A nonlinear finite element model (FEM) using ATENA-3D software to simulate the axially compressive behavior of circular steel tube confined concrete (CSTCC) columns infilled with ultra high performance concrete (UHPC) was presented in this paper. Some modifications to the material type "CC3DNonlinCementitious2User" of UHPC without and with the incorporation of steel fibers (UHPFRC) in compression and tension were adopted in FEM. The predictions of utimate strength and axial load versus axial strain curves obtained from FEM were in a good agreement with the test results of eighteen tested columns. Based on the results of FEM, the load distribution on the steel tube and the concrete core was derived for each modeled column. Furthermore, the effect of bonding between the steel tube and the concrete core was clarified by the change of friction coefficient in the material type "CC3DInterface" in FEM. The numerical results revealed that the increase in the friction coefficient leads to a greater contribution from the steel tube, a decrease in the ultimate load and an increase in the magnitude of the loss of load capacity. By comparing the results of FEM with experimental results, the appropriate friction coefficient between the steel tube and the concrete core was defined as 0.3 to 0.6. In addition to the numerical evaluation, eighteen analytical models for confined concrete in the literature were used to predict the peak confined strength to assess their suitability. To cope with CSTCC stub and intermediate columns, the equations for estimating the lateral confining stress and the equations for considering the slenderness in the selected models were proposed. It was found that all selected models except for EC2 (2004) gave a very good prediction. Among them, the model of Bing et al. (2001) was the best predictor.
A novel type of steel fiber with a rounded-end shape is presented to improve the bonding behavior of fibers with Carbon Nanotubes (CNT)-reinforced Ultra-High Performance Concrete (UHPC) matrix. For this purpose, by performing a parametric study and using the nonlinear finite element method, the impact of geometric characteristics of the fiber end on its bonding behavior with UHPC has been studied. The cohesive zone model investigates the interface between the fibers and the cement matrix. The mechanical properties of the cohesive zone model are determined by calibrating the finite element results and the experimental fiber pull-out test. Also, the results are evaluated with the straight steel fibers outcomes. Using the novel presented fibers, the bond strength has significantly improved compared to the straight steel fibers. The new proposed fibers increase bond strength by 1.1 times for the same diameter of fibers. By creating fillet at the contact area between the rounded end and the fiber, bond strength is significantly improved, the maximum fiber capacity is reachable, and the pull-out occurs in the form of fracture and tearing of the fibers, which is the most desirable bonding mode for fibers. This also improves the energy absorbed by the fibers and is 4.4 times more than the corresponding straight fibers.
Lee, Hyun Seung;Kim, Kang Min;Yoon, Seob;Seo, Tae Suk
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2023.11a
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pp.257-258
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2023
In this study, it was conducted to improve the physical properties of VAE polymer matrix used as a coating material. A nanocomposite was manufactured using graphene as a reinforcing agent based on a VAE matrix. As a result, improvements in tensile strength, adhesion strength, and porosity were confirmed.
Kim, Jung Joong;Noh, Hyuk-Chun;Reda Taha, Mahmoud M.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.3
no.2
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pp.11-18
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2012
This study proposes flexural failure design criteria of continuous slabs enhanced by a hybrid system of fiber reinforced polymer (FRP) and ultra high performance concrete (UHPC). The proposed hybrid retrofit system is designed to be placed at the top surface of the slabs for flexural strengthening of the sections in both positive and negative moment zones. The enhancing mechanisms of the proposed system for both positive and negative moment regions are presented. The neutral axis of the enhanced sections in positive moment zone at flexural failure is enforced to be in UHPC overlay for preventing the compression in FRP. From this condition, a relationship between design parameters of FRP and UHPC is established. Although the capacity of the proposed retrofit system to enhance flexural strength and ductility is confirmed through experiments of one-way RC slabs having two continuous spans, the retrofitted slabs failed in shear. To prevent this shear failure, a design criteria of flexural failure is proposed.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.353-356
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2008
UHPC which was a structural material exhibiting very remarkable mechanical performances with compressive strength, tensile strength and flexural strength rising up to 200MPa, 15MPa and 35MPa, respectively. In addition, this material presents exceptional durability regard to the very low diffusion and penetration speeds of noxious substances like chloride ions This study was carry out to evaluate the effect of flexural behavior according to steel fiber type in UHPC. The results is showing that the steel fiber type have remarkable influence flexural strength Addition to it is showing that steel fiber type made little difference in the first cracking strength but considerable gap in the ultimate flexural strength to use the steel fiber of wave type.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.11
no.3
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pp.9-15
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2011
The flexural behavior of the UHPFRC rectangular beam which has 100 MPa, 140 MPa compressive strength were compared with that of the typical RPC rectangular beam which has same geometrical shape, prestressd force and 160 MPa compressive strength. UHPFRC beam was not reinforced at all and the variable of test is fraction of steel fiber, compressive strength of concrete, method of prestressing and ratio of prestressing bar. The behavior of UHPFRC beam was analysed by relationship of moment - curvature and load - deflection. Simple modeling of stress-strain of UHPFRC was proposed. Based on the proposed constituted, the flexural moment-curvature relationship was calculated and compared with experimental data on prestressed UHPFRC beams. Good agreement between calculated strengths and experimental data is obtained.
To study the working mechanism and size effect of an innovative dovetail UHPC joint originated from the 5th Nanjing Yangtze River Bridge, a large-scale testing subject to negative bending moment was conducted and compared with the previous scaled specimens. The static responses, i.e., the crack pattern, failure mode, ductility and stiffness degradation were analyzed. It was found that the scaled specimens presented similar working stages and working mechanism with the large-scale ones. However, the post-cracking ductility and relative stiffness degradation all decrease with the enlarged length/scale, apart from the relative stiffness after flexural cracking. The slab stiffness at the flexural cracking stage is 90% of the initial stiffness while only 24% of the initial stiffness reserved in the ultimate stage. Finite element model (FEM) was established and compared with the experiments to verify its effectiveness in exploring the working mechanism of the innovative joint. Based on this effective method, a series of FEMs were established to further study the influence of material strength, pre-stressing level and ratio of reinforcement on its deflection-load relationship. It is found that the ratio of reinforcement can significantly improve its load-carrying capacity among the three major-influenced factors.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.3
no.3
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pp.206-211
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2015
Recently, for UHPC (Ulta High Performance Concrete) which is researched actively, as the tensile strength is absolutely influenced on the content of steel fiber, in this paper, experiments of compressive strength, elasticity modulus and tensile strength were performed according to compressive strength and content of steel fiber as variables. By the test results, compressive strength, elasticity modulus and tensile strength are proportioned and have a good correlation and according to content of steel fiber, compressive and tensile strength are also proportioned and have a good correlation. In case of elasticity modulus, the difference between test and present design code is not large, so it is possible to adapt to present design code. On the other hand, in case of tensile strength, as there is no specification of present design code, new prediction equation is proposed by using nonlinear regression analysis and the proposed equation have a good correlation to test results.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.1
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pp.64-71
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2016
In this paper, when the composite beam is made with UHPC deck and steel girder, the steel girder takes the form of the inverted-T shape without top flange because of high strength and stiffness of UHPC deck. There is no evaluation by experiment and analysis about the shear connector behavior on the web of steel girder and flexural behavior of inverted-T shape composite beam. By this reason, this study compares between experiment and analysis by using tension softening model of UHPC on the basis of flexural test results of 16 members considering compressive strength of UHPC, spacing of stud and thickness of deck as variables. The results of tensile strength of UHPC by inverse analysis were 6.57 MPa(in case of 120 MPa) and 9.57 MPa(in case of 150 MPa). In case of the test members with small stud spacing, the results of analysis and test were close clearly, and the test members with thick deck and low UHPC compressive strength also similar, but effects were small. As it compared between analysis and experiment totally, the results of analysis and experiment agree well. So the tension softening model of UHPC is reasonably reflected on the real behavior of composite beam of UHPC.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2016.05a
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pp.5-6
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2016
Due to the construction of high-rise and long axis etc, UHPC(Ultra High Performance Concrete) has attracted attention as a material that will replace the existing concrete. In order to improve the structural performance of each member joints, after demolding the concrete, method for surface treatment of the contact surface or by modifying the mold to create a shear key will be applied. In this study, to improve the conventional shear key manufacturing process, utilizing a 3d printer to produce a shear key plate. 3D printers have advantage it is inexpensively manufactured as compared with other production methods. Therefore, this study utilizes a 3D printer, we propose the shear key-shaped mold and plate shear key production measures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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