• Steel and Composite Structures
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• 제34권3호
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• pp.321-332
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• 2020

The loss of composite action at the hogging moment zone for a continuous composite girder reduces the girder stiffness and strength. This paper presents an experimental investigation of the use of an ultra-high performance concrete (UHPC) slab at the hogging moment zone and a normal concrete (NC) slab at the sagging moment zone. The testing was conducted to verify the level of loading at which composite action is maintained at the hogging moment zone. Four two-span continuous composite girders were tested. The thickness of the UHPC varied between a half and a full depth of slab. The degree of shear connection at the hogging moment zone varied between full and partial. The experimental results confirmed the effectiveness of the UHPC slab to enhance the girder stiffness and maintain the composite action at the hogging moment zone at a load level much higher than the upper service load limit. To a lesser degree enhanced performance was also noted for the smaller thickness of the UHPC slab and partial shear connection at the hogging moment zone. Plastic analysis was conducted to evaluate the ultimate capacity of the girder which yielded a conservative estimation. Finite element (FE) modeling evaluated the girder performance numerically and yielded satisfactory results. The results indicated that composite action at the hogging moment zone is maintained for the degree of shear connection taken as 50% of the full composite action and use of UHPC as half depth of slab thickness.

• Composites Research
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• 제26권2호
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• pp.135-140
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• 2013

이 연구에서는 이음부가 초고성능콘크리트 교량 바닥판의 정적 거동에 미치는 영향을 실험적으로 규명하고, 이음부 철근의 최소겹침이음길이를 제안하였다. 총 6개의 실험부재를 제작하였으며 4점 휨 실험에 의하여 성능을 평가하였다. 이음부는 UHPC의 높은 부착특성으로 인하여 단순하면서도 매우 효율적인 구조가 될 것으로 기대되는 철근겹침이음을 대상으로 하였다. 실험결과로부터 이음부의 설치에 의한 UHPC의 인장기여도 감소에 따라 약 30% 수준의 휨강도 감소가 발생되는 것으로 측정되었고, 150 mm 이상의 철근겹침이음길이를 확보하면 연속된 철근을 사용한 경우와 거의 유사한 강도와 연성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제15권2호
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• pp.95-103
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• 2015

UHPC(Ultra High Performance Concrete) is used widely with its remarkable performance, such as strength, ductility and durability. Since the fibers in the UHPC can control the tensile crack, the punching shear capacity of UHPC is higher than that of the conventional concrete. In this paper, seven slabs with different thickness and fiber volume ratio were tested. The ultimate punching shear strength was increased with the fiber volume ratio up to 1%. The shear capacity of specimens with the fiber content 1% and 1.5% do not have big differences. The thicker slab has higher punching shear strength and lower deformation capacity. The critical sections of punching shear failure were similar regardless of the fiber volume ratio, but it were larger in thicker slab.

• Steel and Composite Structures
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• 제49권4호
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• pp.381-392
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• 2023

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.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.677-685
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• 2015

최근 일반적인 콘크리트의 단점인 낮은 인장강도 및 휨강도와 취성파괴를 극복하기 위하여 초고성능 콘크리트에 강섬유를 혼입한 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPC)에 대한 연구가 주목받고 있다. 본 논문에서는 UHPC의 장점을 극대화하기 위하여 합성보 구성 시에 강재 거더의 상부 플랜지를 없앤 역T형 거더를 적용하여, 콘크리트 압축강도, 섬유 혼입률, 전단연결재 간격 및 바닥판 두께 등의 변수를 가지는 역T형 거더와 UHPC 바닥판을 합성한 합성보를 16 개 제작하고 전단연결재의 거동, 휨거동 특성 등을 실험적으로 파악하고자 하였다. 실험결과를 기준으로 볼 때, 향후 UHPC의 경우 스터의 간격은 100 mm에서 바닥판 두께의 2 또는 4 배 사이로 규정함이 적절할 것으로 예상된다. 또한 대부분 실험 부재의 특성 상대변위는 Eurocode-4의 기준을 만족하므로 연성 거동을 확보하는 것으로 판정되었으며, 전단연결재 간격이 넓은 부재는 설계식의 값보다 실험값이 크게 나와, 비합성 거동 후 UHPC와 강재로 전단연결재 예상저항하중보다 더 큰 극한강도를 발휘하며, 전단연결재 간격이 좁은 부재는 전단연결재가 스스로의 능력에 도달하기 전에 UHPC 상연에서 압축파괴가 급격히 발생됨을 알 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권6호
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• pp.761-769
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• 2014

인장강도 및 휨강도가 낮고 취성파괴의 특성을 가지는 일반적인 콘크리트의 단점을 극복하기 위하여 최근에는 압축강도가 180 MPa이상인 고성능 콘크리트에 강섬유를 혼입한 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPC)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. UHPC 바닥판과 강재 거더를 이용하여 합성보를 구성할 때, UHPC 바닥판의 높은 강도와 강성으로 인하여 강재거더 상부 플랜지의 역할이 거의 불필요할 것으로 예상된다. 이러한 점을 착안하여 본 논문에서는 합성보 구성 시에 강재 거더의 상부플랜지를 없앤 역T형 거더를 적용하였다. 역T형 거더에 UHPC바닥판을 합성하여 합성보를 구성할 경우, 상부플랜지가 없는 이유로 전단연결재의 설치 위치가 상부플랜지 대신에 강재 거더 복부에 설치해야하는 문제점이 발생되며, 강재 복부에 설치되는 전단연결재에 대한 거동, 역T형 강거더 합성보의 휨거동 특성 등은 현재까지 실험 및 이론적으로 평가된 적이 거의 없는 실정인 이유로 이에 대한 연구가 절실하다. 이를 위하여 본 논문에서는 전단연결재 간격, 바닥판 두께 등을 변수로 하여 역T형 거더와 UHPC바닥판을 합성한 합성보를 8개 제작하여 전단연결재의 거동, 휨거동 특성 등을 파악하고자 하였다. 실험결과를 기준으로 볼 때, 향후 UHPC의 경우 스터의 간격은 100 mm에서 바닥판 두께의 2~3 배 사이로 규정함이 적절할 것으로 예상된다. 또한 실험 부재의 특성 상대변위는 Eurocode-4의 연성거동 기준에 의하면 충분한 연성 거동을 하는 것으로 판정되었으며, 바닥판이 지나치게 얇고 전단연결재의 간격이 지나치게 넓은 경우를 제외한 대부분의 부재들은 일반 콘크리트보다 UHPC의 성능이 우수하여 기존의 AASHTO LRFD 및 Eurocode-4의 식과 실험결과간의 차이가 있음을 알 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권2호
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• pp.185-193
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• 2015

인장강도 및 휨강도가 낮고 취성파괴의 특성을 가지는 일반적인 콘크리트의 단점을 극복하기 위하여 최근에는 압축강도가 180 MPa이상인 고성능 콘크리트에 강섬유를 혼입한 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPC)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. UHPC 바닥판과 강재 거더를 이용하여 합성보를 구성할 때, UHPC 바닥판의 높은 강도와 강성으로 인하여 강재거더 상부 플랜지의 역할이 거의 불필요할 것으로 예상된다. 이러한 점을 착안하여 본 논문에서는 합성보 구성 시에 강재 거더의 상부플랜지를 없앤 역T형 거더를 적용하였다. 역T형 거더에 UHPC바닥판을 합성하여 합성보를 구성할 경우, 상부플랜지가 없는 이유로 전단연결재의 설치 위치가 상부플랜지 대신에 강재 거더 복부에 설치해야하는 문제점이 발생되며, 강재 복부에 설치되는 전단연결재에 대한 거동, 역T형 강거더 합성보의 휨거동 특성 등은 현재까지 실험 및 이론적으로 평가된 적이 거의 없는 실정인 이유로 이에 대한 연구가 절실하다. 이를 위하여 본 논문에서는 전단연결재 간격, 바닥판 두께 등을 변수로 하여 역T형 거더와 UHPC바닥판을 합성한 합성보를 8개 제작하여 전단연결재의 거동, 휨거동 특성 등을 파악하고자 하였다. 또한, 강섬유 보강 초고성능 콘크리트의 인장연화거동을 고려한 재료모델링 및 이를 적용한 보 부재 단면의 변형률 적합조건을 이용한 해석모델을 제안하였다. 실험결과 및 해석결과를 기준으로 볼 때, UHPC 콘크리트의 경우 전단연결재의 간격은 100 mm에서 바닥판 두께의 2~3배 사이로 규정함이 적절한 것으로 나타났다. 실험결과와 해석결과를 종합적으로 비교하면, 강섬유 보강 초고성능 콘크리트 합성보의 실험결과와 해석결과는 비교적 잘 일치하고 있으므로 재료 실험으로부터 산정된 인장연화곡선은 강섬유 보강 초고성능 콘크리트의 실제 거동을 합리적으로 반영한다고 판단된다. 따라서, 본 연구에서 제시한 인장연화거동 특성을 반영한 강섬유 보강 초고성능 콘크리트의 재료모델링 및 휨거동 해석기법은 적절하며, 제시기법에 의해 강섬유보강 초고성능 콘크리트 합성 부재의 휨 내력을 합리적으로 예측할 수 있을 것으로 예상된다.

• Advances in concrete construction
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• 제15권3호
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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.

• Steel and Composite Structures
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• 제36권1호
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• pp.103-118
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• 2020

The static behavior of grouped large-headed studs (d = 30 mm) embedded in ultra-high performance concrete (UHPC) was investigated by conducting push-out tests and numerical analysis. In the push-out test, no splitting cracks were found in the UHPC slab, and the shank failure control the shear capacity, indicating the large-headed stud matches well with the mechanical properties of UHPC. Besides, it is found that the shear resistance of the stud embedded in UHPC is 11.4% higher than that embedded in normal strength concrete, indicating that the shear resistance was improved. Regarding the numerical analysis, the parametric study was conducted to investigate the influence of the concrete strength, aspect ratio of stud, stud diameter, and the spacing of stud in the direction of shear force on the shear performance of the large-headed stud. It is found that the stud diameter and stud spacing have an obvious influence on the shear resistance. Based on the test and numerical analysis results, a formula was established to predict the load-slip relationship. The comparison indicates that the predicted results agree well with the test results. To accurately predict the shear resistance of the stud embedded in UHPC, a design equation for shear strength is proposed. The ratio of the calculation results to the test results is 0.99.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제74권5호
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• pp.657-670
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• 2020

Due to the high compressive and tensile strength of ultra-high performance concrete (UHPC), UHPC used in steel concrete composite structures provided thinner concrete layer compared to ordinary concrete. This leaded to the headed stud shear connectors embedded in UHPC had a low aspect ratio. In order to systematic investigate the effect of headed stud with low aspect ratio on the structural behaviors of steel UHPC composite structure s this paper firstly carried out a test program consisted of twelve push out specimens. The effects of stud height, aspect ratio and reinforcement bars in UHPC on the structural behaviors of headed studs were investigated. The push out test results shows that the increasing of stud height did not obviously influence the structural behaviors of headed studs and the aspect ratio of 2.16 was proved enough to take full advantage of the headed stud strength. Based on the test results, the equation considering the contribution of weld collar was modified to predict the shear strength of headed stud embedded in UHPC. The modified equation could accurately predict the shear strength of headed stud by comparing with the experimental results. On the basis of push out test results, bending tests consisted of three steel UHPC composite slabs were conducted to investigate the effect of shear connection degree on the structural behaviors of composite slabs. The bending test results revealed that the shear connection degree had a significantly influence on the failure modes and ultimate resistance of composite slabs and composite slab with connection degree of 96% in s hear span exhibited a ductile failure accompanied by the tensile yield of steel plate and crushing of UHPC. Finally, analytical model based on the failure mode of composite slabs was proposed to predict the ultimate resistance of steel UHPC composite slabs with different shear connection degrees at the interface.