Kh., Hind M.;Ozakca, Mustafa;Ekmekyapar, Talha;Kh., Abdolbaqi M.
Computers and Concrete
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v.18
no.5
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pp.999-1018
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2016
Enhanced tensile properties of fiber reinforced concrete make it suitable for strengthening of reinforced concrete elements due to their superior corrosion resistance and high tensile strength properties. Recently, the use of fibers as strengthening material has increased motivating the development of numerical tools for the design of this type of intervention technique. This paper presents numerical analysis results carried out on a set of concrete beams reinforced with short fibers. To this purpose, a database of experimental results was collected from an available literature. A reliable and simple three-dimensional Finite Element (FE) model was defined. The linear and nonlinear behavior of all materials was adequately modeled by employing appropriate constitutive laws in the numerical simulations. To simulate the fiber reinforced concrete cracking tensile behavior an approach grounded on the solid basis of micromechanics was used. The results reveal that the developed models can accurately capture the performance and predict the load-carrying capacity of such reinforced concrete members. Furthermore, a parametric study is conducted using the validated models to investigate the effect of fiber material type, fiber volume fraction, and concrete compressive strength on the performance of concrete beams.
To reduce the damage of concrete in fire, a new type of lightweight cinder aggregate concrete was developed due to the excellent fire resistance of cinder. To further enhance its fire resistance, Polypropylene (PP) Fibers which can enhance the fire resistance of concrete were also used in this type of concrete. However, the bond behavior of this new type of concrete after fire exposure is still unknown. To investigate its bond behavior, 185 specimens were heated up to 22, 200, 400, 600 or 800℃ for 2 h duration respectively, which is followed by subsequent compressive and tensile tests at room temperature. The concrete-rebar bond strength of C30 PP fiber-reinforced cinder concrete was subsequently investigated through pull-out tests after fire exposure. The microstructures of the PP fiber-reinforced cinder concrete and the status of the PP fibre at different temperature were inspected using an advanced scanning electron microscopy, aiming to understand the mechanism of the bonding deterioration under high temperature. The effects of rebar diameter and bond length on the bond strength of PP fiber-reinforced cinder concrete were investigated based on the test results. The bond-slip relation of PP fiber-reinforced cinder concrete after exposure at different temperature was derived based on the test results.
In this study a new innovative method of earthquake-resistant strengthening of reinforced concrete structures is presented for the first time. Strengthening according to this new method consists of the construction of steel fiber ultra-high-strength concrete jackets without conventional reinforcement which is usually applied in the construction of conventional reinforced concrete jackets. An innovative solution is proposed also for the first time that ensures a satisfactory seismic performance of existing reinforced concrete structures, strengthened by using composite materials. The weak point of the use of such materials in repairing and strengthening of old R/C structures is the area of beam-column joints. According to the proposed solution, the joints can be strengthened with a steel fiber ultra-high-strength concrete jacket, while strengthening of columns can be achieved by using CFRPs. The experimental results showed that the performance of the subassemblage strengthened with the proposed mixed solution was much better than that of the subassemblage retrofitted completely with CFRPs.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.579-584
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2001
The reinforced concrete(RC) beam is developed cracks because the compression strength of concrete is strong but the tensile strength is weak. The structural strength and stiffness is decreased by reduction of tension resistance capacity of concrete due to the developed cracks. Using the fiber reinforced concrete that is increased the flexural strength and tensile strength at tensile part can enhance the strength and stiffness of concrete structure and decrease the tensile flexural cracks and deflection. Therefore, The reinforced concrete used the fiber reinforced concrete at tensile part ensure the safety and serviceability of the concrete structures. In this study, analytical model of a dual concrete beam that is composed of the normal strength concrete at compression part and the high tensile strength concrete at tensile part is developed by using the equilibrium condition of forces and compatibility condition of strains and is parted into elastic analytical model and ultimate analytical model. Three group of test beam that is formed of one reinforced concrete beam and two dual concrete beams for each steel reinforcement ratio is tested to examine the flexural behavior of dual concrete beams. The comparative study of total nine test beams is shown that the ultimate load of a dual concrete beams relative to the reinforced concrete beams have an increase in approximately 30%. In addition, the initial flexural rigidity, as used here, refer to the slope of load-deflection curves in elastic state is increased and the deflection is decreased.
The steel fiber reinforced concrete may affect substantially to the tension stiffening at post cracking behavior. Even if several tension stiffening models exist, they are for plain and normal strength concrete. Thus, the development of tension stiffening models for steel fibrous high strength RC members are necessary at this time when steel fiber reinforced and high strength concretes are common in use. This paper presents tension stiffening effects from experimental results on direct tension members with the main variables such as concrete strength, concrete cover depth, steel fiber quantity and aspect ratio. The comparison of existing models against experimental results indicated that linear reduced model closely estimated the test results at normal strength level but overestimated at high strength level. Discontinuity stress reduced model underestimated at both strength levels. These existing models were not valid enough in applying at steel fibrous high strength concrete because they couldn't consider the concrete strength nor section area. Thus, new tension stiffening models for high strength and steel fiber reinforced concrete were proposed from the analysis of experimental results, considering concrete strength, rebar diameter, concrete cover depth, and steel fiber reinforcement.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.5
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pp.81-90
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2008
This paper concerns the flexural capacity of reinforced concrete beams with ultra-high performance cementitious composites(UHPCC). It was investigated if the existing equations to estimate the flexural capacity of reinforced fiberous concrete beams are applicable with the experiments including lightly reinforced concrete beams. The reinforcing effect when the steel fiber reinforced concrete was used in beams was also estimated. The results showed that the equation to predict the flexural capacity of reinforced steel fiber concrete by ACI 544 committee didn't have a good agreement with the test results and underestimated the flexural capacity in especially lightly reinforced beams with under 1.5% reinforcement ratio. the enhancement of flexural capacity was quite considerable in lightly reinforced beams when the steel fiber reinforced concrete was used. A equation to predict the reinforcing effect of steel fiber in reinforced steel fiber beams was developed. the equation was proposed as a function of both the characteristics of steel fiber and reinforcement ratio.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.05a
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pp.591-596
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2001
Nine steel fiber reinforced high strength concrete beams and three steel fiber reinforced normal strength concrete beams without stirrups were tested by two point load. The variables studied in this investigation are the shear span/depth ratios of a/d = 2, 3 and 4, steel fiber volume fractions of V$_{f}$ : 0, 0.5% and 0.75% and concrete compressive strengths of f$_{ck}$: 630kgf/$cm^{2}$, and 310kgf/$cm^{2}$. Based on these tests and on tests by previous investigators, predictive equation is proposed for evaluating the ultimate shear strength of steel fiber reinforced concrete beams without stirrups. The proposed equation gave good prediction for the ultimate shear strength of the tested beams.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.2
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pp.225-231
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2002
Severe cracks on Reinforced Concrete (RC) structures caused by structural displacement can be often one of the main reasons for the degradation of tensile and flexural rigidities of RC structures and for the deterioration of durability and serviceability of RC structures through accelerated steel corrosion. These combined factors adversely affect the performance of RC concrete, leading to shortened life time of RC structures. In consideration of these problems, we conducted 3 point bending experiments by employing three different types of concrete specimens: fiber-net reinforced concrete (FNRC), polypropylene-fiber reinforced concrete (PFRC), and plain concrete (PC). FNRC is well known for its strong corrosion resistance, light self-weight, and excellent tensile strength, while PFRC is known to be effective in crack control. FNRC was found to have the best first and final crack resistances followed by PFRC and PC, as evidenced by the highest initial crack load and the smallest final crack width, respectively. The FNRC specimens with various tensile strength of fiber net exhibited greater ultimate strengths than those for PFRC and PC. Furthermore, the crack widths of FNRC specimens were smaller than those calculated by the crack-width estimation equation of the KCI and ACI code. Therefore, we conclude that fiber net reinforcement is effective not only on crack control, but also on loading share.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1995.10a
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pp.171-177
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1995
Fracture mechanics does work for concrete, provided that one uses a proper, nonlinear form of fracture mechanics in which a finite nonlinear zone at fracture front is being considered. The fracture process zone is a region ahead of a traction-free crack, and the development of model of fracture process zone is most important to describe fracture phenomena in concrete. This paper is about fracture behavior of concrete cylinder under lateral pressure. Concrete cylinders were made of high strength normal connote, steel fiber reinforced concrete and steel fiber reinforced polymer-impregnated concrete and concrete and the fracture behavior such as cracking propagation and ultimate load are observed. The fracture process zone is modelled by a Dugdale-Barenblatt type model with linear tension-softening curve and are implemented to the boundary element technique for the fracture analyses of the cylinders. The experimental results are compared with analysis results and tension-softening curves for the steel fiber reinforced concrete and steel fiber reinforced polymer-impregnated concrete are obtained by back analyses.
The contribution of steel fibers on the 28-day compressive strength of high-performance steel fiber reinforced concrete was investigated, is presented. An extensive experimentation was carried out over water-cementitious materials (w/cm) ratios ranging from 0.25 to 0.40, with silica fume-cementitious materials ratios from 0.05 to 0.15, and fiber volume fractions ($V_f$= 0.0, 0.5, 1.0 and 1.5%) with the aspect ratios of 80 and 53. Based on the test results of 44 concrete mixes, mathematical model was developed using statistical methods to quantify the effect of fiber content on compressive strength of HPSFRC in terms of fiber reinforcing index. The expression, being developed with strength ratios and not with absolute values of strengths, is independent of specimen parameters and is applicable to wide range of w/cm ratios, and used in the mix design of steel fiber reinforced concrete. The estimated strengths are within ${\pm}3.2%$ of the actual values. The model was tested for the strength results of 14 mixes having fiber aspect ratio of 53. On examining the validity of the proposed model, there exists a good correlation between the predicted values and the experimental values of different researchers. Equation is also proposed for the size effect of the concrete specimens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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