This study evaluates the direct tensile strength of ultra-high-performance concrete (UHPC) using tests. A total of 45 dogbone-shaped specimens are tested, with the test variables being the fiber volume fraction and notch length. The test results showed that the material properties of UHPC were largely dependent on the fiber volume fraction and compressive strength. When steel fibers with more than 1% fiber volume fraction are mixed in the manufacturing of UHPC, the tensile strength can be more than twice that of plain UHPC. In addition, the incorporation of steel fibers enabled the significant improvement of the initial cracking strength. However, the effect of the notch length on the tensile behavior was insignificant. An assessment of the direct tensile strength is conducted using machine-learning algorithms (ML). For evaluation of the direct tensile strength of UHPC using ML, a total of 98 test data, including 53 data from other research works and 45 data from this experimental program, were collected. In total, 67 data with a 70% confidence interval on a normal distribution curve were selected, with 47 data among 67 used for ML training and 20 data used for ML testing. As a result, the machine-learning algorithm with a steel fiber volume fraction predicted that the tensile strength has an average of 0.98 and the lowest values of regression evaluation metrics among analytical and ML-based models. It is considered that an ML-based model can help to predict a more accurate tensile strength of UHPC.
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.
A major source of difficulty in die design for high strength steel is the high level of elastic recovery during unloading. The degree of elastic recovery is affected by factors such as material strength, bending angle, punch's corner radius and sheet thickness. Finite Element Method was used in the present work to quantitatively analyze the elastic recovery for various combinations of these parameters. In some cases elastic recovery happened in reverse direction. This phenomenon, which we call spring-go, was explained via changes in stress distribution in the panel occurring in the forming process.
Hakeem, Ibrahim Y.;Amin, Mohamed;Abdelsalam, Bassam Abdelsalam;Tayeh, Bassam A.;Althoey, Fadi;Agwa, Ibrahim Saad
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.3
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pp.295-312
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2022
This study investigates the effects of nano silica (NS) and micro steel fiber on the properties of ultra-high-performance concrete (UHPC). The experimental consists of three groups, each one with five percentages of NS content (0%, 2%, 4%, 6% and 8%) in addition to the 20% silica fume and 20% quartz powder proportioned according to the weight of cement added to the mixtures. In addition, three percentages of micro steel fibers (0%, 1% and 2%) were considered. Different mixtures with varying percentages of NS and micro steel fibers were prepared to set the water-to-binder ratio, such as 0.16% and 1.8% superplasticizer proportioned according the weight of the binder materials. The fresh properties, mechanical properties and elevated temperatures of the mixtures were calculated. Then, the results from the microstructure analyses were compared with that of the reference mixtureand it was found that 6% replacement of cement with NS was optimum replacement level. When the NS content was increased from 0% to 6%, the air content and permeability of the mixture decreased by 35% and 39%, the compressive and tensile strength improved by 21% and 18% and the flexural strength and modulus of elasticity increased by 20% and 11.5%, respectively. However, the effect of micro steel fibres on the compressive strength was inconclusive. The overall results indicate that micro steel fibres have the potential to improve the tensile strength, flexure strength and modulus of elasticity of the UHPC. The use of 6% NS together with 1% micro-steel fiber increased the concrete strength and reduce the cost of concrete mix.
The offshore wind power plants are watched as a new market to accomplish the needed energy, bringing technical and economical challenges. Advanced countries in the field of wind industry are now appling the 600 MPa, 150~200 mm thick high strength steel to offshore wind power plants. Moreover, the high efficient welding methods which is weldable ultra tick high strength steel with 1 pass welding are developed and applied in manufacturing the offshore wind tower. This article deals with the present world wide status of offshore power plants and the tendency of the development of high efficient welding technology for constructing the offshore wind tower. This article intends to offer the materials for development and raising of the domestic offshore wind power technology.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.5
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pp.110-118
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2010
This research dealt with the effect of steel-fiber reinforcement on the compressive strength of ultra high performance cementitious composites (UHPCC) and compared with that in normal steel-fiber reinforced concrete(SFRC). With wide range of compressive strength of UHPCC, experiments on the fiber reinforcement effect confirmed that the compressive strength in UHPCC is also improved by adding fibers as in normal SFRC. The experimental results were compared with previous researches about reinforcement effect by adding fibers, which are limited within 100MPa compressive strength. The comparison revealed the linear relationship between $f'_{cf}-f'_c$ and RI regardless of the magnitude of compressive strength, from which a general equation to express the effect of fiber reinforcement, applicable to various SFRC's with wide range of compressive strength including UHPCC.
This paper presents an experimental investigation of the flexural behavior of square hollow steel section (HSS) beams subjected to pure bending. Totally six unfilled and nine ultra high performance concrete (UHPC)-filled HSS beams were tested under four-point bending until failure. The effects of the steel tube thickness, the yield strength of the steel tube and the strength of concrete on moment capacity, curvature, and ductility of UHPC-filled HSS beams were examined. The performance indices named relative ductility index (RDI) and strength increasing factor (SIF) were investigated with regard to different height-to-thickness ratio of the specimens. The flexural strengths obtained from the tests were compared with the values predicted by Eurocode 4, AISC-LRFD and CIDECT design codes. The results showed that the increase in the moment capacity and the corresponding curvature is much greater for thinner HSS beams than thicker ones. Eurocode 4 and AISC-LRFD predict the ultimate moment capacity of the all UHPC-filled HSS beams conservatively.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.5
no.1
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pp.14-20
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2017
Ultra high performance concrete is inevitably used in case of skyscraper and super long span bridge. In general, the flexural and the tensile strengths of concrete are lower than the compressive strength, so brittle cracks occur and energy absorption ability is lowered. In order to solve this problem, this study is intended to examine the effect of the steel fiber volume fraction and aspect ratio on the mechanical properties of ultra high performance concrete. In series I, 20-mm straight steel fiber was added with a volume fraction of 0, 1.0, 1.3, 1.5 and 2.0%. In series II, 16-mm steel fiber was added with a volume fraction of 0, 1, and 1.5%, and then mechanical properties were examined according to aspect ratio. In the results of experiment, a difference in compressive strength was insignificant. However, regarding the flexural strength and tensile strength, as the volume fraction and aspect ratio increased, flexural performance and tensile performance improved.
Jo, Byung-Wan;Yoon, Kwang-Won;Kim, Heoun;Park, Jin-Mo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.6
s.58
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pp.135-147
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2009
In order to develop the ultra high strength concrete over 400Mpa at 28 day, Low-heat portland cement, ferro-silicon, silica-fume and steel fiber were mixed and tested under the special autoclave curing conditions. Considering the influence of Ultra high strength concrete. normal concrete is used as a comparison with low water-cement ratio possible Low-heat portland cement. Additionally, as a substitution of aggregates, we analyzed the compressive strength of Ferro Silicon by making the states of mixed and curing conditions differently. In addition, SEM films testified the development of C-S-H hydrates of Type III & Type IV, and tobermolite, zonolite due to the high temperature, high pressure of autoclave curing. Fineness of aggregate, filler and reactive materials in concrete caused 420Mpa compressive strength at 28day successfully.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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