Burkhardt, Michael;Kim, Eunhye;Nelson, Priscilla P.
Geomechanics and Engineering
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v.14
no.5
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pp.491-498
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2018
The Earth Mechanics Institute (EMI) was established at the Colorado School of Mines (CSM) in 1974 to develop innovations in rock mechanics research and education. During the last four decades, extensive rock mechanics research has been conducted at the EMI. Results from uniaxial compressive strength (UCS), Brazilian tensile strength (BTS), point load index (PLI), punch penetration (PP), and many other types of tests have been recorded in a database that has been unexamined for research purposes. The EMI database includes over 20,000 tests from over 1,000 different projects including mining and underground construction, and analysis of this database to identify relationships has been started with preliminary results reported here. Overall, statistically significant correlations are identified between bulk density and mechanical strength properties through UCS, BTS, PLI, and PP testing of sedimentary, igneous, and metamorphic rocks. In this paper, bulk density is considered as a surrogate metric that reflects both mineralogy and porosity. From this analysis, sedimentary rocks show the strongest correlation between the UCS and bulk density, whereas metamorphic rocks exhibit the strongest correlation between UCS and PP. Data trends in the EMI database also reveal a linear relationship between UCS and BTS tests. For the singular case of rock coral, the database permits correlations between bulk density of the core versus the deposition depth and porosity. The EMI database will continue under analysis, and will provide additional insightful and comprehensive understanding of the variation and predictability of rock mechanical strength properties and density. This knowledge will contribute significantly toward the increasingly safe and cost-effective geostructures and construction.
Until now, wall-slab plate of steel plate concrete has been constructed by joint. But, the shear plate has problems in the workability as well as structural integrity. This study investigates the behavior and strength of rib stiffened SC wall-slab connection. Seven prototype specimens of wall-slab connections were fabricated and tested. the structural safety of the specimens was confirmed through the monotonic loading test. Based on the experimental observations, this study propose the strength formula of the joint was proposed. To enhance the reliability of the proposed strength formula, analytical verification was performed through inelastic finite element analysis. Effect of parameters, such as, load point, friction coefficient, on the joint strength was examined. The proposed formula yields a conservative value for most cases.
In the ASTM and ISRM, an uniaxial compressive strength(${\sigma}_{c}$) has been estimated to be 23(ASTM) or $20{\sim}25$(ISRM) times of point load strength index using a diametral test regardless of the rock rating or geological conditions. This paper presents a relationship between $I_{s}$ and ${\sigma}_{c}$ of a weak sedimentary rocks on Ulsan of the Kyung-Sang Basin in Korea. In the results of 291 for ${\sigma}_{c}$ test and 2310 for $I_{s}$ test from 77 spots, the predicted errors of ${\sigma}_{c}$ determined by strength ratio of ${\sigma}_{c}/I_{s}$ have been relatively less than those determined by linear regression analysis. And in case of weak sedimentary rocks such as mudstones, shales and sandstones, ${\sigma}_{c}$ should be lower than those suggested by ISRM and ASTM.
In the study, the fatigue strength improvement and mechanism have been estimated by the Spot-Heating treatment on welded bead toes. For this, web-gusset specimens were made without residual stresses and the others with residual stresses imposed by Spot-Heating. The 4-point bending tests were performed in order to estimate the effect of spot-heating on fatigue strength and fatigue characteristics quantitatively for non load-carrying fillet welded joints subjected to pure bending. As a result of fatigue test, fatigue strength of As-Welded specimen for non load-carrying fillet welded joints subjected to pure bending has satisfied the grade of fatigue prescribed in specifications of korea, AASHTO and JSSC. As compare with As-Welded specimen and Spot-Heating specimen have increased about 20% for the fatigue strength at $7.7{\times}10^6$ cycles. The Spot-Heating by reformation of the residual stress on welded bead toes has greatly affected the fatigue crack propagation life, but has slightly affected the fatigue crack initiation life.
The effect of fiber reinforcing materials on the fracture strength of composite resin was evaluated. Each ten composite resin bars reinforced by glassfiber[Fiber-Splint ML$^{(R)}$(Polydentia SA, Switzerland)], polyethylene fiber [Ribbond$^{(R)}$(Ribbond Inc., U.S.A.)] and polyaramid fiber[Kevlar$^{(R)}$(DuPont, U.S.A.)] were loaded under the 3-point compression technique. Another ten pure composite resin bars without reinforcement were used as a control group. Then mean fracture strength and standard deviation were calculated and a ANOVA and Scheffe test were used in statistics. The results were as follows: 1. Kevlar group showed the highest fracture strength as 175.5MPa (p<0.05). Fiber-Splint ML group showed the lowest fracture strength as 112.7MPa. 2. The mean value of fracture strength in Ribbond group was 136.4MPa, and that of unterated control group was 143.6MPa. No difference was found between the two groups. 3. Ribbond and Kevlar reinforcement groups showed a catastrophic failure, where complete separation of pieces occurs to a unseparated fracture pattern. The use of Kevlar reinforcement fibers with composite resin showed significant increase in the average load failure and the presence of the fibers did prevent the catastrophic crack propagation present in the unreinforced samples. The use of Ribbond reinforcement fibers with composite resin showed no significant increase in the average load failure. However, the presence of the fibers did prevent the catastrophic crack propagation. Because high strength of glassfiber are rapidly degraded on exposure to moisture and humidity. The use of Fiber-Splint ML reinforcement fibers with composite resin showed significant decrease in the average load failure and displayed catastrophic fractures.
In the present study the behavior of fire and the residual strength of fire-ignited RC slabs are investigated by experimental tests and numerical simulations. The fire tests of RC slabs were carried out in a furnace using the ISO 834 standard fire. The load capacity of the cooled RC slabs that were not loaded during the fire tests was evaluated by additional 3 point bending tests. The influence of the proportion of PP (polypropylene) fibers in the RC slabs on the structural behavior of the RC slabs after the fire loading was investigated. The results of the fire tests showed that the maximum temperature of concrete with PP fiber was lower than that of concrete without PP fiber. As the concrete was heated, the ultimate compressive strength decreased and the ultimate strain increased. The load-deflection relations of RC slabs after fire loading were compared by using existing stress-strain-temperature models. The comparison between the numerical analysis and the experimental tests showed that some numerical analyses were reliable and therefore, can be applied to evaluate the ultimate load of RC slabs after fire loading. The ultimate load capacity after cooling down the RC slabs without PP fiber showed a considerable reduction from that of the RC slabs with PP fiber.
An experimental research investigation of the fracture properties of polypropylene fiber reinforced concrete is reported. Fibers used in this experiment were two types, monofilament and fibrillated polypropylene fibers. Fiber length was 19 mm, and volume fractions were 0, 1, 2, and 3%. Also, as initial notch depths influence the fracture properties of fiber reinforced concrete, the notch depth ratios by specimen height were 0.15, 0.30 and 0.45. The main objective of this experimental program is to obtain the load-deflection and the load-CMOD curves, to investigate the fracture properties of the polypropylene fiber reinforced concretes. Therefore, the flexural specimen testings on the four-point bending were conducted. Then, the load-load point displacement and the load-crack mouth opening displacement curves were measured. The effects of different volume fractions of the monofilament and the fibrillated polypropylene fiber reinforced concrete on the compressive strength, flexural strength and toughness, stress intensity factor, and fracture energy were investigated through the experimental results.
This paper presents the experimental studies of the flexural behavior of steel-concrete composite beams. Herein, steel-concrete composite beams were constructed with a welded steel I section beam and concrete slab with different material strength. Four simply supported composite beams subjected to two-point concentrated loads were tested and compared to investigate the effect of high strength engineering materials on the overall flexural response, including failure modes, load deflection behavior, strain response and interface slip. The experimental results show that the moment capacity of composite beams has been improved effectively when high-strength steel and concrete are used. Comparisons of the ultimate flexural strength of beams tested are then made with the calculated results according to the methods specified in guideline Eurocode 4. The ultimate flexural strength based on current codes may be slightly unconservative for predicating the moment capacity of composite beams with high-strength steel or concrete.
The seismic safety of reinforced concrete containment building can be evaluated by probabilistic analysis considering randomness of earthquake, which is more rational than deterministic analysis. In the safety assessment of earthquake-resistant structures by the deterministic theory, it is not easy to consider the effects of random variables but the reliability theory and random vibration theory are useful to assess the seismic safety with considering random effects. The reliability assessment of reinforced concrete containment building subjected to earthquake load includes the structural analysis considering random variables such as load, resistance and analysis method, the definition of limit states and the reliability analysis. The reliability analysis procedure requires much time and labor and also needs to get the high confidence in results. In this study, random vibration analysis of containment building is performed with random variables as earthquake load, concrete compressive strength, modal damping ratio. The seismic responses of critical elements of structure are approximated at the most probable failure point by the response surface method. The response surface method helps to figure out the quantitative characteristics of structural response variability. And the limit state is defined as the failure surface of concrete under multi-axial stress, finally the limit state probability of failure can be obtained simply by first-order second moment method. The reliability analysis for the multiaxial strength limit state and the uniaxial strength limit state is performed and the results are compared with each other. This study concludes that the multiaxial failure criterion is a likely limit state to predict concrete failure strength under combined state of stresses and the reliability analysis results are compatible with the fact that the maximum compressive strength of concrete under biaxial compression state increases.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.1
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pp.8-17
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2003
Fracture behaviors of pipes with local wall thinning are very important for the integrity of nuclear Power Plant. In Pipes of energy Plants, sometimes, the local wall thinning may result from severe erosion-corrosion (E/C) damage. However, the effects of local wall thinning on strength and fracture behaviors of piping system were not well studied. In this paper, the monotonic bending tests were performed of full-scale carbon steel pipes with local wall thinning. A monotonic bending load was applied to straight pipe specimens by four-point loading at ambient temperature without internal pressure. From the tests, fracture behaviors and fracture strength of locally thinned pipe were manifested systematically. The observed failure modes were divided into four types; ovalization. crack initiation/growth after ovalization, local buckling and crack initiation/growth after local buckling. Also, the strength and the allowable limit of piping system with local wall thinning were evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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