Ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) is a composite building material with high ductility, fatigue resistance, fracture toughness, durability, and energy absorption capacity. The aim of this study is to develop a nonlinear finite element model that can simulate the response of the UHPFRC beam exposed to impact loads. A nonlinear finite element model was developed in ABAQUS to simulate the real response of UHPFRC beams. The numerical results showed that the model was highly successful to capture the experimental results of selected beams from the literature. A parametric study was carried out to investigate the effects of reinforcement ratio and impact velocity on the response of the UHPFRC beam in terms of midpoint displacement, impact load value, and residual load-carrying capacity. In the parametric study, the nonlinear analysis was performed in two steps for 12 different finite element models. In the first step, dynamic analysis was performed to monitor the response of the UHPFRC beam under impact loads. In the second step, static analysis was conducted to determine the residual load-carrying capacity of the beams. The parametric study has shown that the reinforcement ratio and the impact velocity affect maximum and residual displacement value substantially.
Proceedings of the Safety Management and Science Conference
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2004.05a
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pp.219-231
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2004
The Charpy and Izod impact tests are the most prevalent techniques used to characterize the effects of high impulse loads on polymeric materials. An analysis method for rubber toughened PVC is suggested to evaluated critical dynamic strain energy release rates(G$_c$) from the Charpy impact tester was used to extract ancillary information concerning fracture parameters in additional to total fracture energies and maximum critical loads. The dynamic stress intensity factor KID was computed for varying amounts of rubber contents from the obtain maximum critical loads and also toughening effects were investigated as well. The fracture surfaces produced under low velocity impact for PVC/MBS composites were investigated by SEM. The results show that MBS rubber is very effective reinforcement material for toughening PVC.
Kim, Mi-Seung;Sun, Jin-Sun;Kim, Gun;Kim, Moon-Kyum
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.561-566
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2008
Recently, because of development of the high speed train technology, the vibration loads by train is significantly increased ever than before. This buried gas pipelines are exposed to both repeated impact loads, and, moreover, they have been influencing by vibration loads than pipeline which is not located under vehicle loads. The vibration characteristic of pipeline is examined by dynamic analysis, and variable is only train speed. Since an effect of magnitude of vibration loads is more critical than cover depth, as increasing the train speed, the vibration speed of buried pipelines is also increased. The slope of vibration velocity is changed by attenuation of wave, at train speed, 300 km/h. From the analysis results, the vibration velocity of pipelines is satisfied with the vibration velocity criteria which are established by Korea Gas Corporation. The results present operation condition of pipelines under rail loads has fully sound integrity based on KOGAS specification.
Lee, Jin Young;Shin, Hyen Oh;Min, Kyeng Hwan;Yoon, Young Soo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.3
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pp.1-9
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2013
This paper presents high-velocity impact analysis of two-way RC slabs, including steel fibers and strengthening with fiber reinforced polymer (FRP) sheets for evaluating impact resistance. The analysis uses the LS-DYNA program, which is advanced in impact analysis. The present analysis was performed similarly to the high-velocity impact tests conducted by VTT, the technical research center of Finland, to verify the analysis results. High-velocity impact loads were applied to $2100{\times}2100{\times}250$ mm size two-way RC slab specimens, using a non-deformable steel projectile of 47.5kg mass and 134.9m/s velocity. In this research, extra impact analysis of material specimens was carried out to verify the material models used to the analysis. The elastic-plastic hydrodynamic model, concrete damage model and orthotropic elastic model were used to simulate the non-linear softening behavior of steel fiber reinforced concrete (SFRC), and material properties of normal concrete and FRP sheets, respectively. It is concluded that the suggested analysis technique has good reliability, and can be effectively applied in evaluating the effectiveness of reinforcing/retrofitting materials and techniques. Also, the Steel fiber and FRP sheet strengthening systems provided outstanding performance under high-velocity impact loads.
Nowadays CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) became widely used materials for the strengthening and retrofitting of structures. Many experimental and analytical studies are encountered at literature about strengthening beams by using this kind of materials against static loads and cyclic loads such as earthquake or wind loading for investigating their behavior. But authors did not found any study about strengthening of RC beams by using CFRP against low velocity impact and investigating their behavior. For these reasons an experimental study is conducted on totally ten strengthened RC beams. Impact loading is applied on to specimens by using an impact loading system that is designed by authors. Investigated parameters were concrete compression strength and drop height. Two different sets of specimens with different concrete compression strength tested under the impact loading that are applied by dropping constant weight hammer from five different heights. The acceleration arises from the impact loading is measured against time. The change of velocity, displacement and energy are calculated for all specimens. The failure modes of the specimens with normal and high concrete compression strength are observed under the loading of constant weight impact hammer that are dropped from different heights. Impact behaviors of beams are positively affected from the strengthening with CFRP. Measured accelerations, the number of drops up to failure and dissipated energy are increased. Finite element analysis that are made by using ABAQUS software is used for the simulation of experiments, and model gave compatible results with experiments.
In this study, the axial collapse tests were performed under either static (or quasi-static) or impact loads with several collapse velocities based on the expectation that para-closed sections of the front-end side members (spot welded hat and double hat shaped section members) would show quite different collapse characteristics from those for seamless section. The test results showed that both of the hat and double hat shaped section members failed in the stable sequential collapse mode in the static or quasi-static collapse tests, while the double hat shaped section members underwent the unstable collapse mode especially when the impact velocity is high. The mean collapse loads in the hat shaped section members increase with collapse velocity for all the cases of the static, quasi-static, and impact collapse tests. In the double hat shaped section members, however, the mean collapse loads decrease with increase in collapse velocity in the impact tests.
Recently, the vibration of underground structure due to high speed railway loads has been increased substantially as compared with middle and slow speed. The buried gas pipelines under continuous impact forces and repeated loading are more influenced by the vibrational loads than another pipelines. However, the static analysis was not enough to allow for the effect of vibrations because it uses impact factors for the design or analysis process. In this study, characteristics of Pipelines was quantitatively estimated through each conditions of soil covers and train speed, and the new vibration prediction is presented about the vibrational velocity.
May, Ian M.;Chen, Yi;Owen, D. Roger J.;Feng, Y.T.;Thiele, Philip J.
Computers and Concrete
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v.3
no.2_3
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pp.79-90
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2006
This paper describes the results of an investigation into high mass-low velocity impact behaviour of reinforced concrete beams. Tests have been conducted on fifteen 2.7 m or 1.5 m span beams under drop-weight loads. A high-speed video camera has been used at rates of up to 4,500 frames per second in order to record the crack formation, propagation, particle spallation and scabbing. In some tests the strain in the reinforcement has been recorded using "Durham" strain gauged bars, a technique developed by Scott and Marchand (2000) in which the strain gauges are embedded in the bars, so that the strains in the reinforcement can be recorded without affecting the bond between the concrete and the reinforcement. The impact force acting on the beams has been measured using a load cell placed within the impactor. A high-speed data logging system has been used to record the impact load, strains, accelerations, etc., so that time histories can be obtained. This research has led to the development of computational techniques based on combined continuum/discontinuum methods (finite/discrete element methods) to permit the simulation of impact loaded reinforced concrete beams. The implementation has been within the software package ELFEN (2004). Beams, similar to those tested, have been analysed using ELFEN a good agreement has been obtained for both the load-time histories and the crack patterns.
Kim, Yun-Ji;Yoo, Doo-Yeol;Lee, Seul-Kee;Kim, Mi-Hye;Yoon, Young-Soo
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2010.05a
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pp.159-160
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2010
Due to the characteristics of high toughness, FRP is a valuable material to apply to the structures that have to withstand the blast or impact loads. FEM analyses for the concrete beams flexurally strengthened in tension part with FRP sheets were performed to improve the low-velocity impact resistance.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.23
no.3
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pp.261-272
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2023
This research concentrates on the potential explosion hazards that could arise from unforeseen accidents in the rapidly proliferating hydrogen refueling stations and Energy Storage System(ESS) facilities. It underscores the pivotal role of structural protection technology in alleviating such risks. The research contributes primary data for the formulation of structure protection design by assessing the impact resistance across various reinforcement techniques used in cement composites. The experimental results elucidate that reinforced concrete, serving as the quintessential structural material, exhibits a 20% advancement in impact resistance in comparison to its non-reinforced counterpart. In situations typified by rapid loads, such as those seen with high-velocity impacts, the reinforcement of the matrix with fibers is demonstrably more beneficial than local reinforcement. These insights accentuate the importance of judiciously choosing the reinforcement method to augment impact resistance in structural design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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