Nanotechnology is an upcoming technology that can provide solution for combating pollution by controlling shape and size of materials at the nanoscale. This review provides comprehensive information regarding the role of nanotechnology in pollution control at concrete structures. Titanium dioxide (TiO2) nanoparticles are a good item for concrete structures for diminishing the air polluting affect by gasses of exhaust. In this article, the mixture rule is presented for the effect of nanoparticles in environmental pollution reduction in concrete structures. The compressive strength, elastic modulus and reduction of steel bars in the concrete structures are studied. The Results show that TiO2 nanoparticles have significant effect on the reduction of environmental pollution and increase of stiffness in the concrete structures. In addition, the nanoparticles can reduce the use of steel bars in the concrete structure.
In order to predict the onset of the corrosion of steel bars in concrete, a mathematical model was presented to observe the diffusion of chloride ion in aqueous phase, the adsorption and desorption of chloride ions to and from the surface of solid phase of concrete, and the chemical reaction or chloride ions with solid phase. The finite element method was employed to carry out the numerical analysis. The chlorides enetrating through the wall of the concrete structure from the external environment and the chlorides contained in the concrete admixture were confirmed to be two important factors to determine the onset of the corrosion of steel bars.
The use of recycled aggregate concrete for the purpose of environmental and resource conservation has gained increasing interest in construction engineering. Nevertheless, few studies have reported on the bonding performance of the bars in recycled aggregate concrete after exposed to high temperatures. In this paper, 72 pull-out specimens and 36 cubic specimens with different recycled coarse aggregate content (i.e., 0%, 50%,100%) were cast to evaluate the bond behavior between recycled aggregate concrete and steel bar after various temperatures ($20^{\circ}C$, $200^{\circ}C$, $400^{\circ}C$, $600^{\circ}C$). The results show that the recycled aggregate concrete pull-out specimens exhibited similar bond stress-slip curves at both ambient and high temperature. The bond strength declined gradually with the increase of the temperature. On the basis of a regression analysis of the experimental data, a revised bond strength mode and peak slip ratios relationship model were proposed to predict the post-heating bond-slip behavior between recycled aggregate concrete and steel bar.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.18
no.3E
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pp.151-159
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2006
A total of 32 pullout tests were performed for the multiple headed bars relatively deeply embedded in reinforced concrete column-like members. The objective was to determine the minimum embedment depth that was necessary to safely design exterior beam-column joints using headed bars. The variables for the experiment were embedment depth of headed bar, center-to-center distance between adjacent heads, and amount of supplementary reinforcement. Regular strength concrete and grade SD420 reinforcing steel were used. The results of the test the indicated that a headed bar embedment depth of $10d_b$ was not sufficient to have relatively closely installed headed bars develop the pullout strength corresponding to the yield strength. All the experimental variables, influenced the pullout strength. The pullout strength increased with increasing embedment depth and head-to-head distance. It also increased with increasing amount of supplementary reinforcement. For a group of closely-spaced headed bars installed in a beam-column joint, it is recommended to use column ties at least 0.6% by volume, 1% or greater amount of column main bars, and an embedment depth of $13d_b$ or greater simultaneously, to guarantee the pullout strength of individual headed bars over 125% of $f_y$ and ductile load-displacement behavior.
Santana, Paulo F.M.;Silva, Patricia C.S.;Ferreira, Mauricio P.;Bezerra, Luciano M.;Oliveira, Marcos H.
Structural Engineering and Mechanics
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v.84
no.4
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pp.531-546
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2022
Headed bars are often used when there is insufficient space for a straight or curved bar to be fully developed to ensure the transference of forces between steel and concrete in several types of connections between structural members. In such cases, the concrete breakout strength of the headed bars can be a critical point of the design and must be considered appropriately. This paper evaluates the tensile strength of headed bars embedded in reinforced concrete members, failing due to concrete breakout. Four experimental tests on headed bars embedded in slender concrete members are presented and discussed, showing that strength previsions from the design codes can be significantly conservative as they ignore the contribution from the flexural reinforcement. 3D finite element models were developed using Abaqus Unified FEA to simulate the tested specimens, and it was observed that they were able to reproduce the formation of the concrete cone accurately, besides the response and resistance observed in tests. Furthermore, the experimental, numerical, and design code resistances are compared and discussed. A new equation to evaluate the concrete cone strength of the tested headed bars is proposed, which takes into account parameters not explicitly considered in the current design equations.
In the present study, to enhance the constructability, a composite slab system using deck plate and micro steel fiber concrete was studied. In the proposed slab system, on-situ re-bar placement is not required. Steel fibers replace the temperature reinforcement. The present study focused on the crack control at the slab top in the continuous composite slab without spliced bars. Eight continuous slabs with various parameters were tested under vertical loading. The test parameters were the amount and types of micro steel fibers, types of deck plate, and the use of top bars in the continuous slab. To evaluate the crack resistance of the slabs, crack widths were measured in the continuous slabs. The test results showed that although the top spliced bars were not used, cracking were restrained by large flexural stiffness of the composite sections.
This study investigates the structural performance of 3D steel pipe rack suspended scaffolding systems. For the purpose, a standard full scale 3D steel pipe rack suspended scaffolding system considering two frames, two plane trusses, purlins and wooden floor is constructed in the laboratory. A developed load transmission system was placed in these experimental systems to distribute single loads to the center of a specific area in a step-by-step manner using a load jack. After each load increment, the displacements are measured by means of linear variable differential transducers placed in several critical points of the system. The tests are repeated for five different system conditions to determine the structural performance. The means of system conditions is the numbers of the tie bars which are used to connect plane trusses under level. Finite elements models of the 3D steel pipe rack suspended scaffolding systems considering different systems conditions are constituted using SAP2000 software to support the experimental tests and to use the models in future studies. Each of models including load transmission platform is analyzed under a single loading and the displacements are obtained. In addition, to calibrate the numerical models some uncertain parameters such as elasticity modulus of wooden floor and connection rigidity of purlins to plane trusses are assessed experimentally. The results of this work demonstrate that when increasing numbers of tie bars the displacement values are decreased. Also the results obtained from developed numerical models have harmony with those of experimental. In addition, the scaffolding system with two tie bars at the beginning and at the end of the plane truss has the optimum structural performance compared the results obtained for other scaffolding system conditions.
This study deals with the microstructure and tensile properties of 700 MPa-grade high-strength and seismic reinforced steel bars. The high-strength reinforced steel bars (600 D13, 600 D16 and 700 D13 specimens) are fabricated by a TempCore process, while the seismic reinforced steel bar (600S D16 specimen) is fabricated by air cooling after hot rolling. For specimens fabricated by the TempCore process, the 600 D13 and 600 D16 specimens have a microstructure of tempered martensite in the surface region and ferrite-pearlite in the center region, while the 700 D13 specimen has a microstructure of tempered martensite in the surface region and bainite in the center region. Therefore, their hardness is the highest in the surface region and shows a tendency to decrease from the surface region to the center region because tempered martensite has a higher hardness than ferrite-pearlite or bainite. However, the hardness of the 600S D16 specimen, which is composed of fully ferrite-pearlite, increases from the surface region to the center region because the pearlite volume fraction increases from the surface region to the center region. On the other hand, the tensile test results indicate that only the 700 D13 specimen with a higher carbon content exhibits continuous yielding behavior due to the formation of bainite in the center region. The 600S D16 specimen has the highest tensile-to-yield ratio because the presence of ferrite-pearlite and precipitates caused by vanadium addition largely enhances work hardening.
In this study, the behavior of external beam-column joints reinforced by plain and deformed bars with non-seismic reinforcement details is investigated and compared. The beam-column joints represented in this study include a benchmark specimen by seismic details in accordance with ACI 318M-11 requirements and four other deficient specimens. The main defects of the non-seismic beam-column joints included use of plain bar, absence of transverse steel hoops, and the anchorage condition of longitudinal reinforcements. The experimental results indicate that using of plain bars in non-seismic beam-column joints has significantly affected the failure modes. The main failure mode of the non-seismic beam-column joints reinforced by deformed bars was the accumulation of shear cracks in the joint region, while the failure mode of the non-seismic beam-column joints reinforced by plain bars was deep cracks at the joint face and intersection of beam and column and there was only miner diagonal shear cracking at the joint region. In the other way, use of plain bars for reinforcing concrete can cause the behavior of the substructure to be controlled by slip of the beam longitudinal bars. The experimental results show that the ductility of non-seismic beam-column joints reinforced by plain bars has not decreased compared to the beam-column joints reinforced by deformed bars due to lack of mechanical interlock between plain bars and concrete. Also it can be seen a little increase in ductility of substructure due to existence of hooks at the end of the development length of the bars.
Ultra-High-Performance Steel Fiber-Reinforced Concrete (SUPER Concrete) exhibits improved compressive and tensile strengths far superior to those of conventional concrete. These characteristics can significantly reduce the cross sectional area of the member and the anchorage strength of a headed bar is expected to be improved. In this study, the anchorage strengths of headed bars with $4d_b$ or $6d_b$ embedment length were evaluated by simulated exterior beam-column joint tests where the headed bars were used as beam bars and the joints were cast of 120 or 180 MPa SUPER Concrete. In all specimens, the actual yield strengths of the headed bars over 600 MPa were developed. Some headed bars were fractured due to the high anchorage capacity in SUPER Concrete. Therefore, the headed bar with only $4d_b$ embedment length in 120 MPa SUPER Concrete can develop a yield strength of 600 MPa which is the highest design yield strength permitted by the KCI design code. The previous model derived from tests with normal concrete and the current design code underestimate the anchorage capacity of the headed bar anchored in SUPER Concrete. Because the previous model and the current design code do not consider the effects of the high tensile strength of SUPER Concrete. From a regression analysis assuming that the anchorage strength is proportional to $(f_{ck})^{\alpha}$, the model for predicting anchorage strength of headed bars in SUPER Concrete is developed. The average and coefficient of variation of the test-to-prediction values are 1.01 and 5%, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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