This paper presents an experimental study on the potential durability enhancement of infrastructures repaired by a sprayed high ductile fiber-reinforced cementitious composite (ECC). For this study, a PVA-ECC which exhibits sprayable properties in the fresh state and tensile strain-hardening behavior in hardened state was sprayed and tested. The experimental results show that the sprayed ECC exhibits mechanical properties with strain capacity comparable to the cast ECC with the same mix design. During loading, the crack widths of ECC are tightly controlled with an average of 30${\mu}m$. It is also revealed that when sprayed ECC is used as a repair material, ductility represented by deformation capacity at peak load of repaired beams in flexure are obviously increased in comparison to those of commercial prepackaged mortar (PM) repaired beams. In addition to high delamination resistance, the significant enhancement of energy absorption capacity and crack width control in ECC repair system suggest that sprayed ECC can be effective in extending the service life of rehabilitated infrastructures.
Zhao, Xianzhong;Tian, Yafeng;Jia, Liang-Jiu;Zhang, Tao
Steel and Composite Structures
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v.26
no.4
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pp.439-452
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2018
This paper presents experimental and numerical study on buckling behaviors and hysteretic performance of Class 1 H-shaped steel beam subjected to cyclic pure bending within the scope of ultra-low cycle fatigue (ULCF). A loading device was designed to achieve the pure bending loading condition and 4 H-shaped specimens with a small width-to-thickness ratio were tested under 4 different loading histories. The emphasis of this work is on the impacts induced by local buckling and subsequent ductile fracture. The experimental and numerical results indicate that the specimen failure is mainly induced by elasto-plastic local buckling, and is closely correlated with the plastic straining history. Compared with monotonic loading, the elasto-plastic local buckling can occur at a much smaller displacement amplitude due to a number of preceding plastic reversals with relative small strain amplitudes, which is mainly correlated with decreasing tangent modulus of the material under cyclic straining. Ductile fracture is found to be a secondary factor leading to deterioration of the load-carrying capacity. In addition, a new ULCF life evaluation method is proposed for the specimens using the concept of energy decomposition, where the cumulative plastic energy is classified into two categories as isotropic hardening and kinematic hardening correlated. A linear correlation between the two energies is found and formulated, which compares well with the experimental results.
Rotary bending fatigue tests were performed to investigate the effects of 2-phase matrix structure on fatigue limit with prepared specimens in high strength ductile irons. Two types of the specimens with different microstructures have been used. Series A has sorbite and series B has bainite. Fatigue limits of both specimens are improved comparing with as cast specimen. The fatigue limit is higher in series B than in series A. The reason why the fatigue limit of series A shows inferiority to that of series B is due to the transition of micro fatigue cracks to mesocrack occurs very rapidly, so increased stress intensity factor drives the fatigue crack growth. The higher fatigue limit of series B which has bainite is caused by the ${\gamma}$ layer contained in microstructure impede the rapid growth of micro fatigue crack to mesocrack and ${\alpha}$ layer around graphite has the higher capacity for the absorption of plastic deformation energy than sorbite.
In the present study, the fracture toughness of U-shaped notches made of aluminum alloy Al7075-T6 under combined tension/out-of-plane shear loading conditions (mixed mode I/III) is studied by theoretical and experimental methods. In the experimental part, U-notched test samples are loaded using a previously developed fixture under mixed mode I/III loading and their load-carrying capacity (LCC) is measured. Then, due to the presence of considerable plasticity in the notch vicinity at crack initiation instance, using the Equivalent Material Concept (EMC) and with the help of the point stress (PS) and mean stress (MS) brittle failure criteria, the LCC of the tested samples is predicted theoretically. The EMC equates a ductile material with a virtual brittle material in order to avoid performing elastic-plastic analysis. Because of the very good match between the EMC-PS and EMC-MS combined criteria with the experimental results, the use of the combination of the criteria with EMC is recommended for designing U-notched aluminum plates in engineering structures. Meanwhile, because of nearly the same accuracy of the two criteria and the simplicity of the PS criterion relations, the use of EMC-PS failure model in design of notched Al7075-T6 components is superior to the EMC-MS criterion.
The reinforced high-strength-concrete beam subjected to flexure moment behaves more brittly than the moderate-strength-concrete beam reinforced with equal reinforcement ratio($\rho$/$\rho_b$). Test results show that when the concrete strength exceeds 830kg/$cm^2$, the maximum reinforcement ratio should be less than $0.6{\rho}_b$ for ductile behavior (${\rho}_b$=balanced steel ratio). The ratio of flexural strength between experimental results and analytical results with rectangular stress block decrease as the compressive strength of concrete increase. The shape of the compressive stress block distributed triangularly. because the ascending part of the stress-strain curve shows fairly linear response up to maximum stress in contrast to the nonlinear behavior of the medium and low strength specimens.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.5
no.3
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pp.181-189
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2001
Recently, the need for strengthening reinforced concrete(R.C.) structure has been increased, particularly when there is an increase in load requirements, a change in use, a degradation problem, or design/construction defects. The use of composite materials for structural repair presents several advantages and has been investigated all over the world. It is well known that the incorporation of carbon fiber sheet(CFS) with concrete is one of the most effective ways to strengthen the R.C. structure. In this papers, experimentally investigated the ductile behavior of the R.C. beams strengthened with CFS, and provided the basic data for design of R.C. beams strengthened with CFS. Tests were carried out with 15 beams ($20cm{\times}30cm{\times}240cm$) reinforced with CFS, and with parameters including and the ratio of tensile reinforcement to that of balanced condition and number of CFS. The results show that strengthened and non-strengthened beams exhibit different ductile behovior. Non-strengthened beams showed increase of ductility as amount of the tensile reinforcement decreased. However, bearing capacity of the CFS-strengthened beams are dictated by the strength of the CFS layers that a very high ductility is indicated for the beams with large number of CFS.
In the present study, exterior beam column sub-assemblages are designed in accordance with the codal stipulations prevailed at different times prior to the introduction of modern seismic provisions, viz., i) Gravity load designed with straight bar anchorage (SP1), ii) Gravity load designed with compression anchorage (SP1-D), iii) designed for seismic load but not detailed for ductility (SP2), and iv) designed for seismic load and detailed for ductility (SP3). Comparative seismic performance of these exterior beam-column sub-assemblages are evaluated through experimental investigations carried out under repeated reverse cyclic loading. Seismic performance parameters like load-displacement hysteresis behavior, energy dissipation, strength and stiffness degradation, and joint shear deformation of the specimens are evaluated. It is found from the experimental studies that with the evolution of the design methods, from gravity load designed to non-ductile and then to ductile detailed specimens, a marked improvement in damage resilience is observed. The gravity load designed specimens SP1 and SP1-D respectively dissipated only one-tenth and one-sixth of the energy dissipated by SP3. The specimen SP3 showcased tremendous improvement in the energy dissipation capacity of nearly 2.56 times that of SP2. Irrespective of the level of design and detailing, energy dissipation is finally manifested through the damage in the joint region. The present study underlines the seismic deficiency of beam-column sub-assemblages of different design evolutions and highlights the need for their strengthening/retrofit to make them fit for seismic event.
Sang-Mook Lee;Ki-Hang Shin;Byung-Chul Choi;Ki-Woo Nam
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.1
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pp.79-86
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2023
This study was investigated the effect of carbon on the micro-structure and hardness of ductile cast iron roll with internal curing capacity. Spheroidal graphite existed at roll body with rapid cooling, but granular graphite existed at roll neck with slow cooling. The volume fraction of graphite increased at roll body with rapid cooling, That of roll neck with slow cooling decreased, but graphite size increased. The volume fraction of cementite decreased, but volume fraction increased. The cementite size was larger at roll neck than roll body. The hardness was decreased at roll body and roll neck due to volume fraction of cementite. The hardness of roll body was higher than roll neck.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.4
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pp.171-180
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2023
This study proposed a seismic reinforcement of RC columns with non-seismic details, a fiber reinforcement method of aramid sheets and MLCP (high elasticity aromatic polyester fiber material) with different characteristics, and 4 full-size column specimens and conducted experiments. The results show that a non-seismic specimen (RC-Orig) rapidly lost its load-bearing capacity after reaching the maximum load, and shear failure occurred. The RC column reinforced with three types of aramid did not show an apparent increase in strength compared to the unreinforced specimen but showed a ductile behavior supporting the load while receiving a lateral displacement at least 1.57 to 1.95 times higher than the unreinforced specimen. The fracture mode of the specimen, according to the application of lateral load, also changed from shear to ductile fracture through aramid-based reinforcement. In addition, when examining the energy dissipation ability of the reinforced specimens, a ductile behavior dissipating seismic energy performed 4 times greater and more stably than the existing specimens.
Using negative Poisson's ratio materials, an innovative metallic-yielding damper is introduced for the first time in this study. Through the use of ABAQUS commercial software, a nonlinear finite element analysis is conducted to determine the performance of the proposed system. Mild steel plates with elliptical holes are used for these types of dampers, which dissipate energy through an inelastic deformation of the constitutive material. To assess the capability of the proposed damper, nonlinear quasi-static finite element analyses have been conducted on the damper with a variety of geometric parameters. According to the results, the proposed system is ductile and has a high capacity to dissipate energy. The proposed auxetic damper has a specific energy absorption of 910.8 J/kg and a ductility of 33.6. Therefore, this damper can dissipate a large amount of earthquake input energy without buckling by increasing the buckling load of the brace with its ductile behavior. In addition, it was found that by incorporating auxetic dampers in the steel frame, the frame was made harder, stronger, and ductile and its energy absorption increased by 300%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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