This paper measures the mechanical response of precast pavement joints under moving axle loads using the finite-element method, and the models were validated with results of field tests. In order to increase the ability to use the non-linear FE analysis for design and assessment of precast pavement subjected to moving axle load, this paper investigated the effects of different load transfer between the slabs using the ABAQUS finite-element package to solve the nonlinear explicit model equations. The assembly of the panels using dowels and groove-tongue keys has been studied to assess the efficiency of keyway joint system. Concrete damage plasticity model was used to calculate the effects of permanent damages related to the failure mechanisms. With aggregate interlock as the only load transferring system, Load transfer efficiency (LTE) is not acceptable when the axle load reaches to slab joints. The Finite-element modelling (FEM) results showed that keyway joints significantly reduced tensile stresses developed at the mid-slab. Increasing the thickness of the tongue the LTE was improved but with increasing the height of the tongue the LTE was decreased. Stresses are transferred to the adjacent slab efficiently when dowels are embedded within the model. When the axle load approaches joints, tensile damage occurs sooner than compressive damage, but the damage rate remains constant, then compressive damage increases significantly and become the major form of distress under the dowels.
Ahn, Sang Soo;Hong, Suk Woo;Koo, Jae Mean;Seok, Chang Sung
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.4
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pp.503-509
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2013
Carbon fiber reinforced plastics (CFRPs), a composite material, are generally vulnerable to compressive load and impact damage in a direction perpendicular to the surface of the material. In particular, during the operation of an aircraft, impact damages caused by bird collisions or falling tools reduce the strength of the aircraft structure. In this study, after impact damages were applied to CFRP specimens with various impact energies and impactor diameters, the compressive residual strength of the impact-damaged specimen was evaluated by performing a compression test. Furthermore, a prediction model for the compressive residual strength is proposed according to the variation in the impact energy by comparing the test results.
Kim, Sun-Woo;Ji, Sang-Kyu;Jeon, Su-Man;Yun, Hyun-Do
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.229-232
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2006
The HPFRCCs show that the multiple crack propagation, high tensile strength and ductility due to the interfacial bonding of the fibers to the cement matrix. Moreover, performance of cement composites varies according to type and weight contents of reinforcing fiber. and HPFRCCs with hybrid fiber have better performance than HPFRCCs with single fiber in damage tolerance. Total four cylindrical specimens were tested, and the main variables were the type and weight contents of fiber, which was polyvinylalchol (PVA), polyethylene (PE). In order to clarify effect of hybrid types on the characteristics of fracture and damage process in cement composites, AE method was performed to detect micro-cracking in HPFRCCs under cyclic compression. Loading conditions of the uniaxial compression test were monotonic and cyclic loading. And from AE parameter value, it is found that the second and third compressive load cycles resulted in successive decrease of the amplitude as compared with the first compressive load cvcle.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.88-91
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2002
The two dimensional size effect of specimen gauge section (length x width) was investigated on the compressive behavior of a T300/924 [45/-45/0/90]3s, carbon fiber-epoxy laminate. A modified ICSTM compression test fixture was used together with an anti-buckling device to test 3mm thick specimens with a 30$\times$30, 50$\times$50, 70$\times$70, and 90mm$\times$90mm gauge length by width section. In all cases failure was sudden and occurred mainly within the gauge length. Post failure examination suggests that $0^{\circ}$ fiber microbuckling is the critical damage mechanism that causes final failure. This is the matrix dominated failure mode and its triggering depends very much on initial fiber waviness. It is suggested that manufacturing process and quality may play a significant role in determining the compressive strength. When the anti-buckling device was used on specimens, it was showed that the compressive strength with the device was slightly greater than that without the device due to surface friction between the specimen and the device by pretoque in bolts of the device. In the analysis result on influence of the anti-buckling device using the finite element method, it was found that the compressive strength with the anti-buckling device by loaded bolts was about 7% higher than actual compressive strength. Additionally, compressive tests on specimen with an open hole were performed. The local stress concentration arising from the hole dominates the strength of the laminate rather than the stresses in the bulk of the material. It is observed that the remote failure stress decreases with increasing hole size and specimen width but is generally well above the value one might predict from the elastic stress concentration factor. This suggests that the material is not ideally brittle and some stress relief occurs around the hole. X-ray radiography reveals that damage in the form of fiber microbuckling and delamination initiates at the edge of the hole at approximately 80% of the failure load and extends stably under increasing load before becoming unstable at a critical length of 2-3mm (depends on specimen geometry). This damage growth and failure are analysed by a linear cohesive zone model. Using the independently measured laminate parameters of unnotched compressive strength and in-plane fracture toughness the model predicts successfully the notched strength as a function of hole size and width.
A constitutive model unifying plasticity and crack damage mode)s was developed to address the cyclic behavior of reinforced concrete planar members. The stress of concrete in tension-compression was conceptually defined by the sum of the compressive stress developed by the strut-action of concrete and the tensile stresses developed by tensile cracking. The plasticity model with multiple failure criteria was used to describe the isotropic damage of compressive crushing affected by the anisotropic damage of tensile cracking. The concepts of the multiple fixed crack damage model and the plastic flow model of tensile cracking were used to describe the tensile stress-strain relationship of multi-directional cracks. This unified model can describe the behavioral characteristics of reinforced concrete in cyclic tension-compression conditions, i.e. multiple tensile crack orientations, progressively rotating crack damage, and compressive crushing of concrete. The proposed constitutive model was implemented to finite element analysis, and it was verified by comparison with existing experimental results from reinforced concrete shear panels and walls under cyclic load conditions.
High Performance Fiber-reinforced Cement Composite (HPFRCC) shows the multiple crack and damage tolerance capacity due to the interfacial bonding of the fibers to the cement matrix. For practical application, it is needed to investigate the fractural behavior of HPFRCC and understand the micro-mechanism of cement matrix with reinforcing fiber. This study is devoted to the investigation of the AE signals in HPFRCC under monotonic and cyclic uniaxial compressive loading, and total four series were tested. The major experimental parameters include the type and volume fraction of fiber (PE, PVA, SC), the hybrid type and loading pattern. The test results showed that the damage progress by compressive behavior of the HPFRCC is a characteristic for the hybrid fiber type and volume fraction. It is found from acoustic emission (AE) parameter value, that the second and third compressive load cycles resulted in successive decrease of the amplitude as compared with the first compressive load cycle. Also, the AE Kaiser effect existed in HPFRCC specimens up to 80% of its ultimate strength. These observations suggested that the AE Kaiser effect has good potential to be used as a new tool to monitor the loading history of HPFRCC.
The damage level in structures (global scale), elements (intermediate scale) and sections (local scale) can be evaluated using a single parameter called the "Damage Index". Part of the damage attributed to the local scale relates to the damage sustained by the materials of which the section is made. This study investigates the damage of concrete subjected to monotonic compressive loading using four different damage models - one proposed here for the first time and three other well-known models. The analytical results show that the proposed model is promising yet simple and effective for evaluating the damage of concrete. The proposed damage model of concrete with its promising characteristics indicated, appears to be a useful tool in the damage assessment of structures made of concrete.
The deformation and strength of brittle rocks are significantly influenced by the crack closure behavior. The relationship between the strength and deformation of rocks under uniaxial loading is the foundation for design and assessment of such scenarios. The concept of relative crack closure strain was proposed to describe the influence of the crack closure behavior on the deformation and strength of rocks. Considering the crack compaction effect, a new damage constitutive model was developed based on accumulated AE counts. First, a damage variable based on the accumulated AE counts was introduced, and the damage evolution equations for the four types of brittle rocks were then derived. Second, a compaction coefficient was proposed to describe the compaction degree and a correction factor was proposed to correct the error in the effective elastic modulus instead of the elastic modulus of the rock without new damage. Finally, the compaction coefficient and correction factor were used to modify the damage constitutive model obtained using the Lemaitre strain equivalence hypothesis. The fitted results of the models were then compared with the experimental data. The results showed that the uniaxial compressive strength and effective elastic modulus decrease with an increase in the relative crack closure strain. The values of the damage variables increase exponentially with strains. The modified damage constitutive equation can be used to more accurately describe the compressive deformation (particularly the compaction stage) of the four types of brittle rocks, with a coefficient of determination greater than 0.9.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.10
no.3
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pp.149-155
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2007
Damage assessment and Damage index for RC members failed in flexure was investigated by using the nonlinear finite element analysis, included with nonlocal constitutive law, which is analyzed for the localization of the failure on the post-peak region. In the nonlcal constitutive law, The local strains obtained at gauss points were averaged over a particular length, i.e. characteristic length and it was used to evaluate the damage of RC column member. As the analysis results, The value of nonlocal strain shows less mesh sensibility. In the damage assessment, It was confirmed that evaluations of damage of RC member were able to use nonlocal compressive strain on a cover concrete and a core concrete of the member. Moreover it was confirmed that damage process for the statically indeterminate structure was able to evaluate the damage context of the component members of the structure.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.4
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pp.1-8
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2012
The aim of this study is to evaluate fire-induced damage for shield tunnel linings. Full-scale fire test was conducted to evaluate fire-induced damage. Residual compressive strength was measured on the core samples of shield tunnel lining subjected to high temperatures. Heating temperature was predicted by XRD and TG analysis. As a result, Strength degradation of concrete with temperatures can be evaluated by residual compressive strength of core samples. In addition, residual compressive strength can be estimated by previous studies if heating temperature is exactly predicted. It is possible that heating temperature is predicted by XRD and TG analysis at $450^{\circ}C$. For more accurate prediction of heating temperature it should be performed both instrumental analysis and analytical methods with temperatures ranging from $400{\sim}600^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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