Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.9
no.4
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pp.602-608
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2021
Recently, research and development has been conducted to impart high performance and functionality to concrete materials by mixing various reinforcing materials into the matrix. Ductile fiber reinforced concrete using a large amount of fibers shows a distributed multiple cracking behavior, and various studies are being conducted on this material. However, research is focused on static behavioral analysis but studies on cyclic behaviors are not sufficient. In this study, beams were made of ductile fiber reinforced concrete with various fiber contents, and static and fatigue flexural tests were performed. As a result, the effect of fiber content on the flexural behavior was analyzed. Also, the applied load level and fatigue life relationship of ductile fiber reinforced concrete was proposed. Concrete with high ductile property could be achieved with a fiber content of 2%. When 0.5% fiber was more added, the maximum flexural strength was similar, but the flexural toughness is nearly doubled. On the other hand, there was no significant difference in the fatigue life of these two mixtures.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.3
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pp.43-50
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2019
Effects of tensile strength and aspect ratio of steel fiber on compressive and flexural behavior of steel fiber-reinforced concrete (SFRC) with high- and normal-strength were investigated. Also, this study explores compressive behavior of SFRC with different loading rate. For this purpose, four types of steel fiber were used for SFRC with specified compressive strength of 35 and 60 MPa, respectively. Cylindrical specimens with a diameter of 150 mm and height of 300 mm were made for compression test, and prismatic specimens with a $150{\times}150mm$ cross-section and 450 mm span length were made for flexural test. Test results from compression and flexural tests indicated that the toughness of concrete significant increased with steel fibers. Especially, using steel fiber with high tensile strength and aspect ratio can be lead to performance improvement of high-strength SFRC. In this study, equations are suggested to predict compressive toughness ratio of SFRC from flexural toughness ratio.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.2
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pp.92-98
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2019
In general, high strength and high performance fiber reinforced cement composites exclude coarse aggregates basically in order to have homogeneous distributions of material properties. However, these fiber-reinforced cement mortar without coarse aggregate have a tenancy that the modulus of elasticity is low and the unit weight of cement is high, resulting in low economic efficiency. Therefore, in this study, the development of high ductile fiber - reinforced concrete was conducted, which has the adequate level of coarse aggregate but still retains the high flexural toughness and strength and also has the crack - distributing performance. Experimental study was carried out by using the amount of coarse aggregate as an experimental parameter. The results showed that the best flexural toughness and crack dispersion characteristics was obtained when the coarse aggregate was added at 25% by weight of the fine aggregate to the typical mixtures of high ductile cement mortar. PVA fiber was effective in crack distribution and ductility enhancement, and steel fiber was effective in strengthening flexural strength rather than crack distribution.
Koksal, Fuat;Bacanli, Cem;Benli, Ahmet;Gencel, Osman
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.1
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pp.93-105
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2022
The brittleness of concrete can be overcome by fiber reinforcement that controls the crack mechanisms of concrete. Corrosion-related durability issues can be prevented by synthetic fibers (SFs), while macro synthetic fibers have proven to be particularly effective to provide ductility and toughness after cracks. This experimental study has been performed to investigate the comparative flexural and mechanical behavior of four different macro-synthetic fiber-reinforced concretes (SFRCs). Two polyamide fibers (SF1 and SF2) with different aspect ratios and two different polypropylene fiber types (SF3 and SF4) were used in production of SFRCs. Four different SFRCs and reference concrete were compared for their influences on the toughness, compressive strength, elastic modulus, flexural strength, residual strength and splitting tensile strength. The outcomes of the study reveal that the flowability of reference mixture decreases after addition of SFs and the air voids of all SFRC mixtures increased with the addition of macro-synthetic fibers except SFRC2 mixture whose air content is the same as the reference mixture. The results also revealed that with the inclusion of SFs, 11.34% reduction in the cube compressive strength was noted for SFRC4 based on that of reference specimens and both reference concrete and SFRC exhibited nearly similar cylindrical compressive strength. Results illustrated that SFRC1 and SFRC4 mixtures consistently provide the highest and lowest flexural toughness values of 36.4 joule and 27.7 joule respectively. The toughness values of SFRC3 and SFRC4 are very near to each other.
In this article, the flexural and shear capacity of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete beams (UHPFRC) using two kinds of rebars, including GFRP and steel rebars, are experimentally investigated. For this purpose, six UHPFRC beams (250 × 300 × 1650 mm) with three reinforcement ratios (ρ) of 0.64, 1.05, and 1.45 were constructed using 2% steel fibers by volume. Half of the specimens were made of UHPFRC reinforced with GFRP rebars, while the other half were reinforced with conventional steel rebars. All specimens were tested to failure in four-point bending. Both the load-deformation at mid-span and the failure pattern were studied. The results showed that utilizing GFRP bars increases the flexural strength of UHPFRC beams in comparison to those made of steel bars, but at the same time, it reduces the post-cracking strain hardening. Furthermore, by increasing the percentage of longitudinal bars, both the post-cracking strain hardening and load-bearing capacity increase. Comparing the experiment results with some of the available equations and provisions cited in the valid design codes reveals that some of the equations to predict the flexural strength of UHPFRC beams reinforced with conventional steel and GFRP bars are reasonably conservative, while Khalil and Tayfur model is un-conservative. This issue makes it essential to modify the presented equations in this research for predicting the flexural strength of UHPFRC beams using GFRP bars.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.249-257
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2008
Various methods have been used to reinforce the cementitious material such as mortar and concrete that have weak tensile strength. Major reinforcing method is to mix matrix with fibers which have strong tensile strength. Recently, micro-fiber reinforced mortar has been studied which removes coarse aggregate and uses micro-fiber with small diameter in order to homogenize the matrix properties and maximize the performance of fiber. Performance of micro-fiber reinforced mortar showing multiple cracking behavior is hardly represented only by the flexural toughness. Therefore, This paper reports the cracking behavior as well as mechanical behavior for various mixtures which have different fiber type and mixture proportions to find the proper parameter representing the cracking characteristic. Correlations between flexural toughness and various cracking characteristics such as cracking area, width and number are explored. As a result, it is found that flexural toughness, volume of fiber and number of cracks are suitable for representing the characteristics of micro-fiber reinforced mortar.
Reinforced concrete beams are often retrofitted with various FRP composite sheets. This paper is focused on the comparison of structural performance of various FRP sheets and proposal of the retrofitting design formula. Effects of the FRP kinds(AFRP, GFRP, CFRP) and the reinforcing steel ratio on behavior of the retrofitting beams are tested and analyzed with particular emphasis on the maximum load capacity, stiffness, and ductility. The experimental work included 4 point flexural testing of 3.2m span reinforced concrete beams with bonded external reinforcements. The results show that the difference of FRP kinds is not large and the flexural load capacity is mainly affected by stiffness of the retrofitting materials. This paper also proposes the design formula on the retrofitting reinforced concrete flexural members and checks with this experimantal work and previous research results.
Cracks due to low tensile strength in prestressed concrete (PC) beams may decrease rigidity and structural performance, resulting in excessive deflection. In an effort to solve this problem, in this research, prestressed dual concrete (PDC) has been proposed, consisting of normal strength concrete in compression zone, and high performance steel fiber reinforced concrete(HPSFRC) with a partial depth in tensile zone. Three PDC beams with different depths of HPSFRC and two PC beams were cast for experiments. Analytical models at each stage, i.e., precracking, postcracking, and ultimate, were proposed for analysis of flexural behavior in PDC beams. The experimental results agree well to the analytical ones. Crack formation and its propagation are controlled by the HPSFRC in PDC beams. The initial cracking and service limit loads are increased along with the load carrying capacity and flexural stiffness.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.1
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pp.108-115
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2020
In this study, the flexural performance of Highly Ductile Cement Composites(HDCC) mimicking boundary conditions of shellfish skin layer was evaluated. To improve ductility by mimicking the boundary skin layer structure of shellfish, the method of stratification by charging between precast panels using HDCC and the method of distributing PE-mesh to the interface surface were applied. Evaluation of flexural performance of layered cement composite materials mimicking boundary conditions of shellfish skin layer resulted in increased ductility of all test specimens applied with stratified cross-section compared to typical bending test specimens. The layered method by inserting PE-mesh showed excellent ductility. This is most likely because the inserted PE-mesh made an interface for separating the layers while the HDCC pillars in the PE-mesh gave adhesion between layers.
Seonhyeok Kim;Taegeon Kil;Sangmin Shin;Daeik Jang;H.N. Yoon;Jin-Ho Bae;Joonho Seo;Beomjoo Yang
Computers and Concrete
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v.32
no.5
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pp.487-498
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2023
The present study investigated the flexural behavior of reinforced concrete (RC) beams strengthened with an ultrahigh performance concrete (UHPC) panel having various thicknesses. Two fabrication methods were introduced in this study; one was the direct casting of UHPC onto the bottom surface of the RC beams (I-series), and the other was the attachment of a prefabricated UHPC panel using an adhesive (E-series). UHPC panels having thicknesses of 10, 30, 50, and 70 mm were applied to RC beams, and these specimens were subjected to four-point loading to assess the effect of the UHPC thickness on the flexural strengthening of RC beams. The test results indicated that the peak strength and initial stiffness were vastly enhanced with an increase in the thickness of the UHPC panel, showing an improved energy dissipation capacity. In particular, the peak strength of the E-series specimens was higher than that of I-series specimens, showing high compatibility between the RC beam and the UHPC panel. The experimental test results were comparatively explored with a discussion of numerical analysis. Numerical analysis results showed that the predictions are in fair agreement with experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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