Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) is distinguished from the normal concrete by outstanding compressive and tensile strength. Cracked normal concrete resists shear by aggregate interlocking while clamped by transverse reinforcement, which is called as shear friction theory. Cracked UHPFRC is expected to have a different shear transfer mechanism due to rather smooth crack face and post-cracking behavior under tensile force. Twenty-four push-off specimens with transverse reinforcement are tested for four different fiber volume ratio and three different ratio of reinforcement along the shear plane. The shear friction strength for monolithic concrete are suggested by limit analysis of plasticity and verified by test results. Plastic analysis gives a conservative, but reasonable estimate. The suggested shear friction factor and effectiveness factor of UHPFRC can be applied for interface shear transfer design of high-strength concrete and fiber reinforced concrete with post-cracking tensile strength.
This study examined the effect of transverse reinforcement and compressive stress on the shear friction performance at the shear interface intersecting two structural elements with various concrete types. From the prepared 12 push-off test specimens, various characteristics at the interface were measured as follows: crack propagation, shear load-relative slip relationship, initial shear cracking strength, ultimate shear friction strength, and shear transfer capacity of transverse reinforcement. The configuration of transverse reinforcement and compressive strength of concrete insignificantly influenced the amount of relative slippage at the shear friction plane. With the increase of applied compressive stress, the shear friction capacity of concrete tended to increase proportionally, whereas the shear transfer capacity of transverse reinforcement decreased, which was insignificantly affected by the configuration type of transverse reinforcement. The empirical equations of AASHTO-LRFD and Mattock underestimate the shear friction strength of concrete, whereas Hwang and Yang model provides better reliability, indicating that the mean and standard deviation of the ratios between measured shear strengths and predictions are 1.02 and 0.23, respectively.
The objective of the present study is to evaluate the shear transfer capacity of transverse reinforcement at the concrete interfaces with smooth construction joint. The transverse reinforcing bars were classified into two groups: V-type for the arrangement perpendicular to the interface and X-type for inclined-crossing arrangement. The transverse reinforcement ratio at the interface varied from 0.0045 to 0.0135 for V-type and 0.0064 to 0.0045 for X-type. The mechanism analysis proposed for monolithic concrete interface, derived based on the upper-bound theorem of concrete plasticity, was modified to evaluate the shear friction capacity of concrete interfaces with smooth construction joint. Test results showed that the specimens with X-type reinforcement had lower amount of relative slippage at the interface and higher shear friction capacity than the companion specimens with V-type reinforcement. This observation was independent of the unit weight of concrete. The mean and standard deviation of the ratios between the experimental shear friction strength of smooth construction joints and predictions obtained from the proposed model are 1.07 and 0.14, respectively.
Volume of concrete slab changes by temperature and moisture effects. At that time, tensile stress develops because the slab volume change is restrained by friction resistance between the slab and subbase, and then crack occurs occasionally. Accordingly, researchers have made efforts to figure out the friction characteristics between the slab and subbase by performing push-off tests. Lately, researches to analyze concrete pavement behavior by the friction characteristics have been performed by finite element method. In this study, The friction characteristics between the slab and subbase were investigated based on the friction test results for lean concrete, aggregate, and asphalt subase widely used in Korean concrete pavements. The energy method bilinearizing relation between nonlinear friction resistance and displacement were suggested. The friction test was modeled by 3-D finite element program, ABAQUS, and the model was verified by comparing the analyzed results to the test results. The bilinear model developed by the energy method was validated by comparing analysis results obtained by using the nonlinear and bilinear friction resistance displacement relation as input data. A typical Korean concrete pavement was modeled by ABAQUS and EverFE and analyzed results were compared to evaluate applicability of the bilinear model.
Kim, Min-Joong;Lee, Gi-Yeol;Lee, Jun-Seok;Kim, Woo
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.24
no.1
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pp.25-35
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2012
For a member subjected to direct shear forces, forces are transferred across interface concrete area and resisted by shear transfer capacity. Shear-friction equations in recent concrete structural design provisions are derived from experimental test results where shear-friction capacity is defined as a function of steel reinforcement area contained in the interface. This empirical equation gave too conservative values for concrete members with large amounts of reinforcement. This paper presents a method to evaluate shear transfer strengths and to define ultimate conditions which result in crushing of concrete struts after yielding of longitudinal reinforcement perpendicular to the interface concrete. This method is based on the bi-axial stress field theory where different constitutive laws are applied in various means to gain accurate shear strengths by considering softening effects of concrete struts based on the modified compression-field theory and the softened truss model. The validity of the proposed method is examined by applying to some selected test specimens in literatures and results are compared with recent design code provisions. A general agreement is observed between predicted and measured values at ultimate loading stages in initially uncracked normal-strength concrete test.
lim, Jin Sun;Park, Moon Gil;Nam, Young Kug;Jeong, Jin Hoon
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.6D
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pp.719-726
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2009
In this study, a series of push-off tests for lean concrete, aggregate, asphalt subbases mainly used in Korea were performed to investigate the friction characteristics between the slab and subbase layers. Use of separation membrane and wet condition of subbase were other parameters in the tests. Horizontal displacements of the slabs and friction coefficients were measured at 1st loading, stable condition (2nd and 3rd loadings), and wet condition (4th loading) by applying 40mm/hour horizontal loadings. Larger maximum friction coefficients were measured in order of the lean concrete, asphalt, aggregate, and subbases using the separation membrane at 1st loading, and in order of the asphalt, aggregate, lean concrete, and subbases using the separation membrane at stable and wet conditions. The friction coefficients of the aggregate and asphalt subbases which did not used the separation membrane decreased by the wet condition while the subbases using the separation membrane were not affected. Additional push-off tests for effects of slab thickness and temperature sensitivity of asphalt will be performed. And, effects of the friction characteristics between the slab and subbase layers on behavior and performance of concrete pavements will be investigated by structural analyses using the test results.
Shear friction strength model of concrete was proposed to explain the direct friction mechanism at the concrete interfaces intersecting two structural elements. The model was derived from a mechanism analysis based on the upper-bound theorem of concrete plasticity considering the effect of transverse reinforcement and applied axial loads on the shear strength at concrete interfaces. Concrete was modelled as a rigid-perfectly plastic material obeying modified Coulomb failure criteria. To allow the influence of concrete type and maximum aggregate size on the effectiveness strength of concrete, the stress-strain models proposed by Yang et al. and Hordijk were employed in compression and tension, respectively. From the conversion of these stress-strain models into rigidly perfect materials, the effectiveness factor for compression, ratio of effective tensile strength to compressive strength and angle of concrete friction were then mathematically generalized. The proposed shear friction strength model was compared with 91 push-off specimens compiled from the available literature. Unlike the existing equations or code equations, the proposed model possessed an application of diversity against various parameters. As a result, the mean and standard deviation of the ratios between experiments and predictions using the present model are 0.95 and 0.15, respectively, indicating a better accuracy and less variation than the other equations, regardless of concrete type, the amount of transverse reinforcement, and the magnitude of applied axial stresses.
Kim, Hyung-Rae;Cho, Ho-Kyoo;Kim, Jung-Chul;Lee, Kewn-Chu
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.14
no.2
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pp.118-126
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2014
The establishment of the technology for evaluating friction resistance and pipe pressure and the relation of the fluid characteristics and pumpability of concrete is essential for concrete pumping performance for the rapid construction of super-tall buildings. In this study, a quantitative evaluation of concrete fluid characteristics and surface friction resistance was performed, applying different concrete mix proportions and pumping conditions. To achieve this, we developed a temporary horizontal pumping evaluation system to measure pipe pressure and surface friction characteristics, and performed an experiment to investigate the relations between concrete rheology characteristics and friction resistance in pipe. The experiment found that in terms of the rheology characteristics, plastic viscosity was reduced remarkably after pumping. As well, high regression between the surface friction and pressure gradient was confirmed. This means that it is possible to evaluate the friction resistance between concrete and pipe by means of a pumping system that includes a frictional resistance testing pipe. In addition, high regression between the plastic viscosity of concrete after pumping and friction resistance coefficient was confirmed. Finally, it is considered that pumping pressure can be predicted using the friction resistance coefficient derived in this study, and it has high regression.
본 연구에서는 아스팔트 포장과 콘크리트 포장의 습윤시 교통사고 가능성을 비교하 였다. 다양한 노후도를 가진 두 포장재료에 대해 마찰력 측정장비(BPT, Britsh Pendulum Tester)로 건조 및 습윤상태에서 노면마찰력을 측정하였으며, 측정결과와 두 포장재료에 대 한 실제 교통사고율을 비교하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 노면 습윤 에 따른 마찰력 저하정도는 아스팔트 포장이 콘크리트 포장보다 컸다. (2) 노면 습윤에 따른 실제 교통사고율도 아스팔트 포장에서 훨씬 큰 것으로 나타나 (1)의 결론과 일관된 결과를 보여주었다. (3) 노면마찰력은 건조상태에서는 노면마모 정도에 크게 영향을 받지 않으나 일 단 습윤상태가 되면 노면마모가 심할수록 마찰력 저하폭이 큰 것으로 나타났다.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.2
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pp.53-67
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2008
In this study, seismic control performance of friction dampers installed in a reinforced concrete shear wall-moment frame system, of which main lateral force resisting system is a shear wall, is investigated. Three configurations of friction dampers are investigated. One is a diagonal brace type reinforcing the shear wall directly, another is a diagonal brace type reinforcing the moment frame without the shear wall, and the other one is a vertical boundary element type installed at both ends of the shear wall. In addition, various levels of the total friction force and its distribution methods are examined. Time history analysis considering material nonlinearity is conducted for seismic loads increased by the enhanced design code compared to the initial design loads, and energy dissipation, lateral loads and structural member damages are analyzed. As a result, the shear wall-reinforcing diagonal brace type with the total friction force of 30 % of the reference friction force gives the best performance on the whole, and the distribution methods of the friction force do not have remarkable difference in effects. Also, concentrated installation in adjacent four stories shows just a little compromised control performance compared to the entire story installation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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