KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.39
no.1
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pp.115-122
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2019
Steel Fiber Reinforced Wet-type Shotcrete improves the quality and stabilizes the tunnel by increasing the shear strength of the natural ground by constructing the concrete which attaches the fresh concrete to the predetermined position from the nozzle. The Steel Fiber Reinforced Wet-type Shotcrete improves and reinforces the strength and dynamic behavior characteristics of concrete to suppress the generation and growth of local cracks by increasing the tensile resistance ability. In addition, Steel Fiber Reinforced Wet-type Shotcrete is a shotcrete that improves tensile strength, bending strength, and crack resistance by dispersing discontinuous short steel fibers evenly in concrete. In this study, compressive strength test and bending strength test of shotcrete of NATM tunnel were measured and rebound reduction rate was measured by varying shotcrete putting pressure to 900 RPM, 1,000 RPM, and 1,100 RPM. Therefore, the data that can be applied to domestic NATM tunnel construction are presented.
This paper describes the characteristics for mode I interlaminar and intralaminar fractures of cross-ply carbon/epoxy composite laminates. We obtained mode I interlaminar fracture toughness and mode I intralaminar fracture toughness based on energy release rate and Finite Element Analysis (FEA). For this purpose, the Double-Cantilever Beam (DCB) test and FEA were performed for cross-ply DCB specimens. Also, the behavior of load-displacement curve at the interlaminar and intralaminar crack was analyzed. The results show that mode I intralaminar fracture toughness was lower than mode I interlaminar fracture toughness in the cross-ply DCB specimen.
Zr-based amorphous alloy matrix composites reinforced with tantalum continuous fibers were fabricated by the liquid pressing process, and their anisotropic mechanical properties were investigated by tensile and compressive tests of $0^{\circ}$(longitudinal)-, $45^{\circ}$-, and $90^{\circ}$(transverse)-orientation specimens. About 60 vol.% of tantalum fibers were homogeneously distributed inside the amorphous matrix, which contained a small amount of polygonal crystalline particles. The ductility of the tantalum-continuous-fiber-reinforced composite under tensile or compressive loading was dramatically improved over that of the monolithic amorphous alloy, while maintaining high strength. When the fiber direction was not matched with the loading direction, the reduction of the strength and ductility was not serious because of excellent fiber/matrix interfacial strength. Observation of the anisotropic deformation and fracture behavior showed the formation of multiple shear bands, the obstruction of crack propagation by fibers, and the deformation of fibers themselves, thereby resulting in tensile elongation of 3%~4% and compressive elongation of 15%~30%. These results suggest that the liquid pressing process was useful for the development of amorphous matrix composites with excellent ductility and anisotropic mechanical properties.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.8
no.4
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pp.545-552
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2020
This study evaluated the support performance of fiber-net integrated shotcrete in tunnel support system developed for the purpose of improving constructability and stability while fully performing its mechanical performance as a tunnel support materials by four-point bending test, two-dimensional numerical analysis, and cross-sectional analysis. As a result of evaluating the flexural performance through a four-point bending test, in the case of fiber-net reinforced shotcrete, the tensile performance of fiber-net resulted in a continuous increase in load after crack occurrence, unlike steel fiber reinforced shotcrete. Also, the results of the tunnel cross-sectional structure analysis for ground conditions and the cross-sectional analysis of fiber-net and steel fiber reinforced shotcrete showed that sufficient support performance can be exhibited even if the thickness of fiber-net reinforced shotcrete was reduced compared to the previous one. Additionally, through these results, the support pattern of fiber-net integrated shotcrete in tunnel support system, which can be applied efficiently to the construction sections requiring higher stability among the rock mass class III, was proposed.
Jin, Jeong-Eon;Choi, Jeong-Il;Park, Se-Eon;Lee, Bang Yeon
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.10
no.3
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pp.243-251
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2022
The purpose of this study is to investigate experimentally the effect of polyethylene fibers with different tensile strength and aspect ratio on the properties of cementless composite. Three types of mixtures according to the types of polyethylene fibers and water-to-binder ratio were prepared and density, compressive strength and tension tests were performed. Test results showed that the mixture reinforced by polyethylene fiber with a low tensile strength by 10 % and a high aspect ratio by 8.3 % had a high tensile strain capacity by 11.7 %, a high toughness by 12.4 %, and a low crack width by 9.1 %. It was also observed that high tensile strain capacity and better cracking pattern could be achieved by increasing the water-to-binder ratio of composite although its strength is low.
The two, NBD and SCB tests using gypsum circular discs each containing a single notch have been experimentally accomplished in a rock mechanics laboratory. These specimens have also been numerically modelled by a two-dimensional particle flow which is based on Discrete Element Method (DEM). Each testing specimen had a thickness of 5 cm with 10 cm in diameter. The specimens' lengths varied as 2, 3, and 4 cm; and the specimens' notch angles varied as 0°, 45° and 90°. Similar semi-circular gypsum specimens were also prepared each contained one edge notch with angles 0° or 45°. The uniaxial testing machine was used to perform the experimental tests for both NBD and SCB gypsum specimens. At the same time, the numerical simulation of these tests were performed by PFC2D. The experimental results showed that the failure mechanism of rocks is mainly affected by the orientations of joints with respect to the loading directions. The failure mechanism and fracturing patterns of the gypsum specimens are directly related to the final failure loading. It has been shown that the number of induced tensile cracks showing the specimens' tensile behavior, and increases by decreasing the length and angle of joints. It should be noted that the fracture toughness of rocks' specimens obtained by NBD tests was higher than that of the SCB tests. The fracture toughness of rocks usually increases with the increasing of joints' angles but increasing the joints' lengths do not change the fracture toughness. The numerical solutions and the experimental results for both NDB and SCB tests give nearly similar fracture patterns during the loading process.
Mohabeddine, Anis I.;Eshaghi, Cyrus;Correia, Jose A.F.O.;Castro, Jose M.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.4
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pp.447-456
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2022
Recent experimental studies showed that deep steel I-shaped profiles classified as high ductility class sections in seismic design international codes exhibit low deformation capacity when subjected to cyclic loading. This paper presents an innovative retrofit solution to increase the rotation capacity of beams using bonded carbon fiber reinforced polymers (CFRP) patches validated with advanced finite element analysis. This investigation focuses on the flexural cyclic behaviour of I-shaped hot rolled steel deep section used as beams in moment-resisting frames (MRF) retrofitted with CFRP patches on the web. The main goal of this CFRP reinforcement is to increase the rotation capacity of the member without increasing the overstrength in order to avoid compromising the strong column-weak beam condition in MRF. A finite element model that simulates the cyclic plasticity behavior of the steel and the damage in the adhesive layer is developed. The damage is modelled using the cohesive zone modelling (CZM) technique that is able to capture the crack initiation and propagation. Details on the modelling techniques including the mesh sensitivity near the fracture zone are presented. The effectiveness of the retrofit solution depends strongly on the selection of the appropriate adhesive. Different adhesive types are investigated where the CZM parameters are calibrated from high fidelity fracture mechanics tests that are thoroughly validated in the literature. This includes a rigid adhesive commonly found in the construction industry and two tough adhesives used in the automotive industry. The results revealed that the CFRP patch can increase the rotation capacity of a steel member considerably when using tough adhesives.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.4
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pp.37-45
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2021
This paper is a basic study to evaluate the possibility of earthquake-resistant reinforcement by reinforcing engineered cementitious composite in masonry members. In order to examine the performance according to the fiber mixing rate of the engineered cementitious composite, a test specimen was prepared according to the formulation design, and flow ability, compressive strength, flexural strength, length change rate, and direct tensile strain were measured. In addition, non-reinforced masonry members, masonry members reinforced with engineered cementitious composite, and masonry members in which glass fibers and wire mesh were separately reinforced with engineered cementitious composites were manufactured, and flexural strength and maximum displacement were measured. All specimens reinforced with engineered cementitious composite showed more than 16 times the effect of maximal strength compared to that of no reinforcement, and as a result of examining the crack shape, the energy dissipation ability was excellent, confirming the possibility of seismic reinforcement.
In this study, limestone powder (LS) and fly ash (FA) were used as powder materials in self-compacting concrete (SCC) in increasing quantities in addition to cement, so that the two powders commonly used in the production of SCC could be compared in the same study. Considering the reduction of the maximum aggregate size in SCC, 10 mm or 16 mm was selected as the coarse aggregate size. The properties of fresh concrete were determined by slump flow (including T500 time), V-funnel and J-ring experiments. The experimental results showed that as the amount of both LS and FA increased, the slump flow also increased. The increase in powder material had a negative effect on V-funnel flow times, causing it to increase; however, the increase in FA concretes was smaller compared to LS ones. The increase in the powder content reduced the amount of blockage in the J-ring test for both aggregate sizes. As the hardened concrete properties, the compressive and splitting strengths as well as the modulus of elasticity were determined. Longitudinal and transverse deformations were measured by attaching a special frame to the cylindrical specimens and the values of Poisson's ratio, initiation and critical stresses were obtained. Despite having a similar W/C ratio, all SCC exhibited higher compressive strength than NVC. Compressive strength increased with increasing powder content for both LS and FA; however, the increase of the FA was higher than the LS due to the pozzolanic effect. SCC with a coarse aggregate size of 16 mm showed higher strength than 10 mm for both powders. Similarly, the modulus of elasticity increased with the amount of powder material. Inelastic properties, which are rarely found in the literature for SCC, were determined by measuring the initial and critical stresses. Crack formation in SCC begins under lower stresses (corresponding to lower initial stresses) than in normal concretes, while critical stresses indicate a more brittle behavior by taking higher values.
Hany, Marwa;Makhlouf, Mohamed H.;Ismail, Gamal;Debaiky, Ahmed S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.4
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pp.415-433
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2022
Eighteen (18) (120×300×2200 mm) beams were prepared and tested to evaluate the shear strength of Glass Fiber Reinforced Concrete (GFRC) beams with no shear reinforcement, and evaluate the effectiveness of various innovative strengthening systems to increase the shear capacity of the GFRC beams. The test variables are the amount of discrete glass fiber (0.0, 0.6, and 1.2% by volume of concrete) and the type of longitudinal reinforcement bars (steel or GFRP), the strengthening systems (externally bonded (EB) sheet, side near-surface mounted (SNSM) bars, or the two together), strengthening material (GFRP or steel) links, different configurations of NSM GFRP bars (side bonded links, full wrapped stirrups, side C-shaped stirrups, and side bent bars), link spacing, link inclination angle, and the number of bent bars. The experimental results showed that adding the discrete glass fiber to the concrete by 0.6%, and 1.2% enhanced the shear strength by 18.5% and 28%, respectively in addition to enhancing the ductility. The results testified the efficiency of different strengthening systems, where it is enhanced the shear capacity by a ratio of 28.4% to 120%, and that is a significant improvement. Providing SNSM bent bars with strips as a new strengthening technique exhibited better shear performance in terms of crack propagation, and improved shear capacity and ductility compared to other strengthening techniques. Based on the experimental shear behavior, an analytical study, which allows the estimation of the shear capacity of the strengthened beams, was proposed, the results of the experimental and analytical study were comparable by a ratio of 0.91 to 1.15.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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