This paper aims to adapt Multilinear regression (MLR) to predict the strength and toughness of SIFCON containing various pozzolanic materials. Slurry Infiltrated Fibrous Concrete (SIFCON) is one of the most common terms used in concrete manufacturing, known for its benefits such as high ductility, toughness and high ultimate strength. Assessment of compressive strength (CS.), flexural strength (F.S.), splitting tensile strength (STS), dynamic elasticity modulus (DME) and impact energy (I.E.) using the experimental approach is too costly. It is time-consuming, and a slight error can lead to a repeat of the test and, to solve this, alternative methods are used to predict the strength and toughness properties of SIFCON. In the present study, the experimentally investigated SIFCON data about various mix proportions are used to predict the strength and toughness properties using regression analysis-multilinear regression (MLR) models. The input parameters used in regression models are cement, fibre, fly ash, Metakaolin, fine aggregate, blast furnace slag, bottom ash, water-cement ratio, and the strength and toughness properties of SIFCON at 28 days is the output parameter. The models are developed and validated using data obtained from the experimental investigation. The investigations were done on 36 SIFCON mixes, and specimens were cast and tested after 28 days of curing. The MLR model yields correlation between predicted and actual values of the compressive strength (C.S.), flexural strength, splitting tensile strength, dynamic modulus of elasticity and impact energy. R-squared values for the relationship between observed and predicted compressive strength are 0.9548, flexural strength 0.9058, split tensile strength 0.9047, dynamic modulus of elasticity 0.8611 for impact energy 0.8366. This examination shows that the MLR model can predict the strength and toughness properties of SIFCON.
Meshfree methods are known to have the capability to overcome the strict regularization requirements and numerical instabilities that encumber the finite element method (FEM) in large deformation problems. They are also more naturally suited for problems involving material perforation and fragmentation. To take advantage of the high efficiency of FEM and high accuracy of meshfree methods, a coupled finite element (FE) and reproducing kernel (RK, one of the meshfree approximations) formulation is described in this paper. The coupling of FE and RK approximation is implemented in an evolutionary fashion, where the extent and location of the evolution is dependent on a triggering criteria provided by the material constitutive laws. To enhance computational efficiency, Gauss quadrature is applied to integrate both FE and RK domains so that no state variable transfer is required when mesh conversion is performed. To control the hourglassing that might occur with 1-point integrated hexahedral grids, viscous type hourglass control is implemented. Meanwhile, the FEM version of the K&C concrete (KCC) model was modified to make it applicable in both FE and RK formulations. Results using this code and the KCC model are shown for the modeling of concrete responses under quasi-static, blast and impact loadings. These analyses demonstrate that fragmentation phenomena of the sort commonly observed under blast and impact loadings of concrete structures was able to be realistically captured by the coupled formulation.
This paper presents the numerical simulation of the rigid 12.6 mm diameter kinetic energy ogive-nosed projectile impact on plain and fiber reinforced concrete (FRC) targets with compressive strengths from 45 to 235 MPa, using a three-dimensional finite element code LS-DYNA. A combined dynamic constitutive model, describing the compressive and tensile damage of concrete, is implemented. A modified Johnson_Holmquist_Cook (MJHC) constitutive relationship and damage model are incorporated to simulate the concrete behavior under compression. A tensile damage model is added to the MJHC model to analyze the dynamic fracture behavior of concrete in tension, due to blast loading. As a consequence, the impact damage in targets made of plain and fiber reinforced concrete with same matrix material under same impact velocities (650 m/s) are obtained. Moreover, the damage distribution of concrete after penetration is procured to compare with the experimental results. Numerical simulations provide a reasonable prediction on concrete damage in both compression and tension.
The collapse of concrete structures by extreme loads such as impact, explosion, and blast from terrorist attacks causes severe property damage and human casualties. Concrete has excellent impact resistance to such extreme loads in comparison with other construction materials. Nevertheless, existing concrete structures designed without consideration of the impact or blast load with high strain rate are endangered by those unexpected extreme loads. In this study, to improve the impact resistance, the static and impact behaviors of concrete beams caste with steel fiber reinforced concrete (SFRC) with 0~1.5% (by volume) of 30 mm long hooked steel fibers were assessed. Test results indicated that the static and impact resistances, flexural strength, ductility, etc., were significantly increased when higher steel fiber volume fraction was applied. In the case of the layered concrete (LC) beams including greater steel fiber volume fraction in the tensile zone, the higher static and impact resistances were achieved than those of the normal steel fiber reinforced concrete beam with an equivalent steel fiber volume fraction. The impact test results were also compared with the analysis results obtained from the single degree of freedom (SDOF) system anaysis considering non-linear material behaviors of steel fiber reinforced concrete. The analysis results from SDOF system showed good agreement with the experimental maximum deflections.
The understanding of the pressure associated with air blast, which travels through air, and its effect on surface and underground structures is highly important. It is necessary to determine the pressure change with time and distance for a computer simulation of the explosion impact on a structure. From the previous studies, many empirical equations for estimating the parameters related to the pressure change. In this study, the empirical equations for predicting peak overpressure, duration of positive phase, impulse, minimum negative pressure, duration of negative pressure, arrival time, and decay constant were reviewed and analyzed. Also, the pressure changes predicted from the Kingery equation, which is the most commonly used, and from the other empirical equations were compared.
This paper reports an experimental study into the rheological behaviour of self consolidating concrete (SCC). The investigation aimed at quantifying the impact of the varying amounts of mineral admixtures on the rheology of SCC containing natural sand. Apart from the ordinary Portland cement (OPC), the cementitious materials such as fly ash (FA), ground granulated blast furnace slag (GGBS) and micro-silica (MS) in conjunction with the mineral admixtures were used in different percentages keeping the mix paste volume and flow of concrete constant at higher atmospheric tempterature ($30^{\circ}$ to $40^{\circ}C$). The rheological properties of SCC were investigated using an ICAR rheometer with a four-blade vane. The rheological properties of self-consolidating concrete (SCC) containing different mineral admixtures (MA) were investigated using an ICAR rheometer. The mineral admixtures were fly ash (FA), ground granulated blast furnace slag (GGBS), and micro silica (MS). The results obtained using traditional workability results are compared with those obtained using ICAR rheometer. The instrument ICAR (International Center for Aggregate Research) rheometer employed in the present study for evaluating the rhelogical behaviour of the SCC is found to detect systematic changes in workability, cementitious materials, successfully. It can be concluded that the rheology and the slump flow tests can be concurrently used for predicting the flow behaviours of SCC made with different cementitious materials.
Estimating the damage induced by an explosion around a blast hole has always been a challenging issue in geotechnical engineering. It is difficult to determine an exact dimension for damage zone since many parameters are involved in the formation of failures, and there are some uncertainties lying in these parameters. Thus, the present study adopted a probabilistic approach towards this problem. First, a reliability model of the problem was established and the failure probability of induced damage was calculated. Then, the corresponding exceedance risk curve was developed indicating the relation between the failure probability and the cracked zone radius. The obtained risk curve indicated that the failure probability drops dramatically by increasing the cracked zone radius so that the probability of exceedance for any crack length greater than 4.5 m is less than 5%. Moreover, the effect of each parameter involved in the probability of failure, including blast hole radius, explosive density, detonation velocity, and tensile strength of the rock, was evaluated by using a sensitivity analysis. Finally, the impact of the decoupling ratio on the reduction of failures was investigated and the location of its maximum influence was demonstrated around the blast point.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10b
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pp.945-950
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2000
Coastal concrete structure is harmed by physical and chemical action of sea water, impact load, meteorological effect and etc. especially, premature reinforcement corrosion in concrete exposed to sea water has an important problem. In this study, the behavior of chloride ions penetrated through the coastal concrete structure with ordinary portland cement or ground granulated blast furnace slag(GGBFS) was modeled. The physicochemical processes including the diffusion of chloride and the chemical reaction of chloride ion with calcium silicate hydrate and the other constituents of hardened cement paste such as$C_3A$ and $C_4AF$were analyzed by using the Finite Element Method. From analysis result, the corrosion of concrete structure with GGBFS begins 1.69~1.76 times later than that of concrete structure with ordinary portland cement.
In this study, authors analyzed the vapor cloud explosion induced by propane leak at the PEMIX Terminal, which is the propane storage facility outside of Mexico City. TNT equivalence mass for the leaked 4750 kg propane was estimated to be 9398 kg. Blast parameters such as peak overpressure, positive phase duration, and impact at 40-400 (m) away from the center of the explosion were calculated by applying TNT Equivalency Method and Multi-Energy Method. The probability of damage due to lung damage, eardrum rupture, head impact, and whole-body displacement impact by applying the probit function obtained using blast parameters was evaluated. The peak overpressure obtained using Multi-Energy Method was found to be greater than the peak overpressure obtained by applying the TNT Equivalency Method at all distances considered, but it was evaluated that there was no significant difference from the points above 200 m. The peak overpressure obtained by Multi-Energy Method was computed to assess the extent of damage to the structure, and it was shown that structures within 100 m of the explosion center would collapse completely, and that the glasses of the structures 400 m away would be almost broken. The probability of death due to lung damage was shown to vary depending on a human body's position located in the propagating direction of shock wave, and if there is a reflecting surface in the immediate surroundings of a human body, the probability of death was estimated to be the greatest. The impact of shock wave on lung damage, eardrum rupture, head impact, and whole-body displacement impact was evaluated and found to affect whole-body impact < lung damage < eardrum rupture
Nanotechnology is a new filed in concrete structures which can improve the mechanical properties of them in confronting to impact and blast. However, in this paper, a mathematical model is introduced for the concrete models subjected to impact load for wave propagation analysis. The structure is simulated by the sinusoidal shear deformation theory (SSDT) and the governing equations of the concrete model are derived by energy method and Hamilton's principle. The silicon dioxide ($SiO_2$) nanoparticles are used as reinforcement for the concrete model where the characteristics of the equivalent composite are determined using Mori-Tanaka approach. An exact solution is applied for obtaining the maximum velocity of the model. In order to validate the theoretical results, three square models with different impact point and Geophone situations are tested experimentally. The effect of different parameters such as $SiO_2$ nanoparticles volume percent, situation of the impact, length, width and thickness of the model as well as velocity, diameter and height of impactor are shown on the maximum velocity of the model. Results indicate that the theoretical and experimental dates are in a close agreement with each other. In addition, using from $SiO_2$ nanoparticles leads to increase in the stiffness and consequently maximum velocity of the model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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