Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.11-30
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2000
Structural properties of reinforced concrete, such as bond and shear strength, that depend on the tensile properties of concrete are much lower for high-strength concrete than would be expected based on relationships developed for normal-strength concretes. To determine the reason for this behavior, studies at the University of Kansas have addressed the effects of aggregate type, water-cementitious material ratio, and age on the mechanical and fracture properties of normal and high-strength concretes. The relationships between compressive strength, flexural strength, and fracture properties were studied. At the time of test, concrete ranged in age from 5 to 180 days. Water-cementitious material ratios ranged from 0.24 to 0.50, producing compressive strengths between 20 MPa(2, 920 psi) and 99 MPa(14, 320psi). Mixes contained either basalt or crushed limestone aggregate, with maximum sizes of 12mm(1/2in). or 19mm(3/4in). The tests demonstrate that the higher quality basalt coarse aggregate provides higher strengths in compression than limestone only for the high-strength concrete, but measurably higher strengths in flexure, and significantly higher fracture energies than the limestone coarse aggregate at all water-cementitious material ratios and ages. Compressive strength, water-cementitious material ratio, and age have no apparent relationship with fracture energy, which is principally governed by coarse aggregate properties. The peak bending stress in the fracture test is linearly related to flexural strength. Overall, as concrete strength increases, the amount of energy stored in the material at the peak tensile load increases, but the ability of the material to dissipate energy remains nearly constant. This suggests that, as higher strength cementitious materials are placed in service, the probability of nonductile failures will measurably increase. Both research and educational effort will be needed to develop strategies to limit the probability of brittle failures and inform the design community of the nature of the problems associated with high-strength concrete.
The purpose of this in vitro study was to evaluate dentin bonding by two different dentin bonding systems(DBS) using acetone based primer or adhesive [All Bond 2(AB2), One Step(OS)] when they were applied by wet or dry bonding technique. Morphology of resin-dentin interface and hybrid layer thickness(HLT) were investigated using Confocal Laser Scanning Microscope(CLSM) and compared to shear bond strength(SBS). 72 extracted sound human molars were randomly divided into 4 groups of 18 teeth each - Group 1.(AW); AB2 by wet bonding. Group 2(AD); AB2 by dry bonding. Group 3.(OW); OS by wet bonding, Group 4.(OD); OS by dry bonding. In 6 teeth of each group, notch-shaped class V cavities(depth 2mm) were prepared on buccal and lingual surface at the cementoenamel juction(12 cavities per group). To obtain color contrast in CLSM observation, bonding resins of each DBS were mixed with rhodamine B and primer of AB2 was mixed with sodium fluorescein. Prepared teeth of each group were treated with AB2, OS, respectively according to the manufacturer's instructions except for dentin surface moisture treatment after acid etching. In group 1 and 3, after acid etching, excess water was removed with wet tissue(Kimwipes), leaving consistently shiny, visibly hydrated dentin surface. In group 2 and 4, dentin surface was dried for 10 seconds at 1 inch distance. The treated teeth were then packed with composite resin(${\AE}$litefil) and light-cured. 12 microscopic samples($60{\sim}80{\mu}m$ thickness) of each group were obtained after longitudinal section and grinding(Exakt cutting and grinding system). Morphological investigation of resin-dentin interface and HLT measurement using CLSM were done. For measurement of SBS, remaining 12 teeth of each group were flattened occlusally to remove all enamel and grinded to 500 grit SiC(Pedemet Specimen Preparation Equipment). After applying DBS on the exposed dentin surface, composite resin was applied in the shape of cylinder, which has 5mm diameter, 1.5mm thickness, and light cured. SBS was measured using Instron with a crosshead speed of 0.5mm/min. It was concluded as follows, 1. HLT of AW(mean: $2.59{\mu}m$) was thicker than any other group, and followed by AD, OW, OD in descending order(mean; 2.37, 2.28, $1.92{\mu}m$). Only OD had statistically significant differences(p<0.05) to AW and AD. 2. There were intimate contact of resin and dentin at the interface in wet bonding groups, but gaps or irregular interfaces were observed in dry bonding groups. 3. The length, diameter, density of resin tags were various even in the same group without significant differences between groups and lots of adhesive lateral branches were observed. 4. There were no statistically significant difference of SBS between AB2 and OS, but SBS of wet bonding groups were significantly higher(p<0.05) than dry bonding groups. 5. There were no consistent relationships between HLT and SBS.
Oehlers, Deric. J.;Nguyen, Ninh T.;Bradford, Mark A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.9
no.5
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pp.491-504
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2000
A convenient method for enhancing the strength and stiffness of existing reinforced concrete beams is to bond adhesively steel plates to their tension faces. However, there is a limit to the applicability of tension face plating as the tension face plates are prone to premature debonding and, furthermore, the addition of the plate reduces the ductility of the beam. An alternative approach to tension face plating is to bond adhesively steel plates to the sides of reinforced concrete beams, as side plates are less prone to debonding and can allow the beam to remain ductile. Debonding at the ends of the side plates due to flexural forces, that is flexural peeling, is studied in this paper. A fundamental mathematical model for flexural peeling is developed, which is calibrated experimentally to produce design rules for preventing premature debonding of the plate-ends due to flexural forces. In the companion paper, the effect of shear forces on flexural peeling is quantified to produce design rules that are applied to the strengthening and stiffening of continuous reinforced concrete beams.
This paper presents the analysis of intermediate crack-induced (IC) debonding failure loads for reinforced concrete (RC) beams strengthened with adhesively-bonded fiber-reinforced polymer (FRP) plates or sheets. The analysis consists of the energy release and simple ACI methods. In the energy release method, a fracture criterion is employed to predict the debonding loads. The interfacial fracture energy that indicates the resistance to debonding is related to the bond-slip relationships obtained from the shear test of FRP-to-concrete bonded joints. The section analysis that considers the effect of concrete's tension stiffening is employed to develop the moment-curvature relationships of the FRP-strengthened sections. In the ACI method, the onset of debonding is assumed when the FRP strain reaches the debonding strain limit. The tension stiffening effect is neglected in developing a moment-curvature relationship. For a comparison purpose, both methods are used to numerically investigate the effects of relevant parameters on the IC debonding failure loads. The results show that the debonding failure load generally increases as the concrete compressive strength, FRP reinforcement ratio, FRP elastic modulus and steel reinforcement ratio increase.
Kalogeropoulos, George I.;Tsonos, Alexander-Dimitrios G.
Earthquakes and Structures
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v.16
no.3
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pp.279-293
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2019
The overall seismic performance of existing pre 1960-70s reinforced concrete (RC) structures is significantly affected by the inadequate length of columns' lap-spliced reinforcement. Due to this crucial structural deficiency, the cyclic response is dominated by premature bond - slip failure, strength and stiffness degradation, poor energy dissipation capacity and low ductility. Recent earthquakes worldwide highlighted the importance of improving the load transfer mechanism between lap-spliced bars, while it was clearly demonstrated that the failure of lap splices may result in a devastating effect on structural integrity. Extensive experimental and analytical research was carried out herein, to evaluate the effectiveness and reliability of strengthening techniques applied to RC columns with lap-spliced reinforcement and also accurately predict the columns' response during an earthquake. Ten large scale cantilever column subassemblages, representative of columns found in existing pre 1970s RC structures, were constructed and strengthened by steel or RC jacketing. The enhanced specimens were imposed to earthquake-type loading and their lateral response was evaluated with respect to the hysteresis of two original and two control subassemblages. The main variables examined were the lap splice length, the steel jacket width and the amount of additional confinement offered by the jackets. Moreover, an analytical formulation proposed by Tsonos (2007a, 2019) was modified appropriately and applied to the lap splice region, to calculate shear stress developed in the concrete and predict if yielding of reinforcement is achieved. The accuracy of the analytical method was checked against experimental results from both the literature and the experimental work included herein.
An experimental investigation is carried out on the failure mechanism of foam concrete with cold formed steel double C-Channels embedment. The foam concrete is made of cement and fly ash with a compressive strength between 9 and 24 MPa with different densities. Forty-eight tests have been carried out in four groups of specimens with various embedment depths of the steel in the concrete. Four modes of failure are observed, which include the independent failure of the C-Channels with and without a concrete block inside the channel as well as the combined failure of the two channels, and the failure of the extrusion block. A theoretical model has been developed to understand the failure process. The peak compressive force applied onto the C-Channels that causes failure is calculated. It is concluded that the failure involves independent slippage between two C-Channels, and the steel and the foam concrete blocks inside the C-Channels. A method to calculate the peak force is also developed based on the test results. The calculations also show that the shear strength of the foam concrete is about 8% of the compressive strength with ${\alpha}$ coefficient of 0.4 between the steel and concrete.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.1
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pp.87-97
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2016
In this study, a quantitative review was performed on the mechanical performance, permeation resistance of concrete, and durability of surface-modified coarse aggregates (SMCA) produced using low-quality recycled coarse aggregates, the surface of which was modified using a fine inorganic powder. The shear bond strength was first measured experimentally and the interface between the SMCA and the cement matrix was observed with field-emission scanning electron microscopy. The results showed that a reinforcement of the interfacial transition zone (ITZ), a weak part of the concrete, by coating the surface of the original coarse aggregate with surface-modification material, can help suppress the occurrence of microcracks and improve the mechanical performance of the aggregate. Also, the use of low-quality recycled coarse aggregates, the surfaces of which were modified using inorganic materials, resulted in improved strength, permeability, and durability of concrete. These results are thought to be due to the enhanced adhesion between the recycled coarse aggregates and the cement matrix, which resulted from the improved ITZ in the interface between a coarse aggregate and the cement matrix.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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1999.11a
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pp.160-163
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1999
The mechanical properties and failure behaviour of carbon/phenolic composites were inverstigated by tension and compression. Carbon/phenolic composites were fabricated by infiltration of matrix into 8 harness satin woven fabric of PAN-based carbon fibers. The tensile and compressive tests were performed at 25℃ under air atmosphere and, at 400℃ and 700℃ under N₂ atmosphere. The tensile strengths of carbon/phenolic composites in with-laminar/0° warp direction were about 10 times higher than those in with-laminar/45° warp direction, which was analyzed due to a change of fracture mode from fiber pull-out by shear to tensile fracture of fibers. The fracture of carbon/phenolic composites in with-laminar/45° direction was analyzed due to delamination by buckling. Tensile and compressive strength of carbon/phenolic composites decreased to about 50% at 400℃, and to about 10% at 700℃ compared to that at room temperature. The main reason for the decrease of tensile or compressive strength with increasing temperature was analyzed due to a reduction of bond strength between fibers and matrix resulting from thermal degradation of phenolic resin.
Urea-formaldehyde (UF) resin was formulated similarly to plywood resin in the laboratory. The synthesized UF resin adhesive was mixed with extender, filler and acid catalyst. The mixture contained 56.1% total solids and 43.9% water. The mixes was used to bond five Com-Ply types using Korean wood species. The Com-Ply made were tested for shear strength and wood failure according to KS F 3101 ordinary plywood as well as for bending strength per KS F 3104 particleboard. The performance test results showed good strength properties for all Com-Ply types made in this study. This result represented that the UF resin adhesive mix was adequate for bonding Com-Ply with domestic wood species.
This paper aims to investigate the axial load behavior and stability strength of square tubed steel-reinforced concrete (TSRC) columns. Unlike concrete filled steel tubular (CFST) column, the outer steel tube of a TSRC column is mainly used to provide confinement to the core concrete. Ten specimens were tested under axial compression, and the main test variables included length-to-width ratio (L/B) of the specimens, width-to-thickness ratio (B/t) of the steel tubes, and with or without stud shear connectors on the steel sections. The failure mode, ultimate strength and load-tube stress response of each specimen were summarized and analyzed. The test results indicated that the axial load carried by square tube due to friction and bond of the interface increased with the increase of L/B ratio, while the confinement effect of tube was just the opposite. Parametric studies were performed through ABAQUS based on the test results, and the feasibility of current design codes has also been examined. Finally, a method for calculating the ultimate strength of this composite column was proposed, in which the slenderness effect on the tube confinement was considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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