Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) has a outstanding tensile hardening behaviour after a crack develops, which gives ductility to structures. Existing shear strength model for fiber reinforced concrete is entirely based on crack opening behavior(mode I) which comes from flexural-shear failure, not considering shear-slip behavior(mode II). To find out the mode I and mode II behavior on a crack in UHPFRC simultaneously, maximum shear strength of cracked UHPFRC is investigated from twenty-four push-off test results. The shear stress on a crack is derived as variable of initial crack width and fiber volume ratio. Test results show that shear slippage is proportional to crack opening, which leads to relationship between shear transfer strength and crack width. Based on the test results a hypothesis is proposed for the physical mechanics of shear transfer in UHPFRC by tensile hardening behavior in stead of aggregate interlocking in reinforced concrete. Shear transfer strength based on tensile hardening behavior in UHPFRC is suggested and this suggestion was verified by comparing direct tensile test results and push-off test results.
A cracked composite specimen, comprised of an epoxy and an aluminium plate, was fractured under a tensile load. In this paper, two crack configurations were investigated. The first was an artificial center crack positioned in the epoxy plate parallel to the material interface. The other was for two edge cracks in the epoxy plate, again, parallel to the interface. A tensile test was carried out by gradually increasing the applied load and it was verified that the cracks always moved suddenly in an outward direction from the interface. The d/a ratio was gradually reduced to zero, and it was confirmed that the maximum stress intensity factor value for the artificial center crack, $K_{{\theta}{\theta}}^{max}$, approached that of an artificial interface crack,$K_{{\theta}{\theta}}^{ifc\;max}$ (where: 2a is the crack length and d is the offset between the crack and interface). The same phenomenon was also verified for the edge cracks. Specifically, when the offset, d, was reduced to zero, the maximum stress intensity factor value, $K_{{\theta}{\theta}}^{max}$, approached that of an artificial interface edge crack.
Effects of tensile and compression residual stresses in the welded SS41 and A17075-76 on fatigue crack propagation behavior are investigated when a crack propagates from residual stresses region. We propose the fatigue crack growth equation on tensile and compression residual stresses in welded metal. The results obtained in this experimental study are summarized as follows . 1 ) A fatigue crack growth equation which applied fatigue fracture behavior of the welded metal is proposed. (equation omitted) where, $\alpha$, $\beta$, ${\gamma}$ and $\delta$ are constants, and R$_{eff}$ is effective stress ratio [R$_{eff}$=(Kmin+Kres)/(Kmax+Kres)], Kcf is critical fatigue stress intensity factor. The constants are obtained from nonlinear least square method. The relation between crack length and number of cycles obtained by integrating the fatigue crack growth rate equation is in agreement with the experimental data. 2) The experimental results confirmed that the cause of crack extension and retardation by residual stresses has relation to the phenomenon of crack closure. 3) The relaxing trend of residual stresses by the crack propagation was greater In case of compressive residual stress than that of tensile residual stress in the welded metal.tal.
Since the crack generation and its propagation caused by welding defects is one of the main hull damage patterns, the simulation of crack propagation process has an important significance for ship safety. Based on interface element method, a finite element model to simulate crack propagation is studied in the paper. A Lennard-Jones type potential function is employed to define potential energy of the interface element. Tensile tests of steel flat plates with initial central crack are carried out. Surface energy density and spring critical stress that are suitable for the simulation of crack propagation are determined by comparing numerical calculation and tests results. Based on a large number of simulation results, the curve of simulation correction parameter plotted against the crack length is calculated.
Redistribution of residual stress and its effects during fatigue crack propagates from tensile residual stress region in weldment are investigated. Tests are performed by using welded CCT specimens of structual rolling steel (SS400) and it makes fatigue crack propagate from tensile residual stress region. For this study tension-tension loading type is selected by external loading condition and magnetizing stress indicator is used correctly to measure redistribution of residual stress according to fatigue crack growth and number of loading cycles. From this result, it is proved that redistribution of residual stress is mainly consist of residual stress released by fatigue crack growth. When fatigue crack propagates from tensile residual stress region residual stress are redistributed and it makes fatigue crack growth rate largely increase. Fatigue crack growth rate is low in case of redistributed residual stress compare with initial distributed residual stress.
This study has developed a numerical analysis technique newly which can evaluate the damage propagation characteristics of civil infrastructures. To do this, numerical techniques are incorporated for the concrete members up to the compressive damage due to the bending compressive forces after the tensile crack based on the deformation mechanism. Especially, for the compressive damage stage after the tensile crack, the crack propagation process will be analyzed numerically using the concept of an equivalent plastic hinged length. Using this concept, we investigate the reasonability of the developed module by comparing commercial program for the tunnel structure. It can be established from this study that section forces, such as axial forces and the moment cracks takes place, can be related to the width of the crack making it possible to analyze the crack extension.
Kwon, Seung-Jun;Choi, Jeong-Il;Nguyen, Huy Hoang;Lee, Bang Yeon
Computers and Concrete
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제21권3호
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pp.231-237
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2018
A strain-hardening highly ductile composite based on an alkali-activated slag binder and synthetic fibers is a promising construction material due to its excellent tensile behavior and owing to the ecofriendly characteristics of its binder. This study investigated the effect of different types of synthetic fibers and water-to-binder ratios on the compressive strength and tensile behavior of slag-based cementless composites. Alkali-activated slag was used as a binder and water-to-binder ratios of 0.35, 0.45, and 0.55 were considered. Three types of fibers, polypropylene fiber, polyethylene (PE) fiber, and polyparaphenylene-benzobisethiazole (PBO) fiber, were used as reinforcing fibers, and compression and uniaxial tension tests were performed. The test results showed that the PE fiber series composites exhibited superior tensile behavior in terms of the tensile strain capacity and crack patterns while PBO fiber series composites had high tensile strength levels and tight crack widths and spacing distances.
Ji, Enyue;Chen, Shengshui;Zhu, Jungao;Fu, Zhongzhi
Geomechanics and Engineering
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제17권3호
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pp.271-278
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2019
In recent years, the crack accidents of earth and rockfill dams occur frequently. It is urgent to study the tensile strength and tensile failure mechanism of the gravelly soil in the core for the anti-crack design of the actual high earth core rockfill dam. Based on the self-developed uniaxial tensile test device, a series of uniaxial tensile test was carried out on gravelly soil with different gravel content. The compaction test shows a good linear relationship between the optimum water content and gravel content, and the relation curve of optimum water content versus maximum dry density can be fitting by two times polynomial. For the gravelly soil under its optimum water content and maximum dry density, as the gravel content increased from 0% to 50%, the tensile strength of specimens decreased from 122.6 kPa to 49.8 kPa linearly. The peak tensile strain and ultimate tensile strain all decrease with the increase of the gravel content. From the analysis of fracture energy, it is proved that the tensile capacity of gravelly soil decreases slightly with the increasing gravel content. In the case that the sample under the maximum dry density and the water content higher than the optimum water content, the comprehensive tensile capacity of the sample is the strongest. The relevant test results can provide support for the anti-crack design of the high earth core rockfill dam.
콘크리트는 압축압밀과 인장균열파괴의 두 개의 서로 다른 파괴양상을 타나낸다. 따라서, 다차원의 압밀과 인장균열을 포함하는 콘크리트의 비선형해석을 위하여 두개의 다른 파괴기준을 사용하는 콘크리트 재료모델이 사용되어야 한다. 본 연구에서 사용하는 콘크리트 모델은 소성이론에 기초한 것으로 압축압밀과 인장균열에 대한 다중파괴이론을 사용하고 잇다. 인장균열거동에 대해 두 개의 다른 재료모델이 사용되고 있는데, 이상화된 균열방향에 따라 분류되는 회전균열소성모델과 정지균열소성모델이 사용되고 있다. 본 연구에서는 콘크리트의 비선형거동이 plane stress 문제에 대하여 단순화된다. 이 재료모델은 유한요소해석에 사용되며 그 결과는 몇 개의 철근콘크리트부재 실험과 비교된다. 회전균열소성모델과 정지균열소성모델의 장단점이 비교된다.
The purpose of this paper is to investigate theoretically the effect of residual stress due to welding in stress intensity factor of a plate containing the Model I Crack in different crack size and location, and on fatigue crack growth rate. The initiation of crack is found to be possible only in the region of tensile residual stress. The most dangerous crack has the values of d/b and a/b equal to about 0.6 and 1.0, respectively, where d/b is the ratio of distance from the crack to welding bead and the width of tensile residual stress region and a/b is the ratio of crack length and tensile residual stress region. The crack perpendicular to and on the line of welding bead and with a/b equal to about 0.6 has maximum stress intensity factor. The theoretical fatigue crack growth rate under residual stress and applied stress, which is obtained from Forman's Law by stress superposition, is relatively in good agreement with Glinka's[8] experimental value. The fatigue crack growth is shown to be retarded due to residual stress distribution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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