Jinkun Sun;Rita Yi Man Li;Lindong Li;Chenxi Deng;Shuangshi Ma;Liyun Zeng
Advances in concrete construction
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v.15
no.5
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pp.333-348
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2023
Fast infrastructure development boosts the demand for shotcrete. Despite sand and stone being the most common coarse and fine aggregates for shotcrete, excessive exploration of these materials challenges the ecological environment. This study utilized an industrial solid waste, high-titanium heavy slag, blended with steel fibers to form Wet Shotcrete of Steel Fiber-reinforced High-Titanium Heavy Slag (WSSFHTHS). It investigated its workability, shotcrete performance and mechanical properties under different water-to-cement ratios, fly ash content, superplasticizer dosage, and steel fiber content. The tunnel excavation and support were investigated by conducting finite element numerical simulation analysis and was used in 3 tunnel lining pipes in Zhonggouwan tailing pond. The major findings are as follows: (1) The water-to-cement ratio (w/c ratio) significantly impacted the compressive strength of WSSFHTHS. The highest 28-day compressive strength of 60 MPa was achieved when the w/c ratio was 0.38; (2) Adding fly ash improved the workability and shotcrete performance and strength development of WSSFHTHS. The best anti-permeability performance was achieved when the fly ash constituted 15%, with the lowest permeability coefficient of 4.596 × 10-11 cm/s; (3) The optimum superplasticizer dosage for WSSFHTHS is 0.8%. It provided the best workability and shotcrete performance. Excessive dosage resulted in water bleeding and poor aggregate encapsulation, while insufficient dosage decreased flowability and adversely affected shotcrete performance; (4) The dosage of steel fibers significantly impacted the flexural and tensile strength of WSSFHTHS. When the steel fiber dosage was 45 kg/m3, the 28-day flexural and tensile strengths were 8.95 MPa and 6.15 MPa, respectively; (5) By integrating existing shotcrete techniques, the optimal lining thickness was 80 mm for WSSFHTHS per simulation. The results revealed that after using WSSFHTHS, the displacement of the tunnel surrounding the rock significantly improved, with no cracks or hollows, similar to the simulation results.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.361.1-361.1
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2016
Due to their high sensitivity, fast response, small energy consumption and ease of integration, nanoelectromechanical systems (NEMS) have attracted much interest in various applications such as high speed memory devices, energy harvesting devices, frequency tunable RF receivers, and ultra sensitive mass sensors. Since the device performance of NEMS is closely related with the mechanical and flexural properties of the material in NEMS, analysis of the mechanical and flexural properties such as intrinsic tensile stress and Young's modulus is a crucial factor for designing the NEMS structures. In the present work, the intrinsic mechanical properties of highly stressed silicon nitride (SiN) beams are investigated as a function of the beam length using two different techniques: (i) dynamic flexural measurement using optical interferometry and (ii) quasi-static flexural measurement using atomic force microscopy. The reliability of the results is analysed by comparing the results from the two different measurement techniques. In addition, the mass density, Young's modulus and internal stress of the SiN beams are estimated by combining the techniques, and the prospect of SiN based NEMS for application in high sensitive mass sensors is discussed.
PURPOSES: This study investigates the mechanical performance of carbon-capturing concrete that mainly contains blast furnace slag. METHODS: The mixture variables were considered; these included Portland cement content, which was varied from 10% to 40% of the blast furnace slag by weight. The specimens were exposed to different conditions such as high $N_2$ and $O_2$ concentrations, laboratory conditions and high $CO_2$ conditions. Mechanical performances, including compressive and flexural strengths and carbon-capturing depth, were evaluated. RESULTS : The slump, air content and unit weight were not affected significantly by the variation in cement content. The strength development when the specimens were exposed to high purity air was slightly greater than that when exposed to high $CO_2$. As the cement content increased the compressive and flexural strength increased but not considerably. The carbon-capturing capacity decreased as the cement content increased. The specimens exposed in the field for 70 days had flexural strength greater than 3 MPa. CONCLUSIONS : The results indicate that cement content is not an important parameter in the development of compressive and flexural strengths. However, the carbon-capturing depth was higher for less cement content. Even after field exposure for 70 days, neither any significant damage on the surface nor any decrease in strength was observed.
Lee, Sang Sup;Bae, Kyu Woong;Park, Keum Sung;Hong, Sung Yub
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.6
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pp.537-547
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2014
A steel modular unit structural system has been used increasingly for mid and high-rise buildings, since the building can be easily constructed by assembling the pre-made modular unit structures. For this structural system, each modular unit structures have to be properly connected to the foundation to transfer the axial force and the bending moment that are generated from external load to the ground. In this study, a new type of the embedded steel column-to-foundation connection was proposed, and its flexural behavior was evaluated through a series of experimental study. Five full scale specimens for the proposed connections were constructed and tested. The effect of the main parameters that affect the flexural behavior of the proposed connection, such as embedment length and shape of end plate, were studied. From the results, it was found that the flexural stiffness of the proposed connection was higher than that of the semi-rigid connection for all test specimens, and 200 mm of embedment length was proper for the given test specimens in this study.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.3
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pp.130-140
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2018
An AU-composite beam based on U-shaped steel beams and steel plate anchors of type A was developed. The composite beam reduced the height of the building floor and construction cost. In addition, it decreased the length of construction work, and improved the flexural strength and stiffness as a form of tubes. In this study, AU-composite beams were tested directly and their performance was evaluated through bending experiments. The strength of the specimens was increased initially by linear loads and reached a maximum strength due to destruction of the concrete slab. All of the experiments showed more than 85% of the maximum stress and performed gentle movement. In addition, there was good composite behavior with the steel plate anchor that had excellent composite effects and reached full strength until the maximum strength was reached. When the thickness of the steel plate was increase, the flexural stiffness and strength of the specimen were improved. Therefore, the flexural strength of AU-composite beams can be estimated using the flexural strength formula according to the KBC 2016.
In this study, bending tests were performed on beam specimens made of UHPCC with the fiber content range of 0~5 vol% to investigate the contribution of fiber content to first cracking strength and flexural tensile strength. Also, four-point bending tests for unnotched beam as well as three-point bending test for notched beam were performed to estimate the effect of the presence of notch on the strengths. The experiment result showed that the increase in fiber content made linear improvement in the flexural tensile strength; whereas first cracking strength was enhanced only when at least 1 vol% of fibers was incorporated. Comparison of the bending test results with and without notch showed that the notch effect varied with the fiber content. The increase in fiber content diminished the effect of stress concentration on the notch tip, reducing the difference in the strengths. With much higher fiber content, the effect of stress concentration almost disappeared and the defection on cracking plane or the size effect dominated the strengths, consequently resulting in higher strengths in the notched beams than the unnotched ones.
Sabouri-Ghomi, Saeid;Nasri, Arman;Jahani, Younes;Bhowmick, Anjan K.
Steel and Composite Structures
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v.34
no.4
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pp.525-545
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2020
This paper presents a new structural system to use as retaining walls. In civil works, there is a general trend to use traditional reinforced concrete (RC) retaining walls to resist soil pressure. Despite their good resistance, RC retaining walls have some disadvantages such as need for huge temporary formworks, high dense reinforcing, low construction speed, etc. In the present work, a composite wall with only one steel plate (steel-concrete) is proposed to address the disadvantages of the RC walls. In the proposed system, steel plate is utilized not only as tensile reinforcement but also as a permanent formwork for the concrete. In order to evaluate the efficiency of the proposed SC composite system, an experimental program that includes nine SC composite wall specimens is developed. In this experimental study, the effects of different parameters such as distance between shear connectors, length of shear connectors, concrete ultimate strength, use of compressive steel plate and compressive steel reinforcement are investigated. In addition, a 3D finite element (FE) model for SC composite walls is proposed using the finite element program ABAQUS and load-displacement curves from FE analyses were compared against results obtained from physical testing. In all cases, the proposed FE model is reasonably accurate to predict the behavior of SC composite walls under out-of-plane loads. Results from experimental work and numerical study show that the SC composite wall system has high strength and ductile behavior under flexural loads. Furthermore, the design equations based on ACI code for calculating out-ofplate flexural and shear strength of SC composite walls are presented and compared to experimental database.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.1
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pp.56-63
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2018
The present study examined the reversal cyclic flexural behavior of walls with jacket section approach for seismic strengthening through forming the boundary elements at both ends of the wall. The prestressed wire ropes were used for the lateral reinforcement to confine the boundary element of the wall. The main parameter investigated was the height of the jacket section for strengthening. The limit height of the strengthening jacket section was determined by comparing the moment distributions between the existing and strengthened walls. Test results showed that the examined jacket section approach was significantly effective in enhancing the flexural resistance of walls, indicating 46% higher stiffness at peak strength and 210% greater work damage indicator, compared with the flexural performance of the unstrengthened wall. The ductility of the strengthened walls was insignificantly affected by the height of the jacket section when the height is greater than twice the wall length. The flexural capacity of the strengthened walls was 22% higher than the predictions obtained using the equivalent stress block specified in ACI 318-14.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.2
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pp.10-17
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2016
Steel corrosion is a very significant problem both to durability and structural safety since reinforcement has to support loads in tensile region in RC(Reinforced Concrete) member. In the paper, newly invented FRP Hybrid Bar and normal steel are embedded in RC beam member, and ICM (Impressed Current Method) is adopted for corrosion acceleration. Utilizing the previous theory of Faraday's Law, corrosion amount is calculated and flexural tests are performed for RC beam with FRP Hybrid Bar and steel, respectively. Corrosion amount level of 4.9~7.8% is measured in normal RC member and the related reduction of flexural capacity is measured to be -25.4~-50.8%, however there are no significant reduction of flexural capacity and corrosion initiation in RC samples with FRP Hybrid Bar due to high resistance of epoxy-coated steel to corrosion initiation. In the accelerated corrosion test, excellent performance of anti-corrosion and bonding with concrete are evaluated but durability evaluation through long-term submerged test is required for actual utilization.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.2
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pp.16-25
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2018
Concrete is a suitable construction material for long-term structure, however, it is needed to understand the calcium leaching damage caused by exposure to underground pure water for a long time. In this paper, it is experimentally investigated that the characteristics of flexural behavior in RC member damaged by calcium leaching degradation. From the test results, when calcium leaching is happened, yielding load and flexural rigidity is reduced, neutral axis depth and displacement is increased. That is, calcium leaching degradation adversely affects RC member performance. And, when the mineral admixture is used in the calcium leaching environment, it is considered that the optimal replacement ratio should be prepared according to the type of mineral admixture.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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