Tran, Van Mien;Stitmannaithum, Boonchai;Nawa, Toyoharu
Computers and Concrete
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v.8
no.3
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pp.343-355
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2011
This paper presented the model to predict the chloride diffusion coefficient in tension zone of plain concrete under flexural cyclic load. The fictitious crack based analytical model was used together with the stress degradation law in cracked zone to predict crack growth of plain concrete beams under flexural cyclic load. Then, under cyclic load, the chloride diffusion, in the steady state and one dimensional regime, through the tension zone of the plain concrete beam, in which microcracks were formed by a large number of cycles, was simulated with assumptions of continuously straight crack and uniform-size crack. The numerical analysis in terms of the chloride diffusion coefficient, $D_{tot}$, normalized $D_{tot}$, crack width and crack length was issued as a function of the load cycle, N, and load level, SR. The nonlinear model as regarding with the chloride diffusion coefficient in tension zone and the load level was proposed. According to this model, the chloride diffusion increases with increasing load level. The predictions using model fit well with experimental data when we adopted suitable crack density and tortuosity parameter.
This study investigates the problem of crack detection in post-buckled beam-type structures. The beam under the axial compressive force has a crack, assumed to be open and through the width. The crack, which is modeled by a massless rotational spring, divides the beam into two segments. The crack detection is considered as an optimization problem, and the weighted sum of the squared errors between the measured and computed natural frequencies is minimized by the bees algorithm. To find the natural frequencies, the governing nonlinear equations of motion for the post-buckled state are first derived. The solution of the nonlinear differential equations of the two segments consists of static and dynamic parts. The differential quadrature method along with an arc length strategy is used to solve the static part, while the same method is utilized for the solution of the linearized dynamic part and the extraction of the natural frequencies of the cracked beam. The investigation includes several numerical as well as experimental case studies on the post-buckled simply supported and clamped-clamped beams having open cracks. The results show that several parameters such as the amount of applied compressive force and boundary conditions influences the outcome of the crack detection scheme. The identification results also show that the crack position and depth can be predicted well by the presented method.
The stability of the roof rock-coal pillar-floor rock composite structure is of great significance to coal mine safety production. The cracks existing in the composite structure seriously affect the stability of the roof rock-coal pillar-floor rock composite structure. The numerical simulation tests of rock-coal-rock composite structures with different crack characteristics were carried out to reveal the composite structures' mechanical properties and failure mechanisms. The test results show that the rock-coal-rock composite structure's peak stress and elastic modulus are directly proportional to the crack angle and inversely proportional to the crack length. The smaller the crack angle, the more branch cracks produced near the main control crack in the rock-coal-rock composite structure, and the larger the angle between the main control crack and the crack. The smaller the crack length, the larger the width of the crack zone. The impact energy index of the rock-coal-rock composite structure decreases first and then increases with the increase of crack length and increases with the increase of crack angle. The functional relationships between the different crack characteristics, peak stress, and impact energy index are determined based on the sensitivity analysis. The determination of the functional relationship can fully grasp the influence of the crack angle and the crack length on the peak stress and impact energy index of the coal-rock composite structure. The research results can provide a theoretical basis and guidance for preventing the instability and failure of the coal pillar-roof composite structure.
Murthy, A. Ramachandra;Iyer, Nagesh R.;Prasad, B.K. Raghu
Advances in concrete construction
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v.1
no.4
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pp.341-358
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2013
Due to fast growth in urbanisation, a highly developed infrastructure is essential for economic growth and prosperity. One of the major problems is to preserve, maintain, and retrofit these structures. To meet the requirements of construction industry, the basic information on all the mechanical properties of various concretes is essential. This paper presents the details of development of various concretes, namely, normal strength concrete (around 50 MPa), high strength concrete (around 85 MPa) and ultra high strength concrete (UHSC) (around 120 MPa) including their mechanical properties. The various mechanical properties such as compressive strength, split tensile strength, modulus of elasticity, fracture energy and tensile stress vs crack width have been obtained from the respective test results. It is observed from the studies that a higher value of compressive strength, split tensile strength and fracture energy is achieved in the case of UHSC, which can be attributed to the contribution at different scales viz., at the meso scale due to the fibers and at the micro scale due to the close packing of grains which is on account of good grading of the particles. Micro structure of UHSC mix has been examined for various magnifications to identify the pores if any present in the mix. Brief note on characteristic length and brittleness number has been given.
High-cycle fatigue characteristics of quasi-isotropic carbon fiber reinforced plastic (CFRP) laminates [-45/0/45/90]s up to $10^8$ cycles were investigated. To assess the fatigue behavior in the high-cycle region, fatigue tests were conducted at a frequency of 100 Hz, since it is difficult to investigate the fatigue characteristics in high-cycle at 5 Hz. Then, the damage behavior of the specimen was observed with a microscope, soft X-ray photography and a 3D ultrasonic inspection system. In this study, to evaluate quantitative characteristics of both transverse crack propagation and delamination growth in the high-cycle region, the energy release rate associated with damage growth in the width direction was calculated. Transverse crack propagation and delamination growth in the width direction were evaluated based on a modified Paris law approach. The results revealed that transverse crack propagation delayed under the test conditions of less than ${\sigma}_{max}/{\sigma}_b$ = 0.3 of the applied stress level.
Cho, Young Kyo;Seok, Jong Hwan;Choi, Lyn;Kim, Seong-Min
International Journal of Highway Engineering
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v.18
no.1
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pp.73-83
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2016
PURPOSES : The purpose of this study is to develop a method for improving the accuracy of analysis results obtained from a two-dimensional (2-D) numerical analysis model of continuously reinforced concrete pavement (CRCP). METHODS : The analysis results from the 2-D numerical model of CRCP are compared with those from more rigorous three-dimensional (3-D) models of CRCP, and the relationships between the results are recognized. In addition, the numerical analysis results are compared with the results obtained from field experiments. By performing these comparisons, the calibration factors used for the 2-D CRCP model are determined. RESULTS : The results from the comparisons between 2-D and 3-D CRCP analyses show that with the 2-D CRCP model, concrete stresses can be overestimated significantly, and crack widths can either be underestimated or overestimated by a slight margin depending on the assumption of plane stress or plane strain. The behaviors of crack width in field measurements are comparable to those obtained from the numerical model of CRCP. CONCLUSIONS : The accuracy of analysis results from the 2-D CRCP model can be improved significantly by applying calibration factors obtained from comparisons with 3-D analyses and field experiments.
In order to improve the cracking resistance of reinforced concrete and give full play to the advantages of prefabricated assembly structure in construction, prestressed reinforced concrete composite beam (PRCC) is proposed. Through the bending static test of seven I-shaped beam specimens, the bending failure modes and bearing capacity of PRCC and reinforced concrete composite beam are compared and analyzed, and the effects of prestress size, prestressed reinforcement layout and prestress application sequence on the flexural behavior of PRCC beams are studied. The results show that the cracking load and ultimate load of PRCC beams significantly increased after prestressing, and prestressed tendons can effectively control the crack development. With the increase of prestressing degree, the deformation resistance and bending stiffness of PRCC beams are increased. The application sequence of prestress has little influence on the mechanical properties of PRCC beams. The crack width, stiffness and normal section bearing capacity of PRCC beam are analyzed, and the calculated results are in good agreement with the experimental results.
The application of relatively low volumes of fibres in normal strength concrete has been shown to be of significant benefit when applied to composite slabs with profiled sheet decking. This paper reports on an experimental study aimed at quantifying further potential benefits that may arise from applying ultra-high performance fibre reinforced concrete. To assess performance six simply supported beams were tested under hogging and sagging loading configurations along with three two span continuous beams. Fibre contents are varied from 0% to 2% and changes in strength, deformation, crack width and moment redistribution are measured. At the serviceability limit state, it is shown that the addition of high fibre volumes can significantly enhance member stiffness and reduce crack widths in all beams. At the ultimate limit state it is observed that a transition from 0% to 1% fibres significantly increases strength but that there is a maximum fibre volume beyond which no further increases in strength are possible. Conversely, member ductility and moment redistribution are shown to be strongly proportional to fibre volume.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.9
no.3
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pp.375-382
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2021
Self-healing concrete is in the spotlight in that it can effectively extend the lifespan of concrete structures by healing cracks in the structure by themselves without additional repairing or retrofiting actions. Currently, self-healing concrete is a field that is being actively studied around the world, but since most studies focus on the improvement of healing performance, there is a lack of methods to rationally evaluate the self-healing performance of concrete. Although the gas diffusion test method has been developed for the use in the performance evaluation of self-healing concrete, it has revealed that for gas diffusion through the matrix affect the crack diffusion coefficients depending on the environmental conditions such as the saturation of the specimen, the temperature, and humidity during the experiment. Therefore, in this study, the method has been proposed to eliminate the influence of the matrix diffusion when calculating the crack diffusion coefficient. In addition, a pre-conditioning process was introduced to shorten the experimental time. As a result, the crack width could be estimated with an error level of less than 3% in the test time of about 20 minutes.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.7
no.2
s.24
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pp.99-106
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2007
The purpose of this study presents in Relations between cracks in self-leveling material and quality of floor groundwork surface are experimentally examined. As the first stage, the experiment to observe cracks in self-leveling material constructed on floor groundwork made from various kinds of concrete was carried. As a result, following basic findings were obtained. First, observation of cracks should be continued until an increase in width of cracks stop, without constructing any finishing material. Second, degree of cracks may be indicated quantitatively by the product of length and width. Finally, Cracks and separation is not be influenced by specimen size. Based on these findings, the method of predicting cracks by evaluating surface layer quality of floor groundwork will be established.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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