Fantilli, Alessandro P.;Chiaia, Bernardino;Gorino, Andrea
Computers and Concrete
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v.18
no.6
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pp.1175-1194
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2016
Nonlinear models, capable of taking into account all the phenomena involved in the cracking and in the failure of lightly reinforced concrete beams, are nowadays available for a rigorous calculation of the minimum reinforcement. To simplify the current approaches, a new procedure is proposed in this paper. Specifically, the ductility index, which is lower than zero for under-reinforced concrete beams in bending, is introduced. The results of a general model, as well as the data measured in several tests, reveal the existence of two linear relationships between ductility index, crack width, and the amount of steel reinforcement. The above relationships can be applied to a wide range of lightly reinforced concrete beams, regardless of the geometrical dimensions and of the mechanical properties of materials. Accordingly, if only a few tests are combined with this linear relationships, a new design-by-testing procedure can be used to calculate the minimum reinforcement, which guarantees both the control of cracking in service and the ductility at failure.
A wide range of experimental bases and improved performance with different forms of Fiber Reinforced Polymer (FRP) have attracted researchers to produce eco-friendly and sustainable structures. The reinforced concrete (RC) beam's shear capacity has remained a complex phenomenon because of various parameters affecting. Design recommendations for the shear capacity of RC elements having FRP reinforcement need a more experimental database to improve design recommendations because almost all the recommendations replace different parameters with FRP's. Steel and FRP are fundamentally different materials. One is ductile and isotropic, whereas the other is brittle and orthotropic. This paper presents experimental results of the investigation on the beams with glass fiber reinforced polymer (GFRP) reinforcement as longitudinal bars and stirrups. Total twelve beams with GFRP reinforcement were prepared and tested. The cross-section of the beams was rectangular of size 230 × 300 mm, and the total length was 2000 mm with a span of 1800 mm. The beams are designed for simply-supported conditions with the two-point load as per specified load positions for different beams. Flexural reinforcement provided is for the balanced conditions as the beams were supposed to test for shear. Two main variables, such as shear span and spacing of stirrups, were incorporated. The beams were designed as per American Concrete Institute (ACI) ACI 440.1R-15. Relation of VExp./VPred. is derived with axial stiffness, span to depth ratio, and stirrups spacing, from which it is observed that current design provisions provide overestimation, particularly at lower stirrups spacing.
Cement-based reinforcement materials, which are representative slope reinforcement materials, can cause contamination of ground and groundwater when ground injection or surface application is applied. Accordingly, slope reinforcement materials using eco-friendly biopolymers are attracting attention as a means of replacing existing materials, but the biopolymers currently used are easily dissolved when exposed to groundwater or rainfall environments, reducing strength. In order to solve this problem, the cross-linking of protein between sodium casein and Transglutaminase (TGase, C20H16N4O2S2) was used to increase the water resistance of biopolymers, and a rainfall slope test was conducted to evaluate their usability and applicability as a slope reinforcing material. In the case of reinforcement with only sodium casein, the precipitation dissolved sodium casein, and the slope was completely destroyed in 1 hour. On the other hand, it was observed that the slope reinforced by adding a small amount of TGase (0.5%) do not collapse even after 80 hours of rainfall duration due to increased water resistance. Strength and water resistance increases due to the addition of a small amount of TGase, and its applicability as an eco-friendly reinforcement is confirmed.
Kim, Byeong-Ho;Son, Jae-Hyoung;Park, Kyung-Chul;Park, Yong-Ho;Park, Ik-Min
Journal of Korea Foundry Society
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v.29
no.4
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pp.176-180
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2009
Effect of matrix microstructure on creep behaviors of squeeze cast magnesium matrix composites was investigated. Aluminum borate whisker was used as reinforcement and AZ31, AS52 and Sr added AS52 Mg alloys were used for matrix alloys. The reinforcement was distributed homogeneously and defect-free composite was manufactured. Creep tests were carried out at the temperature of $150^{\circ}C$ under the applied stress of 50 and 100 MPa for Mg alloys and Mg MMCs, respectively. The creep resistance of Mg MMCs was in this order: AS52-Sr > AS52 AZ31 MMCs. Void initiation during creep mainly occurred at $Mg/Mg_{17}Al_{12}$ interface and propagation went along grain boundaries. On the other hand, $Mg_2Si$ phase was not attributed to the creep void initiation.
High energy ball milling is employed to produce iron matrix- multiwall carbon nanotube (MWCNT) reinforced composite. The damage caused to MWCNT due to harsh ball milling condition and its influence on interfacial bonding is studied. Different amount of MWCNT is used to find the optimal percentage of MWCNT for avoidance of the formation of chemical reaction product at the matrix - reinforcement interface. Effect of process control agent is assessed by the use of different materials for the purpose. It is observed that ethanol as a process control agent (PCA) causes degradation of MWCNT reinforcements after milling for two hours whereas solid stearic acid used as process control agent, allows satisfactory conservation of MWCNT structure. It is further noted that at a high MWCNT content (~ 2wt.%), high energy ball milling leads to reaction of iron and carbon and forms iron carbide (cementite) at the iron-MWCNT interface. At low percentage of MWCNT, dissolution of carbon in iron takes place and the amount of reinforcement in iron matrix composite becomes negligibly small. However, under the present ball milling condition (ball to metal ratio~ 6:1 and 200 rpm vial speed) iron-1wt.% MWCNT composite of good interfacial bonding can retain the tubular structure of reinforcing MWCNT.
Kim, Dong-Hyeon;Maeng, Deok-Yeong;Lee, Jong-Hyeon;Won, Chang-Whan
Korean Journal of Materials Research
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v.9
no.3
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pp.315-321
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1999
Metal matrix composites have been extensively studied because of their excellent characteristics for structural application. $Al_2O_3$ and SiC have been used as a common reinforcement owing to their good mechanical properties. However the manufacturing cost of these ceramic reinforcement is expensive, so the use of the composites has been restricted to special purposes. In this study, we tested the application possibility as a reinforcement of $Al_2O_3$-TiC powder synthesized by SHS(Self-propagating High-temperature Synthesis) process to Al alloy matrix composite. Also, $Al_2O_3$ short fibers were added with the synthesized powders in order to apply to the Al matrix hybrid composites. Squeeze infiltration casting process was used to make the composite with 25vol% of reinforcement. Microstructure and crystal structure were examined by SEM, OM and XRD, also the mechanical properties were studied by the compressive test and wear test.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.10b
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pp.363-364
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2002
Although the factors that cause the failure of orthopedic implants were not clearly determined, it was reported that the shapes of wear debris affect the tribological behavior of artificial implant. Many researches were conducted to examine the wear mechanism by debris but the role of debris shape in inflammatory reaction remains unclear. To observe the debris shape by addition of reinforcement, carbon nanotubes ( CNTs ) were added to ultra high molecular weight polyethylene ( UHMWPE ) to investigate the reinforcement effect of CNTs. CNTs which have a diameter of about 10-50 nm, while their length is about 3-5 nm were produced by the catalytic decomposition of the acetylene gas using a tube furnace. Plate on disc type wear test were performed to evaluate the tribological performance of UHMWPE composites reinforced with CNTs in lubricating condition ( bovine serum ). The wear losses of CNT added UHMWPE in bovine serum were significantly reduced. Worn surface and wear debris of UHMWPE with CNTs and without CNTs were compared to investigate the reinforcement effect of CNT on tribological behavior.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.2
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pp.46-51
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2015
Since it is impossible to predict earthquakes, they involve more casualties and property damage compared to meteorological disasters such as heavy snow and heat waves, which can be predicted through weather forecasts. This has highlighted the need for seismic design and reinforcement. Recently, the use of composite materials as reinforcement has surged because steel plate reinforcement and section enlargement are likely to result in increased weight and physical damage to structures. This study evaluates the seismic performance of panels created from composite materials, and their guide systems. The specimens were miniature versions of actual steel structures, and displacement loads were applied in the transverse direction. Seismic performance was found to improve when structures were reinforced with seismic panels.
Fiber reinforced cementitious composites (FRCC) materials that exhibit strain-hardening and multiple cracking properties under tension were recently developed as innovative building materials for construction. This study aims at exploring the use of FRCC on the seismic performance of coupling beams with conventional reinforcement. Experimental tests were conducted on seven FRCC precast coupling beams with small span-to-depth ratios and one ordinary concrete coupling beam for comparison. The crack and failure modes of the specimens under the low cycle reversed loading were observed, and the hysteretic characteristics, deformation capacity, energy dissipation capacity and stiffness degradation were also investigated. The results show that the FRCC coupling beams have good ductility and energy dissipation capacities compared with the ordinary concrete coupling beam. As the confinement stirrups and span-to-depth ratio increase, the deformation capacity and energy dissipation capacity of coupling beams can be improved significantly. Finally, based on the experimental analysis and shear mechanism, a formula for the shear capacity of the coupling beams with small span-to-depth ratios was also presented, and the calculated results agreed well with the experimental results.
Shah, Atta ur Rehman;Prabhakar, M.N.;Lee, Dong-Woo;Kim, Byung-Sun;Song, Jung Il
Composites Research
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v.27
no.5
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pp.201-206
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2014
Utilizing waste materials in making useful products is a globally increasing trend. This can reduce the cost and environmental issues. In this study, oyster shell powder (OSP) is reinforced as a filler in polypropylene (PP) matrix to make a new composite. The purpose is to improve fire retardant properties of PP as a result of OSP reinforcement. Mechanical, fire retardant and water absorption properties of the new composite have been studied in this research. Concentration of OSP reinforcement in PP has been varied by wt% and its effect on the above mentioned properties has been observed. SEM (scanning electron microscopy) images of tensile and bending fractured surfaces have been taken to observe the failure mechanism during mechanical tests. An increase in the fire retardancy has been observed as a result of the OSP reinforcement while tensile strength decreased. Stiffness also increased with the addition of OSP in PP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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