Muhammad Umar Khan;Shamsad Ahmad;Mohammed A. Al-Osta;Ali Husain Algadhib;Husain Jubran Al-Gahtani
Advances in concrete construction
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v.15
no.3
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pp.161-170
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2023
Ultra-high-performance concrete (UHPC) is produced using high amount of cementitious materials, very low water/cementitious materials ratio, fine-sized fillers, and steel fibers. Due to the dense microstructure of UHPC, it possesses very high strength, elasticity, and durability. Besides that, the UHPC exhibits high ductility and fracture toughness due to presence of fibers in its matrix. While the high ductility of UHPC allows it to undergo high strain/deflection before failure, the high fracture toughness of UHPC greatly enhances its capacity to absorb impact energy without allowing the formation of severe cracking or penetration by the impactor. These advantages with UHPC make it a suitable material for construction of the structural members subjected to special loading conditions. In this research work, the UHPC mixtures having three different dosages of steel fibers (2%, 4% and 6% by weight corresponding to 0.67%, 1.33% and 2% by volume) were characterized in terms of their mechanical properties including facture toughness, before using these concrete mixtures for casting the slab specimens, which were tested under high-energy impact loading with the help of a drop-weight impact test setup. The effect of fiber content on the impact energy absorption capacity and central deflection of the slab specimens were investigated and the equations correlating fiber content with the energy absorption capacity and central deflection were obtained with high degrees of fit. Finite element modeling (FEM) was performed to simulate the behavior of the slabs under impact loading. The FEM results were found to be in good agreement with their corresponding experimentally generated results.
The flexural behavior test of UHPC segmental box girder which has 160 MPa compressive strength and 15.4 m length was carried out. The effect of steel fibers in combination with reinforcing bars on improving the ductile performance of UHPC box girder was evaluated by comparing the flexural behavior of the UHPC segmental box girders made by the two kinds of mixing portion. The test variables are volume fraction of steel fibers and the arrangement of reinforcing bars. The behavior of UHPC box girder BF2 composed of 1% volume fraction of steel fibers and longitudinal reinforcing bars in web and upper flange with stirrup showed the similar ductile behavior with the girder BF1 composed of 2% volume fraction without stirrup in elastic stress region. But BF1 had the better stiffness and showed the more ductile behavior in inelastic stress region. Segmental interfaces of UHPC box girder have not any crack and slide until the final flexural collapse load.
The application of high performance materials for the deck can represent a fair alternative to reduce the weight of the deck and improve the econimic efficiency of the bridge even if high performance materials are costly. In UHPC(Ultra High Performance Concrete) bridges, it is necessary to verify that exiting headed stud can be used to transfer longitudinal shear forces across the steel-concrete interface. In this paper, the push-out tests are performed to analisys the composite behavior between UHPC bridge deck and steel girder. The ultimate strength of test specimens is proportional to the diameter of headed studs in push-out test for static loading. Test results show that the shear strength of headed stud is improved for the case of normal concrete bridge decks.
Cho, Hae-Chang;Park, Min-Kook;Hwang, Jin-Ha;Kang, Won-Hee;Kim, Kang Su
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.4
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pp.503-514
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2020
This study proposes prediction models for the shear strength of steel fiber reinforced concrete (SFRC) and ultra-high-performance fiber reinforced concrete (UHPC) beams using a Bayesian parameter estimation approach and a collected experimental database. Previous researchers had already proposed shear strength prediction models for SFRC and UHPC beams, but their performances were limited in terms of their prediction accuracies and the applicability to UHPC beams. Therefore, this study adopted a statistical approach based on a collected database to develop prediction models. In the database, 89 and 37 experimental data for SFRC and UHPC beams without stirrups were collected, respectively, and the proposed equations were developed using the Bayesian parameter estimation approach. The proposed models have a simplified form with important parameters, and in comparison to the existing prediction models, provide unbiased high prediction accuracy.
This study experimentally investigates the flexural behavior of steel-UHPC composite slabs composed of an innovative negative Poisson's ratio (NPR) steel plate and Ultra High Performance Concrete (UHPC) slab connected via demountable high-strength bolt shear connectors. Eight demountable composite slab specimens were fabricated and tested under traditional four-point bending method. The effects of loading histories (positive and negative bending moment), types of steel plate (NPR steel plate and Q355 steel plate) and spacings of high-strength bolts (150 mm, 200 mm and 250 mm) on the flexural behavior of demountable composite slab, including failure mode, load-deflection curve, interface relative slip, crack width and sectional strain distribution, were evaluated. The results revealed that under positive bending moment, the failure mode of composite slabs employing NPR steel plate was distinct from that with Q355 steel plate, which exhibited that part of high-strength bolts was cut off, part of pre-embedded padded extension nuts was pulled out, and UHPC collapsed due to instantaneous instability and etc. Besides, under the same spacing of high-strength bolts, NPR steel plate availably delayed and restrained the relative slip between steel plate and UHPC plate, thus significantly enhanced the cooperative deformation capacity, flexural stiffness and load capacity for composite slabs further. While under negative bending moment, NPR steel plate effectively improved the flexural capacity and deformation characteristics of composite slabs, but it has no obvious effect on the initial flexural stiffness of composite slabs. Meanwhile, the excellent crack-width control ability for UHPC endowed composite members with better durability. Furthermore, according to the sectional strain distribution analysis, due to the negative Poisson's ratio effect and high yield strength of NPR steel plate, the tensile strain between NPR steel plate and UHPC layer held strain compatibility during the whole loading process, and the magnitude of upward movement for sectional plastic neutral axis could be ignored with the increase of positive bending moment.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2009.05a
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pp.123-124
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2009
This research is a part of the comprehensive research project to develop the optimized UHPC precast deck system applying to durable and cost-effective hybrid cable stayed bridge. Longitudinally prestressed ribbed section is proposed to make the best use of a advantage of the ultra high performance concrete and the design concept is presented to decide the sectional property.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.4
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pp.1349-1360
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2013
The post-tensioned anchorage zones of normal concrete have larger cross sections because of congested reinforcements to resist high bearing and bursting stresses. The high compressive and tensile strength of newly developed UHPC (Ultra High Performance Concrete) may reduce the cross sectional dimensions and simplify the reinforcement details, if used for post-tensioned members. The Finite Element Analysis was performed to evaluate the mechanical behavior of post-tensioned anchorage zones using UHPC without anchorage plates and confining reinforcements. The results show that the maximum bursting stresses are less than the values given in current design code without failure due to vertical cracks. The location of maximum bursting stresses were at 0.2 times of width of the models. The bursting force from FEA is less than that is obtained using simplified formular in Korean Bridge Design Code.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.10
no.4
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pp.402-410
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2022
The present study introduces a calibration method of the CSC model implemented in the LS-DYNA program for considering the material properties of ultra-high performance concrete(UHPC). Based on previous experimental studies, various parameters, which constitute three shear failure surfaces, pressure-volumetric strain curve, fracture energy, dynamic increase factor(DIF), and so on, are modified. Then, the proposed calibration method is verified by comparing the numerical result with the experimental data through the single element analysis. In addition, based on the established finite element models, the applicability of the calibrated CSC model is examined for UHPC structures subjected to impact and blast loadings.
Concrete has excellent mechanical properties, high durability, and economical advantages over other construction materials. Nevertheless, it is not an easy task to apply concrete to long span bridges. That's because concrete has a low strength to weight ratio. Ultra high performance concrete (UHPC) has a very high strength and hence it allows use of relatively small section for the same design load. Thus UHPC is a promising material to be utilized in the construction of long span bridges. However, there is a possibility of crack generation during the curing process due to the high binder ratio of UHPC and a consequent large amount of hydration heat. In this study, adiabatic temperature rise and mechanical properties were modeled for the stress analysis due to hydration heat. Adiabatic temperature rise curve of UHPC was modeled superposing 2-parameter model and S-shaped function, and the Arrhenius constant was determined using the concept of equivalent time. The results are verified by the mock-up test measuring the temperature development due to the hydration of UHPC. In addition, models for mechanical properties such as elastic modulus, tensile strength and compressive strength were developed based on the test results from conventional load test and ultrasonic pulse velocity measurement.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2019.05a
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pp.143-144
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2019
This study introduces the production and construction of building interior and exterior materials using UHPC for premix type room temperature curing developed through advance research and development.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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