In this paper the biaxial failure criteria and stress-strain response for plain concrete are studied under uniaxial and biaxial stress(compression-compression, compression-tension, and tension-tension combined stress). The concrete specimens of a square plate type are used for uniaxial and biaxial loading. The experimental data indicate that the strength of concrete under biaxial compression, f2/fl=-l/-1, is 17 percent larger than under uniaxial compression and the poisson's ratio of concrete is 0.1745. On the base of the results, a biaxial failure envelope for plain concrete that the uniaxial strength is 398kgf/$cm^{2}$ are developed. The biaxial failure behaviors for three biaxial loading areas are also plotted respectively. In addition, the characteristics of stress-strain response under biaxial compression are compared and verified with the experimental and analytical results.
본 논문에서는 이방향 응력상태에서의 콘크리트 강도 특성과 크기효과 그리고 피로거동에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 ASTM C 1550 시험법과 이방향 휨강도 시험(biaxial flexure test; BFT)을 적용하여 크기효과 및 피로시험을 실시하였으며, 단순보의 3등분점 하중에 의한 콘크리트 휨강도 시험(third-point bending test) 결과와 비교하였다. 실험 결과 3등분점 재하 휨강도 시험에 의한 일방향 응력상태의 강도보다는 ASTM C 1550 시험법과 이방향 휨강도 시험법에 의한 이방향 응력상태의 강도가 더 큰 것으로 측정되었다. 3등분점 재하 휨강도 시험, ASTM C 1550, 이방향 휨강도 시험법 모두 시편의 크기가 증가함에 따라 강도는 감소하는 것으로 관찰되었으며, 이방향 휨인장강도의 크기 효과가 일방향 휨인장강도의 크기효과보다 더 큰 것으로 확인되었다. S-N 곡선에 의한 일방향과 이방향 휨강도의 피로 수명은 유사한 것으로 분석되었다.
The problem of an orthotropic material with a central crack is studied. The material is subjected to uniform biaxial loading along its boundary. The normal stress ratio theory is applied to predict fracture strength behavior in cracked orthotropic material. The dependence of the critical stress with respect to the biaxial loading and the crack orientation is discussed. Our analysis shows significant effects of biaxial loading on the critical stress. The additional tenn in the asymptotic expansion of the crack tip stress field appears to provide more accurate critical stress prediction.
This paper presents results of biaxial compressive tests and strength criterion on two replacement percentages of recycled coarse aggregate (RPRCA) by mass for plain structural recycled aggregate concrete (RAC) at all kinds of stress ratios. The failure mode characteristic of specimens and the direction of the cracks were observed and described. The two principally static strengths in the corresponding stress state were measured. The influence of the stress ratios on the biaxial strengths of RAC was also analyzed. The experimental results showed that the ratios of the biaxial compressive strength ${\sigma}_{3f}$ to the corresponding uniaxial compressive strength $f_c$ for the two RAC are higher than that of the conventional concrete (CC), and dependent on the replacement percentages of recycled coarse aggregate, stress states and stress ratios; however, the differences of tensile-compressive ratios for the two RAC and CC are smaller. On this basis, a new failure criterion with the stress ratios is proposed for plain RAC under biaxial compressive stress states. It provides the experimental and theoretical foundations for strength analysis of RAC structures subject to complex loads.
Ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) foil is a novel structural material which has being used in shell and spatial structures. This paper studies biaxial creep property of ETFE foil by creep tests and numerical simulation. Biaxial creep tests of cruciform specimens were performed using three stress ratios, 1:1, 2:1 and 1:2, which showed that creep coefficients in biaxial tension were much smaller than those in uniaxial one. Then, a reduction factor was introduced to take account of this biaxial effect, and relation between the reduction factor and stress ratio was established. Circular bubble creep test and triangle cushion creep test of ETFE foil were performed to verify the relation. Interpolation was adopted to consider creep stress and reduction factor was involved to take account of biaxial effect in numerical simulation. Simulation results of the bubble creep test embraced a good agreement with those measuring ones. In triangle cushion creep test, creep displacements from numerical simulation showed a good agreement with those from creep test at the center and lower foil measuring points.
The problem of an infinite anisotropic material with a crack inclined with respect to the principal material axes is analyzed. The material is subjected to uniform biaxial load along its boundary. It is assumed that the material is homogeneous, but anisotropic. By considering the effect of the horizontal load, the distribution of stresses at the crack tip is analyzed. The problem of predicting critical stress in anisotropic solids which is a subject of considerable practical importance is examined and the effect of load biaxiality is made explicitly. The present results based on the normal stress ratio theory show significant effects of biaxial load, crack inclination angle and fiber orientation on the critical stress. The analysis is performed for a wide range of the crack angles and biaxial loads.
Two different strength types of plain concrete plate specimens (200$\times$200$\times$60mm) were tested under different biaxial load combinations. The specimens were subjected to biaxial combinations covering the three regions of compression-compression, compression-tension, and tension-tension. The loading platens with Teflon pads were used to reduce a confining effect in boundary surface between the concrete specimen and the solid platen. The principal deformations in the specimens were recorded, and the failure modes along with each stress ratio were examined. Based on the strength data, the failure envelops were developed for each type of plain concrete. The biaxial stress-strain responses of concrete plate specimens for three biaxial loading regions were also plotted. The test data indicated that the strength of concrete under biaxial compression ($f_2 / f_1$$_1$=-1/-1) is about 17 percent larger than under uniaxial compression.
Fatigue crack initiation and propagation behavior under cyclic biaxial loading has been investigated using thin-walled tubular specimen with a hole. Two types of biaxial loading system, i.e. cyclic tensile loading with super-imposed static torsional load and cyclic torsional loading with superimposed static tensile load, with various values of the biaxial loading ratio, $\tau$ s/ $\sigma$ max (or $\tau$ max/ $\sigma$s) were employed. Fatigue tests show that fatigue crack near the hole initiates and propagates at 900 and 450 direction to the longitudinal direction of the specimen under cyclic tensile and torsion loading with static biaxial stress, respectively, and the static biaxial stress doesn't have any great influence on fatigue crack initiation and growth direction. Stress analysis near the hole of the specimen shows that the crack around the hole initiates along the plane of maximum tangential stress range. Fatigue crack growth rates were evaluated as functions of equivalent stress intensity factor range, strain energy density factor range and crack tip opening displacement vector, respectively. It is shown that the biaxial mode fatigue crack growth rates can be relatively consistently predicted with these cyclic parameters.
본 논문에서는 이방향 휨인장강도 시험 시 시험체에 작용하는 등방성 휨인장거동의 구현여부를 실험적으로 증명하기 위해 시험체의 변형률 측정 실험과, 시험체에 등방성 휨인장응력이 작용할 수 있도록 시험법 개선을 위한 연구를 수행하였다. 또한, 개선된 시험법을 적용하여 이방향 휨인장강도와 4점 휨인장강도 시험에 의한 일방향 휨인장강도를 측정하여 비교하였다. 실험 결과, 시험체에 발생하는 등방성 휨인장응력은 시험체의 표면 조건과 뒤틀림 정도에 많은 영향을 받는 것으로 나타났으나, 시험법 개선으로 인해 시험체에 등방성 휨인장응력상태를 확보할 수 있었다. 개선된 이방향 휨인장강도 시험에 의한 이방향 휨인장강도가 일방향 휨인장강도 보다 32% 더 큰 것으로 나타났으며, 분산성은 동일한 것으로 나타났다.
This study aimed to develop a simple and effective method to facilitate the experimental research on mechanical properties of masonry under biaxial compressive stress. A series of tests on full-scale brick masonry panels under biaxial compression have been performed in limited principal stress ratios oriented at various angles to the bed joints. Failure modes of tested panels were observed and failure features were analyzed to reveal the mechanical behavior of masonry under biaxial compression. Based on the experimental data, the failure curve in terms of two orthotropic principal stresses has been presented and the failure criterion of brick masonry in the form of the tensor polynomial has been established, which indicate that the anisotropy for masonry is closely related to the difference of applied stress as well as the orientation of bed joints. Further, compared with previous failure curves and criteria for masonry, it can be found that the relative strength of mortar and block has a considerable effect on the degree of anisotropy for masonry. The test results demonstrate the validity of the proposed experimental method for the approximation of masonry failure under biaxial compressive stress and provide valuable information used to establish experimentally based methodologies for the improvement of masonry failure criteria.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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