrete columns. A total of 32 column specimens were tested to investigate structural behavior and strength of eccentrically loaded reinforced concrete tied columns. Main variables included in this test program were concrete compressive strength. steel amount, eccentricity, and slenderness ratio. The concrete compressive strength varied from 356 kg/$cm^2$ to 951 kg/$cm^2$ and the longitudinal steel ratios were between 1.13 % and 5.51 %. Test results of column sectional strength are compared with the results of analyses by ACI rectangular stress block, trapezoidal stress block, and modified rectangular stress block. Axial force-moment-curvature analysis is also performed for predicting axial load-moment strength and compared with the test results. The ACI rectangular stress block provides over-estimated column strengths for the lightly reinforced high strength column specimens. The calculated strengths by moment-curvature analyses are highly affected by $k_3$ values of the concrete stress-strain curve. Observed failure mode. concrete ultimate strain, and stress block parameters are discussed.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.1
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pp.91-99
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2017
The purpose of this paper is to evaluate the flexural performance of reinforced concrete (RC) beams repaired with polymer mortar. The repaired and non-repaired 13th beams which was fabricated by considering repair position, repair depth, and curing age of polymer mortar as test variables were tested under three point loading. All specimens repaired in compressive and tensile zone did not fail due to interfacial failure between polymer mortar and concrete but failed when the strain of repaired mortar exceeded the ultimate tensile strain of polymer mortar. Maximum load of specimens repaired in compressive zone was similar to that of non-repaired specimen, reference specimen. Additionally, their ductility index was higher than that of reference specimen. On the other hand, specimens repaired in tensile zone failed very brittlely and have a lower ductility index than reference specimen. Nonlinear analysis by using OpenSees was performed to predict the behavior of RC beam repaired with polymer mortar. Two dimension frame element was used to simplify an analysis model and fiber model was applied to consider the material non-linearity. It was confirmed from the analysis results that nonlinear analysis properly predicts the behavior of specimens repaired in compressive zone and overestimates the behavior of specimens repaired in tensile zone.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.2
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pp.153-160
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2008
In this study, we propose a new three-node hybrid-mixed curved beam element with the relaxed-equiribrium stress functions for static analysis. The proposed element considering shear deformation is based on the Hellinger-Reissner variational principle. The stress functions are carefully chosen from three important considerations: (i) all the kinematic deformation modes must be suppressed, and (ii) the spurious constraints must be removed in the limiting behaviors via the field-consistency, and (iii) the relaxed equilibrium conditions could be incorporated because it might be impossible to select the stress functions and parameters to fully satisfy both the equiribrium conditions and the suppression of kinematic deformation modes in the three-node curved beam hybrid-mixed formulation. Numerical examples confirm the superior and stable behavior of the proposed element regardless of slenderness ratio and curvature. Besides, the proposed element shows the outstanding performance in predicting the stress resultant distributions.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.4
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pp.39-49
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2002
In this paper, the characteristics of RB(rubber bearing) were studied by various prototype tests on RB with low hardness rubber. The characteristics of RB were tested on displacements, repeated cycles, frequencies, vertical pressures, temperature, vertical stiffness and the capability of shear deformation. The prototype test showed that the displacement and vertical pressures were the most governing factors influencing on characteristics of RB. The effective stiffness and equivalent damping of RB showed small increment in high frequency range. After the repeated cyclic test with 50's cycles, the effective stiffness and equivalent damping of RB were almost constant compared with those of the 1st cycles due to low hysteretic damping. The shear modulus of RB was reduced after large deformation, and this value of RB was partly recovered after 40 days. Finally, the shear failure test of RB was conducted, the prototype was failed over 490% of shear strain, and real size RB was failed over 430% of shear strain.
Kim, Kun-Soo;Park, Ki-Tae;Woo, Tae-Ryeon;Kim, Jaehwan
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.39-46
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2022
As the limit state design method is applied as the design method of reinforced concrete structure, the ultimate state is considered when analyses or designing. In fact, when the reinforced concrete member is bent, there is a confining effect by stirrup, but the material curve of unconfined concretes applied when designing. In this study, to evaluate the suitability of the confined concrete model for flexural members, a 4-point bending test was conducted on RC simple beam with a double-reinforced rectangular cross-section, and the behavior of the member after yield was analyzed in detail using image processing method. For detailed analysis, the DIC method was adopted as an image analysis method, and the validity of DIC method was verified by comparing the measurement results with the LVDT. The distribution of the strain on the concrete surface calculated as a result of the DIC method could be obtained, and the average strain distribution of the cross-section was calculated. Using the average strain distribution, the stress distribution applied existing confined concrete model as a material curve could be derived. Through the comparison of the experimental results and the existing model application results, the suitability of the confined concrete model for RC flexural members having a rectangular cross-section was evaluated.
The test results of high-strength concrete beam specimens, which have various combinations of different types of flexural reinforcement and short fibers, were compared with the prediction results of codes, guidelines and models proposed by researchers. The theoretical calculation based on the ultimate strength method of the KCI and ACI Code underestimated the ultimate moments of FRP bar-reinforced beams without fibers. The models proposed by ACI 544.4R and Campione predicted the ultimate moment capacities inaccurately for the FRP bar-reinforced beam with steel fibers, because these models do not consider the increased ultimate compressive strain of fiber reinforced concrete. Bischoff's deflection model predicted the service load deflections reasonably well, while the deflection model of ACI Committee 440 underestimated the deflection of FRP bar-reinforced beams. Because the ACI 440 expression, used to predict member deflection, cannot directly apply to the beams reinforced with different types of reinforcing bars, an alternative method to estimate the deflections of beams with different types of reinforcing bars using the ACI 440 expression was proposed. In addition, Bischoff's approach for computing deflection was extended to include deflection after yielding of the steel reinforcement in the beams reinforced with steel and FRP bars simultaneously.
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